Как найти радиус резервуара

Цель.
Спроектировать вертикальный стальной
резервуар (РВС).

Дано.
1. Объем резервуара – 20 тыс. м³.

1. Плотности
   нефтепродукта – 900 кг/м³.

2. Место
   строительства – Сургут.

Задание.
1. Определить геометрические параметры
резервуара.

2. Определить
толщину всех поясов стенки резервуара.

3. Проверить стенку
резервуара на устойчивость.

4. Выполнить расчет
несущего каркаса и настила сферической
крыши.

5. Выполнить
графическую часть:

5.1. Общий вид
резервуара на основании.

5.2. Сечение и
развертку стенки резервуара. Примеры
горизонтальных и вертикальных сварных
швов, соединение стенки резервуара и
днища.

5.3. Общий вид днища.
Соединение центральной части, окраек
и периферийных листов.

5.4. Общий вид
сферической крыши резервуара. Узлы
соединения главной балки и опорного
кольца, главной балки и центрального
щита, главных балок и балок настила.

2.7.1. Определение геометрических параметров резервуара

1. Выбор
   размеров стального прокатного листа
   для изготовления стенки

Размеры листа.
В соответствии с рекомендациями ПБ
03-605-03 для изготовления стенки выбираем
стальной лист с размерами в поставке
2000 х 8000. С учетом обработки кромок листа
с целью получения правильной прямоугольной
формы при дальнейших расчетах принимаются
следующие его размеры 1990 х 7990.

Сначала
выбираем высоту резервуара. Для этого
используем рекомендации ПБ 03-605-03 (таблицы
2.2). В соответствии с этими рекомендациями
предпочтительная высота резервуара от
12 до 20 метров.

2.
Высота
резервуара.
Для резервуара объемом

принимаем номинальную высоту резервуара

.
Соответственно количество поясов в
резервуаре будет равно восьми

.
Точная высота резервуара

.

1. Предварительный
   радиус резервуара.
   Радиус резервуара определяется из
   формулы для объема цилиндра

,

1. Периметр
   резервуара
   

   и число
   листов в поясе
   
   .

.

Предпочтительней
округлять число листов в поясе до целого
или выбирать последний лист равным
половине длины листа.

Принимаем число
листов в поясе

.
Тогда периметр резервуара равен

,

а окончательный
радиус

.

1. Уточненный объем
   резервуара.

.

Рис. 2.22.
Развертка и
сечение стенки вертикального резервуара

2.7.2. Определение толщины стенки резервуара

1. Определение
   методики и параметров необходимых для
   расчета.

Минимальная
толщина листов стенки резервуара РВС
для условий эксплуатации рассчитывается
по формуле (2.9):

,

где

– коэффициент надежности по нагрузке
гидростатического давления;

– коэффициент
надежности по нагрузке от избыточного
давления и вакуума;

– плотность нефти
кг/м³;

– радиус стенки
резервуара, м;

– максимальный
уровень взлива нефти в резервуаре, м;

– расстояние от
днища до расчетного уровня, м;

,
– нормативная величина избыточного
давления;

– коэффициент
условий работы,

для нижнего пояса,

для остальных поясов;

–
расчетное
сопротивление материала пояса стенки
по пределу текучести, Па;

Расчетное
сопротивление материала стенки
резервуаров по пределу текучести,
определяется по формуле (2.10):

,

где

– нормативное сопротивления растяжению
(сжатию) металла стенки, равное минимальному
значению предела текучести, принимаемому
по государственным стандартам и
техническим условиям на листовой прокат;

– коэффициенты
надежности по материалу;

,
так как объем резервуара более 10 000
м³.

Стенка
резервуара относится к основным
конструкциям подгруппы «А», для которых
должна применяться сталь класса С345
(09Г2С-12) с нормативным расчетным
сопротивлением

.

Вычисляем расчетное
сопротивление

.

1. Вычисление
   предварительной толщины стенки для
   каждого пояса резервуара.

Для
вычисления используем формулу (2.9), в
которой, начиная со второго пояса,
единственным изменяемым параметром
при переходе от нижнего пояса к верхнему
является координата нижней точки каждого
пояса

,
(2.69)

где

– номер пояса снизу вверх;

– ширина
листа.

