立式圆筒形钢制焊接储油罐有限元分析及优化

田 军，丁晓霖，吴子今， 王 辉

(1.中石化化工销售江苏分公司 南通东海石油化工有限公司，江苏 南通 226000； 2.扬州大学 机械工程学院，江苏 扬州 225127)

0 引言

储油罐作为炼油和化工工业液态碳氢化合物的主要存储设备，广泛应用于石油、化工等领域[1]。国内外专家对罐体强度、刚度的提高以及设计方法研究的较多[2]，但对罐体发生破坏的原因分析较少[3-4]。孙志刚等[5]应用ANSYS开发的储油罐参数化APDL程序，对罐体壁厚及浮顶厚度进行接触分析，通过减小罐体壁厚，达到结构轻量化设计的目的。鉴于石油的热化学特性，储油罐会因石油的腐蚀导致焊缝减薄，以致罐体发生强度和稳定性失效。针对此问题，本文探究了风载、自重与内部油压对罐体结构的影响，找到罐体破坏的原因，并据此为罐体设计加固方案，以进一步提高储油罐的安全性和使用寿命。

1 有限元模型

1.1 有限元模型的建立

利用CATIA建立储油罐的三维模型，导入Workbench有限元软件进行分析。罐体的材料设置为Q235钢，其力学性能如下：屈服极限235 MPa，泊松比0.25，弹性模量200 GPa，抗拉强度370 MPa。为了提高应力的连续性，模型采用映射面网格划分，单元数为10 320个，节点数为10 320个。储油罐模型的网格划分结果见图1。

图1 储油罐模型网格划分

1.2 约束与载荷

储油罐底面与地面固定，可以将模型底面设置为固定约束。为了提高分析计算的效率，现将储油罐顶面简化为22.16 t的质量点。

风载由风速及物体受压面大小决定，根据GB5009—2001《建筑结构荷载规范》，按照该地区气象资料统计的数据，本结构采用风速为36 m/s的12级台风为基本风速。……