大型储罐连接管道抗震设计中柔性连接方案的选择

大型储罐的基础由于场地和地基处理的不同，通常会发生沉降；同时，由于地震和风的作用，以及管道支架基础和储罐基础的处理不同，在管道和储罐之间一般会发生位移差，且由于管道和储罐的自振频率不同，就会在储罐的接管处产生较大的应力，同时，由于位移载荷的作用，在连接的法兰处会有较大的力和力矩的作用而使法兰的密封失效；鉴于上述原因，依据SY/T4073-94(储罐抗震用金属软管和波纹补偿器选用标准)，对大型储罐及连接管道抗震设计中柔性连接方案进行了认真详细的研讨和方案比较，选择了安全性、可靠性、经济型较高的方案。

1、柔性连接管件形式的选择

大型储罐抗震柔性连接一般有两种形式：即大拉杆型波纹补偿器和金属软管，我们经过研究并与制造商交流，并参考了国外先进工程公司的设计原则和理念，在研究了以往的设计和发生过的事故后认为：大拉杆型波纹补偿器的设计制造有严格的标准、疲劳寿命的计算科学、自振频率的计算准确，在运行过程中由于内压产生的盲板力全部由其自身的拉杆承受，不会对与其相连接的设备（储罐）产生更大的作用力，因而可以保证储罐的管口受力在规范允许的范围内；法兰的受力在允许的范围内（法兰不会发生密封失效）；通过控制波纹管的单层厚度和层数来控制其自振频率和刚度及补偿量，以满足相关规范的要求；而金属软管的相关计算是模糊的，更没有自振频率和疲劳寿命的计算，其使用寿命未知，由于内压的作用，其管体本身会伸长（15％），因而盲板力必然会作用到储罐的管口上，会引起设备接管处的局部应力超标、法兰泄漏，尤其是当管径大于等于DN400的管道，潜在的风险更大，基于上述考虑，我们对大口径管道选择大拉杆型波纹补偿器作为防沉降和抗震柔性连接件。

2、材料选择和安全性分析

考虑到原油中硫的含量较高，且罐区设置在海边，空气中氯离子的含量也很高，而常规金属软管和波纹补偿器制造用的奥氏体不锈钢不能耐受上述两种物质的腐蚀，故我们在设计中考虑使用耐腐蚀的Inconel625和s31254smo材料；

我们对所有的储罐和输油管道采用有限元方法进行了详细的应力分析和评定（包括地震载荷分析），提出了满足各种工况的设计选型参数，经对满足上述参数设计的补偿器的设计计算，我们认为：在使用Inconel625和s31254smo材料、且采用大拉杆型波纹补偿器作为柔性连接管件的前提下，产品可以安全使用20年；

3、经济性比较

除了安全性的考虑之外，经济性是设计方案必须考虑的重要内容，任何只考虑一方面的设计思想均不可取。

由于金属软管全程都是不锈钢，且其金属网套亦为不锈钢编织，因而，即使是采用普通奥氏体不锈钢材料制造，其成本也很高，而大拉杆型波纹补偿器的波纹部分较短（约500mm长），相对制造成本较低，经过询价和以往工程经验，即使是采用耐腐蚀的材料，大拉杆型波纹补偿器（DN800）单台价格也比普通奥氏体不锈钢金属软管单根价格低20％左右。经综合比选，考虑安全性、可靠性、经济性，在大型储罐抗震连接用柔性件选用大拉杆型波纹补偿器是最优方案。