储罐液面晃动波高压力容器分享站 2020-08-11 10:34:55
本文作者：压力容器唯心不易
问题由来
8年前一台消防水罐，设备直径为37米，高20米，其详细参数如下图：

如今重新做一台一模一样的储罐，本来预想是换个标题栏，几个管口的非常easy的事情。用PVdesktop跑一遍，发现有红色警告。

原因是液面晃动波高为2.15米，高于液面到罐顶的距离2.112米。
查一下原来的计算书，按照GB/T50341-2003，液面晃动波高为0.68米。
液面晃动波高竟然提高了3.16倍。
由于按照规范，一般来说罐壁高度要大于最高液位+晃动波高，所以原先罐壁高度绰绰有余，而今竟然不足了。竟然需要加高罐壁，比原先要改动的内容多了不少。
原来的储罐还用GB/T50761-2012核算过，相同的数值输入比较一下，结果相差还是很远。

问题到底出在哪里？
地震计算对比
通过按照各种规范计算液面晃动波高，得到如下结果：

表中罐型系数取1，R为半径18.5m.
液面晃动时地震影响系数aw除了GB/T50341-2003版偏小，其余版本相差不大。
GB/T50761都考虑了调整系数Kv，只是调整值计算公式不同，导致Kv的值不一样。其中2018版通过调整系数后，不再需要考虑1.5倍的系数了。
在GB/T50341-2014中描述了1.5的系数来由。

原因是因为本规范中反应谱对应的阻尼比为5%，而晃动阻尼比为0.5%，所以因为阻尼降低而需要乘1.79进行修正，最终得到公式需要乘1.5.
GB/T 50341-2014的问题
由于储液的晃动基本周期在3s~14s，储液和储罐耦联振动，基本周期在0.1~0.5s。按照地震影响系数，晃动的地震影响系数aw一般在第四段。如下图所示。

GB/T50341-2014现在有个问题：
在计算aw时，所采用的值η1，η2，γ都是按照阻尼比0.5%计算的。也就是说aw的计算已经考虑了液面晃动的阻尼比0.5%的影响了。而最终结果还乘以因阻尼比降低所引起的系数1.79。
GB/T50341-2014是否将阻尼比降低的影响考虑了2次，从而造成计算结果特别保守？
查了一下GB/T50761-2018的标准释义：

原来GB/T50761-2018的编者已经发现了这个问题，那么只能期待下次改版进行修正了，不过希望配套软件能够先行一步修改，也是设计之福。
另外在GB/T50341-2014中，对于晃动波高的要求如下：

软件按照GB/T50341-2014都把液面晃动波高的限制当做一个强制的值，计算不过时为红色警告。所以即使是错误的，也难以让其忽略。
在GB/T50761-2018中，对于晃动波高的限制是针对易燃或者有毒液体。

如果是水罐，是否还一定需要考虑极端（最大地震下）情况的的晃动波高，这也是一个值得讨论的问题。
小结
1. GB/T50341-2003的液面晃动波高偏小，可能有安全隐患。
2. GB/T 50341-2014疑似将阻尼比影响考虑了2次，造成了液面晃动波高过高。
3. GB/T50761-2012的修正系数Kv的修正值不妥，计算所得的晃动波高偏小。
4. GB/T50761-2018的计算应该比较准确，如果旧罐新用，当晃动波高按照GB/T 50341-2014超过时，用来核算一下液面晃动波高，是比较合适的。
5. 晃动波高的限制对于非易燃有毒的介质，是否还需要这么高的要求。因为晃动波高而增加罐壁高度，是否有必要，这是一个值得讨论的问题。