空分常壓低溫液體儲槽抗震計算

44卷第3期Vol 44 No. 32015年5月PETRO-CHEMICAL EQUIPMENT標準化文章編號:1000-746(2015)03-0054-04空分常壓低溫液體儲槽抗震計算殷黎航,劉家虎(林德工程(杭州)有限公司,浙江杭州310012)摘要:空分行業(yè)常壓低溫液體儲槽抗震設計多參照ΔPI62θ《大型焊接低壓儲槽設計與建造》附錄L。APⅠ620—2008(第11版)發(fā)布后,其抗震計算與API620—2002(第10版)相比發(fā)生了很大變化。對比了新、舊版API標準中抗震計算的異同,并結合工程實(shí)例對如何將國內標準中地震參數轉換為API新版規范的計算參數進(jìn)行了說(shuō)明關(guān)鍵詞:儲槽;地震計算;參數轉換中圖分類(lèi)號:TQ053;TE972文獻標志碼:Adoi:10.3969/j.issn.1000-7466.2015.03.013Seismic Calculation of Storage Tank for Air SeparationYIN Li-hang. LIU Jia-huLinde engineering( Hangzhou) Co. Ltd, Hangzhou 310012, China)Abstract: The seismic design of atmospheric pressure low-temperature storage tank for air sepa-ration units often refers to the API 620"Design and Construction of large, Welded, Lou-pressure Storage Tanks", Appendix L. Compared with the API 620-2002( the 10th edition), thenew API 620--2008(the 1lth edition) has changed a lot in the seismic calculation. The llth edition was compared with the 10th edition and explanation of how the earthquake parameters weretransformed in GB to those in the new APi standard using engineering example was givenKey words: tank; earthquake calculation; parameter transform大型常壓低溫液體儲槽是空分后備系統的核心考ΔPⅠδ5α《鋼制焊接油罐》附錄E的抗震計算部分裝置之一,抗震設計則是儲槽完整性設計過(guò)程中的(當時(shí)的版本是API6502007,目前最新版本為重要組成部分。2008年之前,空分儲槽抗震計算多API650-2013-3),在此基礎上再輔以額外的要求依據美國石油協(xié)會(huì )標準AP6202002《大型焊接筆者對比分析了AP1620第10版和第11版抗震計低壓儲槽設計與建造》(第10版)附錄L執行算的異同,并結合工程實(shí)例對如何將國內標準中地震該標準采用反應譜理論,考慮了罐自身和罐內介質(zhì)參數轉換為API新版規范的計算參數進(jìn)行了說(shuō)明。在地震發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的2種不同振動(dòng)模式(耦聯(lián)振動(dòng)產(chǎn)生脈沖壓力,晃動(dòng)產(chǎn)生對流壓力),對其破壞形式,1API標準主要差異如軸向失穩、晃液等進(jìn)行控制。從第11版API620-208&《大型焊接低壓儲槽設計與建造》開(kāi)始,1·1設防地震作用附錄L中不再有具體的計算過(guò)程細節,而是建議參第10版AP1620參考的結構設計規范是美國收稿日期:2014-12-06作者簡(jiǎn)介:殷黎航(1991-),男,江蘇鎮江人,助理工程師,學(xué)士,現主要從事空分設備的設計工作3期股黎航,等:空分常壓低溫液體儲槽抗震計算55·UBC1997《統一建筑規范》,該規范采用50a超越接相加過(guò)于保守,因而總力取兩者的平方相加再取概率10%的地震作用(地震設計重現期475a)作為平方根。此外,AP1620第10版并未考慮垂直地震基準設防地震作用,主要適用于美國西部地區。此作用的影響,而API650則有相關(guān)內容。外,美國還有NBC(東北部地區)、SBC(中南部地API620第11版在引用API650地震計算的區)規范。而第11版API620所引用的AP1650采基礎上,還根據本標準適用儲槽的特點(diǎn)對某些參數用的是2000年上述3個(gè)規范的編制機構共同岀版進(jìn)行了修改。