亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        硫酸儲罐罐底設(shè)計探討

        2021-07-21 07:32:08李良建熊麗芳
        硫酸工業(yè) 2021年4期
        關(guān)鍵詞:罐底罐壁弓形

        李良建,熊麗芳

        (中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司,江西南昌330031)

        在工業(yè)生產(chǎn)中,硫酸作為重要產(chǎn)品之一,被廣泛應(yīng)用于化工、冶金、醫(yī)藥、新能源等領(lǐng)域。硫酸具有極強的氧化性和腐蝕性,對有機物具有極強的脫水性,一旦泄漏,會對土壤和地下水形成永久的破壞。因此,硫酸存儲的安全性需要引起足夠重視,科學(xué)合理設(shè)計硫酸儲罐顯得尤為重要。

        硫酸儲罐通常為立式圓筒形、帶肋球殼拱頂、高徑比一般不大于1的儲罐[1],工作溫度為常溫,工作壓力為常壓。硫酸儲罐的設(shè)計主要包括罐底、罐壁、罐頂?shù)炔课?,其中罐底除了承受液柱靜壓力及基礎(chǔ)的支撐反力,在靠近罐壁處,還受到罐壁及邊緣力的作用,受力狀況較為復(fù)雜。在工程實踐中,罐壁與底板的角焊縫破裂引起硫酸泄漏最為常見,因此筆者就硫酸儲罐罐底的設(shè)計進行探討。

        1 硫酸儲罐罐底結(jié)構(gòu)及受力分析

        1.1 罐底結(jié)構(gòu)

        硫酸儲罐底板主要有2種排板形式:條形排板和弓形邊緣板排板。當(dāng)硫酸儲罐內(nèi)徑不小于12.5 m時,宜采用弓形邊緣板排板。硫酸儲罐底板排板示意圖1。

        圖1 硫酸儲罐底板排板示意

        中幅板一般處于薄膜受力狀態(tài),其徑向與環(huán)向的薄膜力大小一致,且應(yīng)力很小。在確定中幅板的厚度時,主要考慮儲罐的結(jié)構(gòu)要求及罐底壽命。GB 50341—2014《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計規(guī)范》規(guī)定:除腐蝕裕量外,罐體直徑不大于10 m時,中幅板厚度不小于5 mm;罐體直徑大于10 m時,中幅板厚度不小于6 mm。

        弓形邊緣板受力狀態(tài)十分復(fù)雜,其厚度與底圈罐壁厚度有相對關(guān)系,且弓形邊緣板的有效厚度應(yīng)不大于底圈罐壁的有效厚度。GB 50341—2014規(guī)定的弓形邊緣板最小厚度(不包括腐蝕裕量)見表1[2]。

        表1 弓形邊緣板厚度

        根據(jù)底圈罐壁與罐底板連接區(qū)域應(yīng)力分布的特點,國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對弓形邊緣板內(nèi)伸長度和外伸長度作了相應(yīng)規(guī)定,詳見表2。

        表2 弓形邊緣板內(nèi)伸長度和外伸長度

        1.2 受力分析

        罐底中幅板相當(dāng)于鋪在彈性基礎(chǔ)上的薄板,在正常情況下其所受應(yīng)力很小,而弓形邊緣板受力狀況則十分復(fù)雜。在液柱靜壓力作用下,罐壁沿著徑向擴張,與底圈罐壁連接的罐底約束了罐壁沿徑向擴張,因此發(fā)生了罐底板脫離基礎(chǔ)的局部變形,如圖2所示。此時罐底板環(huán)向應(yīng)力和徑向應(yīng)力在底圈罐壁與罐底板連接處為最大值,并沿徑向向中心處迅速衰減。此處環(huán)向應(yīng)力和徑向應(yīng)力均屬于二次應(yīng)力。二次應(yīng)力具有自限性,即使其值超過材料的屈服極限,也不會破壞材料,因此將二次應(yīng)力限定在2倍屈服極限范圍之內(nèi)即可。

        圖2 罐底板脫離基礎(chǔ)的局部變形示意

        底圈罐壁、角焊縫和弓形邊緣板強度設(shè)計是儲罐設(shè)計的關(guān)鍵,以往都是將罐壁和罐底單獨考慮,吳天云[3]提出將底圈罐壁、角焊縫和弓形邊緣板作為一個整體進行研究,將彈性地基梁與剛性地基梁耦合進行受力分析,采用變形法分析求解底圈罐壁與弓形邊緣板之間的相互約束彎矩M0和約束剪力Q0。如圖3所示,在徑向方向上,圈梁支撐區(qū)域為剛性地基梁部分,其余區(qū)域為彈性地基梁部分。底圈罐壁、角焊縫和弓形邊緣板受力分析見圖4。

