馬廷祿

摘 要：文章通過對(duì)甲醇儲(chǔ)罐錨固的計(jì)算，錨固型式的對(duì)比選擇，最終選擇了合適的錨固型式。文章對(duì)計(jì)算和選型進(jìn)行了總結(jié)與思考，分析了儲(chǔ)罐發(fā)生傾覆的主要原因及設(shè)置錨固的主要原因。

關(guān)鍵詞：大型儲(chǔ)罐;錨固;設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU375文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-1064（2021）07-026-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.07.013

SH 3046-1992附錄三中提到“內(nèi)壓力產(chǎn)生的升力大于罐頂、罐壁，以及由他們支撐的構(gòu)件的重力時(shí)，儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置錨栓”[1]。GB 50341-2003附錄A中提到“當(dāng)內(nèi)壓產(chǎn)生的升力大于罐頂、罐壁及其所支撐的構(gòu)件的總重時(shí)，油罐應(yīng)加錨固”[2]。GB 50341-2014不但考慮了儲(chǔ)罐內(nèi)壓產(chǎn)生的提升力，還把風(fēng)載荷、地震載荷、破壞壓力對(duì)儲(chǔ)罐的傾覆力矩計(jì)入。

1 甲醇儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

某項(xiàng)目需要增加一臺(tái)甲醇儲(chǔ)罐，經(jīng)計(jì)算已確定罐壁、罐底、罐頂?shù)暮穸燃敖Y(jié)構(gòu)。甲醇儲(chǔ)罐的工藝及部分設(shè)備設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示。

2 計(jì)算錨固

設(shè)置錨固的目的主要是保護(hù)底圈罐壁板與罐底連接處的焊縫。設(shè)置錨固后，罐壁傳遞的舉升力通過筋板傳遞到錨栓，從而使罐壁與罐底的焊縫免受拉力。

2.1 內(nèi)壓力產(chǎn)生的舉升力

內(nèi)壓力按設(shè)計(jì)最高壓力取2 000Pa，受力面積約為165m2，產(chǎn)生的舉升力為330 000N。罐壁、罐頂及其所支撐構(gòu)件的重量約為67 475kg，其產(chǎn)生的重力為674 750N。設(shè)計(jì)內(nèi)壓產(chǎn)生的舉升力不大于罐壁、罐頂及其所支撐構(gòu)件的總重，可不設(shè)置錨固。

2.2 風(fēng)彎矩產(chǎn)生的舉升力

當(dāng)R=1.2D時(shí)，

式（1）、式（2）中，A為罐頂?shù)挠L(fēng)面積，H0為儲(chǔ)罐的重心高度，D為儲(chǔ)罐直徑，H為罐壁總高。

風(fēng)載荷產(chǎn)生的風(fēng)彎矩為：

式（3）中，Mw為風(fēng)彎矩，q0為基本風(fēng)壓，A1為罐體和罐頂?shù)挠L(fēng)面積。通過式（1）、式（2）、式（3）得出風(fēng)彎矩為Mw，為993 431N.m。風(fēng)彎矩使迎風(fēng)側(cè)罐底脫離地面為傾覆力矩Mw，而儲(chǔ)罐自身重力產(chǎn)生相反的力矩為反傾覆力矩M0，如圖1所示。f點(diǎn)為力矩平衡點(diǎn)，計(jì)算M0為1 183 200N.m。M0>Mw，即使在空罐情況下，風(fēng)載也不會(huì)使儲(chǔ)罐傾覆。

這里還應(yīng)考慮風(fēng)載荷對(duì)大罐產(chǎn)生的滑移[3]。儲(chǔ)罐底板與基礎(chǔ)之間摩擦力大于風(fēng)載荷，儲(chǔ)罐就不會(huì)在風(fēng)載荷作用下產(chǎn)生滑移。底板與基礎(chǔ)之間的摩擦力按式（4）計(jì)算。

式中，μ為摩擦系數(shù)，取0.4;m為儲(chǔ)罐空重;g為重力加速度。計(jì)算得出底板與基礎(chǔ)之間的摩擦力為326 400N，風(fēng)載荷可通過式（3）得出為165 571N。因F>Fw，所以空罐在風(fēng)載荷作用下也不會(huì)發(fā)生滑移，可不設(shè)置錨固。

2.3 地震彎矩產(chǎn)生的舉升力

地震彎矩的計(jì)算應(yīng)根據(jù)GB 50341-2014附錄D，經(jīng)計(jì)算得出地震彎矩M1為12 604 684N.m。計(jì)算重力產(chǎn)生反傾覆力矩時(shí)應(yīng)考慮儲(chǔ)液的重量，反傾覆力矩M0為11 916 100N.m。此時(shí)，雖然地震彎矩大于儲(chǔ)罐及儲(chǔ)液的反傾覆力矩，但錨固系數(shù)J=1.216<1.54，可不設(shè)置錨栓。