例如按API620設計的儲槽若考慮的IBC20《國際建筑規范》。IBC與UBC最大50a內超過(guò)概率2%的地震作用(CILE工況),則地不同之處在于采用50a內超過(guò)概率2%的地震作用震折減系數Q取1(AP1650原為2/3,AP1620如此(地震設計重現期2475a)作為設防地震作用并考處理相當于提高了1.5倍的地震作用)?？紤]到某些慮一定折減效應,使全美抗震防倒塌水平達到統一。儲存介質(zhì)的特殊性,如空分中常見(jiàn)的液氧、液氮等低1.2地震參數溫介質(zhì)一旦泄漏會(huì )造成巨大的損失,AP1620相應提第10版API620按照UBC規范將全美分為0~高了脈沖力和晃動(dòng)力的削減系數(R、Rm)等4共5個(gè)烈度分區,對應不同分區有不同的設計基本考慮到與第10版的連續性,除了采用50a內加速度系數Z。API650沒(méi)有地震分區的概念,地震超過(guò)概率2%的地震作用外,API620第11版也允加速度由系數S和Sm決定,S指反應譜加速度的許采用50a超越概率10%的地震作用(OLE工峰值,S指反應譜下降段的值。對于一個(gè)具體的工況),但相應的計算公式應符合附錄L中的改動(dòng).并程地點(diǎn),可先由最大考慮地震(MCE)分布圖查得該地對計算結果有許多額外要求的S和S1并考慮系數F和F、綜合得到。其中S為0.2s特征周期時(shí)的最大地震加速度,S為1s特2地震參數轉換工程實(shí)例征周期時(shí)的最大地震加速度,F。為地震加速度影響由于各國的抗震設計水平和歷史不同,各國儲系數,F、為地震烈度影響系數。F、F與該地的土壤槽的抗震設計參數差別較大。對國內設計人員來(lái)條件和1s周期反應譜加速度S1有關(guān)說(shuō),采用新版AP1620進(jìn)行抗震計算的最大難點(diǎn)在1.3錨固系數于,如何把國內標準中的地震參數轉化為API標準錨固系數J是AP1650從2007版中新加入的中使用的參數。筆者以某空分項目5000m3液氮用于校驗儲槽是否需要錨固的主要參數。發(fā)生地震儲槽為例對此加以說(shuō)明時(shí),若儲槽自重等抗傾覆力足夠大,則處于自錨固狀該儲槽位于我國西北地區,直徑18.5m,設計態(tài),此時(shí)即使不設置錨固也不會(huì )發(fā)生傾覆,反之則需壓力15kPa,設計溫度一196℃。儲槽罐壁材質(zhì)為要增加錨固。0Cr18Ni9,最下層壁厚12mm,腐蝕裕量0,設計液當J≤0.785時(shí),可認為儲槽處于自錨固狀態(tài)。位18.6m。按GB50011-2010《建筑抗震設計規當0.7851.54時(shí),一般需要增加錨固。16~20m。為方便計算,不考慮垂直方向地震力,1.4液壓環(huán)向力但仍計算地震環(huán)向力液壓環(huán)向力并不是儲槽破壞的主導因素,對于2.1場(chǎng)地類(lèi)別小型儲槽,其驗算一般都會(huì )合格,因而第10版APIAPⅠ650中根據土層的平均剪切波速,將場(chǎng)地620中并未引入計算。而在A(yíng)P1650中則指出,對類(lèi)別分為A、B、C、D、E、F總共6類(lèi),其中波速vs0儲存較大密度介質(zhì)的大型儲槽.如果受到垂直地震計算深度100ft,即約30m土層厚度的平均剪切力的影響,則需要驗算液壓環(huán)向應力波速1.5其他方面GB50011-2010中,按土層等效剪切波速v在晃液高度的計算上,AP1650采用了修正的和場(chǎng)地覆蓋層厚度將場(chǎng)地類(lèi)別分為I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共ouster公式而非APl1620第10版的原公式。在4類(lèi),其中等效剪切波速v的計算深度為20m和脈沖慣性力和對流慣性力的疊加方式上,API650覆蓋層厚度兩者之間的最小值。一般情況下,覆蓋考慮到兩者不會(huì )同時(shí)發(fā)生,若按API620第10版直層厚度取地面至剪切波速大于500m/s的土層頂面石油化工設備2015年第44卷厚度。若要按API650計算,最精確的方法是實(shí)際圖1中,a為地震影響系數,am為最大地震影測量30m深度內的平均剪切波速,而一般工程前響系數,T為結構自振周期,T為特征周期,T。為期勘察僅按GB50011—2010測量。此時(shí)對于覆蓋水平段中止周期,T1為位移控制段起始周期,T。為層厚度接近20m的堅硬密實(shí)土壤(即20m土層厚水平段起始周期,n為斜率調整系數,v為阻尼調度的平均剪切波速v2≈v),可參考文獻[8]的方整系數,y為衰減系數,S。為加速度參數。水平段中法進(jìn)行處理。