Проектирование и расчёт горизонтальных цилиндрических резервуаров

Размещено на http://www.allbest.ru/

Самостоятельная работа

На тему : Проектирование и расчёт горизонтальных цилиндрических резервуаров

Студент: 17-19 НГР

Хушнудов С.М.

Учитель :Усманходжаева Лола.

Конструирование и расчет цилиндрических резервуаров емкостью 5 тыс. м3

Конструктивное решение

Резервуары емкостью 5 тыс. м 3 выполняются, как правило, наземными. Обычно их устанавливают на специально подготовленной песчаной подушке, покрытой гидрофобным слоем.

Основными элементами такого резервуара являются стенка (корпус), днище и крыша (покрытие) выполняемые из листовой стали. Эксплуатационное оборудование резервуара состоит из арматуры (устройства для налива, замера и выпуска жидкости, предохранительных клапанов) и приспособлений для очистки и осмотра (лестниц, светового и замерного люков,лазов).

В резервуарах такой вместимости толщина стенки переменна по высоте. В данном случае толщина стенки находится в пределах от 8мм (верхние пояса)до 14 мм (нижний пояс).

Высота корпуса h = 18м. Внутренний радиус корпуса г =

9,75м.

Так как днище резервуара опертое на основание, от давления жидкости испытывает незначительные напряжения, его не рассчитывают и толщину принимают по конструктивным соображениям с учетом удобства и надежности выполнения сварных соединений и сопротивляемости коррозии t=6 мм из листов размером 1500x6000 мм. Крайние листы (окрайки) приняты t=12 мм. Длина полотнища включает припуски по 720 мм для образования монтажного стыка.

Листы полотнища днища соединяются между собой по продольным кромкам внахлестку, выполняется встык. Короткие швы, с помощью которых листы соединяются в полосы, выполняются встык. Соединение средней части с окрайками осуществляется внахлестку. Днище изготовляется на заводе в виде сварных полотнищ и доставляется на строительную площадку рулонами. Масса рулона должна быть не более 60 т. После раскатки рулонов днища на подготовленном основании монтажный стык приходится делать внахлестку, поскольку подварка стыкового шва с обратной стороны днища невозможна.

Стенка резервуара состоит из ряда поясов высотой, равной ширине листа. Сопряжения листов в каждом поясе делаются встык. Пояса между собой могут соединяться встык.

Сопряжение встык применяется только при изготовлении стенки на заводе. Сопряжение поясов внахлестку выполняется как при изготовлении на заводе, так и на монтаже. При сборке стенки из отдельных поясов на монтажной площадке более удобным оказывается телескопическое расположение поясов, позволяющее наружные горизонтальные кольцевые швы делать нижнем положении. В этом случае вертикальные швы на смежных поясах делаются в разбежку.

В нынешнее время разработан и широко применяется способ строительства резервуаров методом рулонирования.

Стенка сваривается из стальных листов размером 1500x6000 мм (после строжки кромок - 1490х59800 мм), поэтому высота стенки или ширина полотнища должна быть кратна ширине листов, а длина полотнища - длине листов. При необходимости добавляется вставка равная 0,5 или 0,25 длины листа.

Стенка резервуара уровне днища крепится к фундаменту с помощью фундаментных болтов.

В замыкающем монтажном стыке должна быть предусмотрена нахлестка краев рулонов по 100 мм в каждую сторону от оси стыка.

Лишняя нахлестка перед сваркой обрезается.

Крыша резервуара сборная коническая, состоящая из 20 щитов.

Расчет стенки на прочность

Дополнительные коэффициенты перегрузок и условий работы, не содержащиеся в ДБН:

для избыточного давления и вакуума n2=1,2;

при расчете подъема стенки резервуара от избыточного давления и отсоса от ветровой нагрузки n3=0,9;

при расчете стенок на прочность г=0,8;

при расчете стенок на устойчивость г=1; при расчете сопряжения стенок с днищем и других зон краевого эффекта гк=1,6.

Стенка резервуара рассчитывается на прочность по безмоментной теории как цилиндрическая оболочка, работающая на растяжение от действия гидростатического давления жидкости и избыточного давления газа. Расчетное давление на глубине х от днища резервуара равно:

Px=гж(h-x)n1+Pun2

где:

n1=1,1 -- коэффициент перегрузки для гидростатического давления;

n2=1,2 -- коэффициент перегрузки для избыточного давления в паровоздушной смеси; в данной работе принимается, что избыточное давление не появляется.

