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        基于電阻應(yīng)變測試的大型原油儲罐彎曲應(yīng)力檢測

        2020-05-06 09:12:31周笑
        科技資訊 2020年5期
        關(guān)鍵詞:大型彎曲應(yīng)力

        周笑

        摘? 要:石油化工行業(yè)的迅猛發(fā)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(shí),產(chǎn)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(yīng)變的大型原油儲罐彎曲應(yīng)力檢測方法,并對應(yīng)力計(jì)算模型以及應(yīng)變片布置進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)對比表明,該文方法準(zhǔn)確性更高,更適應(yīng)于在石油化工行業(yè)對儲罐應(yīng)力的檢測。

        關(guān)鍵詞:電阻應(yīng)變? 大型? 原油儲罐? 彎曲應(yīng)力

        隨著石油化工行業(yè)的快速發(fā)展,儲油設(shè)備規(guī)模逐漸擴(kuò)大,且復(fù)雜程度也逐漸增加,因此對于儲罐設(shè)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(yùn)行過程中潛在隱患檢測[1]。在現(xiàn)有的對原油儲罐的設(shè)計(jì)規(guī)范中,并沒有一項(xiàng)是針對原油儲罐彎曲應(yīng)力的定義,當(dāng)原油儲罐受到外界壓力過大時(shí),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(yīng)力的檢測方法具有一定的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。

        1? 大型原油儲罐彎曲應(yīng)力檢測

        1.1 應(yīng)力計(jì)算模型

        在制定檢測方法前,首先要對儲罐的應(yīng)力計(jì)算方法進(jìn)行設(shè)計(jì),建立一個(gè)應(yīng)力計(jì)算模型。圖1為一個(gè)高度為L的原油儲罐,在儲罐頂端受到單個(gè)應(yīng)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(biāo)x軸,根據(jù)材料力學(xué)等相關(guān)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(diǎn)距離儲罐底部的距離;x為任意一點(diǎn)距離儲罐底部的距離。當(dāng)施加的單個(gè)應(yīng)力F作用位置固定時(shí),在某一個(gè)固定位置上,由該應(yīng)力作用所產(chǎn)生的撓度ω只會與應(yīng)力F的大小相關(guān),且二者之間存在線性關(guān)系[3],由此可以得出,當(dāng)儲罐受應(yīng)力作用時(shí),會產(chǎn)生一個(gè)沿圓周方向較小的撓度值。

        作用在儲罐表面的應(yīng)力Fn垂直于儲罐水平面,該應(yīng)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(yīng)力Fn可以分解為3個(gè)相互間垂直的分力,分別表示為沿儲罐豎直方向上的應(yīng)力Ft;沿儲罐徑向上的應(yīng)力Fr;沿軸向上的應(yīng)力Fα。由應(yīng)力的相關(guān)知識可以得出,導(dǎo)致原油儲罐彎曲的應(yīng)力公式為。

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

        1.2 應(yīng)變片布置

        大型原油儲罐的內(nèi)外表面積較大,為了快速準(zhǔn)確地測量出儲罐壁當(dāng)中的常規(guī)應(yīng)力值以及開孔所導(dǎo)致的應(yīng)力集中值,首先要對大型原油儲罐的應(yīng)力采用三維的有限元方法進(jìn)行初步的分析與計(jì)算,找出應(yīng)力較為集中的部分或應(yīng)力分布較為明顯的區(qū)域,再進(jìn)行下一步——制定應(yīng)變片布置方案。

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

        2? 對比實(shí)驗(yàn)

        為了驗(yàn)證該文提出的應(yīng)力檢測方法能夠更加有效的、準(zhǔn)確地檢測出大型原油儲罐彎曲的應(yīng)力,建立了如下對比實(shí)驗(yàn):

        選取兩個(gè)規(guī)格完全相同的大型原油儲罐,利用該文檢測方法與傳統(tǒng)檢測方法分別對這兩個(gè)儲罐的彎曲應(yīng)力進(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的數(shù)據(jù)記錄在表1中,并將兩種方法檢測的結(jié)果與實(shí)際的應(yīng)力值進(jìn)行比較,比較兩種方法的檢測精度。

        通過表1記錄的數(shù)據(jù)計(jì)算出兩種檢測方法的檢測精度,傳統(tǒng)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(yīng)力值與實(shí)際的應(yīng)力值更加接近,更具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)可以證明,該文提出的檢測方法能夠有效針對正常運(yùn)行的大型原油儲罐彎曲的應(yīng)力進(jìn)行檢測,且具有線性度良好、靈敏度高、效果理想等優(yōu)點(diǎn)。該方法能夠有效克服傳統(tǒng)檢測方法的弊端,能夠?qū)?shí)際情況帶入到測量當(dāng)中,保證結(jié)果的真實(shí)、可靠。

        3? 結(jié)語

        為解決當(dāng)前大型原油儲罐彎曲應(yīng)力檢測準(zhǔn)確率低的問題,提出基于電阻應(yīng)變測試的大型原油儲罐彎曲應(yīng)力檢測研究。根據(jù)設(shè)計(jì)的應(yīng)力計(jì)算模型及應(yīng)變片布置,完成該文研究,經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,該方法可以有效提高儲罐彎曲應(yīng)力檢測準(zhǔn)確率,具有實(shí)際應(yīng)用意義。

        參考文獻(xiàn)

        [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(yīng)力測試[J].油氣儲運(yùn),2017,36(10):1128-1132.

        [2] 徐中原,王維,王玉林,等.利用AE檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)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(shù)值模擬的大型原油儲罐熱輻射響應(yīng)研究[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2017,48(6):1651-1658.

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