玻璃钢埋地双壁储油罐的有限元分析.pdf

２０１５年第３期玻璃钢／复合材料３１玻璃钢埋地双壁储油罐的有限元分析刘永，刘卫生，南洋，张婷（１．苏州大学，江苏苏州２１５００６；２．连云港中复连众复合材料集团有限公司，江苏连云港２２２０００）摘要：玻璃钢埋地双壁储油罐不仅具有寿命长、防腐性能好、自重轻、免维护等优点，还可通过在双壁间夹层装设连续监测系统来监测成品油渗漏，虽然玻璃钢埋地双壁储油罐在国外得到了广泛应用，但国内关于此产品的设计及研究开发工作还很滞后。鉴于此，本文利用ＡＢＡＱＵＳ／ＣＡＥ模块和三维设计软件ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ建立了缠绕成型玻璃钢埋地双壁储油罐的有限元模型，按照ＵＬ１３１６标准对罐体施加荷载，并对强度进行了计算与分析，旨在分析缠绕成型埋地玻璃钢双壁储油罐在加油站建设应用中的可靠性和适用性。关键词：复合材料；双壁储油罐；加油站；有限元分析中图分类号：ＴＢ３３２；ＴＱ３２７．１文献标识码：Ａ—文章编号：１００３－０９９９（２０１５）０３－００３１０４１引言—２０１１２Ｏ２０年《全国地下水污染防治规划》¨中提到：从２０１２年起，新建、改建和扩建地下油罐应为双层油罐，或设置防渗池、比对观测井等防漏和检漏设施。２０１２年，新的《ＧＢ５０１５６．２０１２汽车加油加气站设计与施工规范》明确指出，双层油罐是目前国外加油站防止地下油罐渗（泄）漏普遍采取的一种措施。而双层玻璃纤维增强塑料油罐，其内层和外层均属玻璃纤维增强塑料罐体，在抗内、外腐蚀方面都优于带有金属罐体的油罐。因此，这种罐可能会成为今后各国在加油站地下油罐的主推立Ｉｔ３［３～６１』日１３０目前，玻璃钢双壁储油罐的制备工艺主要通过阴模加喷射成型的工艺制作，不仅设备投人大，而且由于增强材料为短切纤维，导致制品树脂含量偏高，拉伸模量及机械强度较低，材料成本升高。而采用玻璃纤维纱缠绕成型玻璃钢双壁储油罐，不仅可以有效利用现有储罐缠绕设备、降低设备投入费用，而且制品树脂含量低，材料拉伸模量及机械强度高，可有效降低材料成本卜Ｊ。本文将采用ＡＳＭＥ规范¨列指定的复合材料力学计算公式完成厚度计算和铺层设计后，利用ＡＢＡＱＵＳ／ＣＡＥ模块和三维设计软件ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ建立缠绕成型玻璃钢埋地双壁储油罐的有限元模型，并按照ＵＬ１３１６ｌ１４１测试标准对罐体施加荷载来对双壁罐强度进行分析，旨在为缠绕成型埋地玻璃钢双壁储油罐在加油站建设应用中的可靠性和适用性提供参考依据。２玻璃钢埋地双壁罐结构模型及参数特征本文选用容积为２０ｍ，公称直径为２０００ｍｍ、封头为球形的缠绕成型玻璃钢双壁储油罐为研究对象，其具体几何参数如图１所示。图１ＦＲＰ双壁储油罐几何参数／ｍｍＦｉｇ．１ＧｅｏｍｅｔｒｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｏｆＦＲＰ—ｄｏｕｂｌｅｗａｌｌｏｉｌｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋ／ｍｍ所选缠绕成型玻璃钢双壁储油罐罐壁主要由内壁、３Ｄ中空层和外壁组成，其中内壁包括内壁内防渗层、内壁结构层和内壁外防渗层，外壁包括外壁内防渗层、外壁结构层和加强筋，其结构示意图如图２所示。采用ＡＳＭＥ规范指定的复合材料力学计算公式进行厚度计算和铺层设计，内壁内防渗层、内壁外防渗层和外壁内防渗层采用短切纤维喷射成型，纤维质量分数控制在３０％左右，厚度分别为４ｍｍ、２ｒａｍ和２ｍｍ。内壁结构层和外壁结构层采用均衡缠绕，缠绕角度为５５。，纤维质量分数为７０％左右，厚度分别为５ｍｍ和３ｍｍ。３Ｄ中空层采用三维立面毡缠绕后喷射树脂辊压成型，纤维质量分数控制在６０％左右，厚度为５ｍｍ。外壁加强筋缠绕成型并采用梯形结构，下底宽８０ｍｍ，上底宽４０ｍｍ，高４０ｍｍ。——收稿日期：２ｏ１４０８２５本文作者还有乔光辉。作者简介：刘永（１９８３一），男，高级工程师，博士，主要从事纤维增强复合材料新产品与新工艺的研究与开发。雕Ｃ２ｊｏ．３ｎ■＊≯玻璃钢埋地双壁储油罐的有限元分析２０１５年３月［９］谢桂兰，赵锦枭，田杰，等．均匀化有限元法预测复合材料层合—板宏观有效弹性性能［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２０１４，（７）：２３２７．［１０］宋生奎，牛坤锋，齐永生，等．玻璃钢储油罐在我国加油站中—的应用前景［Ｊ］．石油库与加油站，２００６，２：４１４４．［１１］孙久亮，肖道荣．油田用高压玻璃钢管及管件的研制［Ｊ］．玻璃钢学会第十六届全国玻璃钢／复合材料学术年会论文集，２００６，Ｅ．４：２１３－２１６．［１２］蔡浩鹏，王俊鹏，赵锡鑫，等．复合材料缠绕管弯曲载荷下的力学性能［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２０１３，（ｚ３）：３ｌ一３４．［１３］ＢｅｎＲ．Ｂｏｇｎｅｒ．