水平地震作用下立式儲罐的減晃試驗研究分析.pdf

1、立式圓筒形儲罐是油田和石油化工及其相關(guān)企業(yè)廣泛應(yīng)用的容器，其多存儲易燃易爆、有毒介質(zhì)，在地震作用下常因內(nèi)部儲存流體晃動過大造成容器破壞，易導(dǎo)致火災(zāi)、泄露等次生災(zāi)害，對人類的生存和生態(tài)環(huán)境造成嚴重的影響，給國民經(jīng)濟造成嚴重損失。另一方面在立式圓筒形儲罐的設(shè)計中，晃動波高作為儲罐設(shè)計中的一個重要指標，這一點在多國規(guī)范中都有明確規(guī)定。其中我國《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計規(guī)范》(GB50341-2014)[5]要求:固定頂油罐和浮頂油罐的設(shè)計最

2、高液位到罐壁上沿的距離應(yīng)大于液面晃動波高，可見晃動波高對儲罐的罐高設(shè)計起著控制性作用，并且液體晃動過大會造成儲罐發(fā)生“象足”和“菱形”屈曲等形式的破壞。因此，若能有效減小儲液的晃動波高，將對儲罐的優(yōu)化設(shè)計和安全設(shè)計帶來良好效果。
　　為了抑制儲罐內(nèi)液體的晃動、本文以有機玻璃代替鋼材設(shè)計了縮尺比為1∶30的立式儲罐模型，以減晃板相對寬度和相對位置作為待優(yōu)化參數(shù)，以波高峰值、罐壁加速度響應(yīng)、罐壁壓應(yīng)力峰值作為晃動響應(yīng)衡量指標，對有、無

3、減晃板的立式儲罐內(nèi)的液體在不同地震激勵下的晃動響應(yīng)進行了模型試驗。試驗結(jié)果表明:布置減晃板可以對儲液的晃動波高起到一定的抑制作用，但其抑制效果受減晃板相對寬度和相對位置的影響較大。對于本試驗?zāi)Ｐ?，當相對寬度?.125～0.175且相對位置在0.125～0.225時，減晃板的抑晃效果較好，罐底加速度得到了一定的抑制，并且能保證部分放大的罐壁壓應(yīng)力峰值遠離規(guī)范限值;其次根據(jù)試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)減晃板對短周期的Northridge波下的地震響應(yīng)控制

4、效果較好，加速度峰值與壓應(yīng)力峰值都得到了較好地控制，對于長周期的El-Centro波與Taft波下的地震響應(yīng)控制效果相對較差;最重要的是晃動波高的顯著降低，使得儲液高度的限制得到了“解放”，相比無減晃板的罐體，帶減晃板的儲罐液體高度可以被設(shè)計為更大的高度，這對提升罐體儲量和提高占地利用率具有重要的意義。
　　借助ADINA有限元軟件建立有、無減晃板的儲罐有限元模型進行數(shù)值模擬，數(shù)值模擬結(jié)果表明:當減晃板在距液面0.125～0.22

5、5倍的儲罐高度且其寬度在0.15倍的儲罐半徑附近時，減晃板對儲液晃動波高、罐底剪力及罐壁壓應(yīng)力都具有較好的抑制效果;減晃優(yōu)化設(shè)計后，“象足”失穩(wěn)區(qū)（接近罐底處）的罐壁壓應(yīng)力峰值得到了較為顯著的抑制。將有限元計算結(jié)果與試驗實測值對比分析，驗證了ADINA數(shù)值模擬儲罐內(nèi)液體晃動響應(yīng)的可行性及可靠性。在此基礎(chǔ)上，利用有限元軟件ADINA進行儲罐多參數(shù)變化分析，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果對考慮減晃板影響的儲罐晃動波高進行理論分析，提出考慮減晃板影響的儲罐