空分常压低温液体储槽抗震计算

44卷第3期Vol 44 No. 32015年5月PETRO-CHEMICAL EQUIPMENT标准化文章编号:1000-746(2015)03-0054-04空分常压低温液体储槽抗震计算殷黎航,刘家虎(林德工程(杭州)有限公司,浙江杭州310012)摘要:空分行业常压低溫液体储槽抗震设计多参照ΔPI62θ《大型焊接低压储槽设计与建造》附录L。APⅠ620—2008(第11版)发布后,其抗震计算与API620—2002(第10版)相比发生了很大变化。对比了新、旧版API标准中抗震计算的异同,并结合工程实例对如何将国内标准中地震参数转换为API新版规范的计算参数进行了说明关键词:储槽;地震计算;参数转换中图分类号:TQ053;TE972文献标志码: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大型常压低温液体储槽是空分后备系统的核心考ΔPⅠδ5α《钢制焊接油罐》附录E的抗震计算部分装置之一,抗震设计则是储槽完整性设计过程中的(当时的版本是API6502007,目前最新版本为重要组成部分。2008年之前,空分储槽抗震计算多API650-2013-3),在此基础上再辅以额外的要求依据美国石油协会标准AP6202002《大型焊接笔者对比分析了AP1620第10版和第11版抗震计低压储槽设计与建造》(第10版)附录L执行算的异同,并结合工程实例对如何将国内标准中地震该标准采用反应谱理论,考虑了罐自身和罐内介质参数转换为API新版规范的计算参数进行了说明。在地震发生时产生的2种不同振动模式(耦联振动产生脉冲压力,晃动产生对流压力),对其破坏形式,1API标准主要差异如轴向失稳、晃液等进行控制。从第11版API620-208&《大型焊接低压储槽设计与建造》开始,1·1设防地震作用附录L中不再有具体的计算过程细节,而是建议参第10版AP1620参考的结构设计规范是美国收稿日期:2014-12-06作者简介:殷黎航(1991-),男,江苏镇江人,助理工程师,学士,现主要从事空分设备的设计工作3期股黎航,等:空分常压低温液体储槽抗震计算55·UBC1997《统一建筑规范》,该规范采用50a超越接相加过于保守,因而总力取两者的平方相加再取概率10%的地震作用(地震设计重现期475a)作为平方根。此外,AP1620第10版并未考虑垂直地震基准设防地震作用,主要适用于美国西部地区。此作用的影响,而API650则有相关内容。外,美国还有NBC(东北部地区)、SBC(中南部地API620第11版在引用API650地震计算的区)规范。而第11版API620所引用的AP1650采基础上,还根据本标准适用储槽的特点对某些参数用的是2000年上述3个规范的编制机构共同岀版进行了修改。例如按API620设计的储槽若考虑的IBC20《国际建筑规范》。IBC与UBC最大50a内超过概率2%的地震作用(CILE工况),则地不同之处在于采用50a内超过概率2%的地震作用震折减系数Q取1(AP1650原为2/3,AP1620如此(地震设计重现期2475a)作为设防地震作用并考处理相当于提高了1.5倍的地震作用)。考虑到某些虑一定折减效应,使全美抗震防倒塌水平达到统一。储存介质的特殊性,如空分中常见的液氧、液氮等低1.2地震参数温介质一旦泄漏会造成巨大的损失,AP1620相应提第10版API620按照UBC规范将全美分为0~高了脉冲力和晃动力的削减系数(R、Rm)等4共5个烈度分区,对应不同分区有不同的设计基本考虑到与第10版的连续性,除了采用50a内加速度系数Z。API650没有地震分区的概念,地震超过概率2%的地震作用外,API620第11版也允加速度由系数S和Sm决定,S指反应谱加速度的许采用50a超越概率10%的地震作用(OLE工峰值,S指反应谱下降段的值。对于一个具体的工况),但相应的计算公式应符合附录L中的改动.并程地点,可先由最大考虑地震(MCE)分布图查得该地对计算结果有许多额外要求的S和S1并考虑系数F和F、综合得到。其中S为0.2s特征周期时的最大地震加速度,S为1s特2地震参数转换工程实例征周期时的最大地震加速度,F。为地震加速度影响由于各国的抗震设计水平和历史不同,各国储系数,F、为地震烈度影响系数。F、F与该地的土壤槽的抗震设计参数差别较大。对国内设计人员来条件和1s周期反应谱加速度S1有关说,采用新版AP1620进行抗震计算的最大难点在1.3锚固系数于,如何把国内标准中的地震参数转化为API标准锚固系数J是AP1650从2007版中新加入的中使用的参数。笔者以某空分项目5000m3液氮用于校验储槽是否需要锚固的主要参数。发生地震储槽为例对此加以说明时,若储槽自重等抗倾覆力足够大,则处于自锚固状该储槽位于我国西北地区,直径18.5m,设计态,此时即使不设置锚固也不会发生倾覆,反之则需压力15kPa,设计温度一196℃。储槽罐壁材质为要增加锚固。0Cr18Ni9,最下层壁厚12mm,腐蚀裕量0,设计液当J≤0.785时,可认为储槽处于自锚固状态。位18.6m。按GB50011-2010《建筑抗震设计规当0.7851.54时,一般需要增加锚固。16~20m。