摘要：設計了一種用于海洋鉆井岸基支持泥漿工廠(chǎng)的不銹鋼磁翻板液位計，罐體尺寸為標準40英尺集裝箱，便于運輸，且容量大、抗風(fēng)能力強?；冢粒危樱伲訉摅w進(jìn)行強度計算，利用ＵＣ值進(jìn)行強度校核，使其滿(mǎn)足現場(chǎng)*苛刻工況下的使用條件。
引言
海洋經(jīng)濟已經(jīng)成為**經(jīng)濟發(fā)展新的增長(cháng)點(diǎn)海洋強國戰略目標的提出，促使中國海洋石油集團有限公司進(jìn)一步增強了海洋石油勘探開(kāi)發(fā)的力度，近年來(lái)，渤海、南海石油開(kāi)發(fā)的規?？涨?。泥漿工廠(chǎng)是海洋鉆完井工程*其重要的配套設施，不銹鋼磁翻板液位計作為泥漿工廠(chǎng)的重要組成設備，其通用性、可靠性和機動(dòng)性關(guān)系到整個(gè)泥漿工廠(chǎng)的運行。為此，設計了一種便于運輸、占地面積小、使用方便、結構合理可靠的不銹鋼磁翻板液位計。
1 結構設計
不銹鋼磁翻板液位計用于室外常溫常壓環(huán)境，用以?xún)Υ驺@井泥漿（泥槳密度不超過(guò)2.8ｋｇ／ｍ3），外形輪廓尺寸為40英尺標準集裝箱（12.192ｍｘ2.438ｍｘ2.591ｍ），使用材料為Ｑ345ｂ合金鋼。
1.1設計思路
不銹鋼磁翻板液位計具有存儲、攪拌的功能，整體結構滿(mǎn)足快速移運的要求。泥漿罐整體輪廓采用槽鋼與方管作為框架，尺寸為標準40英尺集裝箱大小。進(jìn)出管匯集成在前端，進(jìn)液管匯延伸至罐頂，上進(jìn)下出，有利于液體循環(huán)，且當將多個(gè)泥漿罐平鋪時(shí)管線(xiàn)容易連接，有利于罐區建設；在罐體的后端設置外豎梯及人孔，罐頂中部設置頂人孔及內豎梯，方便人員上下及內部檢修；罐頂等間距設置3個(gè)攪拌器及3個(gè)觀(guān)察口，有利于觀(guān)察攪拌器運行情況；罐頂集成超聲波液位計及電控設備；罐頂同時(shí)設置可拆卸走道及護欄插孔，可與其他泥漿罐組合形成罐區。
1.2具體設計
（1）泥漿罐罐體。不銹鋼磁翻板液位計外形結構滿(mǎn)足ＧＢ／Ｔ1413-2008中規定的1ＡＡ標準40英尺集裝箱要求，下框架采用采用28ａ及20ａ槽鋼配合焊接結構，上框架為140ｍｍｘ80ｍｍ方管，罐底板為12ｍｍ鋼板，罐壁板及罐頂板為8ｍｍ鋼板。罐體上下4個(gè)角分別設8個(gè)角件，角件滿(mǎn)足ＧＢ／Ｔ1835-2006要求，罐體下框架前后兩端各設置兩個(gè)叉車(chē)7Ｌ，便于吊裝及移運。
（2）泥漿罐罐底。罐底采用斜船型設計，利用底部槽鋼位置相錯，底板由人孔端到管匯端形成1：150的傾斜，同時(shí)在寬度方向兩側向中間設置3：100的傾斜坡度整體形成斜船型結構，便于流體向管匯端自由聚集。在管匯端位置底板設置橢圓形封頭作為沉井，出液管匯端口插人沉井中，管口距離沉井*低點(diǎn)30ｍｍ，便于出液管匯抽吸。同時(shí)，在沉井*低點(diǎn)相切設置排污管匯。
（3）泥漿罐罐頂。泥漿罐罐頂均布著(zhù)3個(gè)攪拌器及觀(guān)察口，并在罐頂長(cháng)度方向中間部位（寬度方向一側）設置一方形人孔，內設一罐內豎梯及液位尺。在罐頂靠管匯端一角設超聲波液位計，監測罐內液位。罐頂1／3處設置攪拌器電控箱支架，并在合適位置設置清洗噴槍的預留接口。
（4）泥漿罐兩端。泥漿罐前端為管匯端，分別設置ＤＮ200的出液管匯及關(guān)斷閥門(mén)、ＤＮ150的進(jìn)液管匯及關(guān)斷閥門(mén)。其中，ＤＮ150進(jìn)液管匯伸到罐頂并延伸至泥漿罐后端，沿程管線(xiàn)分別在罐頂3個(gè)攪拌器位置設置3個(gè)出口，便于液體的均勻進(jìn)罐且有利于攪拌。泥漿罐后端設置外豎梯及檢修人孔，人孔規格滿(mǎn)足ＨＧ／Ｔ21516-2014的要求。
2 基于ＡＮＳＹＳ的泥漿罐結構強度分析
利用ＡＮＳＹＳ中梁（ＢＥＡＭ188）與殼（ＳＨＥＬＬ181）單元對整體結構進(jìn)行建模及強度計算，建立不銹鋼磁翻板液位計的幾何模型并劃分結構化網(wǎng)格如圖1所示。網(wǎng)格節點(diǎn)數43328，單元數38704。

