Смекни!
smekni.com

Расчет элементов резервуара (стр. 1 из 4)

.

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=Р2и

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 11 10 8 8 8 8 8 8

Проверка устойчивости стенки.

Проверка устойчивости каждого пояса от нагрузок направленных вдоль образующих.

Проверка производится по формуле:

s1<=gсscr 1

здесь: gс=1;

s1= ;

N1=Nк+Nсн+Nв+Np (кн/см2)

-суммарное сжимающее усилие в нижнем сечении каждого пояса от воздействия массы крыши, веса снега, вакуума и массы корпуса расположенного выше рассматриваемого сечения (включая рассматриваемый пояс).

Масса крыши (с учетом оборудования на ней)

Nк= (кн/см);

Масса снега на крыше

Nсн= (кн/см);

S=So gf2 m k

So=0,5 (кн/м2) нормативное значение веса снегового покрова ;

gf2 =0,7 – коэффициент надежности по нагрузке;

m=1 – коэффициент, учитывающий конфигурацию кровли;

k=1,2-0,1V=0,7; V=5м/с.

Вакуум.

Nв= (кн/см);

Рв=0,000025 (кн/см2)

gf3=1,2.

Масса стенки.

Np= (кн/см);

Масса корпуса расположенного выше рассм. сечения Qc'= *(12-i+1) (кн);

Масса опорного кольца Qo.k.=210 (кн);

Масса стенки Qc=Vc*r=257715*7.85*10-3=2023 кн;

i-номер пояса.

Определение критического напряжения.

Критическое напряжение определяется по формуле:

scr 1= ,где

Е=21000 кн/см2;

R=1995 см – радиус резервуара;

tci – толщина i-того пояса;

С – коэффициент, определяемый в зависимости от отношения R/tci .

Результаты вычислений сведены в таблице № 4.

Таблица №4.

Номер пояса tсi, см Nк , кн/см Nсн, кн/см Nв, кн/см Nр, кн/см N1, кн/см s1, кн/см2 R/tc С scr 1 , кн/см2
1 1,7 0,0612 0,0241 0,0299 0,190148 0,305348 0,179616 1173,529 0,078 1,395789
2 1,4 0,0612 0,0241 0,0299 0,175769 0,290969 0,207835 1425 0,072 1,061053
3 1,4 0,0612 0,0241 0,0299 0,161389 0,276589 0,197564 1425 0,071 1,046316
4 1,2 0,0612 0,0241 0,0299 0,147009 0,262209 0,218508 1662,5 0,069 0,871579
5 1,1 0,0612 0,0241 0,0299 0,132629 0,247829 0,225299 1813,636 0,066 0,764211
6 0,9 0,0612 0,0241 0,0299 0,118249 0,233449 0,259388 2216,667 0,064 0,606316
7 0,8 0,0612 0,0241 0,0299 0,10387 0,21907 0,273838 2493,75 0,061 0,513684
8 0,8 0,0612 0,0241 0,0299 0,08949 0,20469 0,255863 2493,75 0,061 0,513684
9 0,8 0,0612 0,0241 0,0299 0,07511 0,19031 0,237888 2493,75 0,061 0,513684
10 0,8 0,0612 0,0241 0,0299 0,06073 0,17593 0,219913 2493,75 0,061 0,513684
11 0,8 0,0612 0,0241 0,0299 0,04635 0,16155 0,201938 2493,75 0,061 0,513684
12 0,8 0,0612 0,0241 0,0299 0,031971 0,147171 0,183964 2493,75 0,061 0,513684

Устойчивость всех поясов обеспечена.

Проверка устойчивости стенки на нагрузки, направленные нормально к ее поверхности.

Стенка может потерять устойчивость от действия вакуума и давления ветра. Устойчивость теряет стенка, находящаяся между точками закрепления. Такими закреплениями являются кольцевые ребра. Если их нет, то стенка может потерять устойчивость между днищем и крышей, т.е. на всю высоту.