Проектирование резервуарных конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Резервуары РВСПК 20000

Резервуар относится к 1 классу ответственности (опасности) и I повышенному уровню ответственности по ГОСТ 27751-88. Цикличность нагружения резервуара не более 350 циклов в год.

Основные расчетные положения, принятые при проектировании и показатели резервуара:

1. Плотность продукта 0,9 т/м3 (при гидроиспытании - 1,0 т/м3)

2. Расчетное значение веса снегового покрова не более 2,4 кПа

3. Нормативная ветровая нагрузка 0,38 кПа

4. Максимальная температура продукта + 50о С

5. Расчетная сейсмичность района строительства до 8 баллов

6. Диаметр резервуара 45,60 м

7. Высота стенки резервуара 11,94 м

8. Площадь зеркала продукта 1 633 м2

9. Температура наиболее холодных суток с обеспеченностью 0,98 не ниже - 50 0С.

10. Потенциальная полезная емкость резервуара 15 090 м3

Материалы

Требования к материалам для резервуарных конструкций изложены в разделе 5 Норм.

Материал стенки и окраек днища - сталь класса С345 марки 09Г2С-12, центральной части днища, плавающей крыши, катучей лестницы резервуара - сталь класса С255 марки Ст3сп5. Материал лестниц, площадок и ограждений - сталь класса С235 марки Ст3пс4.

Конструкция резервуара

Требования к стальным конструкциям резервуара приведены в разделе 2 настоящих Норм.

Стенка резервуара полистового исполнения из листов 1990 х 7990 мм.

Днище резервуара полистового исполнения из листов 1990 х 7990 мм.

Крыша резервуара - плавающая, состоящая из укрупненных блоков заводского изготовления. На монтажной площадке производится укрупненная сборка блоков.

В верхней части стенки расположено кольцо жесткости, используемое в качестве кольцевой площадки. Для подъема на кольцевую площадку предусмотрена кольцевая лестница с креплением к стенке. Для спуска на плавающую крышу с кольцевой площадки используется катучая лестница.

Все сварочно-монтажные работы следует выполнять по проекту производства сварочно-монтажных работ.

Нормативный срок эксплуатации резервуара не менее - 50 лет.

Межремонтный цикл не менее - 20 лет.

Срок службы внутреннего антикоррозионного покрытия не менее - 20 лет.

1. Расчет стенки резервуара на прочность

Количество поясов шириной 1,49 м вычисляем:

N=11.94/1.99=6

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

,

Где	n1	-	коэффициент надежности по нагрузке гидростатического давления, n1=1,05;
	н	-	плотность нефти, н =900 кг/м3 ;
	G	-	ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;
	Hмакс доп	-	максимально допустимый уровень взлива нефти в резервуаре, 11.94м;
	Х	-	Расстояние от днища до расчетного уровня, м
	n2	-	коэффициент надежности по нагрузке избыточного давления и вакуума, n2=1,2;
	Pи	-	нормативная величина избыточного давления, кПа, принимается по таблице 2.0;
	R	-	радиус стенки резервуара, 45.6/2=22.8м;
	jс	-	коэффициент условий работы, jс =0,7 для нижнего пояса, jс =0,8 для остальных поясов;
	Ry	-	расчетное сопротивление материала пояса стенки по пределу текучести, Па

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

где		-	нормативное сопротивления растяжению (сжатию) металла стенки, равное минимальному значению предела текучести по ГОСТ 27772-88 345*106
	м	-	Коэффициенты надежности по материалу, м=1,025;
	н	-	коэффициент надежности по назначению, для резервуаров объемом по строительному номиналу 10 000м3 и более - н=1,15

(Н/м2)

Подставив значения, вычислим толщину стенки первого пояса:

=0,013м=13мм

Расчет толщины стенки второго и последующих поясов:

=0,011м=11мм

=0,009м=9мм

=0,007м=7мм

=0,005м=5мм

=0,003м=3мм

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 кс, определяемой по таблице 1.

