基于電阻應變測試的大型原油儲罐彎曲應力檢測

周笑

摘? 要：石油化工行業的迅猛發展，使得人們越來越重視能源的安全問題，在大量建造大型原油儲罐的同時，產生的安全隱患問題也逐漸增加。針對這一問題，提出了一種基于電阻應變的大型原油儲罐彎曲應力檢測方法，并對應力計算模型以及應變片布置進行設計。實驗對比表明，該文方法準確性更高，更適應于在石油化工行業對儲罐應力的檢測。

關鍵詞：電阻應變? 大型? 原油儲罐? 彎曲應力

隨著石油化工行業的快速發展，儲油設備規模逐漸擴大，且復雜程度也逐漸增加，因此對于儲罐設備的安全問題也受到了越來越多的重視。但是，目前仍沒有一套較為完整的安全檢測方法，適用于儲罐運行過程中潛在隱患檢測[1]。在現有的對原油儲罐的設計規范中，并沒有一項是針對原油儲罐彎曲應力的定義，當原油儲罐受到外界壓力過大時，儲罐本身并不能保證受到壓力不會變形或破裂[2]。因此，對于大型原油儲罐的彎曲應力的檢測方法具有一定的現實應用價值。

1? 大型原油儲罐彎曲應力檢測

1.1 應力計算模型

在制定檢測方法前，首先要對儲罐的應力計算方法進行設計，建立一個應力計算模型。圖1為一個高度為L的原油儲罐，在儲罐頂端受到單個應力為F的作用力的形變簡圖。

以儲罐的地部所在地面為坐標x軸，根據材料力學等相關知識，可以得到如下曲線方程式：

公式（1）中，E為儲罐的彈性模量;I為儲罐中心軸的慣性矩;EI為儲罐的抗彎剛性;α為在合作用點距離儲罐底部的距離;x為任意一點距離儲罐底部的距離。當施加的單個應力F作用位置固定時，在某一個固定位置上，由該應力作用所產生的撓度ω只會與應力F的大小相關，且二者之間存在線性關系[3]，由此可以得出，當儲罐受應力作用時，會產生一個沿圓周方向較小的撓度值。

作用在儲罐表面的應力Fn垂直于儲罐水平面，該應力與儲罐的切面Pα'bc傾斜成一定角度，稱為法向嚙合角αn。法向上的應力Fn可以分解為3個相互間垂直的分力，分別表示為沿儲罐豎直方向上的應力Ft;沿儲罐徑向上的應力Fr;沿軸向上的應力Fα。由應力的相關知識可以得出，導致原油儲罐彎曲的應力公式為。

公式（2）中，K為應力系數;YFα為儲罐的彎曲系數;YSα為應力校正系數;Yβ為彎曲角影響系數;b為儲罐直徑;mn為法向模數;Zα為端面的重合度數。

1.2 應變片布置

大型原油儲罐的內外表面積較大，為了快速準確地測量出儲罐壁當中的常規應力值以及開孔所導致的應力集中值，首先要對大型原油儲罐的應力采用三維的有限元方法進行初步的分析與計算，找出應力較為集中的部分或應力分布較為明顯的區域，再進行下一步——制定應變片布置方案。

大型原油儲罐的外壁布置的應變片具體位置應該設置在大角焊縫中、第一道以及第二道環焊縫中和儲罐開口周圍，并讓應變片布置相對密集。還要選取一個具有一定間隔的兩個相互垂直的截面，在其中的一個截面的外壁和內壁上各設置一個應變片，高度設定為第二個環焊縫接口處，在另一個界面的外壁上設置一個應變片，高度設定在儲罐的最高點上。布置完畢后，對每一個應變片進行編號，將環向應變片用奇數表示，軸向應變片用偶數表示。為了使邊緣應力的影響反映得更加明顯，在儲罐焊縫附近布置的應變片應更加密集。

2? 對比實驗

為了驗證該文提出的應力檢測方法能夠更加有效的、準確地檢測出大型原油儲罐彎曲的應力，建立了如下對比實驗：

選取兩個規格完全相同的大型原油儲罐，利用該文檢測方法與傳統檢測方法分別對這兩個儲罐的彎曲應力進行檢測，在保證除檢測方法外，其余條件均相同的情況下，將實驗結果產生的數據記錄在表1中，并將兩種方法檢測的結果與實際的應力值進行比較，比較兩種方法的檢測精度。

通過表1記錄的數據計算出兩種檢測方法的檢測精度，傳統方法的檢測精度在80%～90%，該文方法的檢測精度在98%～99%，由此可以看出，該文檢測方法檢測到的應力值與實際的應力值更加接近，更具有實際的應用價值。同時通過實驗可以證明，該文提出的檢測方法能夠有效針對正常運行的大型原油儲罐彎曲的應力進行檢測，且具有線性度良好、靈敏度高、效果理想等優點。該方法能夠有效克服傳統檢測方法的弊端，能夠將實際情況帶入到測量當中，保證結果的真實、可靠。

3? 結語

為解決當前大型原油儲罐彎曲應力檢測準確率低的問題，提出基于電阻應變測試的大型原油儲罐彎曲應力檢測研究。根據設計的應力計算模型及應變片布置，完成該文研究，經實驗驗證，該方法可以有效提高儲罐彎曲應力檢測準確率，具有實際應用意義。

參考文獻

[1] 石磊，帥健，許葵，等.大型非錨固變壁厚外浮頂原油儲罐的應力測試[J].油氣儲運，2017，36（10）：1128-1132.

[2] 徐中原，王維，王玉林，等.利用AE檢測技術實現大型原油儲罐的在線檢測[J].煉油與化工，2018，29（6）：33-35.

[3] 趙金龍，黃弘，屈克思，等.基于數值模擬的大型原油儲罐熱輻射響應研究[J].中南大學學報：自然科學版，2017，48（6）：1651-1658.