浅析大型固定顶油罐的锚固设置
2015-03-23邓国峰中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院吉林132002
邓国峰(中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院,吉林 132002)
浅析大型固定顶油罐的锚固设置
邓国峰(中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院,吉林 132002)
通过对标准GB 50341-2014的学习和研究,具体的分析了固定顶油罐需要设置锚固的判定条件,并详细介绍了油罐的抗风稳定计算。
GB 50341;固定顶储罐;锚固设置;判定条件
GB 50341-2014《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》中关于固定顶储罐锚固设置的情况有4种,并分别给出了判定条件,本文将针对这4种情况逐一进行分析和介绍,以便设计人员更好的熟悉和掌握如何判定是否需要锚固设计。这4种情况分别在GB 50341正文中的第11节油罐抗风稳定计算及锚固设计,附录A微内压油罐,附录D油罐抗震设计等章节中。
1 油罐抗风稳定计算
1.1 符号说明[1]
D—油罐内径(m);g—重力加速度,取9.81 m/s2;H—罐壁高度(m);HW—设计液位高度(m);Pi—设计内压(KPa);K—压力系数,操作压力和设计压力之比,不小于0.4;m1—罐壁重量(Kg);m2—罐顶板重量(Kg);m3—罐顶支撑件(承压环)重量(Kg);m4—抗风圈或加强圈重量(Kg);m5—罐壁附件重量(Kg);m6—罐顶附件重量(Kg);Rel—罐底边缘板材料标准屈服强度下限值(MPa);tb—罐底边缘板的有效厚度(mm);ω0—基本风压(KPa);ωL—单位长度相对密度为0.7的储液重量(N/m);WS—作用在罐壁上的风载荷(KPa);WR—作用在固定顶储罐顶部的上举载荷(KPa);MWS—水平风压对罐壁罐底接合点的倾倒力矩(N·m);MWR—垂直风压对罐壁罐底接合点的倾倒力矩(N·m);Mw—水平和垂直风压对罐壁罐底接合点的倾倒力矩(N·m);MPi—设计内压对罐壁罐底接合点的倾倒力矩(N·m);MDL—罐壁重量和罐顶支撑件重量(不包括罐顶板)对罐壁罐底接合点的反倾倒力矩(N·m);MDLR—罐顶板及其上附件重量对罐壁罐底接合点的反倾倒力矩(N·m);MF—储液重量对罐壁罐底接合点的反倾倒力矩(N·m)。
1.2 计算公式
WS=1.23ω0WR=2.06ω0
MWS=(WSx D x H2/2)x 103[3]MWR=(WRx H x D2/2)x 103[3]Mw=MWS+MWR
MPi=(πx D2x Pi)/4 x D/2=πx D3x Pi/8
MDL=(m1+m3+m4+m5)x g x D/2
MDLR=(m2+m6)x g x D/2
MF=ωLxπx D2/2
ωL=59 tbx(Relx HW)1/2
1.3 锚固设计判定[1]
GB 50341第11.1.2节中规定,当油罐不发生倾倒时,应满足下列要求:
0.6 Mw+KMPi<MDL/1.5+MDLRMw+KMPi<(MDL+MF)/2+MDLR判定条件:如不能满足上述条件,应进行锚固设计。
2 GB 50341附录A.1.3中规定,当设计内压产生的举升力大于罐壁、罐顶及其所支撑构件的总重量时,应进行锚固设计[1]
具体计算公式如下:
判定条件:当(πx D2x Pi)/4[2]>(m1+m2+m3+m4+m5+m6)x g时,应进行锚固设计。
3 罐壁底部不被抬起的最大设计压力
Pmax=0.00127DLR/D2+0.000849DLS/D2-0.00153Mw/D3[1]
式中:
Pmax—罐壁底部不被抬起的最大设计压力(KPa);
DLR—罐顶板及其上附件重量(N),DLR=(m2+m6)x g;
DLS—罐壁重量和罐顶支撑件(不包括罐顶板)重量(N),DLS=(m1+m3+m4+m5)x g;
判定条件:当Pmax<Pi时,需进行锚固设计[3]。
4 地震力作用时储罐的锚固判定条件
GB 50341附录D中D.4.3锚固判别应符合下列规定[1]:
4.1 当锚固系数J≤0.785时,不产生举升力,可无需锚固;
4.2 当0.785<J≤1.54时,罐壁受拉侧已开始提离,可无需锚固;
4.3 当J>1.54时,应进行锚固。
锚固系数J按下列公式计算:
J=μM1/[D2(Fw+FL)]
M1=0.45Q0Hw
Fw=N1/πD
FL=99tbx(RELHwρ)1/2x 10-6,应使FL<201HwDρ
Q0=10-6CZαY1mg
m=myFr
式中:
J—锚固系数;
μ—弯矩调整系数,按GB 50341附录D中D.4.2条规定选取;
M1—总水平地震作用在油罐底部所产生的地震弯矩(MN· m);
FL—储液提供的罐底与罐壁接触处单位长度上的提离反抗力(MN/m);
Fw—罐壁罐顶自重通过罐壁作用在罐底单位长度上的提离反抗力(MN/m);
N1—罐壁与罐顶的总质量(MN);
ρ—储液的相对密度;
Q0—在水平地震作用下,罐壁底部的水平剪力(MN);
CZ—综合影响系数,取0.4;
α—地震影响系数,按GB 50341附录D中图D.3.1选用;
Y1—罐体影响系数,取1.10;
m—产生地震作用的储液等效质量(Kg);
my—油罐储液总质量(Kg);
Fr—动液系数,按GB 50341附录D表D.3.7选取。
5 结语
本文总结了GB50341标准中4中需要设置锚固的情况,给出了具体的计算公式,这有助于掌握锚固设置的判定条件,以及大型固定顶储罐抗风稳定计算和地震作用下的锚固设置计算。对固定顶储罐的设计具有一定的参考作用,使储罐锚固设置更加安全合理。
[1]GB 50341-2014,立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范[S].
[2]徐英,杨一凡,朱萍.球罐和大型储罐[M].北京:化学工业出版社,2005.
[3]马燕.API650储罐锚固设置判定依据[J].山东化工,2014,43(7):159-160,162.
邓国峰(1971—),男,吉林省吉林市人,工程师。主要从事化工设备设计工作。