大型石油储罐的风载荷响应分析

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大型油罐安全分析对策与措施（一）

摘要：⼤型储罐有节省钢材、占地少、投资省、便于操作、管理等优点。

发达国家建造、使⽤⼤型储罐已有近30年历史，⽽我国尚处于起步阶段。

影响⼤型储罐安全运营的因素很多,⼀旦发⽣事故，就可能引发重⼤事故，损失将⼗分惨重。

因此，迫切需要及时总结经验，提出改进措施。

我们对其中的主要安全问题进⾏分析，并提出对策，为⼯程设计提供参考。

关键词：油罐安全分析改进措施⼀、⼤型原油储罐⼯程危险性分析 1原油危险性分析原油为甲B类易燃液体，具有易燃性;爆炸极限范围较窄，但数值较低，具有⼀定的爆炸危险性，同时原油的易沸溢性，应在救⽕⼯作时引起特别重视。

2⽕灾爆炸事故原因分析原油的特性决定了⽕灾爆炸危险性是⼤型原油储罐最主要也是最重要的危险因素。

发⽣着⽕事故的三个必要条件为:着⽕源、可燃物和空⽓。

着⽕源的问题主要是通过加强管理来解决，可燃物泄漏问题则必须在储罐设计过程中加以预防和控制。

泄漏的原油暴露在空⽓中，即构成可燃物。

原油泄漏，在储运中发⽣较为频繁，主要有冒罐跑油，脱⽔跑油，设备、管线、阀件损坏跑油，以及密封不良造成油⽓挥发，另外还存在着罐底开焊破裂、浮盘沉底等特⼤型泄漏事故的可能性。

腐蚀是发⽣泄漏的重要因素之⼀。

国内外曾发⽣多起因油罐底部腐蚀造成的漏油事故。

对原油储罐内腐蚀情况初步调查的结果表明，罐底腐蚀情况严重，⼤多为溃疡状的坑点腐蚀,主要发⽣在焊接热影响区、凹陷及变形处，罐顶腐蚀次之，为伴有孔蚀的不均匀全⾯腐蚀，罐壁腐蚀较轻，为均匀点蚀，主要发⽣在油⽔界⾯，油与空⽓界⾯处。

相对⽽⾔，储罐底部的外腐蚀更为严重，主要发⽣在边缘板与环梁基础接触的⼀⾯。

浮盘沉底事故是浮顶油罐⽣产作业时⾮常忌讳的严重恶性设备事故之⼀。

该类事故的发⽣，⼀⽅⾯反映了设计、施⼯、管理等⽅⾯的严重缺陷，另⼀⽅⾯⼜将造成⼤量原油泄漏，严重影响⽣产、污染环境并构成⽕灾隐患。

⼆、油罐罐顶失稳分析浮顶油罐是⼤型储备库最重要的设备。

随着油库扩容的要求，多年来国内外的浮顶卡阻沉顶事故多次发⽣，造成巨⼤经济损失，成为急待解决的课题。

大型固定式储油罐壁板静载荷下的有限元分析

大型固定式储油罐壁板静载荷下的有限元分析摘要：本文采用三维有限元法，使用ANSYS软件对某20000m3的固定式储油罐壁板在静载荷下的合应力及合位移进行了分析和模拟，对壁板应力与位移成因进行了简要分析，指出了储罐罐壁可能存在问题的重点部位，为设计、施工提供了参考。

关键词：大型储油罐、有限元方法、静载荷、应力分析引言目前大型储油罐罐壁大多采用多层不等厚壁板，在施工过程中容易发生应力集中和尺寸变形。

采用常规计算方式对其进行应力分析与强度校核，很难快速直观的得出结论。

特别是在施工及检验监理现场，对于油罐存在的应力和变形，大多数施工人员都只是简单的采用在经验公式或者简单的手工计算：不仅缺乏详细的有效数据，更谈不上进行快速的模拟与分析。

针对此类大型薄壳结构，国际上已经广泛的采用有限元法进行计算机辅助分析，本文所采用的ANSYS有限元分析软件，是一款已在工程领域大量应用的成熟软件。

1.1 油罐尺寸：罐底板外径Φ40000mm；罐内径39700mm；罐壁高度17452mm 罐顶高度23235.5mm罐壁板采用不等厚焊接：底圈6300×2000×182圈6300×2000×163圈6300×2000×144圈6300×2000×125圈6300×2000×106.7圈6300×2000×88.9圈6300×1800×8 材料16MnR焊条型号J5072.1油罐有限元模型将该油罐视为不等厚薄壳结构进行分析，考虑到油罐整体结构和载荷对称性，本文选取半个罐体进行分析，确保在不影响分析结果的前提下，减少运算量，提高分析效率，便于观察罐内及罐壁的分析结果。

