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文檔簡介
1、臥式埋地油罐設(shè)計王立平(大慶油田工程有限公司)臥式埋地油罐經(jīng)常用來儲存汽油、柴油、煤油等燃料被廣泛應(yīng)用于油庫、加油站、職工食堂等相關(guān)場所同地上普通臥式罐相比具有施工快、消防設(shè)備簡單、有可靠的防火防爆能力、節(jié)省土地資源、降低工程造價等特點。但由于臥式埋地罐在地下要承受覆土的壓力、地下水的浮力以及土壤腐蝕等不利因素的影響因此在設(shè)計過程中除了要遵循普通地上臥罐的設(shè)計規(guī)范外還要對臥式埋地罐進行穩(wěn)定性核算和抗浮驗算。11結(jié)構(gòu)和材料的選擇由于臥式埋
2、地油罐安裝在地下具有滲漏不易發(fā)現(xiàn)、維修不便等缺點因此在設(shè)計臥式埋地油罐時要盡量減少罐體上的焊接接管。設(shè)計中通常在罐體上開設(shè)較大的兩個管口其中一個作為人孔必要時內(nèi)設(shè)爬梯供維修使用另一個加孔蓋后在孔蓋上開設(shè)油罐必需的各個管口包括進出油口、放空口、量油口及液位傳送口等。對各種焊接接頭的檢測要遵循《承壓容器無損檢測(JBT47302005)》相關(guān)規(guī)定要求進行射線檢測達到Ⅲ級合格。臥式埋地油罐的材料選擇要考慮以下因素:①設(shè)計溫度②設(shè)計壓力③所儲存
3、介質(zhì)的性質(zhì)④耐腐蝕性能⑤容器材料的力學(xué)性能如強度、剛度、韌性、耐疲勞性能等⑥高溫和低溫對容器材料力學(xué)性能的影響等。因此對于埋在凍土中的臥式埋地油罐鋼板的允許使用溫度應(yīng)適合當?shù)氐臏囟葪l件建議采用壓力容器專用鋼板(如20R等)。21強度設(shè)計為了安全起見通常將設(shè)計壓力選為011MPa設(shè)計溫度為當?shù)貧v年來月平均最低溫度。211受力分析臥式埋地油罐的罐體所承受的作用力包括:罐內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生的內(nèi)壓P0、罐體四周砂土給予的外壓P1、地下水對其產(chǎn)生的向上浮
4、力等。根據(jù)無力矩理論:筒體壁厚與直徑之比很小則認為壁厚很薄中徑D≈內(nèi)徑Di只承受拉應(yīng)力或壓應(yīng)力不承受彎矩而且罐體內(nèi)應(yīng)力沿壁厚均勻分布。當油罐正常工作時罐體所受的作用力是平衡的。(1)總軸向力平衡。πD2P4=πDδσhF1由此產(chǎn)生的軸向應(yīng)力σh:速度的約束條件015fts≤v≤8fts管程速度的約束條件01001fts≤vi≤160fts殼程直徑的約束條件Di≤40in等其中涉及獨立變量的約束可以歸為定義域整個優(yōu)化問題的非變量約束條件有
5、20個。利用遺傳算法進行優(yōu)化從初始點位0處開始求解用8步運行。最初7步的運行使用給定的迭代界限而當達到默認的運行時間界限100s時第8步運算停止。對于相同數(shù)目的迭代每次運行會得到不同的最終目標函數(shù)值這是因為在突變和雜交操作中使用了隨機機理且任意選取初始群體最佳值712157并不是在使用最多的迭代或計算時間的運行中獲得的而是在10000次迭代運行中得到的。由遺傳算法求解程序求得的最終目標值見表1。當投資總成本為最佳目標函數(shù)值時其它設(shè)計變量
6、值見表2。利用傳統(tǒng)的罰函數(shù)增廣拉格朗日法優(yōu)化優(yōu)化后目標函數(shù)值為734。其結(jié)果見表3。表1由遺傳算法求解程序求得的最終目標值運行次數(shù)迭代找到的最佳目標值運行次數(shù)迭代找到的最佳目標值1100076919155000784199210007711776100007121573100078912371000079214745000804123828244806169表2使用遺傳算法的設(shè)計變量值t2WCA0NtLtU012011499320164
