一、技术来源
大型桁架式自支撑锥顶储罐设计技术来源于伊拉克纳西里耶油库工程，由中国石油管道局工程有限公司设计分公司自主开发。
二、基本原理
大型桁架式自支撑锥顶储罐设计技术创新性地应用了桁架式锥顶支撑结构、基于拓扑优化和有限元方法的大型储罐桁架式自支撑锥顶分析计算方法和“弱顶”设计。
储罐罐顶通过桁架主梁、径向梁和环向梁提供支撑，桁架结构各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，以适应桁架结构内部的弯矩和剪力分布。结构抗弯强度更大，剪力通过腹杆的合理布置逐步传递给储罐罐壁，桁架结构能够使材料强度得到充分发挥，从而适用于各种跨度的锥顶储罐。利用基于拓扑优化和有限元方法的大型储罐桁架式自支撑锥顶分析计算方法优化锥顶结构设计模型，减少钢材用量。由于桁架结构良好的受力性能，可进一步降低锥顶角度，实现储罐的“弱顶”设计。
三、工艺过程
1、储罐罐顶结构设计
(1)桁架结构设计。
(2)建立桁架力学计算模型。
(3)建立边界函数，求解最优解。
2、拓扑优化设计
(1)建立拓扑优化分析模型。
(2)确定目标函数及模型优化约束。
(3)模型优化分析。
3、桁架结构可靠性及稳定性验证分析
(1)均布载荷对罐顶结构受力影响分析。
(2)局部载荷对罐顶结构受力影响分析。
(3)罐顶计算模型修正。
(4)储罐弱顶结构设计。
四、技术特点
1、研发了大型储罐桁架式自支撑锥顶设计技术。桁架式自支撑结构采用单层网架和双层网架相结合的形式，由主梁、径向梁和环梁组成，主梁为桁架结构，副梁为单层网架结构，在保证支撑结构的强度的基础上，最大程度的提高结构材料的利用率，降低罐顶重量，节约项目投资。
2、建立了基于拓扑优化和有限元方法的大型储罐桁架式自支撑锥顶分析计算方法。利用ANSYS建立桁架式自支撑锥顶结构的力学模型，通过拓扑优化设计和有限元方法对锥顶结构进行分析计算，优化锥顶结构设计模型，降低钢材的用量，在保证储罐安全性的前提下，实现锥顶结构设计的最优化。
3、创新了大型自支撑固定顶储罐的“弱顶”设计。弱顶结构可以有效的控制储罐在火灾、超压等情况下产生的危害。自支撑固定顶储罐分为自支撑拱顶储罐和自支撑锥顶储罐，根据规范的要求，自支撑拱顶储罐无法实现“弱顶”设计。根据API650及GB50341对固定顶储罐的“弱顶”要求，应用该技术可实现大型自支撑固定顶储罐的“弱顶”设计，解决了大型自支撑固定顶储罐无法满足“弱顶”要求的技术难题。
五、技术水平
国内首次将桁架式自支撑锥顶应用于大型储罐，首次应用拓扑优化和有限元方法对大型储罐自支撑锥顶进行分析计算，解决了大型自支撑固定顶储罐无法满足“弱顶”安全要求的技术难题，降低了储罐的投资，填补了国内行业技术空白，技术水平达到国内领先水平。
六、能源消耗
无
七、节能减排状况
无
八、技术应用条件
该技术可应用于各种直径锥顶储罐的设计。
九、应用实例
1、2015年04月，中国石油管道局工程有限公司设计分公司承揽伊拉克纳西里耶油库工程的设计，该技术应用于2座1×104m3桁架式自支撑锥顶消防水罐，储罐直径34米，罐壁高度12.4米。
2、2017年02月，中国石油管道局工程有限公司设计分公司承揽孟加拉单点系泊及双线管道工程EPCC项目陆上管道勘察设计，该技术应用于1座3000m3桁架式自支撑锥顶消防水罐，储罐直径18米，罐壁高度12.48米。
十、经济效益
该技术已在我公司设计的伊拉克纳西里耶油库工程和孟加拉单点系泊及双线管道工程EPCC项目陆上管道勘察设计工程中得到应用推广，并取得良好的效果，应用基于拓扑优化和有限元方法的大型储罐桁架式自支撑锥顶分析计算方法对锥顶结构进行优化，不仅大大提高了储罐运行的安全可靠性，而且具有较好的经济性。该技术创造直接经济效益约1150万元。
(来源：中国石油和化工勘察设计协会) |