罐体静载荷分析的有限元模型为：罐体及罐顶按照图纸施工，采用实体单元，总单元数为101296个，总节点数为178450个；设定分析条件时取无风、雪载荷载荷的理想条件；未考虑法兰、螺栓及焊缝等影响，未对爬梯、平台等辅助设备建模，罐壁与罐底T 形接头角焊缝视为固定约束（该处应力与变形本文未做分析）。

试论LNG储罐壳体抗风与抗震力学的性能

试论LNG储罐壳体抗风与抗震力学的性能摘要：本文首先分析了LNG储罐的振动特性，然后又围绕着LNG储罐在风荷载作用下的屈曲性能展开了叙述，最后运用理论与实际相结合的方式，从地震波的选取，混凝土LNG罐的地震响应分析，夹心LNG罐的地震响应分析这三个方面出发，以“LNG储罐的地震响应”为核心，进行了系统、深入的探究。

关键词：LNG储罐；抗风性能；抗震性能引言虽然到目前为止，针对LNG储罐展开的研究数量不断增加，但涉及抗风、抗震性能的研究仍旧停留在表面，尚未深入，本文所研究内容具有的现实意义不言而喻。

1、LNG储罐的振动特性分析1.1LNG储罐的有限元模型由于本文重点研究的是LNG储罐壳体具有的振动特性，因此，贮液带来的影响可以忽略不计。

选择APDL语言为主要工具，完成对1/2和1/4对称模型，以及两种储罐模型的建立工作，主要是因为SHELL91和SHELL63在节点单元的数量方面存在着细微的差别，只有通过APDL语言对应的ANSYS界面才能够得到准确的呈现，换句话说，图片是无法准确显示二者差别的。

1.2单元划分为了保证所获取解具备应有的精确性，本文对不同网格数目下，混凝土有限元模型前五阶的频率进行了计算，最终结果如图1所示[1]。

需要注意的是，虽然随着所划分单元数目的增加，结果会趋于稳定，但并不能因此而大量增加单元数目，因为这样会增加计算时间，降低计算效率。

本文最终选定将每条线划分成40份。

图 1 前五阶模型频率1.3边界条件通过分析可以看出，1/2对称模型和全罐在下部边界条件方面完全相同，另外，罐壁在平面外的位移，以及平面的内旋转都为0。

适用于1/4对称模型的边界条件取法有两种，第一种是两边均取对称边界条件；第二种是一边取反对称边界条件，其余边取对称边界条件。

计算结果表明，利用第二种取法得出的最终结果和有限元模型更为接近。

2、LNG储罐在风荷载作用下的屈曲性能2.1储罐的风压分布2.1.1竖向风压分布在围绕着LNG储罐的竖向风压分布展开研究的过程中，以下内容是需要工作人员引起重视的：根据LNG储罐高度、地面粗糙度的具体类别，确定风压高度变化系数，并根据实际情况将插入法应用在计算过程中；如果LNG储罐建在山区，则可以根据平坦地面的粗糙度，确定风压高度变化系数，再将所确定系数和相应修正系数相乘，获得最终结果；如果LNG储罐建在海岛或远海海面，那么，在确定风压高度变化系数时，粗糙度类别和修正系数都是需要考虑的因素。

浅谈大型立式储罐的风载荷问题

力按下式计算，
Ｐ，＝１６０００（Ｄ／三『Ｆ）（ …／Ｄ）
罐壁的厚度与罐的直径相比是非常小的，在理论分析中，忽略罐壁板的厚度对应力分析的影响，把罐壁视为薄壁圆筒。薄壁圆筒承受内压的能力远大于承受外压或负压的能力。罐
须考虑风载荷对大型立式储罐的作用。关键词：大型立式储罐；风载荷；稳定性
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５５４．２０１４．０２．０２３
１风载荷作用下罐壁的稳定性
式中：Ｐ， ——罐壁的临界压力，Ｐａ；Ｄ—— 罐的内直径，ｍ；
壁在施工过程中和正常使用状态下，罐外壁承受风载荷的作
用；罐内的操作负压与风载荷的共同作用会使罐壁发生稳定失
ｔｍｉｎ ——罐壁上部，等壁厚部分的公称厚度，ｍｍ；
加强圈与罐壁的组合截面大大地提高了罐壁的稳定性，为了使加强圈可以形成节线，组合截面的惯性矩应满足下面的要求
，ｖ＝１００（Ｒｔ）ｔ
风载荷作用下的临界压力（即驻点Ａ处的最大不失稳压力）比均匀外压作用下的临界压力约高１３％。
１．３罐壁的临界压力
式中 ——组合截面加强圈惯性矩，ｅｍ；
— —
罐壁的临界压力，仅取决于罐壁本身的材料和结构，如罐壁的直径、高度和罐壁的厚度等。薄壁短圆筒的罐壁的临界压

