1、钢制低压大型贮罐锚栓计算摘要：低压大型贮罐在内压、风力以及地震载荷作用下均有可能使设备发生倾覆和滑移，甚至产生严重的损坏，危及生命和财产安全。为了保障设备的稳定性，防止这种现象产生，工程中常采用锚栓固定的方式。本文以某项目中 2100m3 钢制低压大型贮罐为例，分析了不同工况下所产生的作用力，进行锚栓的设计计算，保证了使用的安全可靠。 关键词：大型贮罐；升举力；抗震；压应力；许用应力 中图分类号：TU279.7+43 文献标识码：A 1 设计条件 某项目污水处理设备，按条件设计的 2100m3 钢制低压大型贮罐，主体几何尺寸见图 1，设计数据如下： 公称直径：D=12000mm 罐壁高度：H=
2、18000mm 设计压力：P=6000Pa=0.06kgf/cm2 设计温度：50 主体材质：Q235-B 腐蚀裕量: 2mm 容积：2100m3 设备总重：194515kg； （包括：梯子、平台、保温、雪载、内件、罐体、罐顶、底板） 底板重：10303kg 焊接接头系数：0.85 图 1 贮液设计比重：1 最大液位高度：17700mm 罐壁高度：18000mm 2 锚栓计算 对于低压大型贮罐需要判断是否需要设置锚栓，需要进行相应的计算，以下分别了叙述了原因和计算方法。 2.1 储罐在内压作用下产生的升举力 F 低压贮罐在罐内剩余压力作用下，会产生向上的升举力。当升举力超过罐体和罐顶重量时，会
3、使贮罐边缘部分离开地面，造成罐底破裂。如图 2： 气体内压产生的升举力 F：F=D2/4P 式中： P设计或试验压力； D罐直径； 设计压力下产生的升举力： F=D2/4P=12002/40.06=67859kgf 图 2 液压试验时的升举力： F=D2/4P=12002/40.06=67859kgf 抵消升举力的重量 G 为设备总重减去底板的重，即： G=194515-10303=184212kg GF，贮罐在内压作用下不会造成破坏。 2.2 风力作用下产生的升举力 F0 在风力作用下，罐也有向一侧倾倒而被升举的倾向。在迎风面中心产生载荷 F0, 如图 3： F0=Aq=231.961.75
4、5000.71.29.81=17379kgf 式中： 图 3 A迎风面积，A=HD=19.3312=231.96m2 q最大风压，q=1.75q0N/m2，q0=500N/m2 形状系数，=0.7 附件迎风面增大系数，=1.2 外倾覆力矩： M=1/2F0H=1/21737919.33=167968kgf/m 空罐时的抵抗力矩： Mr=-G0D/2=-1842129.812/2=-10831665Nm（式中 G0 为空罐重） MrM，空罐在没有内压时是稳定的。 2.3 抗震设计计算 低压大型贮罐在地震作用力下更容易发生损坏，造成损失，贮罐的抗震计算是必不可少的一部分。 2.3.1 水平地震作用
5、 （1）储罐的水平地震作用 Fek， （N） Fek=meqg meq=m1 Fek=1.0 0.342.0021060.859.81=5675850N 式中： 设备的重要度系数，按规范选用，取 1.0 Fek储罐的水平地震作用（N） 水平地震影响系数，取 0.34 meq储液的等效质量（kg） ， m1储液质量：2.002106kg 动液系数，Hw/R=17700/6000=2.951.5 =1-0.4375R/Hw=0.85 g重力加速度（m/s2） ，取 9.81 （2）水平地震作用下储罐底面的倾倒力矩 Mg1，(Nmm) Mg1=0.45ReFekHw=0.450.4567585017
6、700=1.811010Nmm 式中： Mg1水平地震作用下储罐底面的倾倒力矩(Nmm) Re地震作用调整系数，取 0.4 2.3.2 罐壁竖向稳定许用临界应力 （1）第一圈罐壁（由下往上）的坚向稳定临界应力 cr，(MPa) 式中： cr第一圈罐壁竖向稳定临界压力（MPa） Et设计温度下罐壁材料的弹性模量（MPa） ，1.96105MPa D1第一圈罐壁的平均直径（mm） 1第一圈罐壁的有效厚度（mm） kc临界应力系数 H罐壁的高度（mm） （2）第一圈罐壁的稳定许用临界应力cr，(MPa) 2.3.3 罐壁的抗震验算 （1）罐底周边单位长度上的提离力 Ft， （N/mm） （2）罐底周
7、边单位长度上的提离反抗力，FL FL=FL0+N1/D1=41.7+1805278/12014=89.6N/mm 可取 FL0=41.7N/mm 式中： FL罐底周边单位长度上的提离反抗力,（N/mm） FL0储液和罐底的最大提离反抗力,（N/mm） b罐底环形边缘板的有效厚度,（mm） ReL罐底环形边缘板的屈服强度， （MPa） s储液密度， （kg/m3） N1第一圈罐壁底部所承受的重力,（N） （3）锚固储罐应符合下列要求： 罐壁底部竖向压应力 c， （MPa） 式中： A1第一圈罐壁的截面积， （mm2） ，A1=D11=1201413.7=517080mm2 Z1第一圈罐壁的横截面
8、抵抗矩， （mm3） ，Z1=0.785D121=0.78512014213.7=1552263620mm3 N1第一圈罐壁底部所承受的重力， （N） ，N1=1842129.8=1805278N 15.20，所以该贮罐设置锚固螺栓，规格：28-M48。材料选用：Q345，中心圆直径：12272mm。 3 结论 经过以上分析计算，钢制低压大型贮罐在空罐时产生的升举力和风载荷作用下该设备不会发生倾覆，在地震作用力影响下该储罐需设置锚固螺栓。 参考文献 大型贮罐设计，上海科学技术出版社，1986.8，第 1 版 GB50761-2012，石油化工钢制设备抗震设计规范，中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2012.05.28 发布，2012.10.01 实施
