- · 《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(3)
作者:网站采编关键词:
摘要：式(26)中的系数1.48为地貌类别C类、高度40 ft(12.2 m)、50年一遇的3 s阵风风速120 mph(190 km/h)时的速度风压。 速度风压表达式为【14】： 式中：p——速度压力，
式(26)中的系数1.48为地貌类别C类、高度40 ft(12.2 m)、50年一遇的3 s阵风风速120 mph(190 km/h)时的速度风压。
速度风压表达式为【14】：
式中：p——速度压力，kPa；
ρ——空气密度，取1.225 kg/m3；
v——3 s阵风风速，取53.64 m/s(相当于190 km/h)；
Kz——风压高度变化系数(按ASCE7-10)，地貌类别C类、高度40 ft(12.2 m)时，取1.04；
Kzt——结构系数，取1；
Kd——方向系数，取0.95；
I——重要度系数，取1；
G——阵风系数，取0.85。
注：英制单位与国际单位换算，120 mph=193.12 km/h，工程计算时，API 650把120 mph等同于190 km/h，本文为精确计算，用193.12 km/h代替API 650公式中190 km/h进行计算推导。
由式(26)和式(27)可知，API 650稳定性计算中的风压特指地貌类别C类、高度40 ft(12.2 m)时的最大风压，未考虑其他地貌类别、罐壁高度等因素的影响。
3.2.2 国标外压罐壁设计总外压中的风压
依据GB 附录F.0.1和GB —2012附录E.2.4-1，GB 稳定性计算中的风压值为：
式中：v0——B类地面粗糙度(相当于API 650中的C类地貌类别)、空旷地区10 m高处、50年一遇的10 min平均最大风速，m/s。
3.2.3 国标外压储罐罐壁设计总外压中的风压与美标平均风压的关系
根据文献【15-16】可知，3 s阵风风速与10 min平均风速的比值为1.43，即
抗倾覆计算中的罐壁风压为平均风压，其值为【3】：
式中：Pws——地貌类别C类、高度40 ft(12.2 m)时作用在罐壁上的平均风压，kPa。
联立式(28)～式(30)可得：
由上述公式可知：GB 稳定性计算中的风压特指B类地面粗糙度(相当于API 650中的C类地貌类别)、高度40 ft(12.2 m)时的平均风压，未考虑储罐方向系数、阵风系数和其他地面粗糙度、罐壁高度等因素的影响；而API 650稳定性计算中的风压特指地貌类别C类、高度40 ft(12.2 m)的最大风压，未考虑其他地貌类别、罐壁高度等因素的影响。因此，工程设计常遇到对同一工况的外压储罐分别采用中美规范设计，其结果差异较大的情况。
3.3 国标对常压储罐、外压储罐罐壁设计总外压中风压的对比分析
3.3.1 国标常压储罐罐壁设计总外压中的风压
常压储罐罐壁设计总外压中的风压为【17】：
式中：WG——GB 中常压储罐稳定性校核时作用在罐壁的风压，kPa；
K1——体形系数，敞口储罐取1.5，闭口储罐取1。敞口储罐与闭口储罐相比，罐壁外表面风压分布相同，在迎风面大约60°范围内，筒体受到约1倍风压的最大风力，但罐壁内表面因风力作用而产生吸力【18-21】。
3.3.2 国标常压储罐罐壁设计总外压中的风压与美标最大风压的关系
GB —2003认为瞬时风速与10 min平均风速比值为1.5【17】，该数值和文献【15-16】中的比值1.43不一致，由于GB —2014常压储罐罐壁设计总外压中的风压仍参照GB —2003中公式，因此认为，式(32)是基于瞬时风速与10 min平均风速比值1.5推导得来，即
对闭口储罐，联立式(26)、式(32)和式(33)可得：
为统一基准，对B类地面粗糙度、高度40 ft(12.2 m)的工况，将式(34)变为：
对比式(35)与式(34)可知，式(34)中考虑了地面粗糙度、高度系数的影响。而对比式(35)与式(31)可知，随着设计外压的增加，当储罐由常压储罐变为外压储罐后，该储罐稳定性校核时作用在罐壁的风压由最大风压的线性关系变为平均风压的线性关系。因此，对比式(34)与式(31)可知，GB 中常压储罐和外压储罐稳定性计算中所采用的风压基准不一致，前者为考虑了地面粗糙度、高度系数条件下的最大风压，后者则特指B类地面粗糙度(相当于API 650中的C类地貌类别)、高度40 ft(12.2 m)时的平均风压。
3.4 对中美规范相关条文修订的建议
API 650和GB 罐壁外压失稳公式中的风压均是基于各自基本风速要求的地面粗糙度(或地貌类别)、基本风速测定高度下的结果。储罐建造地的地面粗糙度以及罐壁高度均会影响作用在罐壁上的最大风压和平均风压，建议标准修订时考虑该因素。
API 650最大风压可修正为：
API 650常压储罐最大允许不加强的罐壁当量高度可修正为：
前文分析了用于稳定性计算时中美规范风压的关系，建议GB 和国际标准接轨，同时考虑形状偏差的影响，对其相关公式进行修正。对外压储罐，GB 用于稳定性计算的风压取最大风压，可修正为：
文章来源：《真空科学与技术学报》 网址: http://www.zkkxyjsxb.cn/qikandaodu/2021/0211/467.html