7、124115nbΔPiΔP0Dhih0121013184198125714512表3罰函數(shù)增廣拉格朗日法的設(shè)計變量值t2WCA0NtLtU0117115306193136610154110nbΔPiΔP0Dhih0119012796145125612554由此可見遺傳算法不僅能得到更好的優(yōu)化結(jié)果而且能大大地縮短優(yōu)化計算時間。(欄目主持張秀麗)04油氣田地面工程第26卷第6期(200716)σh=PD4δF1πDδ為滿足要求應(yīng)有σh≤[σ
8、]tψ那么:δ=PD4[σ]tψF1πD[σ]tψ式中P為油罐的設(shè)計壓力δ為筒體壁厚F1為砂土和地下水作用在封頭上的總軸向力為不均勻力[σ]t為筒體材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力ψ為筒體焊縫系數(shù)。(2)總徑向力平衡。DLP=2LδσθF2由此產(chǎn)生的軸向應(yīng)力σθ:σθ=PD2δF12Lδ為滿足要求應(yīng)有σθ≤[σ]tψ那么:δ=PD2[σ]tψF22L[σ]tψ式中F2為砂土和地下水作用在封頭上的總徑向力L為筒體長度。212確定壁厚通過上述應(yīng)力
9、分析可以得出筒體壁厚δ的計算值但由于作用在儲罐上的砂土及地下水的力抵消了部分軸向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力所以得到的δ值應(yīng)該是偏小的。因此按照地上臥罐的計算方法根據(jù)《鋼制壓力容器(GB1501998)》內(nèi)壓圓筒和內(nèi)壓橢圓形封頭的有關(guān)公式進行計算即:內(nèi)壓圓筒:δ=PD2[σ]tψP內(nèi)壓封頭:δ=PD2[σ]tψ015P由上述公式就能得出埋地罐的壁厚經(jīng)過圓整得到名義壁厚。實踐證明運用這種方法計算得到的壁厚δ值是安全的。31穩(wěn)定性校核從埋地罐的受力分析圖
10、可看到埋地罐除了承受內(nèi)壓外還承受罐體四周的覆土壓力這個壓力會使罐體變形失穩(wěn)所以埋地罐除了要進行強度計算外還應(yīng)進行穩(wěn)定性校核及驗算。埋地罐的許用外壓力為[P]設(shè)計外壓力為PY穩(wěn)定性校核的條件是[P]≥PY。如果[P]PY時則應(yīng)在罐內(nèi)設(shè)置加強圈加強圈的數(shù)目、材質(zhì)、規(guī)格等按照GB1501998相關(guān)章節(jié)進行計算、確定。41抗浮驗算如果埋地罐全部或局部埋入最高地下水位以下就要進行抗浮驗算。為了保證其在空罐的情況下不被地下水浮起必須滿足下列不等式:
11、GstGso≥VwγwK式中Gst為罐體單位長度自重Gst=2πRδγst(其中γst為鋼材的密度δ為罐體的厚度)Gso為作用在埋地罐單位長度上的成棱柱體的土壤重量Gso=γso2H0RπR22H20ctgφ(其中γso為土壤密度H0為油罐軸心到地表的距離φ為土壤摩擦角)Yw為水的密度K為安全系數(shù)取112~115Vw為埋地罐單位長度上埋入地下水部分的體積。那么當h≥R時Vw=2πcos1hR12hRR2(hR)2當h≤R時Vw=cos1
12、1hR2RhR2(Rh)2其中h為地下水液面到臥罐底部的垂直距離。如果油罐自重和土壓之和不能滿足不等式就說明油罐將可能被地下水浮起此時應(yīng)將油罐加錨固定在基礎(chǔ)上以增加總重錨礅的數(shù)目及固定方式將由土建專業(yè)人員通過計算來確定。在埋地油罐的設(shè)計中抗浮計算是非常重要的一個環(huán)節(jié)只有充分重視埋地罐的抗浮設(shè)計才能有效防止由于罐體上浮造成的安全事故發(fā)生。51安裝及注意事項臥式埋地油罐安裝方法很多種最常用的是在罐體上設(shè)計兩個鞍座鞍座與罐池的基礎(chǔ)固定。另外還
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