Таблица 1 - Конструктивная величина толщины стенки

Диаметр резервуара, м	Менее 25	От 25 до 35	35 и более
Минимальная конструктивная толщина стенки дкс	9	10	11

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

,

Где	С i	-	припуск на коррозию, 1мм;
		-	Фактическое значение минусового допуска на толщину листа, -0,8мм;
	кс	-	минимальная конструктивная толщина стенки 11мм

Определим толщину стенки первого пояса:

мм

Выбираем толщину проката 16мм - наиболее близкое значение к расчетной величине.

Для остальных поясов:

= max{11+0.8+1; 11}=12.8 мм

Выбираем толщину проката 14мм

= max{9+0.8+1; 11}=11 мм

Выбираем толщину проката 12мм

= max{7+0.8+1; 11}=11 мм

Выбираем толщину проката 12мм

= max{5+0.8+1; 11}=11 мм

Выбираем толщину проката 12мм

= max{11+0.8+1; 11}=12.8 мм

Выбираем толщину проката 12мм

2. Расчет стенки резервуара на устойчивость

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

Расчетная толщина i определяется как разность принятой номинальной толщины НОМ, припуска на коррозию Сi и минусового допуска на толщину листа :

=16-1-0,8=14,2(мм)

=14-1-0,8=12,2(мм)

=12-1-0,8=10,2(мм)

=12-1-0,8=10,2(мм)

=12-1-0,8=10,2(мм)

=12-1-0,8=10,2(мм)

Выполняем расчет для нормативной толщины стенок.

Проверка устойчивости стенки резервуара производится по формуле:

,

где	1	-	расчетные осевые напряжения в стенке резервуара, МПа;
	2	-	расчетные кольцевые напряжения в стенке резервуара, МПа;
	01	-	критические осевые напряжения в стенке резервуара, МПа;
	02	-	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

,

где		-	коэффициент сочетания нагрузок, принимаемый по СНиП 2.01.07-85, значение коэффициента 0,95
	n3	-	коэффициент надежности по нагрузке от собственного веса, n3=1,05;
	Qп	-	вес покрытия резервуара, Н;
	Qст	-	вес вышележащих поясов стенки, Н;
	Qсн	-	Полное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия, Н;
	Qвак	-	Нормативная нагрузка от вакуума на покрытие, Н;
	i	-	расчетная толщина стенки i-го пояса резервуара, м.

Вес вышележащих поясов стенки резервуара определяется по формуле:

,

где	А	-	номер (значение номера) последнего пояса, начало отсчета снизу;
	hi	-	высота i-го пояса стенки резервуара, м;
	ст	-	удельный вес стали, 76518 Н/м3.

Вычисляем вес вышележащих поясов стенки резервуара, 1 пояс для

Q1=2*3.14*30*76518*1.99*(0.016+0.014+0.012*4)=1351770Н=1.35 МН

Вес покрытия:

Qп=2*3.14*22,82*0.005*76518=1249000H=1,25 МН

Снеговая нагрузка на покрытие:

Qсн=3.14*22,82*2400=3917514H =3.92MH

Площадь сечения первого пояса:

S1=2*3.14*22,8*0.016=2,29 м2

Осевая нагрузка на первый пояс:

МПа

Осевые критические напряжения определяются по формуле:

,

Где	Е	-	модуль упругости стали, Е=2·105 МПа;
	С	-	Коэффициент, принимаемый по таблице 2.

Таблица 2 - Значение коэффициента С

R. ср	600	800	1000	1500	2500
С	0,11	0,09	0,08	0,07	0,06

Для 1 пояса

Коэффициент С=0,07, в соответствии с таблицей 2. .

