大型球罐支柱与球壳连接的新型结构

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中图分类号：TE972 文献标识码：A doi：10.6047.issn.1000-8241.2013.06.010A new structure linking large-scale spherical tank braceand spherical shellJiang Huayun ，Cheng Peng ，Zhou Xueshen2，Li Lixiu2，Zhang Nan2，Li Fengwu1.Tianjin Branch，CNOOC(China)，Tianjin，300457；2.Tianjin Design Institute，CPPE，Tianjin，300457Abstract：The paper presents a new structure，i.e.radial palet，to link spherical tank brace with spherical shel1.With themethod indicated in JB4732 Steel Pressure Vessels Analysis and Design Standards，this new structure is analyzed for itsstress with ANSYS，a finite element software，and also correlated with the horizontal palet.Results show that under theconditions of self-weightcalculating pressurewind pressure.1ocal stress at shel-palet connection decreases by 9%，underthe conditions of selfwei曲什calcu1ating pressure25%wind pressureearthquake load，local stress at shel-plate connectiondecreases by 9%。under conditions of self-weighttest pressure，local stress at shell-palet connection decreases by 10%.(3Tables，6 Figures，4 References)Key words：brace，spherical tank，radial pallet，linking structure随着我国工业的发展，球罐作为天然气的主要储存容器得到越来越广泛的应用↑年来，容量超过3 000 m。的大型球罐开始陆续出现在天然气处理场中。支柱是球罐最重要的支撑元件，由于结构突变，支柱与球壳连接部位在载荷的作用下会产生很大的局部应力。如果应力超过材料的承载极限，球罐将发生破坏。因此，需要寻求合适 的连接结构，以期减少局部应力，延长球罐的使用寿命。支柱与球壳的连接结构- 般采用直接连接结构、加托板结构、U形柱连接结构等。这几种结构的支柱与球壳连接处的局部应力过大，容易出现疲劳裂纹。为此，基于以往设计经验，提出了-种新的连接结构--径向托板连接结构，并利用 ANSYS有限元软件，采用 JB4732-1995《钢制压力容器分析设计标准》 中的分析方法，对 自重计算压力风压力、白重计算压力25%风压力地震及白重试验压力3种载荷组合工况进行应力分析对比。

两种连接结构对比水平托板连接结构由U形柱连接结构发展而来，比U形柱产生的局部应力小，而径向托板连接结构是水平托板连接结构的进-步优化(图1)。

水平托板结构连接处与球罐地基平行，而径向托板结构连接处径向于球罐表面，其与球壳的连接比水平托板更加平滑。

网络出版地址：htp：//kcms/detail/13 1093 TE.20130425 1044 010.html蒋华云等：大型球罐支柱与球壳连接的新型结构 机械设备Jiang Huayun，et ah A new structure linking large-scale spherical tank brace and spherical she50(5m)-、、R315II1.7g!，、 20B1-5 要 7- c!f厂1.9/3o硎謦 与 -1R月 ～ 1 - '630X14 兜 × )R3 1，'5、-1-81 4" - ～ 、 、 1. 7- 1f J 14B1.5， 14- - 、 - !ffj C、、J1- ] 、 10# I 、 ---4 6 -P，D，/ ] r30 0 l -、 1三 - / ： 寸 -.， 目(a)径向托板结构 (b)水平托板结构图 球罐支柱支撑结构示意图(单位：2有限元模型 压力两种载荷组合工况的载荷性质相同，因此只需选择其中-种工况进行对 比分析即可。

以 m。球罐为例，分 4种工况对径向托板连接结构和水平托板连接结构进行对比分析 。球罐基本设计参数：物料充装系数 0.9；内径 mm；支柱数量 1O个，规格 63O× ；拉杆规格 70；设计压力为 1. ；最大工作压力 1. ；试验压力为2. ；基本风压 1 地面粗糙度类别 B；基本雪压 ；地震载荷 7度，远震；场地土类 类；设计温度 5O℃；储存介质为丙烷、 ，密度 。

虽然设备结构具有周期对称性 ，但计算中需要考虑地震载荷和风载荷，因此对球罐整体结构的进行适当简化，建立实体模型(图2、图3)，采用三维实体单元 )和杆单元 )对设备结构进行网格划分。

设计压力和液柱静压力采用分布压力函数法施加。风载荷采用表面效应单元施加。地震载荷采用当量地震加速度法施加。此外，在模型对称面上施加对称约束，在支柱底端施加固定约束。完整的球罐结构应力分析计算需要分别计算校核4种工况的应力强度：自重计算压力载荷组合工况；自重计算压力风压力载荷组合工况；自重计算压力25 风压力地震载荷组合工况；自重试验压力载荷工况。上述4种载荷工况，由于自重计算压力”与自重试验图 球罐部分支撑结构模型计算结果根据 自重计算压力风压力、白重计算压力25%风压力地震及 自重试验压力 3种载荷组合工况下两种托板结构的应力分析结果(表 1～表 3，图 4～图 6)，水平托板结构仅在 自重计算压力风压力载荷组合工况下最大应力低于径向托板结构，且