玻璃钢贮油罐的防腐性能［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２００１，１６・１８．——『１４］ＡＳＭＥＲＴＰ．１２００５，ＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＴｈｅｒｍｏｓｅｔＰｌａｓｔｉｃＣｏｒｒｏｓｉｏｎＲｅｓｉｓｔａｎｔＥｑｕｉｐｍｅｎｔ［Ｓ］．———［１５］ＵＬ１３１６２００６，ＧｌａｓｓＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｔｏｒａｇｅＴａｎｋｓｆｏｒＰｅｔｒｏｌｅｕｍＰｒｏｄｕｃｔｓ，Ａｌｃｏｈｏｌｓ，ａｎｄＡｌｃｏｈｏｌ－ＧａｓｏｌｉｎｅＭｉｘｔｕｒｅｓｆＳ］．［１６］方括，张青，闫国华．应用ＡＮＳＹＳ的复合材料层合板静强度预测［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２０１１，２１６（１）：３－６．ＦＩＮＩＴＥＥＬＥＭＥＮＴＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＦＲＰＢＵＲＩＥＤＤ０ＵＢＬＥ－ＷＡＬＬｏＩＬＳＴｏＲＡＧＥＴＡＮＫ’ＬＩＵＹｏｎｇ，ＬＩＵＷｅｉ－ｓｈｅｎｇ，ＮＡＮｒａｎｇ，ＺＨＡＮＧＴｉｎｇ（１．ＳｏｏｃｈｏｗＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｕｚｈｏｕ２１５００６，Ｃｈｉｎａ；２．ＬｉａｎｙｕｎｇａｎｇＺｈｏｎｇｆｕＬｉａｎｚｈｏｎｇＣｏｍｐｏｓｉｔｅＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｉａｎｙｕｎｇａｎｇ２２２０００，Ｃｈｉｎａ）—Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｌａｓｔｉｃ（ＦＲＰ）ｄｏｕｂｌｅｗａｌｌｔａｎｋｓｎｏｔｏｎｌｙｈａｖｅｌｏｎｇｌｉｆｅ，ｇｏｏｄａｎｔｉｃｏｒｒｏｓｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｓｅｌｆ－ｗｅｉｇｈｔｌｉｇｈｔ，ｆｒｅｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅａｎｄｏｔｈｅｒａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｂｕｔａｌｓｏｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｍｏｎｉｔｏｒｏｉｌｌｅａｋａｇｅｂｙｉｎｓｔａｌｌｉｎｇｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅｓａｎｄｗｉｃｈｏｆｄｏｕｂｌｅ－ｗａｌ１．ＡｌｔｈｏｕｇｈｔｈｅＦＲＰｂｕｒ—ｉｅｄｄｏｕｂｌｅｗａｌｌｔａｎｋｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｆｏｒｅｉｇｎｃｏｕｎｔｒｉｅｓ，ｂｕｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈａｂｏｕｔｔｈｉｓｐｒｏｄｕｃｔｉｓｖｅｒｙｌａｇｉｎＣｈｉｎａ．Ｆｏｒｔｈｉｓｒｅａｓｏｎ．ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆＦＲＰｂｕｒｉｅｄｄｏｕｂｌｅ．ｗａｌｌｔａｎｋｗａｓｂｕｉｌｔｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅＡＢＡＱＵＳ／ＣＡＥｍｏｄｕｌｅａｎｄｔｈｅｔｈｒｅｅ．ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｄｅｓｉｇｎｓｏｆｔｗａｒｅＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ．ａｎｄｔｈｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｉｓｔａｎｋｕｎｄｅｒｔｈｅｌｏａｄｉｎａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈＵＬ１３１６ｓｔａｎｄａｒｄｗｅｒｅａｌｓｏｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅａｉｍｓｔｏａｎａ—ｌｙｚｅｔｈｅｒｅｌｉ—ａｂｉｌｉｔｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙｏｆＦＲＰｂｕｒｉｅｄｄｏｕｂｌｅｗａｌｌｔａｎｋｏｎｆｉｌｌｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．—Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｄｏｕｂｌｅｗａｌｌｏｉｌｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋ；ｆｉｌｌｉｎｇｓｔａｔｉｏｎ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ（上接第７２页）ＳＴＵＤＹＯＮＡＮＵＮＳＡＴＵＲＡＴＥＤＰＯＬＹＥＳＴＥＲＲＥＳＩＮＣＵＲＩＮＧＳＹＳＴＥＭ———ＬＩＵＦａｎｇｆａｎｇ，ＹＵＡＮＸｕｅｈｕｉ，ＦＥＮＧＱｉａｎｎａｎ（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＴｅｘｔｉｌｅａｎｄＧａｒｍｅｎｔｓ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００１８，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌａｎｄＰｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈ￣ｉａｚｈｕａｎｇ０５００１８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍａｂｏｕｔｔｈｅｃｕｒｉｎｇｓｐｅｅｄｓｌｏｗｗｉｔｈｔｈｅｅｘｔｅｎｓｉｏｎｏｆｇｅｌｔｉｍｅｉｎｔｈｅｃｕｒｅｒｅａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄｐｏｌｙｅｓｔｅｒｒｅｓｉｎ（ＵＰＲ），ｔｈｅＵＰＲｗａｓｃｕｒｅｄｗｉｔｈｒｅｄｏｘｃｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｈｉｃｈｃｏｎｓｉｓｔｅｄｏｆｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌｋｅｔｏｎｅｐｅｒｏｘｉｄｅ，ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｏｎｅｐｅｒｏｘｉｄｅ，ｃｏｂａｌｔｂｉｔｔｅｒａｎｄ２，４－ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎｅａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｈｙｄｒｏｑｕｉｎｏｎｅｗａｓｒｅｇａｒｄｅｄａｓａｎａｄｄｉｔｉｖｅａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ．ＴｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｎｔｈｅｒｅｄｏｘｃｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｎｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＵＰＲｇｅｌｔｉｍｅ，ｐｅａｋｔｉｍｅａｎｄｅｘｏｔｈｅｒｍｉｃｐｅａｋｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ，ｗｈｅｒｅｂｙｔｈｅｍｏｓｔｓｕｉｔａｂｌｅｄｏｓａｇｅｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔｗｈｉｃｈｉｎｃｌｕｄｉｎｇｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌｋｅｔｏｎｅｐｅｒｏｘｉｄｅ，ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｏｎｅｐｅｒｏｘｉｄｅ，ｃｏｂａｌｔｂｉｔｔｅｒ，２，４－ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎｅａｎｄｈｙｄｒｏｑｕｉｎｏｎｅｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ａｎｄ，ＵＰＲｈａｓｌｏｎｇｉｎｄｕｃｔｉｏｎｐｅｒｉｏｄ，ｆａｓｔｅｄｃｕｒｉｎｇｉｎｔｈｅｌａｔｅ，ａｎｄｃｕｒｅｄｅｇｒｅｅｈｉｇｈｗｈｅｎａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｗｈｉｃｈｇｏｔｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｎｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄｐｏｌｙｅｓｔｅｒｒｅｓｉｎ；ｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌｋｅｔｏｎｅｐｅｒｏｘｉｄｅ；ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｏｎｅｐｅｒｏｘｉｄｅ；ｃｏｂａｌｔｂｉｔｔｅｒ；ｇｅｌｔｉｍｅ１挖酒啮