.
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 | 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.