2.4 破壞力產(chǎn)生的舉升力

根據(jù)GB 50341-2014附錄D計(jì)算儲(chǔ)罐的破壞力Pf為10 780Pa。破壞力對(duì)罐頂產(chǎn)生的力為1 778 700N，遠(yuǎn)大于罐頂和罐壁及其附件產(chǎn)生的重力674 750N，應(yīng)設(shè)置錨栓。GB 50341-2014表11.2.3中標(biāo)明，罐頂板與罐壁采用弱頂連接結(jié)構(gòu)時(shí)的破壞力載荷為：（3×Pf-0.08th）×D?×785-W3。其中，th為罐頂板名義厚度，W3為罐壁及其附件的重量。由公式可以看出，此載荷比破壞力還要大，在此載荷下弱頂結(jié)構(gòu)的罐頂會(huì)整體脫離罐壁，這正是弱頂結(jié)構(gòu)的用處。甲醇發(fā)生爆炸時(shí)，弱頂連接的罐頂容易與罐壁脫落，罐壁以下則保持完好，這樣可避免物料發(fā)生泄漏而造成更大的火災(zāi)[4]。甲醇儲(chǔ)罐需設(shè)置為弱頂結(jié)構(gòu)時(shí)，需要設(shè)置錨固。

3 甲醇儲(chǔ)罐錨固結(jié)構(gòu)的選擇

對(duì)于儲(chǔ)罐錨固結(jié)構(gòu)的具體尺寸，可參照塔器地腳螺栓結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后對(duì)蓋板、筋板、螺栓直徑進(jìn)行校核計(jì)算。大型儲(chǔ)罐錨固型式大體分為：（1）無蓋板無筋板;（2）無蓋板有筋板;（3）有蓋板、有筋板，如圖2所示。有時(shí)，筋板與罐壁的連接處設(shè)置補(bǔ)強(qiáng)板，防止筋板與罐壁的焊縫發(fā)生破壞時(shí)損傷罐壁。蓋板對(duì)罐壁產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力時(shí)，墊板還能對(duì)此處進(jìn)行加強(qiáng)，帶墊板的結(jié)構(gòu)見圖2中的第（4）。當(dāng)局部應(yīng)力較大時(shí)，也可以設(shè)置加強(qiáng)環(huán)，具體結(jié)構(gòu)見圖2中的第（5）。錨固設(shè)置加強(qiáng)環(huán)和整體蓋板結(jié)構(gòu)較少，因?yàn)橛绊懙撞拷庸芎推渌郊脑O(shè)置。經(jīng)計(jì)算，甲醇儲(chǔ)罐的錨固結(jié)構(gòu)選用圖2中第（4）的結(jié)構(gòu)。

4 對(duì)于錨固設(shè)置的思考

筆者通過對(duì)甲醇儲(chǔ)罐錨固結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)儲(chǔ)罐錨固設(shè)計(jì)有以下幾點(diǎn)思考：

當(dāng)設(shè)計(jì)壓力較低時(shí)，比如甲醇儲(chǔ)罐為2 000Pa，產(chǎn)生的舉升力較低，可不設(shè)置錨固。當(dāng)內(nèi)壓較大時(shí)，比如微內(nèi)壓油罐的設(shè)計(jì)壓力可以是18kPa，此時(shí)產(chǎn)生的舉升力較大，即破壞力很大。大型儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力不應(yīng)設(shè)置得太高，應(yīng)設(shè)置呼吸閥或通氣裝置，使儲(chǔ)罐內(nèi)壓保持較低狀態(tài)。

風(fēng)壓對(duì)錨固設(shè)置的影響較小，一般情況下儲(chǔ)罐本身的重量就可以抵御風(fēng)壓的舉升力和滑移力。如果加上儲(chǔ)液的質(zhì)量，風(fēng)壓對(duì)其的影響更小。

地震對(duì)錨固的影響主要是，地震使儲(chǔ)液晃動(dòng)而產(chǎn)生的載荷使儲(chǔ)罐發(fā)生傾覆。儲(chǔ)液的高度和儲(chǔ)罐的直徑，對(duì)其載荷影響較大。

采用弱頂結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)罐在發(fā)生破壞時(shí)，破壞力比罐頂、罐壁及其附件的重量大很多。為了儲(chǔ)罐安全考慮，采用弱頂結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置錨固結(jié)構(gòu)[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

文章通過甲醇儲(chǔ)罐錨固的設(shè)計(jì)，引起對(duì)大型儲(chǔ)罐錨固設(shè)計(jì)的思考。對(duì)于錨固設(shè)計(jì)，還有很多細(xì)節(jié)內(nèi)容有待廣大讀者共同研究，以便發(fā)現(xiàn)更為簡(jiǎn)單、實(shí)用的計(jì)算方法或錨固型式。

參考文獻(xiàn)

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