Основные
геометрические размеры резервуара при
проведении прочностных расчетов
округляем в большую сторону до номинальных
размеров так, чтобы погрешность шла в
запас прочности:

.

Толщина
первого пояса определяется при

;

Для
второго пояса

,

Для
остальных поясов резервуара полученные
значения для толщины стенки приведены
в таблице 2.12.

Таблица
2.12

Толщина
стенки поясов резервуара

Номер пояса	Толщина стенки, мм	Номер пояса	Толщина стенки, мм
1	15,0	5	6,7
2	11,5	6	5,0
3	9,9	7	3,4
4	8,3	8	1,8

3.
Выбор
номинального (окончательного) размера
толщины стенки.

Значение
минимальной толщины стенки для условий
эксплуатации увеличивается на величину
минусового допуска на прокат и округляется
до ближайшего значения из сортаментного
ряда листового проката. Полученное
значение сравнивается с минимальной
конструктивной толщиной стенки

,
определяемой по таблице 2.4.

В
качестве номинальной толщины

каждого пояса стенки выбирается значение
большей из двух величин, округленное
до ближайшего значения из сортаментного
ряда листового проката

где

– припуск на коррозию, мм;

–
значение
минусового
допуска
на
толщину листа, мм;

–
минимальная
конструктивная толщина стенки.

Величину
минусового допуска определяют по
предельным отклонениям на изготовление
листа. Соответствующие
предельные отклонения по толщине листа
приводятся в таблице 2.5.

Припуск
на коррозию элементов резервуара
представляется заказчиком. (В курсовом
проекте припуск на коррозию необходимо
выбирать 2
3
мм.)

В
таблице 2.13 приводятся все данные для
выбора номинального размера толщины
стенки.

Таблица
2.13

Номинальная
толщина стенки

Номер пояса	, мм	, мм	, мм	+ +
1	15,0	2,0	0,45	17,45	11,0	18,0
2	11,5	13,95	14,0
3	9,9	12,35	13,0
4	8,3	10,75	11,0
5	6,7	9,15	11,0
6	5,0	7,45	11,0
7	3,4	5,85	11,0
8	1,8	4,25	11,0

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Версия для печати

Приложение Б. Проектировочный расчет конструктивных элементов резервуара

1. Расчет стенки резервуара на прочность

1.1 Минимальная толщина листов стенки резервуаров РВС и РВСП для условий эксплуатации рассчитывается по формуле:

.                                                          (4)

Минимальная толщина стенки резервуаров РВСПК для условий эксплуатации рассчитывается по формуле:

,                                                                          (5)

где n₁ — коэффициент надежности по нагрузке гидростатического давления, n₁= 1,05;

r_н — плотность нефти, r_н =900 кг/м³;

g — ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²;

H_{макс доп} — максимально допустимый уровень взлива нефти в резервуаре, м;

х — расстояние от днища до расчетного уровня, м;

n₂ — коэффициент надежности по нагрузке избыточного давления и вакуума, n₂

P_и — нормативная величина избыточного давления, Па, принимается по таблице 2.0;

R — радиус стенки резервуара, м;

j_с — коэффициент условий работы, j_с = 0,7 для нижнего пояса, j_с = 0,8 для остальных поясов;

R_y— расчетное сопротивление материала пояса стенки по пределу текучести, Па.

1.2 Расчетное сопротивление материала стенки резервуаров по пределу текучести, определяется по формуле:

,                                                                                                     (6)

где  — нормативное сопротивления растяжению (сжатию) металла стенки, равное минимальному значению предела текучести, принимаемому по государственным стандартам и техническим условиям на листовой прокат;

γ_м — Коэффициенты надежности по материалу, γ_м = 1,025;

γ_н — коэффициент надежности по назначению, для резервуаров объемом по строительному номиналу 10000 м³ и более — γ_н = 1,15, объемом по строительному номиналу менее 10000 м³ — γ_н = 1,1.

1.3 Значение минимальной толщины стенки для условий эксплуатации увеличивается на величину минусового допуска на прокат и округляется до ближайшего значения из сортаментного ряда листового проката. Полученное значение сравнивается с минимальной конструктивной толщиной стенки δ_кс, определяемой по таблице Б.1.

