立式圓筒形儲油罐吊裝強度校核

崔榮帥，高 勛，雷 林，田 偉，孫道青

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

0 引言

隨著油罐的大型化，其潛在的風險也越來越大，大型油罐一旦破裂，就會造成重大損失。嚴格按現行標準進行設計的油罐仍然在歷次地震、颶風等災害中遭受大量破壞。為了確保大型油罐的安全，需要對其吊裝狀態下的強度開展進一步的研究。

1 設計條件

容量C，2000 m3；內徑D，16 700 mm；高度H，10 935 mm；總質量M，116 t；第二層及以上罐壁s，235 MPa；底板及地面以上第一層罐壁s，345 MPa；許用應力（Q235B），150 MPa；許用應力（Q345R），230 MPa；標準重力加速度g，9.8 m/s2；質量不確定系數K3，1.05；動載綜合系數K1，1.35；動載綜合系數K2，2。

2 應力分析

2.1 分析模型

計算中使用ANSYS WORKBENCH 軟件對罐體進行整體建模（圖1），模型包括罐體和吊耳。由于罐體通過4 根短索具與吊裝框架連接進行吊裝，4 根索具沿豎直方向吊裝，模型中將儲罐吊耳軸孔設置為鉸接固定，對罐體施加重力加速度模擬吊裝工況，以核對罐體強度。為限制罐底PL16 鋼板吊裝時產生過大變形，對罐底結構加強（圖2），加強筋型鋼為T6002002525/16 700，材料Q235B。

2.2 荷載及荷載組合

固定荷載LC1工況：固定載荷包括儲罐及附件自重，考慮質量不確定系數K3=1.05，LC1=M1.05g。

圖1 儲罐三維模型

圖2 罐底加強結構

LCM1：吊耳固定，模型整體施加動力放大系數1.35，LCM1=LC11.35；相應重力加速度g1=K11.05g=1.351.059.8=13.9 m/s2；

LCM2：吊耳固定，整體施加動力放大系數2.0，LCM2=LC12.0；相應重力加速度g2=K21.05g=2.01.059.8=20.58 m/s2；

2.3 整體吊裝分析

2.3.1 邊界條件及載荷

對儲罐吊耳鉸接固定，對罐體水平方向施加彈性約束，模擬罐體吊裝狀態（圖3）。

2.3.2 固定荷載LC1計算

（2）其他附件重量按局部線/面荷載施加到模型上（圖4），重量信息參考重控報告得出。具體數值如下：

圖3 罐體吊裝

圖4 罐體模型

2.3.3 LCM1計算

對環境施加1.35g 重力加速度，附件荷載增加同樣系數（圖5），即LCM1=LC11.35；

圖5 附屬構件重力加載

計算結果：分析計算結果最大應力出現在吊耳圓孔中心部位，約54.15 MPa，小于材料Q235B 許用應力150 MPa，彈性形變最大8.22 mm，罐體整體結構強度滿足要求（圖6～9）。

2.3.4 LCM2計算

對環境施加2.0g 重力加速度，附件荷載增加同樣系數（圖10），即LCM2=LC12.0；

計算結果：分析計算結果最大應力出現在吊耳圓孔中心部位，最大等效應力80.22 MPa，小于Q235B 材料許用應力150 MPa，罐底經過加強，最大形變12.17 mm，罐體結構及吊耳強度滿足要求（圖11～14）。

圖6 罐頂/罐壁等效應力分布（1.35g）

圖7 罐底等效應力分布（1.35g）

圖8 罐頂/罐壁變形示意

圖9 罐底變形示意（1.35g）

圖10 施加荷載

圖11 罐底等效應力分布（2.0g）

圖12 罐頂/罐壁等效應力分布（2.0g）

圖13 罐底變形示意（2.0g）

圖14 罐底加強結構應力分布

3 結論

校核表明罐體結構強度和剛度滿足吊裝要求，為儲罐整體的安全吊裝提供了技術保障，為大型吊裝工作提供參考。