弹性大补偿密封作用下储罐钢制双盘式浮顶的受力特性

作     者：张瑞宇 张玉平 孙明源 李荣彬 王世强 陶彬 ZHANG Ruiyu;ZHANG Yuping;SUN Mingyuan;LI Rongbin;WANG Shiqiang;TAO Bin

作者机构：中石化安全工程研究院有限公司•化学品安全全国重点实验室 

出 版 物：《油气储运》 (Oil & Gas Storage and Transportation)

年 卷 期：2025年第44卷第1期

页      面：78-87页

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082003[工学-油气储运工程] 

基　　金：国家自然科学基金青年科学基金项目“管道氢致裂纹演化的导向主被动声发射感知机理与识别方法研究” 52405608 

主　　题：大型储罐 浮顶 弹性大补偿密封 桁架 应力分布 罐体变形 

摘      要：【目的】随着环保排放要求的日益严苛,全接液浮顶与大补偿密封逐步在浮顶罐上使用,在边缘密封、罐壁变形等因素共同作用下,浮顶受力情况复杂且破坏、卡盘等事故时有发生。研究弹性大补偿密封作用下浮顶的受力特性,对保障浮顶安全运行具有重要意义。【方法】设计并搭建了储罐密封效能测试平台,测试不同环形间隙下弹性大补偿密封对浮顶的作用力。基于有限元方法建立了5×10^(4) m^(3)储罐双盘式浮顶有限元分析模型,开展正常运行、罐壁变形及极端卡盘工况下浮顶应力与变形分布特性研究,分析了多工况下浮顶的应力集中薄弱区。【结果】随着环形间隙的缩小,大补偿密封结构的压紧程度提升,与罐壁接触区域逐渐上移,浮顶所受摩擦力显著增大;当储罐正常运行时,最大Mises应力位于桁架结构,应力集中区域为靠近底板侧横梁与加强筋的连接处;当罐壁发生椭圆化变形或存在局部变形时,局部卡阻处浮顶变形量增加,当浮顶所受平均摩擦力接近时,储罐的局部变形相比椭圆化变形更易导致浮顶卡盘与失稳;在卡盘工况下,浮顶所受最大Mises应力显著增大,且在极端卡盘条件下浮顶所受应力超过其许用应力,易造成局部强度破坏。【结论】对于存在罐壁变形的储罐,在对其加装高效密封或进行密封改造时,应开展浮顶力学性能评价工作,以确保浮顶储罐的安全运行。