一、技術來源
大型桁架式自支撐錐頂儲罐設計技術來源于伊拉克納西里耶油庫工程，由中國石油管道局工程有限公司設計分公司自主開發。
二、基本原理
大型桁架式自支撐錐頂儲罐設計技術創新性地應用了桁架式錐頂支撐結構、基于拓撲優化和有限元方法的大型儲罐桁架式自支撐錐頂分析計算方法和“弱頂”設計。
儲罐罐頂通過桁架主梁、徑向梁和環向梁提供支撐，桁架結構各桿件受力均以單向拉、壓為主，通過對上下弦桿和腹桿的合理布置，以適應桁架結構內部的彎矩和剪力分布。結構抗彎強度更大，剪力通過腹桿的合理布置逐步傳遞給儲罐罐壁，桁架結構能夠使材料強度得到充分發揮，從而適用于各種跨度的錐頂儲罐。利用基于拓撲優化和有限元方法的大型儲罐桁架式自支撐錐頂分析計算方法優化錐頂結構設計模型，減少鋼材用量。由于桁架結構良好的受力性能，可進一步降低錐頂角度，實現儲罐的“弱頂”設計。
三、工藝過程
1、儲罐罐頂結構設計
(1)桁架結構設計。
(2)建立桁架力學計算模型。
(3)建立邊界函數，求解最優解。
2、拓撲優化設計
(1)建立拓撲優化分析模型。
(2)確定目標函數及模型優化約束。
(3)模型優化分析。
3、桁架結構可靠性及穩定性驗證分析
(1)均布載荷對罐頂結構受力影響分析。
(2)局部載荷對罐頂結構受力影響分析。
(3)罐頂計算模型修正。
(4)儲罐弱頂結構設計。
四、技術特點
1、研發了大型儲罐桁架式自支撐錐頂設計技術。桁架式自支撐結構采用單層網架和雙層網架相結合的形式，由主梁、徑向梁和環梁組成，主梁為桁架結構，副梁為單層網架結構，在保證支撐結構的強度的基礎上，最大程度的提高結構材料的利用率，降低罐頂重量，節約項目投資。
2、建立了基于拓撲優化和有限元方法的大型儲罐桁架式自支撐錐頂分析計算方法。利用ANSYS建立桁架式自支撐錐頂結構的力學模型，通過拓撲優化設計和有限元方法對錐頂結構進行分析計算，優化錐頂結構設計模型，降低鋼材的用量，在保證儲罐安全性的前提下，實現錐頂結構設計的最優化。
3、創新了大型自支撐固定頂儲罐的“弱頂”設計。弱頂結構可以有效的控制儲罐在火災、超壓等情況下產生的危害。自支撐固定頂儲罐分為自支撐拱頂儲罐和自支撐錐頂儲罐，根據規范的要求，自支撐拱頂儲罐無法實現“弱頂”設計。根據API650及GB50341對固定頂儲罐的“弱頂”要求，應用該技術可實現大型自支撐固定頂儲罐的“弱頂”設計，解決了大型自支撐固定頂儲罐無法滿足“弱頂”要求的技術難題。
五、技術水平
國內首次將桁架式自支撐錐頂應用于大型儲罐，首次應用拓撲優化和有限元方法對大型儲罐自支撐錐頂進行分析計算，解決了大型自支撐固定頂儲罐無法滿足“弱頂”安全要求的技術難題，降低了儲罐的投資，填補了國內行業技術空白，技術水平達到國內領先水平。
六、能源消耗
無
七、節能減排狀況
無
八、技術應用條件
該技術可應用于各種直徑錐頂儲罐的設計。
九、應用實例
1、2015年04月，中國石油管道局工程有限公司設計分公司承攬伊拉克納西里耶油庫工程的設計，該技術應用于2座1×104m3桁架式自支撐錐頂消防水罐，儲罐直徑34米，罐壁高度12.4米。
2、2017年02月，中國石油管道局工程有限公司設計分公司承攬孟加拉單點系泊及雙線管道工程EPCC項目陸上管道勘察設計，該技術應用于1座3000m3桁架式自支撐錐頂消防水罐，儲罐直徑18米，罐壁高度12.48米。
十、經濟效益
該技術已在我公司設計的伊拉克納西里耶油庫工程和孟加拉單點系泊及雙線管道工程EPCC項目陸上管道勘察設計工程中得到應用推廣，并取得良好的效果，應用基于拓撲優化和有限元方法的大型儲罐桁架式自支撐錐頂分析計算方法對錐頂結構進行優化，不僅大大提高了儲罐運行的安全可靠性，而且具有較好的經濟性。該技術創造直接經濟效益約1150萬元。
(來源：中國石油和化工勘察設計協會) |