Осевое критическое напряжение в первом поясе:

 МПа

0,248

Выполним расчеты для определения отношения осевого напряжения к критическому для остальных поясов, результаты показаны в таблице 3

Таблица 3. Осевые и критические напряжения при ном

Номер Пояса	мм	Вес вышележащих поясов (МН)	Площадь Сечения	Осевое напряжение		С	Осевое критическое напряжение
1	16	1,35	2,29	2,90	1425	0,07	9,82	0,296
2	14	1,05	2,00	3,16	1629	0,07	8,60	0,368
3	12	0,785	1,72	3,52	1900	0,06	6,3	0,559
4	12	0,523	1,72	3,36	1900	0,06	6,3	0,553
5	12	0,262	1,72	3,2	1900	0,06	6,3	0,508
6	12	0	1,72	3,04	1900	0,06	6,3	0,482

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

799753 Па =0,80 МПа,

где	Рв	-	нормативное значение ветровой нагрузки на резервуар, 0,38 кПа;
	nв	-	коэффициент надежности по ветровой нагрузке= 1,2 (безразмерный коэффициент)
	ср	-	средняя арифметическая толщина стенки резервуара, 0,013 м.

Средняя арифметическая толщина стенки равна

(0,016+0,014+0,012*4)/6=0,013 м

Критические кольцевые напряжения определяются по формуле:

2,86МПа

Таблица 5 Проверка прочности стенки резервуара при

Номер пояса			+
1	0,296	0,28	0,576
2	0,368	0,28	0,648
3	0,559	0,28	0,839
4	0,553	0,28	0,833
5	0,508	0,28	0,788
6	0,482	0,28	0,762

Условие устойчивости выполняется, поскольку для всех поясов +<1

Проверим условие прочности при минимальной толщине, в конце срока эксплуатации.

Таблица 6

Номер Пояса	мм	Вес вышележащих поясов (МН)	Площадь Сечения	Осевое напряжение		С	Осевое критическое напряжение
1	14,2	1,16	2,033	3,173	1606	0,069	8,57	0,369
2	12,2	0,89	1,74	3,544	1869	0,067	7,14	0,494
3	10,2	0,667	1,46	4,064	2235	0,065	5,82	0,699
4	10,2	0,445	1,46	3,901	2235	0,065	5,82	0,670
5	10,2	0,222	1,46	3,744	2235	0,065	5,82	0,643
6	10,2	0	1,46	3,584	2113	0,065	5,82	0,616

Кольцевые напряжения:

928286Па=0,928МПа

Критические кольцевые напряжения:

2,29 МПа

Таблица 7 Проверка прочности стенки резервуара

Номер пояса			+
1	0,369	0,405	0,774
2	0,494	0,405	0,899
3	0,699	0,405	1,104
4	0,670	0,405	1,075
5	0,643	0,405	1,048
6	0,616	0,405	1,021

Условие прочности не выполняется, поскольку для нескольких слоев +>1 Требуется увеличить толщину слоев.

Выбираем значения 18, 16, 14, 14, 14, 14 мм.

Средняя толщина стенки: резервуар ветровой крыша лестница

(18+16+14*4)/6=15

=693120 Па=0,693 Мпа

3,545МПа

Таблица 8 Осевые и критические напряжения при увеличенной толщине поясов

Номер Пояса	мм	Вес вышележащих поясов (МН)	Площадь Сечения	Осевое напряжение		С	Осевое критическое напряжение
1	18	1,570	2,57	2,670	1267	0,075	11,210	0,238
2	16	1,221	2,29	2,843	1425	0,07	9,684	0,293
3	14	0,916	2,00	3,09	1629	0,069	8,228	0,376
4	14	0,610	2,00	2,930	1629	0,66	8,228	0,356
5	14	0,305	2,00	2,770	1629	0,066	8,228	0,337
6	14	0	2,00	2,610	1629	0,066	8,228	0,317

Таблица 9 Проверка прочности стенки резервуара при увеличенной толщине поясов

Номер пояса			+
1	0,238	0,195	0,433
2	0,289	0,195	0,484
3	0,381	0,195	0,576
4	0,361	0,195	0,556
5	0,341	0,195	0,536
6	0,322	0,195	0,517

Условие прочности выполняется, поскольку +<1 для всех поясов

Проверим условие прочности при минимальном допуске, в конце срока эксплуатации. Результаты расчетов в таблице 10.

