- · 《真空科学与技术学报》[09/30]
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中美规范大型储罐外压失稳设计对比分析(2)
作者:网站采编关键词:
摘要：由GB 中6.4.3条可知，罐壁抗风圈数量可表示为： 2 外压储罐罐壁加强圈数量 对外压储罐，中美规范均采用核算区域内壁板当量高度不超过最大允许不加强的
由GB 中6.4.3条可知，罐壁抗风圈数量可表示为：
2 外压储罐罐壁加强圈数量
对外压储罐，中美规范均采用核算区域内壁板当量高度不超过最大允许不加强的罐壁当量高度这一衡量标准来保证大型储罐罐壁的稳定性。
2.1 基于API 650
最大允许不加强的罐壁当量高度计算式为【3】：
式中：Hsafe——最大允许不加强的罐壁当量高度，m；
E——弹性模量，MPa；
Ps——罐壁设计总外压，kPa；
ψ——稳定系数。
API 650原公式：
罐壁设计总外压计算式为【3】：
式中：Pe——设计真空压力，kPa；
W——稳定性校核时作用在罐壁的最大风压，kPa；
fp——操作压力与设计压力比值，且不低于0.4。
核算区域内壁板当量高度计算式为【3】：
API 650原公式：
由API 650中第条可知,罐壁加强圈数量计算式为：
Ns=HE/Hsafe-1
=INT(HE/Hsafe)
2.2 基于GB
最大允许不加强的罐壁当量高度计算式为【4】：
罐壁设计总外压计算式【4】：
式中：Wa——作用在罐壁垂直投影面的设计风压，kPa。
注：GB 中作用在罐壁垂直投影面的设计风压和API 650中稳定性校核时作用在罐壁的最大风压均采用符号W表示，本文为将二者区分开，采用Wa表示作用在罐壁垂直投影面的设计风压，采用W表示稳定性校核时作用在罐壁的最大风压。
核算区域内壁板当量高度计算式为【4】：
第i圈罐壁板当量高度计算式为【4】：
GB 原公式：
罐壁加强圈数量计算式【4】：
3 分析讨论
抗风圈和加强圈均为抵抗罐壁失稳设置，抗风圈针对常压储罐，主要考虑风压对罐壁的影响；加强圈针对外压储罐，考虑了风压和真空度的综合影响。大型储罐径厚比通常在1 000以上【11】，储罐公称直径、储罐内径、储罐外径差别很小，对计算结果基本无影响，本文为方便对比，统一采用储罐公称直径进行分析。
3.1 中美规范常压储罐稳定性校核公式
临界长度计算公式为【5】：
式中：Lcr——临界长度，m；
Do——圆筒外径，m；
t——圆筒壁厚，m。
短圆筒最小临界压力为【5】：
式中： [Pcr]d——短圆筒最小临界压力，MPa；
L——圆筒外压计算长度，m。
由于大型储罐径厚比通常在1 000以上，由式(19)可知，Lcr>37Do>HE，因此大型储罐属于短圆筒。罐壁承受均布外压时，对无加强圈(或抗风圈)结构的储罐，罐壁筒体总当量高度HE为罐壁外压计算长度，则大型储罐罐壁最小临界压力为：
大型储罐用碳钢、不锈钢常温下钢材的弹性模量E取201 000 MPa，则式(21)变为：
式(22)和式(4)基本一致， 因此， 可认为GB 中常压储罐罐壁最小临界压力基于均布周向外压的短圆筒临界压力推导得出。当储罐未设置抗风圈时，罐壁设计总外压Ps≤[Pcr]，则在设计总外压Ps作用下，最大允许不加强的罐壁当量高度H1可由式(22)变换得到：
在美国规范中，对常压储罐，工程中为简化考虑，将真空外压对罐壁稳定性的影响忽略不计，因此，API 650中罐壁设计总外压可变为：
当储罐未设置抗风圈时，对常压储罐，联立式(23)和式(24)可得：
中美大型常压储罐罐壁的外压失稳计算公式均基于均布周向外压的短圆筒临界压力推导得出。大型储罐现场制造过程中会产生不圆度等形状偏差，这些偏差可导致罐壁筒体的临界压力降低。对比式(25)和式(1)可知：API 650考虑了该因素，并考虑形状偏差系数为0.85；而GB 把常压储罐筒体当作理想筒体，未考虑该因素。但国内也曾有学者考虑过该因素，取形状偏差系数0.9【7】来计算罐壁筒体的临界压力。
3.2 中美规范外压储罐稳定性校核公式
中美规范外压储罐稳定性校核公式一致，判断准则也相同，但两者对罐壁设计总外压中风压的定义和取值不同。
3.2.1 美标外压罐壁设计总外压中的风压
API 650中风压的取值，在储罐抗倾覆计算时，采用平均风压；在强度和稳定性计算时，则采用最大风压【12-13】。API 650稳定性计算中的风压取最大风压，其值为【4】：
文章来源：《真空科学与技术学报》 网址: http://www.zkkxyjsxb.cn/qikandaodu/2021/0211/467.html