含群腐蚀缺陷的立式储罐静力与动力性能研究

作     者：朱东林 

作者单位：东北石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周利剑;张峰

授予年度：2023年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 082003[工学-油气储运工程] 

主      题：罐壁腐蚀 液固耦合 地震作用 群腐蚀缺陷 

摘      要：自21世纪以来,石油逐渐成为各国不可或缺的重要资源,石油同时也是世界三大能源之一,各国对作为工业血液的石油资源越来越重视,一个国家的战略石油储备能力成为评价综合国力的重要指标之一,各个国家开始进行战略石油储备,大规模的石油储存设施相继被建立。我国早在上世纪90年代就开始进行战略石油储备,先后建立多个石油储备库。随着科学技术的发展,中国的石油储备总规模将达到100天左右的石油净进口量,同时也达到了国际能源署规定的战略石油储备能力达标线。但是随之而来也出现一些问题,例如石油储罐的腐蚀现象,严重的腐蚀将会发展成穿孔,造成火灾等次生灾害,同时地震对石油储罐的力学性能影响也不可忽略。本文利用大型有限元软件ABAQUS并引入附加质量法对带有群腐蚀的立式钢制储罐进行模态振型分析,探究静力作用下腐蚀处对储罐承载力的影响,选取不同的地震波施加到含群腐蚀缺陷的储罐,模拟真实情况下地震对含群腐蚀缺陷储罐的响应分析,对实际工程中的储罐设计及防护提供参考。具体研究内容如下:1、首先对储罐进行模态分析,引入附加质量法,通过子程序进行编程实现液固耦合的效果,完成不同储液比之下无腐蚀缺陷的钢制储罐的模态分析。将附加质量法得出的结果与规范对比,验证模型的正确性,将群腐蚀缺陷施加至罐壁进行模态分析,对两种不同工况下储罐罐壁的振型和周期开展深入研究。2、考虑到实际工程储罐尺寸较大,本文利用有限元软件建立缩尺浮顶储罐模型,其中储罐尺寸取1000m,根据规范进行无腐蚀储罐在静水压力下的应力状态和各个部分的径向位移验证,通过对比模拟径向位移与规范计算的结果,验证模型合理性。对不同储罐腐蚀处展开分析确定不同的腐蚀工况。基于储罐静力分析,研究不同腐蚀情况下储罐的承载力,找出不同腐蚀参数对罐壁许用应力的影响,提取出储罐破坏的临界值大小。3、使用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)技术模拟罐内储液,运用时程分析法对不同工况下的含群腐蚀缺陷储罐施加不同的地震波进行地震响应分析,观察腐蚀处的应力规律和地震作用下含群腐蚀缺陷储罐对储罐动力响应的影响,为储罐的设计和维护提供参考依据。