Таблица 10

Номер Пояса	мм	Вес вышележащих поясов (МН)	Площадь Сечения	Осевое напряжение		С	Осевое критическое напряжение
1	16,2	1,374	2,32	2,877	1407	0,071	10,089	0,285
2	14,2	1,064	2,033	3,123	1605	0,069	8,595	0,363
3	12,2	0,798	1,747	3,475	1869	0,067	7,17	0,485
4	12,2	0,531	1,747	3,314	1869	0,067	7,17	0,462
5	12,2	0,264	1,747	3,154	1869	0,067	7,17	0,44
6	12,2	0	1,747	2,995	1869	0,067	7,17	0,418

Средняя толщина стенки:

(16.2+14.2+12.2*4)/6=13.2 мм

=787626 Па=0,788 МПа

2,92МПа

Таблица 11. Проверка прочности стенки резервуара при увеличенных, при наименьших допусках, в конце срока эксплуатации

Номер пояса			+
1	0,285	0,27	0,555
2	0,363	0,27	0,633
3	0,485	0,27	0,755
4	0,462	0,27	0,732
5	0,44	0,27	0,71
6	0,418	0,27	0,688

Условие прочности выполняется, поскольку +<1 для всех поясов

3. Расчет резервуара на опрокидывание

Резервуар должен быть устойчив к опрокидыванию при действии ветровой нагрузки.

М 0,7 G R

где	М	-	Опрокидывающий момент от действия ветровой нагрузки;
	R	-	радиус стенки резервуара, 22,8 м;
	G	-	вес конструкций резервуара за вычетом припусков на коррозию, с учетом внутреннего давления в резервуаре;

Вычисляем опрокидывающий момент от ветровой нагрузки

М=(Рв*2*R*h)*h=(380*45,6*11,94)*11,94=2470342=2,47 МН*м

0,7*(1,35+1,96)*22,8=53МН*м

2,47<53

Условие устойчивости к опрокидыванию выполняется.

4. Расчет днища резервуара

Толщина элементов днища принимается равной 9 мм.

Толщина окрайки днища определяется по таблице Б 3.

Таблица Б 3 - Конструктивная величина окрайки днища

Расчетная толщина первого пояса стенки е, мм	Минимальная конструктивная толщина окрайки ко, мм
Свыше 9 до 16 включительно	9,0
Свыше 17 до 20 включительно	12,0
Свыше 20 до 26 включительно	14,0
Свыше 26	16,0

Первая стенка резервуара имеет толщину 18 мм, потому толщина окрайки 12 мм.

5. Расчет плавающей крыши резервуара

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

Плавающие крыши должны быть рассчитаны на плавучесть, остойчивость и непотопляемость при плотности нефти, равной 0,7 т/м3. (согласно ГОСТ Р 52910-2008)

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.

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

,

где	B	-	высота наружного борта плавающей крыши;
	Т	-	максимальная глубина погружения крыши.

Глубину погружения однодечной плавающей крыши определяем из условия:

 ,

где	f	-	коэффициент надежности по нагрузке собственного веса;
	Gпк	-	вес плавающей крыши вместе с катучей лестницей и оборудованием (водоспуск, затвор и др.);
	Fтр	-	сила трения уплотняющего затвора о стенку;
	Qсн	-	полное расчетное значение снеговой нагрузки;
	Qв	-	Ветровая нагрузка на плавающую крышу;
	ж	-	удельный вес хранимого продукта, при расчете плавучести ж= 0,7 т/м3;
	V1	-	объем жидкости, вытесненный коробами плавающей крыши;
	V2	-	объем жидкости, вытесненный центральной частью плавающей крыши.