Таблица Б.1 Конструктивная величина толщины стенки

В качестве номинальной толщины δ_ном каждого пояса стенки выбирается значение большей из двух величин, округленное до ближайшего значения из сортаментного ряда листового проката.

d<_ном³max{d_e + C_i + D; d_кс},                                                                             (7)

где С_i — припуск на коррозию, мм;

D — фактическое значение минусового допуска на толщину листа, мм;

d_кс — минимальная конструктивная толщина стенки.

2. Расчет стенки резервуара на устойчивость

2.1 Расчет на устойчивость проводится дважды: для принятой номинальной толщины стенки d_ном (толщина пояса стенки, соответствующая началу эксплуатации резервуара) и для расчетной толщины стенки d_i (толщина пояса стенки, соответствующая моменту окончания нормативного срока эксплуатации резервуара).

Расчетная толщина d_i определяется как разность принятой номинальной толщины d_ном, припуска на коррозию С_i и минусового допуска на толщину листа ∆:

d_i = d_ном — С_i— D,                                                                                                (8)

Проверка устойчивости стенки резервуара производится по формуле:

,                                                                                                (9)

где s₁ — расчетные осевые напряжения в стенке резервуара, МПа;

s₂ — расчетные кольцевые напряжения в стенке резервуара, МПа;

s₀₁ — критические осевые напряжения в стенке резервуара, МПа;

s₀₂ — критические кольцевые напряжения в стенке резервуара, МПа.

Осевые напряжения определяются по минимальной толщине стенки пояса, кольцевые напряжения — по средней толщине стенки.

Расчетные осевые напряжения для резервуаров РВС и РВСП определяются по формуле:

,                                                              (10)

где y — коэффициент сочетания нагрузок, принимаемый по СНиП 2.01.07-85*;

n₃ — коэффициент надежности по нагрузке от собственного веса, n₃ = 1,05;

Q_п — вес покрытия резервуара, Н;

Q_ст — вес вышележащих поясов стенки, Н;

Q_сн — Полное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия, Н;

Q_вак — нормативная нагрузка от вакуума на покрытие, Н;

s_i— расчетная толщина стенки i-го пояса резервуара, м.

Расчетные осевые напряжения для резервуаров РВСПК определяются по формуле:

.                                                                                                     (11)

Вес вышележащих поясов стенки резервуара определяется как:

,                                                                                    (12)

где а — номер (значение номера) последнего пояса, начало отсчета снизу;

h_i — высота i-го пояса стенки резервуара, м;

γ_ст — удельный вес стали, Н/м³.

Осевые критические напряжения определяются по формуле:

,                                                                                                  (13)

где Е — модуль упругости стали, Е = 2×10⁵ МПа;

С — коэффициент, принимаемый по таблице Б.2.

Таблица Б.2 Значение коэффициента С

Расчетные кольцевые напряжения в стенке при расчете на устойчивость резервуара РВС и РВСП определяются по формуле:

,                                                                                    (14)

Расчетные кольцевые напряжения в стенке для резервуара РВСПК определяются по формуле:

,                                                                                                   (15)

где Р_в — нормативное значение ветровой нагрузки на резервуар, Па;

n_в — коэффициент надежности по ветровой нагрузке;

d_ср — средняя арифметическая толщина стенки резервуара, м.

Средняя арифметическая толщина стенки резервуара определяется по формуле:

,                                                                                                   (16)

где а — число поясов резервуара.

Нормативная нагрузка от вакуума на покрытие определяется как:

Q_вак<=p×R²×P_вак,                                                                                                  (17)

где P_вак— нормативное значение вакуума в газовом пространстве, Па.

Нормативное значение ветровой нагрузки определяется по формуле:

P_в= W₀×k₂×C₀,                                                                                                     (18)

где W₀ — нормативное значение ветрового давления, для рассматриваемого района, Па;

k₂ — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

C₀ — аэродинамический коэффициент.

Критические кольцевые напряжения определяются по формуле:

,                                                                                (19)

где Н — геометрическая высота стенки резервуара, м.

Если по результатам расчета условие устойчивости не выполняется, то значения номинальной толщины стенки для соответствующих поясов стенки резервуара должны быть увеличены.

3. Расчет резервуара на опрокидывание

Резервуар, в целом должен быть рассчитан на устойчивость к опрокидыванию при действии ветровой нагрузки.