2.1計算工況分析
（1）不銹鋼磁翻板液位計主要用來(lái)儲存配置好的鉆井液，在單罐滿(mǎn)載的情況下，內部介質(zhì)對罐體內壁存在液柱靜壓力作用。液柱靜壓采用式（1）計算。

（2）考慮在使用過(guò)程中，可能出現兩個(gè)滿(mǎn)載的相同泥漿罐疊放的*端工況，因此底部泥漿罐在滿(mǎn)載的情況下還要承受上部相同尺寸的滿(mǎn)載泥漿罐的自重。將上部滿(mǎn)載泥漿罐的自重等效為加載在下部泥漿罐頂結構的均布壓力其中，見(jiàn)為滿(mǎn)載泥漿槽自重，識＝168782ｘ9.81＝1655752為儲存罐頂部方管的長(cháng)度乂＝29.丨8111。因此／＾56.8犯11？。
（3）不銹鋼磁翻板液位計罐體材質(zhì)為Ｑ345ｂ低合金鋼，使用時(shí)放置于地面，對結構底部設置位移約束141。2.2應力分析基于上述載荷和邊界條件，經(jīng)過(guò)計算，儲存罐罐面結構的Ｍｉｓｅｓ應力*大值出現在側端面底部，*大值為185.83ＭＰａ；儲存罐主鋼結構*大彎曲應力與*大組合應力出現在側面加強槽鋼底部，分別為254.62ＭＰａ與265.08ＭＰａ（圖2￣圖4）。


2.3 結構強度分析
（1）儲存罐結構所用材料均為Ｑ345ｂ，根據ＧＢ／Ｔ1591-2008《低合金高強度結構鋼》，Ｑ345的屈服強度心*小值為345ＭＰａ，則儲存罐管壁結構對應的安全系數《為1.86，滿(mǎn)足要求。
（2）UＣ值是美國ＡＮＳＩ／ＡＩＳＣ《鋼結構設計手冊》針對鋼結構物體承受壓縮彎曲等多種組合載荷聯(lián)合作用時(shí)所采用的綜合機械強度性能的度量指標。
美國**標準學(xué)會(huì )《鋼結構設計手冊》中，充分考慮到實(shí)際鋼結構物體常常承受拉壓彎扭剪等多種形式載荷的聯(lián)合作用，其構件的內應力是一個(gè)綜合折算后的當量*大應力。為此提出了ＭａｘｉｍｕｍＣｏｍｐｏｎｅｎｔＵｎｉｔｙＣｈｅｃｋ的概念（即值），并用之來(lái)評價(jià)構件單元的綜合強度性能。對于UC值小于1.0的構件，ＡＮＳＩ／ＡＩＳＣ認為構件綜合強度滿(mǎn)足要求，視為合格的單元；對于Ｗ：值大于1.0的構件，則認為綜合強度不夠。設計者應對初始設計進(jìn)行調整和修改，直到使得構件的ＵＣ值小于1.0，滿(mǎn)足綜合強度要求。儲存罐主體鋼結構在承載能力和穩定性分析中，ｔ／Ｃ值主要由式（2）-（4）計算：