大型储罐的抗风计算与抗风措施—以董家口原油商储为例

大型储罐的抗风计算与抗风措施—以董家口原油商储为例摘要随着油罐的大型化和薄壳结构的广泛使用，油罐的抗风稳定性问题逐步凸显出来。

本文以董家口原油商储基地储罐抗风计算为例进行分析，明确了该类型罐体的稳定性措施。

希望籍以对同类型的设计起到一定的借鉴作用。

关键词：储油罐；抗风计算与措施；董家口近年来，随着储油罐的大型化和高强钢质量的飞速发展，储罐的罐壁厚度在逐渐减薄，虽然油罐的质量减轻了，但是油罐的抗风稳定性却越来越差[1]。

如1978年夏天，由于油罐没有采取抗风措施，河南某油库有四座油罐的罐壁当场被大面积吹瘪，此次事故不仅给国家和人民的财产造成了重大损失，而且还严重的威胁着工作人员人身的安全。

我国是一个风灾频发的国家，尤其是在夏季的沿海地带。

因此，我们应对油罐进行合理的抗风设计，采取可行的抗风措施，以防止油罐在强风的情况下失稳而造成事故。

1、油罐类型和现状目前，油罐按几何形状可划分为三种，分别为：卧式圆柱形油罐、立式圆柱形油罐以及双曲油罐，其中立式圆柱形油罐最为常见。

立式圆柱形储罐按结构可分为固定顶油罐，内浮顶油罐，外浮顶储油罐和球形储罐等。

拱顶油罐是最常见的一种固定顶油罐。

现阶段油罐大多采用了薄壳结构，薄壳结构是五大空间结构类型之一，因为采用薄壳结构可以使油罐内部受力均匀，所以不仅可以减少用料，节约成本，而且减轻了油罐重量。

另一方面，采用薄壳结构也能使油罐具有较好的密封性。

但是采用这种薄壳结构却大大减低了储油罐的抗风稳定性，遇到大风等恶劣天气储罐容易失稳，造成安全事故。

近二十年来，油罐迅速向大型化发展。

油罐大型化有利于石油工业的发展并且便于各方面的操作。

国际上油罐从上世纪六十年代便开始朝着大型化进行发展，制造出了超过十万立方米的大型油罐，尤其是中东以及一些石油产国，油罐大型化趋势尤为明显，现在国外已经建成了超过二十万立方米的油罐。

但是，油罐大型化以后，危险性也增加了，一旦出现事故危害性将会更大。

因此，做好油罐的抗风设计，保证油罐在大风天气的安全是极其重要的。

大型油罐的静强度及动力相应分析

大型油罐的静强度及动力相应分析【摘要】从基础必须适合上部结构构造特点的要求出发，分析了大型油罐的结构构造特点及其对基础的要求。

探讨了大型油罐的静强度及动力，提出了大型油罐基础应该具备的技术性能和构造组成。

【关键词】大型油罐；静强度；动力；分析众所周知，油罐基础是为上部罐体服务的，它必须适合于罐体结构构造的特点和要求。

从这一基本原则出发，要想得到一个比较理想、安全可靠且经济合理的大罐基础，就必须首先了解大型油罐罐体的结构特点和要求，以便结合具体工程条件（罐型、地质、建材、环境、工艺要求等）进行基础设计。