При выполнении условия анкеровка резервуара не требуется.

М ≤ 0,7G´R,                                                                                                      (20)

где М — опрокидывающий момент от действия ветровой нагрузки;

R — радиус стенки резервуара, м;

G — вес конструкций резервуара за вычетом припусков на коррозию, с учетом внутреннего давления в резервуаре;

При невыполнении данного условия необходимо выполнить анкеровку резервуара, причем нагрузка на один анкер определяется по формуле:

,                                                                                                   (21)

где d — диаметр установки анкеров;

n — количество анкеров.

4. Расчет днища резервуара

4.1 Толщина элементов днища принимается равной 9 мм.

4.2 Толщина окрайки днища определяется по таблице Б.3.

Таблица Б.3. Конструктивная величина окрайки днища

5. Расчет плавающей крыши резервуара

5.1 Толщина элементов плавающей крыши, контактирующих с продуктом, должна быть не менее 5 мм.

5.2 Плавающие крыши должны быть рассчитаны на плавучесть, остойчивость и непотопляемость при плотности нефти, равной 0,7 т/м³.

Проверка плавучести плавающей крыши производится из условия, что все действующие нагрузки приложены в центре тяжести крыши, а выталкивающая сила приложена вертикально вверх в центре тяжести объема крыши, погруженного в жидкость.

5.3 Запас плавучести плавающих крыш должен быть не менее 2,0, т.е.:

,                                                                                                  (22)

где b — высота наружного борта плавающей крыши;

Т — максимальная глубина погружения крыши.

5.3 Глубину погружения однодечной плавающей крыши определять из условия:

g_fG_пк + F_тр + Q_сн − Q_в = (V₁ + V_>2)g_ж,                                                                (23)

где g_f — коэффициент надежности по нагрузке собственного веса;

G_пк — вес плавающей крыши вместе с катучей лестницей и оборудованием (водоспуск, затвор и др.);

F_тр — сила трения уплотняющего затвора о стенку;

Q_сн — полное расчетное значение снеговой нагрузки;

Q_в — ветровая нагрузка на плавающую крышу;

g_ж — удельный вес хранимого продукта, при расчете плавучести g_ж = 0,7 т/м³;

V₁ — объем жидкости, вытесненный коробами плавающей крыши;

V₂ — объем жидкости, вытесненный центральной частью плавающей крыши.

5.4 Глубину погружения двухдечной плавающей крыши Т определять по формуле:

,                                                                                (24)

где R₁ — Радиус плавающей крыши.

5.5 Полное расчетное значение снеговой нагрузки на плавающую крышу при расчете ее плавучести должно быть определено по формуле

Q_сн = μS_gπR²,                                                                                                     (25)

где S_g — расчетное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, кПа;

R — радиус резервуара, м;

m — коэффициент перехода, определяемый по формуле:

m = 2,76H/D — 0,07,                                                                                           (26)

где H, D — соответственно высота стенки и диаметр резервуара.

5.6 Ветровая нагрузка на плавающую крышу при расчете ее плавучести определяется по формуле:

Q_в = w₀SC_pg_f,                                                                                                     (27)

где ω₀ — нормативное значение ветрового давления;

S — площадь плавающей крыши;

C_p — аэродинамический коэффициент;

g_f — коэффициент надежности по ветровой нагрузке.

5.7 Кренящий момент от снеговой нагрузки, действующий на плавающую крышу, при расчете ее остойчивости должен быть определен по формуле:

М = K_cQ_снR,                                                                                                      (28)

где R — радиус резервуара, м;

K_с — коэффициент, определяемый по формуле:

K_с= 0,34H/D + 0,05.                                                                                         (29)

6. Расчет понтона резервуара

6.1. Понтон должен быть рассчитан на плавучесть при нагрузке, равной его двойному весу, при плотности нефти, равной 0,7 т/м³. Запас плавучести понтонов должен быть не менее 2,0, т.е.:

,                                                                                                  (30)

где b — высота наружного борта понтона;

Т — максимальная глубина погружения понтона.