为方便计算,不考虑垂直方向地震力,1.4液压环向力但仍计算地震环向力液压环向力并不是储槽破坏的主导因素,对于2.1场地类别小型储槽,其验算一般都会合格,因而第10版APIAPⅠ650中根据土层的平均剪切波速,将场地620中并未引入计算。而在AP1650中则指出,对类别分为A、B、C、D、E、F总共6类,其中波速vs0储存较大密度介质的大型储槽.如果受到垂直地震计算深度100ft,即约30m土层厚度的平均剪切力的影响,则需要验算液压环向应力波速1.5其他方面GB50011-2010中,按土层等效剪切波速v在晃液高度的计算上,AP1650采用了修正的和场地覆盖层厚度将场地类别分为I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共ouster公式而非APl1620第10版的原公式。在4类,其中等效剪切波速v的计算深度为20m和脉冲惯性力和对流惯性力的叠加方式上,API650覆盖层厚度两者之间的最小值。一般情况下,覆盖考虑到两者不会同时发生,若按API620第10版直层厚度取地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面石油化工设备2015年第44卷厚度。若要按API650计算,最精确的方法是实际图1中,a为地震影响系数,am为最大地震影测量30m深度内的平均剪切波速,而一般工程前响系数,T为结构自振周期,T为特征周期,T。为期勘察仅按GB50011—2010测量。此时对于覆盖水平段中止周期,T1为位移控制段起始周期,T。为层厚度接近20m的坚硬密实土壤(即20m土层厚水平段起始周期,n为斜率调整系数,v为阻尼调度的平均剪切波速v2≈v),可参考文献[8]的方整系数,y为衰减系数,S。为加速度参数。水平段中法进行处理。文献[8]指出,ⅡI类土壤20m深度内止处周期为设计特征周期(IBC2000-2010定义为的平均剪切波速τ与τ有一定对应关系,可由GB50011—2010定义为T),速度控制段与位求得s进而按照AP1650分类,由此总结的场移控制段交点处周期为长周期过渡周期(IBC2000地类别转换数据见表1定义为T,GB50011-2010未定义)。表1GB50011中Ⅱ类场地类别与API650转换GB50011-2010中的T。是根据设计地震分组API 6500Ⅱ(考虑到近远震)和场地类别确定。而IBC2000中类别对应v/m·s-1类别330~450360~510的T、=FS1/(FS),是根据加速度S、S1和场地260~360系数F。、F、共同确定的,其中S、S1已考虑了地震该工程实例中v2=307.5m/s,场地类别为Il强度和近远震的影响。在参数转换中,可近似认为类,由表1知对应API650中的D类土。2.2周期TT1T在IBC2000中是与地震分区及震级有关的GB50011-2010和IBC200中地震谱基准阻长周期段过渡周期,参照震级关系,国内的7度和8尼比均为5%且反应谱曲线类似,均由上升段、水度地震烈度区可取48和6s10平段和2个下降段组成,见图12.3加速度S、S1中美设计地震谱阻尼比均为5%,不需要进行系数调整。基于此,可以按照以下的步骤进行S。和a=(7/7n:aS1的求取。0.45a=in:0.2-n(7-57)a首先需要得到本实例场地50a内2%超越概率水准下的地震加速度最大值amx。由于GB60s7500112010附录A中列出的全国各地基本加速度(a)GB5001-2010是50a内10%超越概率水准下的地震加速度,因此不可直接引用。需要注意的是,查基本加速度对应的罕遇地震峰值加速度的方法也不可行,因该标准S,=S,/7罕遇地震重现期并不都是50a概率2%,对于9度S,=S,,/T区概率2%,8度区概率2.5%,7度区概率3%。如果前期勘察设计没有相关数据,可保守地参照表(b)IBC2000所列的数据。图1国内外标准中设计加速度反应谱曲线对该项目进行了实地勘察,得amk=0.3g表2重现期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,按照中国标准勘察得到的加速度是地面的S和S1还必须进行转换,具体转换公式为S=峰值加速度,而IBC2000中的反应谱加速度是结构2.5αmx/F。,其中F。可由APIⅠ650E4.4表E.1得上的响应加速度,两者相差2.5倍的结构影响系数,到。由于F。不仅与场地类别有关,还与标准S、的数值有关,因此需进行试算求值。先假定F的值求本项目的场地土类型为API650中的D类土,出S,再根据S。和场地类别D查得Fa。若前后2因此得到的S、是基于D类土的测量结果。而IBC次F数值误差小于0.5%,则可确定最终值,否则2000中的反应谱是基于B类场地的,要想得到标准重复上述试值步骤,直到误差足够小为止。第3期股黎航,等:空分常压低温液体储槽抗震计算57对本实例,先假定F=1,则S=0.75g,查API的地震参数进行计算,提供的思路具有参考意义650表E-1知F。=1.2,误差不满足;假设F=1.1,则S=0.682g,再反查得F=1.2544。反复试算参考文献:直至F=1.36时,S.