[发明专利]一种储罐设计方法及装置

说明书

本发明实施例公开了一种储罐设计方法及装置。该方法包括：获取罐体、储罐附件、地基以及储存介质的目标参数；根据目标参数建立三维有限元模型；根据目标参数对三维有限元模型配置载荷数据和预设边界条件；通过三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，获取地基的环墙宽度、储罐底板的外边缘板宽度以及底板的内边缘板、外边缘板在底板和储罐壁板连接处的应力之间的对应变化关系；根据对应变化关系获取地基环墙宽度和外边缘板宽度。本发明实施例通过建立三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析以弥补理论计算模型的不足及实际测量的误差，与现有技术相比，具有提高储罐结构安全性的优点。

技术领域

本发明实施例涉及石油化工技术领域，具体涉及一种储罐设计方法及装置。

背景技术

随着国家战略石油储备建设的深入开展，我国已有近7000座大型石油储罐，单台罐容最大15×10⁴m³。随着储罐罐容和直径的不断增加，大型油罐的危险性随之增大，一旦发生泄漏、燃爆等事故，将对生命财产、社会环境带来巨大危害。

大型油罐均为立式圆筒形钢制焊接结构，主要由罐底、罐壁、罐顶组成。罐底分为环形边缘板和中幅板，底圈罐壁板与环形边缘板之间的大角焊缝采用连续焊。考虑焊接施工方便，设计标准GB50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐规范》规定伸出罐壁的外边缘板宽度≥50mm。大型油罐地基的型式为环墙式基础，主要由钢筋混凝土环墙和砂土地基两部分组成，罐底板非锚固，自由搁置于储罐地基上。根据GB50473-2008《钢制储罐地基基础设计规范》，钢筋混凝土环墙的功能是提供足够的承载力，环墙宽度、高度受储罐竖向载荷的影响。环墙中心线的直径与储罐的中径一致，即要求环墙中心线与罐壁中心线对齐。理论计算和大量工程实践表明，大型油罐在液压载荷的作用下，其底层罐壁板、罐底边缘板及其大角焊缝连接处的应力状态非常复杂，尤其罐底大角焊缝处，是储罐的高应力区和危险点。

在实现本发明实施例的过程中，发明人发现目前的罐底板应力的理论计算有三种，分别为1968年J.B.Denham提出的刚性地基梁法，1978年中科院力学所的李国琛法，1996年吴天云提出的刚性-弹性地基梁耦合法。但这些方法均对储罐进行了边界条件的简化与过多的理论假设，例如假设地基不发生沉降，导致无法精确地得到大角焊缝处等复杂区域的应力分布。

发明内容

本发明实施例的一个目的是解决现有技术由于存在过多的理论假设导致无法精确地分析复杂区域的应力分布。

本发明实施例提出了一种储罐设计方法，包括：

获取罐体、储罐附件、地基以及储存介质的目标参数；

根据所述目标参数建立三维有限元模型；

根据所述目标参数对所述三维有限元模型配置载荷数据和预设边界条件；

通过所述三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，获取所述地基的环墙宽度、所述储罐底板的外边缘板宽度以及所述底板的内边缘板和外边缘板在所述底板和所述储罐的壁板连接处的应力之间的对应变化关系；

根据所述对应变化关系获取所述地基的环墙宽度和所述外边缘板的宽度。

可选的，所述根据所述目标参数对所述三维有限元模型配置载荷数据包括：

根据所述目标参数获取所述储罐的液体静压力载荷以及罐体和储罐附件的自重载荷；

根据所述液体静压力载荷和所述自重载荷获取施加在所述底板和所述壁板上的载荷。

可选的，所述预设边界条件为将所述地基下表面处理为全约束。

可选的，所述通过所述三维有限元模型对储罐进行数值模拟与分析，获取所述地基的环墙宽度、所述储罐底板的外边缘板宽度以及所述底板的内边缘板和外边缘板的在所述底板和所述储罐的壁板连接处的应力之间的对应变化关系包括：