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

=0,65* 2400*3,14*520=2939040 Н=2,547 МН

Sg	-	расчетное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли, 2,4 кН;
R	-	радиус резервуара, 22,8м;
	-	Коэффициент перехода, определяемый по формуле:

= 2,76 H/D-0,07=2,76*11,94/45,6-0,07=0,65

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

,

гГде	0	-	нормативное значение ветрового давления; 380 Па
	S	-	площадь плавающей крыши; 1632 м2
	Cp	-	аэродинамический коэффициент; 0,2 (СНиП 2.03.06-85)
	f	-	коэффициент надежности по ветровой нагрузке; 1,4 (СНиП 2.03.06-85)

380*1632*0,2*1,4=173644 Н =1,74 МН

м

Глубина погружения - 3,22 м

Высота наружного купола плавающей крыши должна быть более чем в два раза больше поскольку, по условиям устойчивости, b/T>2

Т=3,22

Чтобы выполнялось условие устойчивости, значение В должно быть больше Т*2=6,44м

Выбираем значение В=6,6м.

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

Где	R	-	Радиус резервуара, 22,8 м
	Кс	-	коэффициент, определяемый по формуле:

Кс = 0,34 H/D + 0,05=0,34*11,94/45,6+0,05=0,139

M=0,139*3,94*22,8=12,5 МН*м

6. Расчет понтона резервуара

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.:



Где		-	коэффициент надежности по нагрузке собственного веса понтона; =1,1
	Gп	-	Вес понтона вместе с оборудованием 8950 кг
	Fтр	-	сила трения уплотняющего затвора о стенку;
	Qп	-	нагрузка от веса конденсата на понтоне; принимаем равным весу понтона 8950кг
	сl	-	удельный вес хранимого продукта, при расчете = 0,7 т/м3;
	Vl	-	объем вытесненного продукта.

Где	bp	-	высота наружного борта понтона;
	Тp	-	максимальная глубина погружения понтона.

Понтон - это тонкостенный диск, плавающий на цилиндрических поплавках.

Диаметр резервуара 45,6м; диаметр понтона составляет 45,2м, его площадь 1605м

Чтобы понтон сохранял плавучесть, вес вытесненной жидкости должен уравновешивать нагрузку.

<1

Вес вытесненной жидкости должен быть равен двойному весу понтона (принимается в расчет конденсат на понтоне, а также вес людей, которые могут находиться на понтоне..

700*V=1.1*8950+8950=18795 кг

Vl=18795/700=27(м3) - объем вытесненной жидкости.

Поплавки должны быть погружены в жидкость на треть своего диаметра, поэтому их суммарный объем не меньше 81 м3

700*V=1.1*8950+8950=18795 кг

V=18795/700=27(м3) - объем вытесненной жидкости.

Глубина погружения понтона Тр= V/S=27/360=0.075м

Если общая высота понтона h=0,5м, то высота надводной части

bp=0.5-0.075=0.425

При таких условиях выполняется условие плавучести/

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:

,

,

где	Р	-	временная нормативная нагрузка, 450 кг;
		-	угол между стенкой и раскосом; 45?
	N	-	расчетное сжимающее усилие, кг;
	А	-	площадь сечения элемента, см2;
	Ry	-	расчетное сопротивление, ;
	rc	-	Коэффициент условий работы,.

=6430 Н

Расчет подкоса на устойчивость производится по формуле:

,

Значение следует определять по формуле:

,

,

,

В качестве материала выбираем стальной уголок равнополочный

Определим длину подкоса. Ширина лестницы 70 см, длину подкоса вычисляем

м

(Н/м2)

; (Н/м2)

(м2)=0,32 см2

Преобразуем формулу

=л*0,038

Приблизительно можно записать:

Выбираем уголок L40*3 ГОСТ 8509-93

Для него радиус инерции составляет 1,23см, площадь А=2,35 см2

=0,47

А=2,35

А*ц=2,35 *0,47=1,1см2

Условие прочности выполняется: А*ц=1,1>0.32 (cм2)

Для подкосов допустимо применить уголок L40*3 ГОСТ 8509-93.

Размещено на Allbest.ru

...