=0.551g,反查得到Fn[1]AP1620—2002,大型焊接低压储槽设计与建造[S]1.3588,误差小于0.5%,因此本实例地震参数转(API 620-2002, Design and Construction of Largeelded, Low-pressure Storage Tanks[S]换结果为S.=0.551g、F=1.36由API650知T,=FS1/(FS),其中T。(即[2]API620—2008,大型焊接低压储槽设计与建造[S](API 620-2008, Design and Construction of large中国标准反应谱中的T)由GB50011-2010查得Welded, Low-pressure Storage Tanks[S].)为0.4s,需要注意这对应的是重现期475a的地3]AP1650-2013,钢制焊接油罐[s震,罕遇地震须加上0.05s,即为0.45s。从中国标(API 650-2013, Welded Tanks for Oil Storages准中无法准确查到重现期2475a的地震反应谱,但[4]UBC1997,统一建筑规范[S]可近似认为其与GB50011-2010中的罕遇地震的(UBC 1997, Uniform Building Code[S .)T相同,则T.=0.45s,S1=FS.T,/F,=0.337511BC200际建筑规范[SF,按API650E4.4表E2重复上述试差,得FIBC 2000, International Building Code[S].)[6]徐英,杨一凡,朱萍,等.球罐与大型储罐[M].北京:化学工业出版社,20042.4其余参数(XU Ying, YANG Yi-fan, ZHU Ping, et al. Spherical其余参数只需要根据API650中的相关定义或Tank and Large Storage Tank[M]. Beijing Chemical者公式即可得出。需要特别指出的是,对储存低温Industry Press, 2014.)介质的空分储槽,因其满足API620附录Q,因此7]GB50011-2010,建筑抗震设计规范[S]API620附录L对减弱系数Q、反应谱修正系数R(GB 50011-2010, Code for Seismic Design of building和R、重要性系数Ⅰ以及最大晃液高度δ等做了[S].)额外规定8 Lu Hongshan. Characterization of Different Site Cate-gory Method on Strong Ground Motion[C//The 14th3工程实例计算结果World Conference on Earthquake Engineering. Bei-jing: China Earthquake Press, 200将本实例相关地震参数转换后,按API620第9]余湛,石树中沈建文,等从中国、美国、欧洲抗震设计l1版规定进行地震计算,得到储槽底部倾覆力矩为规范谱的比较探讨我国的抗震设计反应谱[].震灾防16251990N·m,最大晃液高度696mm,储槽锚固御技术,2008,3(2):136-144系数0.712,按照AP1650附录E表E-6,该储槽处(YU Zhan, SHI Shu-zhong, ShEN Jian-wen, et al于自锚固状态,无须添加锚固。储槽最大压缩应力Discussing the Seismic Response Spectrum of China为6.87MPa,底部最大环向应力为155.2MPa,均from the Comparison of Seismic Codes of China, Amer合格。API620第10版与第11版的计算结果对比ican and Europe[J]. Technology for Earthquake Disas-ter Prevention,2008,3(2):136-144.)见表3。10]朱文静.中美建筑规范抗震相关条文的比较研究[D]API620计算结果对比武汉:华中科技大学,2008倾覆力矩最大压应力晃液高度API版本锚固系数(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]罗开海,王亚勇.中美欧抗震设计规范地震动参数换算结语关系的研究[J.建筑结构,2006,36(8):103-107第11版API620附录L指出地震计算参考(LUO Kai-hai, WANG Ya- yong. Research on Conver-sion Realationships Among the PaAPI650附录E,同时根据本标准特点提出了一些Motions in Seismic Design Codes of China, America额外要求。本文对比分析了新旧版API620抗震and Europe LJ]. Building Struture, 2006, 36(8):103计算的差异,结合工程实例介绍了如何把GB50011-2010中的地震参数转换为AP1620中(张编)