立式圆筒形储油罐吊装强度校核

崔荣帅，高 勋，雷 林，田 伟，孙道青

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

0 引言

随着油罐的大型化，其潜在的风险也越来越大，大型油罐一旦破裂，就会造成重大损失。严格按现行标准进行设计的油罐仍然在历次地震、飓风等灾害中遭受大量破坏。为了确保大型油罐的安全，需要对其吊装状态下的强度开展进一步的研究。

1 设计条件

容量C，2000 m3；内径D，16 700 mm；高度H，10 935 mm；总质量M，116 t；第二层及以上罐壁s，235 MPa；底板及地面以上第一层罐壁s，345 MPa；许用应力（Q235B），150 MPa；许用应力（Q345R），230 MPa；标准重力加速度g，9.8 m/s2；质量不确定系数K3，1.05；动载综合系数K1，1.35；动载综合系数K2，2。

2 应力分析

2.1 分析模型

计算中使用ANSYS WORKBENCH 软件对罐体进行整体建模（图1），模型包括罐体和吊耳。由于罐体通过4 根短索具与吊装框架连接进行吊装，4 根索具沿竖直方向吊装，模型中将储罐吊耳轴孔设置为铰接固定，对罐体施加重力加速度模拟吊装工况，以核对罐体强度。为限制罐底PL16 钢板吊装时产生过大变形，对罐底结构加强（图2），加强筋型钢为T6002002525/16 700，材料Q235B。

2.2 荷载及荷载组合

固定荷载LC1工况：固定载荷包括储罐及附件自重，考虑质量不确定系数K3=1.05，LC1=M1.05g。

图1 储罐三维模型

图2 罐底加强结构

LCM1：吊耳固定，模型整体施加动力放大系数1.35，LCM1=LC11.35；相应重力加速度g1=K11.05g=1.351.059.8=13.9 m/s2；

LCM2：吊耳固定，整体施加动力放大系数2.0，LCM2=LC12.0；相应重力加速度g2=K21.05g=2.01.059.8=20.58 m/s2；

2.3 整体吊装分析

2.3.1 边界条件及载荷

对储罐吊耳铰接固定，对罐体水平方向施加弹性约束，模拟罐体吊装状态（图3）。

2.3.2 固定荷载LC1计算

（2）其他附件重量按局部线/面荷载施加到模型上（图4），重量信息参考重控报告得出。具体数值如下：

图3 罐体吊装

图4 罐体模型

2.3.3 LCM1计算

对环境施加1.35g 重力加速度，附件荷载增加同样系数（图5），即LCM1=LC11.35；

图5 附属构件重力加载

计算结果：分析计算结果最大应力出现在吊耳圆孔中心部位，约54.15 MPa，小于材料Q235B 许用应力150 MPa，弹性形变最大8.22 mm，罐体整体结构强度满足要求（图6～9）。

2.3.4 LCM2计算

对环境施加2.0g 重力加速度，附件荷载增加同样系数（图10），即LCM2=LC12.0；

计算结果：分析计算结果最大应力出现在吊耳圆孔中心部位，最大等效应力80.22 MPa，小于Q235B 材料许用应力150 MPa，罐底经过加强，最大形变12.17 mm，罐体结构及吊耳强度满足要求（图11～14）。

图6 罐顶/罐壁等效应力分布（1.35g）

图7 罐底等效应力分布（1.35g）

图8 罐顶/罐壁变形示意

图9 罐底变形示意（1.35g）

图10 施加荷载

图11 罐底等效应力分布（2.0g）

图12 罐顶/罐壁等效应力分布（2.0g）

图13 罐底变形示意（2.0g）

图14 罐底加强结构应力分布

3 结论

校核表明罐体结构强度和刚度满足吊装要求，为储罐整体的安全吊装提供了技术保障，为大型吊装工作提供参考。