當Ｆ＜ 0.15時(shí)，可以用式（4）代替式（2）和式（3）。
在儲存罐的強度和安全性校核中，采用式（4）計算ｔ／Ｃ值，根據結構的應力情況，計算得出*大Ｗ：在側支撐梁的底部（與出現*大彎曲應力是同一個(gè)位置），其值為0.86（其余各單元的Ｗ：值均小于此值）。該值小于1.0，說(shuō)明儲存罐主體鋼結構具有足夠的安全性。
3 不銹鋼磁翻板液位計罐體抗風(fēng)計算
罐體為40英尺標準集裝箱尺寸，重18.9ｔ。罐體長(cháng)邊比短邊大得多，導致繞長(cháng)邊傾覆要比繞短邊傾覆更加容易，且長(cháng)邊所在側面迎風(fēng)面積*大。取*限狀態(tài)進(jìn)行計算，即風(fēng)以*大速度垂直吹向長(cháng)邊所在側面。
3.1 罐體抗傾覆計算由《風(fēng)力等級》（ＧＢ／Ｔ28591-2012）可知，取風(fēng)力等級為16級時(shí)，對應*大風(fēng)速為56ｍ／ｓ。
（1）風(fēng)載荷作用下罐體傾覆彎矩計算。
根據《港口工程載荷規范》（ＪＴＳ144-2010），垂直作用在港口工程結構表面上的風(fēng)載荷標準值應按式（5）計算。

其中，Wｋ為垂直于罐體單位面積上的風(fēng)載荷標準值；U／4為風(fēng)載荷體型系數，由《建筑結構荷載規范》（ＧＢ50009-2012），取u＝0.8；內為風(fēng)壓高度變化系數，取u／4＝1.09；叫為基本風(fēng)壓。
由《港口工程載荷規范》可知，基本風(fēng)壓W=V2／1600。取*大風(fēng)速V＝56ｍ／ｓ，則得到基本風(fēng)壓ｗ；0＝1.96ｋＮ／ｍ2。
代人式（5），可以得到風(fēng)載荷標準值m/s＝1.71ｋＰａ。罐體的迎風(fēng)面風(fēng)受力Q=12.192ｘ2.591ｘｌＴｋ＝53990.20Ｎ?？紤]結構重要系數取1.1，風(fēng)載荷分項系數取1.4，可得到風(fēng)載荷作用于罐體上的傾覆彎矩Ｍ，＝1.1ｘ1.4ｘ53990.20ｘ2.591／2＝107714.23Ｎ.ｍ
（2）罐體自重抗傾彎矩。
罐體18.9,自重185 220Ｎ，罐體的抗傾覆彎矩M=185220ｘ1.219＝225783.18 Ｎ.ｍ
Ｍ1＜Ｗ2，所以，即使在16級超強臺風(fēng)作用下，罐體不會(huì )產(chǎn)生傾覆。
3.2罐體抗抗滑計算
罐體的迎風(fēng)面風(fēng)受力Q＝53990.20Ｎ，罐體自重FN＝M8＝185 220Ｎ，由鋼制球形儲罐（ＧＢ12337-2014）查得鋼與混凝土的摩擦因數0為0.4，可計算出罐體*大靜摩擦Ｆ＝uFN＝74088Ｎ?？芍?，Q＜Ｆ，所以在16級超強臺風(fēng)作用下，未加固定的罐體不會(huì )產(chǎn)生滑移。
4 結語(yǔ)
根據海洋鉆井岸基支持泥漿工廠(chǎng)的實(shí)際工況，設計一種便于運輸、容量可觀(guān)、抗風(fēng)能力強的不銹鋼磁翻板液位計，并經(jīng)過(guò)ＡＮＳＹＳ結構強度計算及ｔ／Ｃ值強度校核，滿(mǎn)足*端苛刻工況下的設計要求，為海洋鉆完井工程提供有力的岸基支持。