Расчет элементов резервуара
Общие положения.
Все расчеты выполнены по методу предельных состояний по нормам СССР СНиП
2-23-81* и СНиП 2.01.07-85 с использованием, изданных в 1994 г норм Украины по проектированию нефтяных резервуаров «ВБН В.2.2-58.2-94». Нормы позволяют
выбрать класс сталей для элементов резервуаров, рекомендуют вид сварки и сварочных материалов, метод монтажа, конструктивные решения, типы фундаментов и
оснований. Здесь же даются указания по защите резервуаров от коррозии, охране окружающей среды, противопожарным мероприятиям.
Расчет стенки цилиндрических вертикальных резервуаров.
1.Однослойная стенка.
Стенка испытывает различные виды воздействий. Гидростатическое и избыточное давление вызывают в ней
двухосное растяжение. Снеговая, ветровая нагрузка масса стенки и крыши сжимают стенку.
В резервуарах также возможен вакуум, т.е. нагружение, при котором внешнее давление больше внутреннего. Эта
нагрузка вызывает сжатие стенок в радиальном направлении.
Указанные выше нагружения провоцируют в стенке, за исключением особых зон, плоско - напряженное состояние.
Особые зоны называются зонами «краевого эффекта». В них появляются изгибные напряжения, которые быстро затухают.
Причины, вызывающие изгибающие моменты вдоль образующих, различные конструктивные элементы, стесняющие деформации от внутреннего давления:
сопряжения корпуса и днища, корпуса и кровли, кольцевые ребра, изменение толщины стенки, врезные патрубки и отверстия для люков и т.д.
Алгоритм расчета стенки следующий. Вначале из условия растяжения, вызванного внутренним давлением,
определяют толщины обоих поясов. Далее выполняется проверка устойчивости стенки вдоль образующей и в поперечном направлении. В случае необходимости некоторые
пояса утолщаются.
Окончательно производится определение усилий «краевого эффекта» и проверка прочности с учетом всех
компонент напряженного состояния.
Как известно, напряженное состояние любой оболочки, загруженной внутренним давлением, выражается
уравнением Лапласа:
+ =Ry
N1 иN 2 (кн/см) – меридиональное (продольное) и кольцевое усилия в оболочке;
r1 и r2 (см) – главные радиусы кривизны оболочки.
Ру – нормальное давление в определяемом кольцевом сечении оболочки «у», считая снизу.
Ру=Р2 +Ри
где
Р2 =r(Н-(n-1)h-a)gf1 (кн/см2) – гидростатическое давление,
определяемое для каждого пояса, на расстоянии «а» от нижней кромки пояса.
n- номер пояса стенки, с высотой пояса «h»(см), h=149 см;
а=30 см – сечение пояса, отщитываемое от нижней кромки пояса, где растягивающие напряжения максимальны.
Ри=Ро*gf2 ;Ро=0,0002 кн/см2 – избыточное давление.
gf1=1,0 и gf2=1,2 – коэффициенты надежности по нагрузке.
r=0,0000085 кн/см3 –плотность бензина.
Формула для определения толщины каждого пояса, начиная снизу, по условию прочности кольцевых сварных
швов на растяжение:
Tci= +C1+C2 (см);
С1 – припуск на коррозию, определяемый по техническим условиям. Первоначально принимаем 1мм.
С2 – минусовое предельное отклонение по толщине проката, принимаемое по соответствующим стандартам. Здесь =0.
gс – коэффициент условия работы. Для нижнего пояса 0,6, а для остальных 0,7.
R=1995 см – радиус резервуара.
Толщина стенки должна быть не менее 8 мм (для данного резервуара) и быть согласована с сортаментом
толстолистовой стали.
Если резервуар будет рулонируемым, то толщина стенки должна быть не более 17 мм.
Сначала подберем толщину стенок резервуара из стали С 255, Ry=24 кн/см2 (табл. 1), а затем из стали С 345, Ry=33,5 (t=2-10) или 31,5 (t=11-20) кн/см2(табл.
2).
Таблица №1. Вариант 1.
|
Номер пояса
|
Класс стали
|
Ри,
кн/см2
|
Р2, кн/см2
|
Ру, кн/см2
|
tci, см расч.
|
tci, мм сорт.
|
|
1
|
С 255
|
0,00024
|
0,014943
|
0,015183
|
2,203478
|
25
|
|
2
|
С 255
|
0,00024
|
0,013677
|
0,013917
|
1,752584
|
18
|
|
3
|
С 255
|
0,00024
|
0,01241
|
0,01265
|
1,602188
|
17
|
|
4
|
С 255
|
0,00024
|
0,011144
|
0,011384
|
1,451791
|
16
|
|
5
|
С 255
|
0,00024
|
0,009877
|
0,010117
|
1,301394
|
14
|
|
6
|
С 255
|
0,00024
|
0,008611
|
0,008851
|
1,150997
|
12
|
|
7
|
С 255
|
0,00024
|
0,007344
|
0,007584
|
1,0006
|
11
|
|
8
|
С 255
|
0,00024
|
0,006078
|
0,006318
|
0,850203
|
9
|
|
9
|
С 255
|
0,00024
|
0,004811
|
0,005051
|
0,699806
|
8
|
|
10
|
С 255
|
0,00024
|
0,003545
|
0,003785
|
0,549409
|
8
|
|
11
|
С 255
|
0,00024
|
0,002278
|
0,002518
|
0,399013
|
8
|
|
12
|
С 255
|
0,00024
|
0,001012
|
0,001252
|
0,248616
|
8
|
|
Таблица №2. Вариант 2.
|
|
|
1
|
C 345
|
0,00024
|
0,014943
|
0,015183
|
1,70265
|
17
|
|
2
|
C 345
|
0,00024
|
0,013677
|
0,013917
|
1,359112
|
14
|
|
3
|
C 345
|
0,00024
|
0,01241
|
0,01265
|
1,244524
|
14
|
|
4
|
C 345
|
0,00024
|
0,011144
|
0,011384
|
1,129936
|
12
|
|
5
|
C 345
|
0,00024
|
0,009877
|
0,010117
|
1,015348
|
11
|
|
6
|
C 345
|
0,00024
|
0,008611
|
0,008851
|
0,852953
|
10
|
|
7
|
C 345
|
0,00024
|
0,007344
|
0,007584
|
0,745206
|
8
|
|
8
|
C 345
|
0,00024
|
0,006078
|
0,006318
|
0,637459
|
8
|
|
9
|
C 345
|
0,00024
|
0,004811
|
0,005051
|
0,529712
|
8
|
|
10
|
C 345
|
0,00024
|
0,003545
|
0,003785
|
0,421965
|
8
|
|
11
|
C 345
|
0,00024
|
0,002278
|
0,002518
|
0,314218
|
8
|
|
12
|
C 345
|
0,00024
|
0,001012
|
0,001252
|
0,206471
|
8
|
Для обеспечения возможности рулонирования резервуара принимаем 3 Вариант – комбинированную однослойную
стенку из сталей С255 и С345 со следующими толщинами стенок:
Таблица № 3.
|
N пояса
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
|
Сталь
|
С345
|
С345
|
С345
|
С345
|
С345
|
С345
|
С345
|
С345
|
С255
|
С255
|
С255
|
С255
|
|
Толщина
|
17
|
14
|
14
|
12
|