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新橡胶模型干式气柜分析

2015/11/26 9:34:27      点击: 文章来源:www.jshhcc.com
概 述
       1915年曼公司开创曼型煤气柜,就此气柜作 为一种大型 的储 气设备正式登上 了历史舞台。1927年出现克隆型煤气柜 ,1947年美国 GAT×公司研发了威金斯气柜又称橡胶 模型干式气柜 ,随 后 从1971年到 1985年 日本先后研 发了类似克隆型的中压煤气柜和 C0S型柜。随着钢铁行业的发展 ,我国于 1985年同时引进了曼型、克隆型和威金斯气柜 ,打破 了以往 湿式气柜在国内一统天下的发展状态。近年来我国炼油 行业快速发展 ,过剩的瓦斯气无法有效 回收 ,不仅影 响了炼油企业 经济效益 的整体 提升 ,而且 燃烧过剩 的瓦 斯对环 境也 造成 了较 大的危害 。鉴于此原因,1997年镇海炼化建造 了一台2O0O0m0曼型干式气柜,将干式气柜技术引进 了炼油 行业 ,开刨 了干式气柜在炼化行业使 用的先河。 此后在 国内石化行业陆续兴建了近 20座 干式气柜。中国石油工程建 设公司吉林设计 分公司根据生产的 实际 需要 ,通过技 术考察和技术交流引入各型干式气柜技术 ,自2006年起根据行业特 点针对炼油 厂火炬回收项目改进 ,开发了新橡胶模型干式气柜,并申请专利(实用新型)。
      现 有技术中 的橡胶模 型干式气柜其不足之处:第一,其活塞调平装置均设置于气柜 外的柜顶 上面 ,在 柜顶上活塞调平装置的多处交叉钢绳和众 多滑轮支架易造成积雪难以清除,而且长期 日晒、雨淋,润滑状态难 以保持,锈蚀也很严重 ,严重时影响气柜的工作。第二,气柜的活塞 中央部 设置多根 中央 支柱 ,这种布 局方式给设备检修和维护带来极大的不便。
      本实用新型 新橡胶模 型干式气柜主要针对以上两点 不足之处提 出了一种 活塞调平 装置为 内置型 、无活塞板 中央 临时支柱 的气柜。其特征在于 :活塞调平装置为内置式,设置在气柜 内的柜顶下,调平钢绳滑轮架由设于柜顶下的回廊支撑 :活塞板底部 设有 支撑梁 ,该 支撑 梁 由活塞 周边的混凝土挡墙支撑。其优点在于 :第 一 ,将调平装 置设置于煤气柜屋 顶的下面 ,由置于柜体外部变为内置式 ,改善了相关传动机构 的工作环境 ,使 其维护工作量大大减 少 ,使活塞调平 装置的功能得到 良好的体现 ;第二,在活塞板中央部分 的下面 设置支撑梁 ,取 消原活塞板中央临 时支柱 ,使得对活塞 的检 修更 为方便、省时省力。
      新 橡胶 模型干式气柜将调平 装置由外置式 改为内置式改善 了相 关传 动机构的工作环境 ,大大降低 了维 护费用和运行成本 ,但 同时也改变 了原有气柜柜体的部 分受力状态 ,为了更有利的支持新橡胶模 型干式气柜在实 际工 程中 的推广和应用 ,本文通过 MIDAS/GEN结合我国的荷 载规范和抗震规 范进 行整体有 限元 分析 ,通过分析得 出此种 气柜l力学特
气柜建模数据参数
气柜荷载一览表

点及变形位移等相 关数据 。希望能对设计 人员在以后的气柜 设计 中有一定 的帮助 。目前对气柜的力学分析主要是有限元分析法。有限元分析法是计算力学的重要分支 ,是一种将连续体离散化 以求解各种力学问题的数值方法。它是一种先将结构分解为单元,再将单元合成结构 ,在一分一合中求解结构问题的方法。
气柜整体模型图立柱柱脚交接约束
1.气柜的有关参数
气柜建模数据参数如表 1所示。
2.气柜柜体 有限元分析
单层 网壳结 构的最大位移计算值不应超过短 向跨度的 1/400【 。柜体结构各杆件材料 :Q235一B屈服强度 dr为 235MPa:泊松比 u为 O.3;弹性模量 Es为 2.06X105Mpa。MIDAS/GEN软件分析过程包括 :a.建立模型;b.施加荷载、反应谱、边界条件、分析计算 :C.结果分析 3个步骤 。