        圖3 地基梁示意

        圖4 底圈罐壁、角焊縫和弓形邊緣板受力分析

        圖4中,C是弓形邊緣板伸出長度,M0和Q0是罐壁與弓形邊緣板之間的相互約束彎矩和約束剪力,M1和Q1分別是彈性地基梁與剛性地基梁交界處梁截面的彎矩和剪力,R是圈梁對弓形邊緣板的支撐力。彈性地基梁與剛性地基梁耦合法適用圈梁基礎(chǔ),此類基礎(chǔ)能使罐底受力相對均勻,圈梁對罐壁的支撐更為牢靠,但罐底一旦發(fā)生泄漏,不易發(fā)現(xiàn)且維修困難。

        在工程實踐中,圈梁基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)都是常用的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式。條形基礎(chǔ)的最大優(yōu)勢為便于發(fā)現(xiàn)泄漏及維修。條形基礎(chǔ)之間凈寬一般為650 mm左右,條形基礎(chǔ)高度小于 1 350 mm[4],結(jié)構(gòu)示意見圖5。

        圖5 條形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意

        在罐底板與條形基礎(chǔ)之間設(shè)置加強型鋼,可減少底板厚度,降低設(shè)備投資。采用條形基礎(chǔ)時,彈性地基梁與剛性地基梁交界處梁截面的彎矩M1和剪力Q1近似看作0,罐壁與弓形邊緣板之間的相互約束彎矩M0和約束剪力Q0變化不大,故彈性地基梁與剛性地基梁耦合法仍然適用。

        隨著經(jīng)濟不斷發(fā)展,硫酸儲罐也面臨大型化發(fā)展趨勢。對于大容量儲罐,M0和Q0對底圈罐壁與弓形邊緣板間的角焊縫、弓形邊緣板和底圈罐壁的應(yīng)力計算十分關(guān)鍵,底圈罐壁厚度、弓形邊緣板和角焊縫均應(yīng)根據(jù)M0和Q0的影響進行應(yīng)力校核。

        2 硫酸儲罐罐底計算

        以設(shè)計10 kt硫酸儲罐為例,對硫酸儲罐罐底進行計算。硫酸儲罐工作溫度為常溫,設(shè)計壓力為常壓,濃硫酸密度為1 800 kg/m3,材質(zhì)選用Q345R,采用帶肋球殼拱頂。

        2.1 硫酸儲罐設(shè)計思路

        根據(jù)以往設(shè)計經(jīng)驗,硫酸儲罐通常采用自上而下的設(shè)計順序,即按罐頂、罐壁和罐底的先后順序設(shè)計。在工程實踐中,濃硫酸儲罐直徑D約為20 m,一般不超過40 m,罐頂采用自支撐式帶肋球殼拱頂。罐壁厚度有3種計算方法:定點法、變點法和應(yīng)力分析法,定點法適用于直徑不大于60 m的儲罐,且計算結(jié)果能滿足工程要求,故采用定點法計算罐壁厚度。

        在考慮風(fēng)載荷時,罐壁設(shè)計主要計算其穩(wěn)定性,通常在罐壁設(shè)置抗風(fēng)圈將較長罐壁筒體變?yōu)槎虉A筒以提高罐壁的抗外壓能力,且對弓形邊緣板厚度和徑向?qū)挾茸飨鄳?yīng)要求。在地震載荷作用下,儲罐破壞形式主要有底圈罐壁局部外凸、罐壁與弓形邊緣板間角焊縫開裂和底圈罐壁在圓周方向形成圓環(huán)狀凸出等,引起上述破壞的主要因素是罐壁的強度和穩(wěn)定性不能滿足要求。在罐壁設(shè)計時,只要罐壁軸向壓應(yīng)力不大于許用臨界壓應(yīng)力、設(shè)計液位到管壁上沿距離不小于液面晃動波高即認(rèn)為罐壁滿足強度要求。

        對于弓形邊緣板的最小厚度、內(nèi)伸長度和外伸長度,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已進行了相應(yīng)的規(guī)定。值得注意的是,在考慮風(fēng)載荷或地震載荷時,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對弓形邊緣板的內(nèi)伸長度作了額外的規(guī)定。