文獻[8]指出,ⅡI類(lèi)土壤20m深度內止處周期為設計特征周期(IBC2000-2010定義為的平均剪切波速τ與τ有一定對應關(guān)系,可由GB50011—2010定義為T(mén)),速度控制段與位求得s進(jìn)而按照AP1650分類(lèi),由此總結的場(chǎng)移控制段交點(diǎn)處周期為長(cháng)周期過(guò)渡周期(IBC2000地類(lèi)別轉換數據見(jiàn)表1定義為T(mén),GB50011-2010未定義)。表1GB50011中Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地類(lèi)別與API650轉換GB50011-2010中的T。是根據設計地震分組API 6500Ⅱ(考慮到近遠震)和場(chǎng)地類(lèi)別確定。而IBC2000中類(lèi)別對應v/m·s-1類(lèi)別330~450360~510的T、=FS1/(FS),是根據加速度S、S1和場(chǎng)地260~360系數F。、F、共同確定的,其中S、S1已考慮了地震該工程實(shí)例中v2=307.5m/s,場(chǎng)地類(lèi)別為Il強度和近遠震的影響。在參數轉換中,可近似認為類(lèi),由表1知對應API650中的D類(lèi)土。2.2周期TT1T在IBC2000中是與地震分區及震級有關(guān)的GB50011-2010和IBC200中地震譜基準阻長(cháng)周期段過(guò)渡周期,參照震級關(guān)系,國內的7度和8尼比均為5%且反應譜曲線(xiàn)類(lèi)似,均由上升段、水度地震烈度區可取48和6s10平段和2個(gè)下降段組成,見(jiàn)圖12.3加速度S、S1中美設計地震譜阻尼比均為5%,不需要進(jìn)行系數調整?；诖?可以按照以下的步驟進(jìn)行S。和a=(7/7n:aS1的求取。0.45a=in:0.2-n(7-57)a首先需要得到本實(shí)例場(chǎng)地50a內2%超越概率水準下的地震加速度最大值amx。由于GB60s7500112010附錄A中列出的全國各地基本加速度(a)GB5001-2010是50a內10%超越概率水準下的地震加速度,因此不可直接引用。需要注意的是,查基本加速度對應的罕遇地震峰值加速度的方法也不可行,因該標準S,=S,/7罕遇地震重現期并不都是50a概率2%,對于9度S,=S,,/T區概率2%,8度區概率2.5%,7度區概率3%。如果前期勘察設計沒(méi)有相關(guān)數據,可保守地參照表(b)IBC2000所列的數據。圖1國內外標準中設計加速度反應譜曲線(xiàn)對該項目進(jìn)行了實(shí)地勘察,得amk=0.3g表2重現期2475a峰值加速度地震烈度7度(0.1g)7度(0.15g)8度(0.2g)加速度0.2970.404g0.450g0.552g其次,按照中國標準勘察得到的加速度是地面的S和S1還必須進(jìn)行轉換,具體轉換公式為S=峰值加速度,而IBC2000中的反應譜加速度是結構2.5αmx/F。,其中F?？捎葾PIⅠ650E4.4表E.1得上的響應加速度,兩者相差2.5倍的結構影響系數,到。由于F。不僅與場(chǎng)地類(lèi)別有關(guān),還與標準S、的數值有關(guān),因此需進(jìn)行試算求值。先假定F的值求本項目的場(chǎng)地土類(lèi)型為API650中的D類(lèi)土,出S,再根據S。和場(chǎng)地類(lèi)別D查得Fa。若前后2因此得到的S、是基于D類(lèi)土的測量結果。而IBC次F數值誤差小于0.5%,則可確定最終值,否則2000中的反應譜是基于B類(lèi)場(chǎng)地的,要想得到標準重復上述試值步驟,直到誤差足夠小為止。第3期股黎航,等:空分常壓低溫液體儲槽抗震計算57對本實(shí)例,先假定F=1,則S=0.75g,查API的地震參數進(jìn)行計算,提供的思路具有參考意義650表E-1知F。=1.2,誤差不滿(mǎn)足;假設F=1.1,則S=0.682g,再反查得F=1.2544。反復試算參考文獻:直至F=1.36時(shí),S.=0.551g,反查得到Fn[1]AP1620—2002,大型焊接低壓儲槽設計與建造[S]1.3588,誤差小于0.5%,因此本實(shí)例地震參數轉(API 620-2002, Design and Construction of Largeelded, Low-pressure Storage Tanks[S]換結果為S.=0.551g、F=1.36由API650知T,=FS1/(FS),其中T。(即[2]API620—2008,大型焊接低壓儲槽設計與建造[S](API 620-2008, Design and Construction of large中國標準反應譜中的T)由GB50011-2010查得Welded, Low-pressure Storage Tanks[S].)