超大型LNG储罐顶梁框架及衬板结构体系的设计算法

顶梁框架设计是LNG储罐设计中最重要的部分之一,但目前我国对于超大型LNG储罐顶梁框架系统的计算还存在着屈曲特征值衡量标准不统一、计算假定条件多、与国内规范规定不一致等诸多问题。为此,在引入材料非线性、结构非线性和考虑初始缺陷的基础上,应用大型非线性有限元计算软件ABAQUS开展了超大型LNG储罐顶梁框架及衬板系统的建模及其受力与稳定性的计算分析,进而建立了一套完整的超大型LNG储罐顶梁框架及衬板结构体系的设计算法,并应用于国内某20×10~4 m~3 LNG储罐的设计工作当中。应用结果表明:(1)该设计算法的结构体系由壳单元和梁单元组成,连接方式为共节点,能够准确模拟实际情况;(2)受力计算分为10个工况,屈曲计算分为7个工况,包含LNG储罐顶梁框架及衬板结构体系在施工过程中的所有工况;(3)顶梁框架最大应力为125.7 MPa、衬板最大应力为101.4 MPa、屈曲计算最小安全系数为2.57,LNG储罐顶梁框架在该体系下的受力及稳定性均能满足要求。该研究成果可为相关设计计算提供参考。     

大型储罐罐顶网壳结构形式的比较

根据对大型储罐罐顶网壳设计结构和数据计算的对比，列举出目前国内大型储罐罐顶常用的两种网壳结构各自的特点以及相关经济性对比，并认为罐顶宜采用安全性、经济性更好的空间三角形网格网壳结构。     

大型储罐罐顶网壳的稳定性分析比较

石化行业的大型圆筒形储罐罐顶经常采用单层网壳作为支撑结构,根据目前已建工程的资料,此类钢网壳的最大直径已达到60 m。文章根据现行规范利用ABAUQS软件,对三种常用规格的扇形+葵花混合型(即Kiewitt+葵花型)和子午线型网壳的进行了考虑到初始缺陷的几何非线性分析,并对计算结果进行了比较。结果表明,在相同的罐顶载荷,用钢量基本相同的前提下,扇形+葵花混合型网壳比子午线型网壳稳定性能优秀的多,建议工程中应优选扇形+葵花形网壳。     

3000m~3球形储罐常规设计和应力分析设计的比较

本文以某炼油项目3000 m3聚合级丙烯球形储罐为例,对球形储罐的设计、选材、结构形式、应力计算等进行分析阐述,并和常规设计进行比较,通过应力分析计算,在保证该球形储罐安全可靠的前提下,降低球壳板壁厚。     

大高径比储罐的倾覆稳定性计算

在储罐设计过程中,当罐区平面布置受限时,一般都采用大高径比储罐.对于高径比大于1.6、容积小于100 m^3的小型储罐,应通过计算确定储罐是否有倾倒的可能性.以某工程中的16座60m^3大高径比的拱顶罐为例,采用标准API 650-2013《钢制焊接石油储罐》对储罐的倾覆稳定性进行计算.通过计算,确定了储罐的倾覆稳定性满足API标准要求,不需增加锚固.API标准中的方法虽复杂,但考虑得更全面、具体,用其进行储罐的倾覆稳定性计算,结果更真实、可靠.     

30000m~3储罐正装法起罐倒装提升网壳施工

目前30000m~3内浮船拱顶式储罐主要施工难度集中在罐顶网壳提升方面,传统的倒装法对本类型储罐施工存在诸多限制因素,本文主要叙述了正装法组焊-倒装提升网壳-浮船同时施工的储罐施工方法,即储罐壁板正装施工同时,罐内浮船同步施工,罐顶网壳组装在储罐浮船施工完毕后进行,网壳施工完成后采用电动葫芦整体提升就位。     

4000m~3国内最厚液氨球形储罐分析设计

基于4 000m~3液氨球形储罐的设计条件,完成了以球壳主材选择、球壳板厚度计算、球壳ANSYS有限元分析以及球形储罐设备制造过程中板材、锻件、无损检测、热处理、压力试验等技术要求为重点内容的液氨球形储罐设计。设计对象体积大,存储介质具有特殊腐蚀性,采用规则设计方法所选球壳主体板材的计算厚度为国内最厚且超出相关标准规范许可的范围,改用分析设计法计算厚度,辅以ANSYS有限元分析法对液氨球形储罐进行强度校核分析,设计出了同时满足存储和安全要求的球形储罐。该球形储罐的板厚为目前国内最厚,为设计大型厚壁储罐提供了借鉴。     