6.2. Глубину погружения понтона определять по формуле:

,                                                                                       (31)

где g_f — коэффициент надежности по нагрузке собственного веса понтона;

G_п — вес понтона вместе с оборудованием;

F_тр — сила трения уплотняющего затвора о стенку;

Q_п — нагрузка от веса конденсата на понтоне;

r_ж — удельный вес хранимого продукта, при расчете r_ж = 0,7 т/м³;

V_{выт.жид.} — объем вытесненного продукта.

6.3. Непотопляемость — это способность понтона сохранять плавучесть и необходимую остойчивость при затоплении отсеков вследствие их разгерметизации.

Непотопляемость понтона обеспечивается при условии:

,                                                                                                       (32)

где V_м — теоретический объем элементов плавучести понтона (поплавков, коробов и др.) м³;

V_ф — объем элементов плавучести, который заполнен хранимым продуктом, м³.

7. Расчет конструкции кольцевой лестницы

Расчет производится в соответствии со СНиП 2.01.07-85*, СНиП II-23-81, СНиП II-7-81.

Конструкции кольцевой лестницы рассчитаны на временную нормативную нагрузку 450 кг. Ограждение рассчитано на горизонтальную нагрузку 90 кг.

Подкосы кольцевой лестницы рассчитываются на прочность и устойчивость.

7.1 Расчет подкоса на прочность производится по формуле:

,                                                                                                       (33)

где

,                                                                                                          (34)

где Р — временная нормативная нагрузка, кг;

a — угол между стенкой и раскосом;

N — расчетной сжимающее усилие, кг;

А — площадь сечения элемента, см²;

R_y — расчетное сопротивление, кгс/см²;

r_c — коэффициент условий работы, r_с = 0,75.

7.2 Расчет подкоса на устойчивость производится по формуле:

,                                                                                                    (35)

Значение j следует определять по формуле:

,                    (36)

где  — >условная гибкость определяется по формуле:

,                                                                                                     (37)

где l — гибкость:

,                                                                                                               (38)

где L — длина подкоса, см;

i — радиус инерции сечения, см;

Е — модуль упругости, Е = 2,1×10⁶ кгс/см².

<< назад / к содержанию РД 16.01-60.30.00-КТН-026-1-04 / вперед >>

Объем вертикального цилиндрического резервуара зависит от его диаметра D_p и высоты стенки Н_р. В 1883 г. акад. В.Г. Шухов предложил определять их оптимальные значения из условия минимизации расхода металла на строительство емкости. Данное решение стало классическим.

Рассмотрим решение В.Г. Шухова для резервуаров с переменной по высоте толщиной стенки и плоской крышей, используя расчетную схему, приведенную ниже.

Расчетная схема к определению оптимальных размеров резервуара типа РВС

Объем металла, необходимый для сооружения крыши и днища емкости, равен

где δк,δд — толщина листов, из которых изготовлены, соответственно, крыша и днище.

Объем металла, необходимый для сооружения стенки резервуара, может быть представлен в виде двух слагаемых:

V₂‘ — объема, соответствующего заштрихованной части стенки;

V₂» — объема, соответствующего незаштрихованной части, т.е.

V₂=V₂‘+V₂«

Из геометрических соображений

где V_p — геометрический объем резервуара; δ — толщина его стенки в месте соединения с днищем.

Выразим величину δ. В нижнем — наиболее нагруженном — сечении стенка резервуара находится под избыточным давлением P = рgH_p, а сила, действующая на стенку единичной высоты, равна F_p = Р • 2R_p. Сила, которую может выдержать металл стенки также единичной высоты, составляет F_пр = σ_р2δ. Искомая толщина стенки должна обеспечить равенство величин F_p и F_np. Приравняв данные силы, получаем

откуда

где р — плотность жидкости, для хранения которой предназначен резервуар; ст_р — допустимые растягивающие напряжения в металле стенки

С учетом формулы выше:

где е — средняя разность толщин соседних поясов; h₀ — высота пояса; n_п — количество поясов.

Учитывая, что h₀ · n_п =H_р, а из условия подобия заштрихованного и незаштрихованного треугольников

h₀/e=H_р/δ можем переписать:

Подставляя δ находим:

Таким образом, общий расход металла на содержание резервуара типа РВС равен

Функция имеет минимальное значение при некотором оптимальном значении радиуса резервуара R_0JIT, величину, которую найдем из условия

что дает

Соответственно, оптимальная высота резервуара типа РВС равна