[分享]LNG罐的地震作用和风荷载如何定?
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由于LNG(液化天然气)罐及其设备具有极大的危险性,国内外规划规范对其地震效果和风荷载的确认都有与一般建构筑物不同的要求,本文扼要介绍有关这方面的内容,供参阅。
一.地震效果:
首先介绍几个名词定义:
Operating basis earthquake(OBE)or operating level earthquake(OLE)——正常操作等级地震。产生此等级地震时和此等级地震后,LNG设备还继续处于正常操作中,仅有单个次要部位呈现可维修的损坏,而且此等级地震可重复产生。
Safe shutdown earthquake(SSE)or contingency level earthquake(CLE)——安全停车等级地震或偶发地震。此等级地震产生时LNG设备将产生较大的损坏,LNG设备中止正常运转。
Aftershock level earthquake(ALE)——余震。余震产生时外罐应处于安全运用中。ALE一般取SSE的二分之一。
现在国内外选用的首要规范和规划原则如下:
1.我国:有关LNG罐及其设备的规范首要有GB51261(天然气液化工厂规划规范)、GB/T 50938(石油化工钢制低温储罐技术规范)、GB/T 26978 (现场拼装立式圆筒平底钢质液化天然气储罐的规划与制作)等。GB 51261要求天然气储罐应按GB/T 50938或GB/T 26978规划。GB/T 50938是参阅欧标 EN14620和美标API 620编写的,罐选用了设防地震(相当于OBE,50年产生概率为10%,重现期为475年)和罕遇地震(相当于SSE,50年产生概率为2%,重现期为2475年)进行抗震核算。GB 51261要求天然气储罐根底和一切其他建构筑物都按国内建构筑物抗震规范来进行规划,罐根底和控制室等重要建构筑物抗震类别为乙类,其他为丙类。而GB/T 26978 是修改选用EN14620,OBE取50年产生概率为10%的地震(重现期为475年),SSE取50年产生概率为1%的地震(重现期为4975年)。
2.欧盟:欧洲规范EN14620共有五个分册,包含总则、规划、制作、检测等,适用于LNG和LPG(液化石油气)等低温液化气设备。罐设备的抗震规划选用了OBE和SSE。OBE取50年产生概率为10%的地震(重现期为475年),SSE取50年产生概率为1%的地震(重现期为4975年)。
3. 美国:联邦政府法规49 CFR 193规则LNG设备地震效果应依照NFPA 59a 确认。NFPA 59a将LNG设备划分为三类,罐体系和与消防等有关的要害建构筑物为A类,抗震规划按OBE、SSE、ALE三个水准,OBE取50年产生概率为10%的地震(重现期为475年),SSE取50年产生概率为2%的地震(重现期为2475年),ALE取SSE的二分之一。钢罐按API 620规划,混凝土罐按ACI 376规划。控制室等重要建构筑物为B类,抗震按ASCE 7、重要性为三类进行规划。其他一般建构筑物为C类, 抗震按ASCE 7、重要性为二类进行规划。
二. 风荷载:
1.我国:GB 51261和GB/T 50938都没有清晰说明风荷载是如何确认的,可理解为是依照GB 50009来核算风荷载的。而GB/T 26978则要求风荷载按EN 1991-1-4来核算。尽管我国与欧标根本风速取值相同,但各种系数及其取值仍是有差异的,因此核算出的风荷载也是不同的。
2.欧盟:风荷载按EN 1991-1-4来核算。根本风速与我国相同,为50年一遇10分钟均匀、10米高处、平整场地而确认的风速。
3. 美国:联邦政府法规49 CFR 193规则LNG设备风荷载可按下面两种办法之一确认:a.按继续风速不小于150mile/h(67.05m/s)来确认风荷载。b.按根本风速取50年逾越概率为0.5%(重现期为10000年)来确认风荷载。ASCE (Wind Load Design for Petrochemical and Other Industrial Facilities)认为继续风速是指1分钟的均匀风速,将1分钟继续风速150 mile/h转换为3秒钟风速就变成为183 mile/h(81.8m/s)。而NFPA 59a规则罐体系风荷载按根本风速取50年逾越概率为0.5%(重现期为10000年)确认,其他建构筑物按ASCE 7、重要性为四类(重现期为3000年)确认。需求说明的是按这些风速核算出来的风荷载已经包含了风荷载的分项系数和重要性系数,即这两个系数都为1.0。另外49 CFR 193还要求规划外罐时要考虑风吹碎片的碰击力。
三.结论及主张:从以上介绍可看出LNG罐设备出于安全考虑不管地震效果仍是风荷载的确认都与一般建构筑物有很大不同,可靠度要求更高,这要引起规划人员高度重视。另外我们也看到不管国内仍是国外在核算这两种效果时都存在有不一致的地方,规划时要特别注意业主的要求,要选用业主规则的规范规范和规划参数。此外规划时还有荷载组合、荷载分项系数、结构延性系数、结构重要性系数等有关问题需工程师注意。
针对我国LNG罐设备的地震效果和风荷载核算特提出如下主张:
a. 从国家层面上立法,确保LNG罐设备的安全,并以此法为依据来编制有关规范规范。
b.一致我国LNG罐设备的地震效果,主张OBE选用设防地震(50年产生概率为10%,重现期为475年),此地震产生时和产生后LNG罐设备应处于正常操作中。SSE选用罕遇地震(50年产生概率为2%,重现期为2475年),此地震产生时设备可安全中止运转。ALE取SSE的二分之一,产生余震时外罐应处于安全运用中。
LNG罐设备内的建构筑物可分成不同类别,选用不同的抗震规范。罐根底和要害建构筑物应选用与罐相同的规划规范,即按OBE和SSE来进行规划。其他建构筑物可按乙类进行抗震规划。
c.进步我国LNG罐设备的风荷载,尤其是进步滨海低震区的风荷载,以确保产生飓风时LNG罐设备的安全。内陆地区可选用100年一遇的风荷载,而滨海地区可选用更长重现期的风荷载。
参阅资料:
GB 51261天然气液化工厂规划规范
GB/T 50938石油化工钢制低温储罐技术规范
GB/T 26978场拼装立式圆筒平底钢质液化天然气储罐的规划与制作
GB 50009建筑结构荷载规范
EN14620Design and manufacture of site built, vertical, cylindrical, flat--bottomed steel tanks for the storage of refrigerated, liquefied gases with operating temperatures between 0 °C and -165 °C
EN 1991-1-4Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-4: General actions - Wind actions
API 620Design and Construction of Large, Welded, Low-pressure Storage Tanks
NFPA 59a-2019Standard for the Production, Storage, and Handling of Liquefied Natural Gas (LNG)
ACI 376Code Requirements for Design and Construction of Concrete Structures for the Containment of Refrigerated Liquefied Gases and Commentary
ASCE 7 -2016Minimum design loads and associated criteria for buildings and other structures
转自公众号:土木吧