2万m~3立式锥顶储罐弱顶结构分析与评价

以2万m3立式锥顶储罐为研究对象,针对API 650—2008《钢制焊接油罐》、GB 50341—2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》和SH3046—92《石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》标准设计的弱顶结构,采用有限元法进行储罐应力分析和稳定性计算,得到3种标准设计的弱顶结构在满罐和空罐工况下的强度破坏压力、失稳破坏内压,并与API 650—2008《钢制焊接油罐》公式计算的破坏内压进行了对比,最大误差低于63 Pa,为评价3种标准设计的弱顶结构破坏形式提供了依据。     

基于ANSYS的LNG储罐风载荷效应数值分析

为研究风载荷对大型全容式LNG储罐的影响,以某项目16万m3储罐为模型,借助ANSYS有限元软件,搭建LNG储罐精细化模型。依照《建筑结构荷载规范》,计算储罐墙体和穹顶处风压值,借助APDL工具,为有限元模型单元加载差异化风载荷,仿真分析风载荷效应。数值分析结果表明,风载荷产生的位移和应力相对较小,并非控制工况。分析了结构相对薄弱处的位移和应力规律,可供相关工程和设计人员参考。     

大型网壳式拱顶结构有限元分析计算

随着石油工业的发展，大型网壳式拱顶结构储油罐因其具有节省钢材和安装方便等优点而受到青睐，但其发展受限于拱顶计算复杂的缺点。运用有限元法在ＳＴＡＡＤ－Ⅲ钢结构软件上对网壳式拱顶结构进行了稳定分析，具体提出了模型的建立及分析方法。认为对工程上的网壳式拱顶结构除按钢结构规范进行一般稳定性分析外，为提高整体结构的稳定安全系数还应进行线性屈曲分析。     

大型拱顶储罐和内浮顶罐顶盖形式及用材探讨

短程线形网壳结构已成功用于大型储罐顶盖,该结构受力合理、可工厂化制造、安装方便、省时省料、经济性好。文章对钢制网壳结构与铝合金制网壳结构进行对比分析后认为,铝合金网壳经济性更好,值得推广。但铝网壳结构在油罐上使用涉及雷电安全等诸多问题,致使这种结构一时又难以推广。     

内压锥壳大端与球壳连接结构及其强度分析

锥壳大端连接球壳是常见的流化床反应器上部扩大段结构形式,现行常用标准未对该结构的设计作具体规定。参照GB 150.3—2011《压力容器第3部分:设计》有关锥壳大端折边厚度计算、球壳厚度计算、圆筒和封头连接的对接接头形式,讨论了内压锥壳大端与球壳连结的结构形式的特点,指出折边和锥壳的连接通常为不等厚对接。采用通用有限元软件ANSYS分析了3种不等厚对接过渡段的应力分布,对应力集中部位作了应力线性化处理和应力强度评定,指出了3种不等厚对接方式的特点,总结了此类结构的设计要点。     

针对LNG储罐的ABAQUS有限元模拟适用性研究

LNG储罐是清洁能源工程—LNG接收站的核心结构,目前用有限元模拟已成为研究LNG储罐的主要手段。ABAQUS是一款国内外应用广泛的大型通用有限元分析软件,在土木工程领域有着广泛的应用实例,壳单元是ABAQUS的常用结构单元。本文给出了由ABAQUS提取壳单元弯矩的简洁方法,之后针对三个基本圆板模型进行有限元模拟和理论计算,并将有限元模拟值与理论值进行对比,验证LNG储罐中应用上述方法的合理性,并讨论了板厚度对有限元模拟精度的影响。     

