[發(fā)明專利]鋼制焊接立式大型油罐

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610092774.0
• 申請日: 2016-02-19
• 公開（公告）號: CN105600205B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發(fā)明（設計）人: 倪永良;王海范;崔琴
• 申請（專利權）人: 江蘇省化工設備制造安裝有限公司
• 主分類號: B65D90/08
• 分類號: B65D90/08;B65D88/08
• 代理公司: 常州市天龍專利事務所有限公司32105
• 代理人: 周建觀

技術領域

本發(fā)明屬于化工設備領域，具體涉及一種鋼制焊接立式大型油罐。

背景技術

油罐是石油行業(yè)的主要設備，用于儲存原油及成品石油。

隨著國民經濟對石油需求量的不斷增加，以及國家石油儲備體系的建立，原油的儲存量不斷增加，建造的油罐容量也不斷擴大。現在我國儲備原油的油罐單臺容量已經達到15×10⁴ m³，國外最大的單臺容量已達20×10⁴ m³，因此，單臺容量20×10⁴ m³的大型油罐將成為我國今后原油儲罐建設的重點（見《油氣儲運》雜志2013年第2期刊登的劉發(fā)安等撰寫的論文《20×10⁴ m³特大型浮頂原油儲罐應力分析與安全評定》介紹）。

到目前為止，國內外的油罐均為鋼制焊接立式圓筒形結構，油罐由罐底、罐壁、罐頂組成，其中罐頂有固定頂及外浮頂兩種。罐底由中幅板與環(huán)形邊緣板組成，罐壁底部與環(huán)形邊緣板之間的T形接頭采用角焊縫連接，該角焊縫又稱大角焊縫（見GB50341-2003《立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規(guī)范》標準后面的“條文說明”中關于第5.2.10條的解釋）。油罐的罐體上，還有盤梯、加強圈、抗風圈、人孔、排水系統、進出料接管等附件。

油罐內充滿油品后，罐壁在油品液柱靜壓力的作用下產生周向拉應力，罐壁發(fā)生徑向位移。但是在罐壁底部與罐底的T形接頭處，由于罐底的約束，罐壁的徑向位移受到限制，根據彈性力學理論，在罐壁底部將產生局部性的彎矩和橫向剪力［具體見徐芝綸《彈性力學》（下冊）（第4版）高等教育出版社2006年12月出版第190頁頂部介紹］。由內壓薄壁容器的應力分析可知，在罐壁與罐底的T形接頭處，由于罐壁與罐底各自的自由變形相互約束（變形不協調）而產生附加彎矩引起的附加應力，即邊緣應力，邊緣應力屬于二次應力，其中既有二次薄膜應力，又有二次彎曲應力［具體見刁玉瑋等著作《化工設備機械基礎》（第6版）大連理工大學出版社2006年12月出版第82~85頁介紹］。

因為罐壁與罐底的T形接頭處在形狀上由圓筒形罐壁突變到平面形罐底，屬于幾何不連續(xù)結構。T型接頭處的總應力是由油品的液柱靜壓力引起的一次薄膜應力與附加彎曲二次應力的總和，所以，在T形接頭處由于邊緣效應引起應力集中，邊緣部位最大軸向應力與周向薄膜應力的比值K稱為應力集中系數，在不考慮罐底變形的情況下，T形接頭處罐壁的應力集中系數K=2.05（具體見余國琮著作《化工容器及設備》天津大學出版社2003年出版第116~119頁介紹）。

另外，由于T形接頭的大角焊縫焊接后，焊縫內部還存在著很大的焊接殘余應力［具體見中國機械工程學會焊接學會編寫的《焊接手冊》第3卷“焊接結構”（第3版）機械工業(yè)出版社2008年1月出版第107~108頁介紹，以及《材料工程》雜志2003年第6期刊登的陳曉冬撰寫的論文《壓力容器中焊接殘余應力的消除對策》前言部分介紹］。

所以在罐壁與罐底的T形接頭處由附加彎矩引起的邊緣應力，加上焊接殘余應力，在焊縫部位將出現很大的峰值應力。

雖然由變形不協調而產生的附加彎矩引起的邊緣應力具有自限性，根據強度設計準則，具有自限性的應力使容器直接發(fā)生破壞的危險性一般較小，但是邊緣應力的自限性是由于不連續(xù)部位的局部范圍材料發(fā)生屈服產生塑性變形而引起的結果，對于受疲勞載荷作用的容器，如不控制邊緣應力，在邊緣高應力區(qū)有可能導致脆性破壞或疲勞（具體見前面所引的余國琮著作《化工容器及設備》第122~123頁介紹）。