        2.2 硫酸儲罐罐底設(shè)計計算

        針對圈梁基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)2種不同的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式,分別簡述硫酸儲罐罐底的計算方法。

        2.2.1 基于圈梁基礎(chǔ)的罐底計算

        根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗,硫酸儲罐直徑D取20 m,高度H取18 m,計算過程如下:

        1)對自支撐式帶肋球殼拱頂進行設(shè)計計算,得到罐頂重量G1。

        2)采用定點法求各層罐壁厚度,得到罐壁重量G2,其中底圈罐壁計算厚度為δc,取名義厚度δn。

        3)在罐壁抗風(fēng)穩(wěn)定計算時,與底圈罐壁連接的弓形邊緣板的有效厚度應(yīng)不大于底圈罐壁的有效厚度。伸入罐壁內(nèi)側(cè)弓形邊緣板最小寬度Lb>且不大于0.035D。

        4)在罐壁抗震設(shè)計計算時,弓形邊緣板距罐內(nèi)壁的最小徑向?qū)挾?.035D),且不小于0.45 m。

        弓形邊緣板的內(nèi)伸長度和外伸長度要同時滿足上述3)、4)、5)的要求,而弓形邊緣板的厚度可根據(jù)表2選取,中幅板的厚度一般不小于6 mm。值得注意的是,在進行抗震設(shè)計時,底圈罐壁厚度可能需增厚,弓形邊緣板厚度將隨之改變。

        2.2.2 基于條形基礎(chǔ)的罐底計算

        API 650—2016[5]給出了條形基礎(chǔ)支撐罐底的計算方法,為滿足強度和剛度的要求,對罐底板厚度和允許撓度進行了規(guī)定,其中罐底板公稱厚度tg按公式(1)計算:

        式中:tg——底板公稱厚度(包括腐蝕裕量),mm;

        b——最大允許間距,mm;

        P——作用在底板上的均勻壓強,MPa;

        Fy——底板材料的屈服強度,MPa;

        CA——腐蝕裕量,mm。

        儲罐罐底厚度確定以后,需要校核相鄰兩型鋼梁之間罐底板的撓度不超過允許值。底板中間撓度應(yīng)小于或等于(tg-CA)/2,即其中Es為底板材料的彈性模量,單位為MPa。

        國內(nèi)有關(guān)儲罐的標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定條形基礎(chǔ)支承的硫酸儲罐罐底計算方法,通過對儲罐罐底進行受力分析可知,罐底板和支承型鋼同時滿足強度和剛度要求則認(rèn)為罐底設(shè)計合格。國內(nèi)有關(guān)條形基礎(chǔ)支撐儲罐罐底的設(shè)計計算可參照NB/T 47003.1—2009《鋼制焊接常壓容器》[6]和《機械設(shè)計手冊》。

        NB/T 47003.1—2009規(guī)定的條形基礎(chǔ)支撐罐底的計算方法如下:

        底板計算厚度δb和支承型鋼的最大間距Lb,max分別按公式(2)和(3)計算:

        式中:δb——底板的計算厚度,mm;

        Lb——底板支承梁的間距,mm;

        ρ——儲液密度,kg/m3;

        g——重力加速度,9.81 N/kg;

        H——儲液高度,mm;

        [σ]t——設(shè)計溫度下底板材料的許用應(yīng)力,MPa;

        Lb,max——底板支承梁最大允許間距,mm;

        δb,e——底板的有效厚度,mm。

        《機械設(shè)計手冊》將罐底板簡化為周邊鉸支,整個板面為受均布載荷的平板,中心應(yīng)力和中心撓度分別按公式(4)和(5)計算:

        式中:σ——平板的中心應(yīng)力,MPa;

        c1——矩形平板系數(shù);

        q——均布載荷,MPa;

        b——支承型鋼間距,mm;

        h——平板厚度,mm;

        f——平板的中心撓度,mm;

        c0——矩形平板系數(shù);

        [σ]t——設(shè)計溫度下底板材料的許用應(yīng)力,MPa;

        E——底板材料的彈性模量,MPa。

        儲罐罐底的設(shè)計要求罐底平板的中心應(yīng)力不大于設(shè)計溫度下底板材料的許用應(yīng)力,即σ≤[σ]t;平板的中心撓度不大于平板厚度的0.2倍,即f≤0.2 h。