储罐子午线网壳顶盖结构的节点正确连接方式

根据对国内储罐子午线网壳工程的调查．发现不少储罐子午线网壳工程在支座节点和杆件拼接节点构造上存在严重错误。文章指出了错误的节点连接方式及其导致的问题和存在的安全隐患,阐述了子午线网壳节点连接的正确方法,按照该方法连接后,罐顶结构所产生的水平推力全部由罐顶圈梁承受,达到了设计要求;罐顶圈梁受力均匀,罐顶部的凸凹度符合设计要求;焊缝的质量容易保证;因杆件的形心轴在同一线上,不存在杆件搭接而产生的附加弯矩,不会使结构因节点构造而造成强度下降,且网壳结构美观。     

大型储罐顶盖结构形式及铝合金网壳的应用

对大型储罐罐顶结构形式的优缺点进行了比较 ,指出空间三角形网格大跨径罐顶盖具有结构受力合理、可工厂标准化制造、安装方便、省工省料、经济性好等优点 ,尤其是铝合金网壳结构 ,又比钢网壳结构更具有重量轻、耐腐蚀、零维护等突出特点。铝网壳在国外已在大型储罐上普遍采用 ,国内已开始采用 ,由于其经济性、安全性好 ,具有广泛的应用前景     

20万m3超大型浮顶油罐设计关键技术

从当前国际国内大型油库建设的发展趋势来看,储罐的建设越来越趋于大型化.随着我国原油储运事业的发展,研究开发20万m3超大型储罐已势在必行.20万m3储罐作为一项国际前沿技术,在设计方面需要着重研究探讨API Std 650-2009《钢制焊接石油储罐》以外的几项关键技术.论述了罐总体应力分析、超大型双盘浮顶分析、罐体“象足”屈曲安全评估分析和搅拌器搅拌效果的数值分析等设计关键技术.经分析计算,所设计的20万m3储罐结构是安全的,九级烈度下不会发生“象足”屈曲,可变角度侧壁式和旋转喷射式搅拌形式采用适当的技术参数均可实现理想的搅拌效果.     

直径60m储罐顶盖单层铝网壳结构节点的受力分析

采用ANSYS有限元仿真软件,对上海赛科石油化工有限责任公司所建的4台直径60m储罐顶盖单层铝网壳结构的节点进行了分析.通过对节点上的连接杆件、节点板、螺栓的整体协同仿真受力分析,得到了一些有意义的结论.     

球罐支柱与球壳连接处强度的有限元分析

针对球罐支柱与球壳连接处的有限元网格难以处理的问题,以1台2 500 m3丙烯球罐为例,采用有限元前后处理软件HyperMesh 6.0得到了高质量的网格划分.以该有限元模型为基础,采用有限元分析软件ANSYS 8.0模拟水压试验工况.同时结合现场水压试验,采用电测法对球壳及支柱相应部位进行应力测试.电测法、有限元应力分析结果以及理论计算值三者结果基本吻合,从而验证了采用HyperMesh6.0来处理支柱与球壳连接处的网格的可行性.计算结果表明,水压试验工况下该球罐最大应力点位于支柱盖板与球壳连接处壳体外壁,与GB 12337-1998《钢制球形储罐》中最大应力点位于支柱与球壳连接处的最低点的结论并不一致.     

大型网壳拱顶储罐同步施工技术

针对大型储罐网壳拱顶传统施工存在罐顶圈壁板和网壳不能同步组装的问题,以及储罐壁板传统倒装存在提升速度慢、提升高度不易控制的问题,根据多年储罐施工经验,经过不断的探索与实践,创新形成了大型网壳拱顶储罐安装技术。该技术将网壳顶地面组装整体提升技术与储罐壁板倒装采用的行程放大式机械提升技术相结合,实现网壳、顶圈壁板同步施工,有效缩短了施工工期,极大地提高了储罐安装施工效率。     

埋地储罐结构设计与ANSYS数值模拟

文章总结了埋地储罐结构设计方法,分析了其受力特点,针对储罐的特殊工况提出了采用ANSYS软件进行数值模拟的方法。结合具体设计实例,介绍了在结构设计之后,利用ANSYS软件进行建模加载计算得出储罐在覆土外压作用下的变形及应力分布规律的方法。对比分析理论计算与数值模拟结果,验证了数值模拟结果的正确性,指出常规稳定性设计的不合理之处,说明了数值模拟作为储罐结构设计的参考和补充的必要性。