不顾及罐体结构构造特点，只从基础结构角度考虑问题而完成的设计，不能算作好的设计。

为此，下面首先介绍一下大型油罐的结构构造特点。

1．大型油罐的结构构造特点大型油罐是一个盛有万吨乃至10万吨以上可燃油液的薄壁容器，它是钢制立式筒形的，浮置在基础顶面上。

图1是某10m3油罐的构造示意图，它主要由罐壁、底板和浮顶三部分构成。

罐直径80m，高21．8m，由高强度钢板焊接而成，罐壁壁板厚32．5～12mm，罐底底板厚2l～12mm。

罐壁底部以上形焊缝与底板的环形板相焊接，罐壁上部以型钢做成的抗风圈加强。

罐浮顶是用薄钢板（4．5mm）焊成的盘型箱式密闭结构，像船一样浮于罐内油液液面上，随着油液液面的升降而起落。

由于浮顶几乎全部消除了罐内的气体空间，而且浮顶与罐壁之间的环形缝隙用弹性密封装置封严，从而大大减少了油品挥发损失，并增加了安全性。

图1大型油罐构造示意图现对大型油罐的结构构造分析如下，从而探求它的结构特点。

（1）大型油罐是立式筒形钢板焊接结构，其高度及筒壁直径都很大，但高度仅为直径的1/3左右，整体呈短粗圆筒状；罐体钢板厚度的最大值为32．5mm，与罐高或直径相比，比值都很小，且筒壁上部开口不封顶，故罐体整体柔性大、易变形；它几乎没有调整基础地基不均匀沉降的能力，反之，基础地基各种形式的不均匀沉降，几乎都会对罐体产生不同程度的影响（2）罐壁的垂直柱面钢板，与罐底板的大致水平面钢板，在罐体下部正交焊接成一体，该部位是上形焊接结构，在静或动液压力作用下，受力非常复杂且不明确。