1)建立气柜整体模 型 :气柜整体模型图见图2—1。柜顶及柜内壁的圆直径 34.377米 ;立柱内翼缘所在圆直径34.689米;气柜侧板厚度为4mm:每带侧板均 用角钢做 加强 圈,其中最底带加强 圈采 用相 应刚度 的型钢 以加强侧板底层约束 :柜顶分别由工 16a的径 向梁、工 16a的环向梁和4.5mm厚瓜皮板组成。在模型 中立柱与侧板 角钢 加强圈
用刚臂 (MIDAS/GEN中刚臂为刚度无限大的构件 )连接 ,实现模型与实际工程相符更能真 实有效的模拟 出气 柜的实际 受力状态和变形 。
2)荷载边界 (约束 )条件气柜柜底边界条件 :立柱柱脚 采用交接约束 ,见图 2—2;气柜层板及柜顶荷载见表 2—1。
3)结 果 及 分析根据 上述 条件 对气柜 进行 风荷 载 、地震力下的应力及变形分析 ,
(1)风荷载组合计算 :柱脚最大反力 Z向 4511KN:X向为72.6KN:Y向为 65.1KN。柜体杆件最大轴力值为 354.5KN;柜体杆件最大 Y向剪力值为 12OKN;柜体杆件最大 Z向剪力值为46.2KN;tE~ e;kX向扭矩值为Q15I(『·m;柜体杆件最大Y向弯矩值为45.4KN·m:柜体杆件最大Z向弯矩值为30.2KN·m;柜体最 大竖 向位 移出现在柜顶 环廊上 ,其位移值为 一1.45mm柜体综合 分析整体最 大位移 出现在柜体侧板上 ,其位移值为 5.06mm:柜 体 瓜 皮 板 最 大 等 效 应 力 值 为4.04X104KN,Ⅱr,最 小 等 效 应 力值 为6.59×102 KN/nr。柜体杆件应力最大值为 134.9N,mm位置在柜顶外环梁上 。综上 :气柜杆件内力中最大轴力、Z向剪力、扭矩和 Y向弯矩都出现在气柜柜顶外圈环梁 与气 柜立柱和 侧板 相交 的位置上 ,只有最大Y向剪力、Z向弯矩出现在柜底上 ,最 大竖向位 移 出现在柜 顶环廊上 ,整体分析 的最 大位移 出现在 柜体侧板 上 ,因此从杆 件内力计算和位移计算结果分析 ,气柜柜顶增加加 强圈是必要的 。
柜体侧板位移云图
(3)通过对气柜风荷载组合及地震组合分析得出结论 :柱脚竖向最大反力出现在风荷载组合 中其值分别为 :Z向 451.1KN、X向726KN、Y向 65.1KN:柜体 杆件最大轴 力值 出现在风荷载组合中,其值为3545KN,位置在气柜柜顶外 圈环梁与气柜立柱和侧板相交处柜体杆件最大 Y向剪力出现在风荷载组合中,其值为 12.OKN,位置在气柜柜底柜体杆件最 大 Z向剪 力出现在风荷载组合中,其值 为46.2KN,位置在气柜柜顶外 圈环梁与气柜立柱和侧板相交处 ;柜体杆件最 大 X向扭矩出现在风荷载组合中,其值为 015KNm,位置在气柜柜顶外圈环梁与气柜立柱和侧板相交处 :柜体杆件最 大 Y 向弯矩 出现在风荷载组合中,其值 为45.4KN.m,位置在气柜柜顶外圈环梁与气柜立柱和侧板相交处 ;柜体杆 件最大 Z向弯矩出现在风荷载组合中,其值为 30.2KN.m 位置在气柜柜底 :柜体最大竖 向最 大位移 出现在地震荷载组合中,其值为3.48arm,方向竖直向下 ,位置在气柜柜顶中心环梁位 置处 ;柜体 综合分析最 大位移 出现在风荷载组合中,其值为 5.O6mm,位置在气柜柜体侧板 :柜体 瓜皮板等效应 力出现在风荷载组合中,其值4.04X104KN/m,位置在气柜最上一带与柜顶相连的一带侧板 处。
(4)根据分析结果确认设计 方案 :柜 顶 部 分 :综上分析对气柜杆件 、瓜皮板 内力及 整体 分析位移起主 要控 制作用 的荷 载组合是 风荷载组合 ,其最不利位置 在柜顶外圈环梁处和柜体 侧板处 ,以此设计中在相应 位置 处设置 加强 圈是 必要 的 ,而对 竖向位移起控制 作用的是地震荷载效 应 ,在设计 中在柜 顶环廊设 置的侧向支撑 ,有效 的分解环 梁荷载对柜顶 的作用 ,可 以减少柜顶的竖向位移。柜体加强圈及抗 风圈设 置位置 :在地震荷载效应 组合下 ,根据 位移等值 线分析 ,柜体 侧板位移主要 分三个区间,其临界位置大体分别在柜顶、柜顶向下第 3、4带侧板、柜底向上第 4带侧板,见3—4—1图;根据侧板等效应力分布主要分 四个 区间 ,其 临界位置 大体 分别在柜顶、柜顶向下第 2带侧板、柜顶向下第 7带侧板、柜底向上第 4带侧板。