        從罐底板厚度的計算公式可以看出:底部支承型鋼間距越大,底板厚度越大。因此,合理布置型鋼間距是設(shè)計罐底的關(guān)鍵。支承型鋼可簡化為受均布載荷的簡支梁模型,參照材料力學(xué)簡支梁計算公式校核其自身強度和剛度。在對支承型鋼進行強度和剛度校核時,支承型鋼變形量應(yīng)不大于底板的變形量,從而確保整個罐底變形的協(xié)調(diào)性。

        條形基礎(chǔ)的儲罐罐底板計算方法都是基于型鋼加強薄鋼板依據(jù)彈性力學(xué)理論推導(dǎo)而來,不同之處在于以下幾點:①API 650—2016采用屈服強度進行計算,而另外2種方法采用許用應(yīng)力進行計算;②為了確保罐底板厚度計算公式適用性,NB/T 47003.1—2009和《機械設(shè)計手冊》分別限定支承型鋼最大間距和罐底板撓度,而API 650—2016既限定了支承型鋼最大間距又限定了罐底板撓度。

        3 結(jié)語

        筆者解讀了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對罐底板設(shè)計的具體要求,并指出弓形邊緣板內(nèi)伸長度計算公式的適用條件。通過對硫酸儲罐底板的結(jié)構(gòu)形式和受力情況進行分析可知,底圈罐壁與弓形邊緣板之間的相互約束彎矩M0和約束剪力Q0是底圈罐壁、角焊縫和弓形邊緣板強度設(shè)計的主要影響因素。同時,由圈梁基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)支撐罐底不同計算方法的分析對比可知,合理布置型鋼間距是設(shè)計罐底的關(guān)鍵,對支承型鋼進行強度和剛度校核確保整個罐底變形的協(xié)調(diào)性是非常必要的。

        猜你喜歡
        罐底罐壁弓形
        大型LNG儲罐罐壁隔熱層保冷性能及其優(yōu)化對策探究
        在役常壓儲罐罐壁完整性檢測與評價標(biāo)準(zhǔn)問題探討
        降低弓形換位線圈換位尺寸偏差研究
        防爆電機(2020年4期)2020-12-14 03:11:16
        GB50341和API650的罐壁設(shè)計比較
        揚州石化儲罐罐底腐蝕及防治
        大型立式儲油罐雙層鋼制罐底結(jié)構(gòu)設(shè)計探討
        化工管理(2017年9期)2017-03-05 12:05:20
        下期要目
        一次由“弓形回波”所引發(fā)的冰雹天氣過程雷達特征分析
        2000m3儲罐罐底變形處理措施與實踐
        化工管理(2016年28期)2016-10-26 09:14:33
        大型立式儲油罐雙層鋼制罐底結(jié)構(gòu)設(shè)計探討
        化工管理(2016年24期)2016-03-13 18:44:08
        女优视频一区二区三区在线观看| 好男人日本社区www| 无码国产亚洲日韩国精品视频一区二区三区 | 国产乱淫h侵犯在线观看| 无码中文字幕日韩专区| 亚洲国产成人久久一区www| 少妇的诱惑免费在线观看| 白色月光免费观看完整版| 丰满少妇被猛烈进入高清播放| 国产精品无码av一区二区三区| 亚洲区日韩精品中文字幕| 亚洲视频观看一区二区| 久久久国产精品无码免费专区| 国产精品v欧美精品v日韩精品| 天天综合久久| 国产喷白浆精品一区二区豆腐 | 国产黄色精品高潮播放| 一区二区三区国产内射| 中文字幕日韩人妻不卡一区| 中文字幕天堂网| 丰满人妻无套内射视频| 国产内射爽爽大片| 中国凸偷窥xxxx自由视频| 麻豆密入视频在线观看| 色男色女午夜福利影院| 三级做a全过程在线观看| 国产一在线精品一区在线观看| 人妻少妇av中文字幕乱码免费| 风骚人妻一区二区三区| 成人免费777777被爆出| 国产免费一区二区三区最新不卡| 在线观看日本一区二区三区| av无码国产精品色午夜| 亚洲av久久无码精品九九| 亚洲午夜无码久久久久软件| 九九久久精品国产免费av| 亚洲熟妇av日韩熟妇在线| 国产午夜精品一区二区三区不| 日本高清成人一区二区三区| 国产亚洲成av人片在线观看| 久久天天躁夜夜躁狠狠躁2022|