大型储罐抗风稳定垂直风压的计算方法

大型储罐抗风稳定垂直风压的计算方法【摘要】大型储罐在风场中承受垂直风压是非常重要的，因为稳定的垂直风压可以有效提高储罐的结构稳定性和安全性。

本文首先介绍了大型储罐抗风稳定垂直风压计算的重要性，强调了计算垂直风压的必要性。

接着详细阐述了大型储罐抗风稳定垂直风压的计算方法，包括影响因素的分析、计算公式的推导、实例分析和稳定策略的探讨。

通过对垂直风压的计算实例进行讨论，可以更好地理解计算方法的应用。

总结了大型储罐抗风稳定垂直风压计算方法的重要性，并展望了未来研究的方向，为大型储罐抗风稳定提供了更合理的科学依据。

通过本文的研究，可以更好地完善大型储罐的抗风稳定性能，提高其在复杂环境中的安全可靠性。

【关键词】大型储罐、抗风稳定、垂直风压、计算方法、影响因素、公式推导、计算实例、稳定策略、重要性、研究方向。

1. 引言1.1 介绍大型储罐抗风稳定垂直风压的重要性大型储罐通常用于存储各种液体或气体，如石油、化工品等。

在大型储罐建造过程中，抗风稳定垂直风压是至关重要的一个考虑因素。

垂直风压是指风对储罐表面产生的压力，可以直接影响储罐的稳定性和安全性。

准确计算垂直风压是确保储罐结构稳定运行的关键步骤。

大型储罐通常处于露天环境中，容易受到风的影响。

当强风吹袭时，如果垂直风压计算不准确或不足，可能导致储罐倾斜、移位甚至倒塌，给周围环境和人员带来严重的安全隐患。

完善的大型储罐抗风稳定垂直风压计算方法对于保障储罐运行安全至关重要。

通过对垂直风压的准确计算和分析，可以帮助工程师们更好地设计和规划储罐结构，提高储罐的抗风稳定能力，减少风灾带来的影响。

在大型储罐建造和运行中，重视抗风稳定垂直风压的计算，对于确保储罐系统安全可靠运行具有重要意义。

1.2 阐述计算垂直风压的必要性为了确保大型储罐的安全性和稳定性，计算垂直风压是至关重要的。

垂直风压是指风力作用于储罐垂直表面的压力，其大小直接影响着储罐的稳定性和抗风性能。

在风力较大的情况下，如果垂直风压超过了储罐的承载能力，储罐就有可能发生倾覆或损坏，造成严重的安全事故。

风载作用下大型原油储罐稳定性分析

风载作用下大型原油储罐稳定性分析
张炜;金涛
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2014(000)009
【摘要】大型石油储罐多建于沿海、山谷,极易遭风灾影响.通过对一个一万立方米储罐模型进行简化,研究石油储罐遭受风载作用时的屈曲状态,计算并衡量其抵抗大风能力大小.将储罐在有限元软件ABAQUS中进行了建模,运用孤长法进行计算和分析,计算出其临界屈曲载荷,得到其临界屈曲的位置.之后将储罐加上包边角钢进行模拟,计算出来对应的临界载荷,以判断抗风的效果.研究结果对于储罐设计过程以及抗风能力的评估具有一定的借鉴和参考价值.
【总页数】5页(P53-56,59)
【作者】张炜;金涛
【作者单位】浙江机电职业技术学院机械工程学院,浙江杭州310053;浙江大学化工机械研究所,浙江杭州 310027
【正文语种】中文
【中图分类】TE972;O241.8
【相关文献】
1.爆炸载荷作用下大型原油储罐动力响应分析 [J], 朱立富;阎善郁;潘科
2.风速作用下大型原油储罐火灾特性与危害研究 [J], 翟克平;单秀华;李江飞;李岩芳;孔祥雷
3.地基不均匀沉降和风载荷联合作用下的大型储罐屈曲分析 [J], 苏文强;陈志平;马赫;吴济航;别尔兰·贾纳依汗
4.风载作用下高空贝雷架支撑系统的稳定性分析 [J], 田清伟;丁胜勇;郑保敬
5.风载荷作用下大型货物吊运的稳定性分析 [J], 刘旭;申屠启伟;朱文清;林慰
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大型石油储罐的风载荷响应分析
宫建国，刘迎圆。蒋力，曾胜。金涛
（浙江大学化工机械研究所，浙江杭州
３１００２７）
摘要：主要研究了大型石油储罐在风载荷作用下的响应。首先，介绍了风载荷分析时用到的风压模型，并建立了储罐的有限元模型；然后，对储罐进行了模态分析；最后，分别计算了储罐在静态风压和动态风压模型下的响应。结果表明：储罐的模态呈多波分布，该振动为储罐周向振动和竖向振动的叠加。在静态风压模型下，储罐的最大位移发生在靠近储罐罐顶的罐壁某处；最大应力发生在罐壁与地板的连接处。在动态风压模型下，动态响应的峰值（如位移和应力峰值）延迟于风载荷峰
ｊｏｉｎｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｂｏｔｔｏｍｐｌａｔｅａｎｄｔｈｅｔａｎｋｗｌａ１．Ｆｏｒｔｈｅｔａｎｋｕｎｄｅｒｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｗｉｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅｒｅｉｓａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｗｏｒｋｗａｓｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｌａｒｇｅｓｃａｌｅｏｉｌｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｗｉｎｄｌｏａｄ．
ｎｌｙａｓｉｓｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｗｉｎｄｒｅｓｐｏｎｓｅｓｏｆｔｈｅｔａｎｋｕｎｄｅｒｔｈｅｓｔａｔｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃｗｉｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｔｈｅｍｕｔｉｌ —ｗａｖｅｖｉｂｒａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｓｔｈｅｓｕｐｅｒ — ｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉｌａａｎｄｖｅｒｔｉｃａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ．Ｆｏｒｔｈｅｔａｎｋｕｎｄｅｒｔｈｅｓｔａｔｉｃｗｉｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｍａｘｉ —
ｔｉｍｅｄｅｌａｙｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｅａｋｒｅｓｐｏｎｓｅ（ｅ．ｇ．ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｓｔｒｅｓｓ）ａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｌｏａｄ．
Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｗｉｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｔａｎｋｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｍｏｄａｌａ —
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ — ４８３７．２０１３．０５．００７
ＲｅｓｐｏｎｓｅｏｆＬａｒｇｅＳｃａｌｅＯｉｌＳｔｏｒａｇｅＴａｎｋｓＳｕｂｊｅｅｔｅｄｔｏＷｉｎｄＬｏａｄ
ＧＯＮＧＪｉａｎ —ｇｕｏ，ＬＩＵＹｉｎｇ —ｙｕａｎ，ＪＩＡＮＧＬｉ，ＺＥＮＧＳｈｅｎｇ，ＪＩＮＴａｏ
（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｒｏｃｅｓｓＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎ；风载荷；模态分析；动态响应
中图分类号：ＴＨ４９；ＴＥ９７２；ＴＢ２４文献标识码：Ａ文章编号：１１３０１— ４８３７（２０１３１０５— ００３４— ０５
ｍｕｍｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｃｃｕｒｓｏｎｔｈｅｔａｎｋｗａｌｌｃｌｏｓｅｔｏｔｈｅｔｏｐｅｄｇｅ，ｗｈｉｌｅｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｅｓｓｈａｐｐｅｎｓｏｎｔｈｅ