為0.4s,需要注意這對應的是重現期475a的地3]AP1650-2013,鋼制焊接油罐[s震,罕遇地震須加上0.05s,即為0.45s。從中國標(API 650-2013, Welded Tanks for Oil Storages準中無(wú)法準確查到重現期2475a的地震反應譜,但[4]UBC1997,統一建筑規范[S]可近似認為其與GB50011-2010中的罕遇地震的(UBC 1997, Uniform Building Code[S .)T相同,則T.=0.45s,S1=FS.T,/F,=0.337511BC200際建筑規范[SF,按API650E4.4表E2重復上述試差,得FIBC 2000, International Building Code[S].)[6]徐英,楊一凡,朱萍,等.球罐與大型儲罐[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20042.4其余參數(XU Ying, YANG Yi-fan, ZHU Ping, et al. Spherical其余參數只需要根據API650中的相關(guān)定義或Tank and Large Storage Tank[M]. Beijing Chemical者公式即可得出。需要特別指出的是,對儲存低溫Industry Press, 2014.)介質(zhì)的空分儲槽,因其滿(mǎn)足API620附錄Q,因此7]GB50011-2010,建筑抗震設計規范[S]API620附錄L對減弱系數Q、反應譜修正系數R(GB 50011-2010, Code for Seismic Design of building和R、重要性系數Ⅰ以及最大晃液高度δ等做了[S].)額外規定8 Lu Hongshan. Characterization of Different Site Cate-gory Method on Strong Ground Motion[C//The 14th3工程實(shí)例計算結果World Conference on Earthquake Engineering. Bei-jing: China Earthquake Press, 200將本實(shí)例相關(guān)地震參數轉換后,按API620第9]余湛,石樹(shù)中沈建文,等從中國、美國、歐洲抗震設計l1版規定進(jìn)行地震計算,得到儲槽底部?jì)A覆力矩為規范譜的比較探討我國的抗震設計反應譜[].震災防16251990N·m,最大晃液高度696mm,儲槽錨固御技術(shù),2008,3(2):136-144系數0.712,按照AP1650附錄E表E-6,該儲槽處(YU Zhan, SHI Shu-zhong, ShEN Jian-wen, et al于自錨固狀態(tài),無(wú)須添加錨固。儲槽最大壓縮應力Discussing the Seismic Response Spectrum of China為6.87MPa,底部最大環(huán)向應力為155.2MPa,均from the Comparison of Seismic Codes of China, Amer合格。API620第10版與第11版的計算結果對比ican and Europe[J]. Technology for Earthquake Disas-ter Prevention,2008,3(2):136-144.)見(jiàn)表3。10]朱文靜.中美建筑規范抗震相關(guān)條文的比較研究[D]API620計算結果對比武漢:華中科技大學(xué),2008傾覆力矩最大壓應力晃液高度API版本錨固系數(ZHU Wei-jing Comparison Study of Provisions in Seismm第10版2799671110.5mic Codes of China and American[D. Wuhan: huazhong第11版1625190.712University of Science and Technology 20081]羅開(kāi)海,王亞勇.中美歐抗震設計規范地震動(dòng)參數換算結語(yǔ)關(guān)系的研究[J.建筑結構,2006,36(8):103-107第11版API620附錄L指出地震計算參考(LUO Kai-hai, WANG Ya- yong. Research on Conver-sion Realationships Among the PaAPI650附錄E,同時(shí)根據本標準特點(diǎn)提出了一些Motions in Seismic Design Codes of China, America額外要求。本文對比分析了新舊版API620抗震and Europe LJ]. Building Struture, 2006, 36(8):103計算的差異,結合工程實(shí)例介紹了如何把GB50011-2010中的地震參數轉換為AP1620中(張編)