гж - удельный вес жидкости.Поскольку удельный вес нефтяных и масляных продуктов меньше чем воды, то расчет ведется для 1 гидростатического испытания резервуара от веса воды;

тогда

гж=1т/м3

В цилиндрической оболочке кольцевые напряжения в 2 раза больше меридиональных, поэтому можно определить толщину цилиндрической стенки корпуса резервуара на расстоянии х от днища по формуле:

t=[ n1гж(h-x)+Pun2]r2/гRCB

где

RCB =215 МПа =21916т/м2

-толщина стенки корпуса на расстоянии 1,5 м от днища: t =1,1? 1(18-1,5)? 9,75/0,8? 16819=0,013м

- толщина стенки корпуса на расстоянии 4,5 м от днища: t=1,1? 1(18-4,5)? 9,75/0,8?16819 = 0,011м

-толщина стенки корпуса на расстоянии 6 м от днища: t=1,1? 1(18-6)? 9,75/0,8?16819=0,0096м

-толщина стенки корпуса на расстоянии 7,5 м от днища: t=1,1? 1(18-7,5)? 9,75/0,8?16819=0,0084м

-толщина стенки корпуса на расстоянии 9 м от днища: t=1,1? 1(18-9)? 9,75/0,8?16819=0,007м

Верхние пояса предварительно принимаем толщиной 8 мм.

Унифицирую толщину поясов стенки резервуара:

Прогиб стенки (радиальное перемещение) на уровне 6 м от днища определяется по нормативному давлению по формуле

y=?r=[гж(h-x)+P ]r 2/Et=Pr 2/Et=P/k y=?r= 1(18-6)?9,752/2,1?107?0,01=0,0054м=5,4мм

Расчет стенки на устойчивость

Верхние пояса стенок корпуса резервуара в результате расчета на прочность имеют сравнительно небольшую толщину, поэтому необходимо проверять их на устойчивость при определенных сочетаниях нагрузок: вес покрытия и стенки с установленным технологическим оборудованием и теплоизоляцией, снеговая и ветровая нагрузки, избыточное давление и вакуум.

Устойчивость стенки незаполненного резервуара проверяется на совместное действие равномерного сжатия вдоль образующих и поперечного сжатия внешним равномерным давлением по формуле

?1/ ?кр2+?2/ ?кр2?1

Продольные сжимающие напряжения в стенке возникают от следующих нагрузок;

веса крыши и установленного на ней оборудования Ркр = gкрn1 =0.035·1,1 = 0,0385т/м2

Где

горизонтальный резервуар цилиндрический

n1= 1,1;

gкр= 0,035т/м2 - принимают в зависимости от объема резервуара:

веса теплоизоляции на крыше

Рt = gtnt = 0,036·1,2 = 0,043 т/м2

снега

Рсн = p0к с1nсн =0,102·1·1,4 = 0,143 т/м2

Где

вакуума

Pвакnвак =0,025·1,2 = 0,03т/ 2

Рвак=0,25 кПа; nвак= 1,2;

ветровой нагрузки на боковую поверхность корпуса резервуара, создающей отсос на крыше и вызывающей продольные растягивающие напряжения в стенке резервуара

Рв = q0c2nB =0,051·0,8·0,8 = 0,033 т/м2

веса стенки с учетом теплоизоляции на рассматриваемом уровне (низ самого нижнего из наиболее тонких листов стенки)

Pcт=гстithnn1+gthnint=7,85?4?0,008?1,5?1,1+0,036?1,5?4?1,2= 0,67т/м2

Таким образом, суммарные продольные напряжения в стенке от действующих нагрузок равны:

?1=[Ркр+Рт+nc(Рсн+Рвак-Рв)](r2/2t)+Pcт/t=

=[0,0385+0,043+0,9?(0,143+0,03-0,033)]?(9,75/2?0,008)+0,67/0,008=210,2

т/м2

Кольцевые сжимающие напряжения в стенке возникают от следующих нагрузок:

Ветровой нагрузки, которая принимается равномерно распределенной по окружности резервуара. Действие ветровой нагрузки на стенку заменяется действием условного вакуума

Рв=0,5qonbk=0,5?0,051?1,2?2,25=0,069 т/м2

Вакуума

Рвак=pвакnвак=0,025?1,2=0,03 т/м2

Тогда суммарные кольцевые напряжения в стенке от действующих нагрузок равны:

?2=(Рв+Рвак)(ncr2/t)=

= (0,069 + 0,03) ? (0,9 ? 9,75/0,006)= 3,03 т/м2

Если в результате расчета по условию ? 1 /?кр +?2 /?кр2 =<г требуется значительно увеличить толщину стенки t, то оказывается целесообразным установить промежуточные кольца жесткости (от одного до трех), повышающие критические напряжения ?кр2.

?кр1=сEt/r2=0,8?2,1?107/9,75=13786 т/м2 ?кр2=0,55E(r2/l)(t/ r2) 3/2=32025 т/м2

l= 18-0,33?18=12,1 м

210,2/13785+3,03/32025 < 1- условие выполнено - усиление ребрами жесткости не требуется.

Напряжения и деформации тонкостенных оболочек, определяемые по безмоменгной (мембранной) теории, имеют достаточно точные для прикладных целей значения лишь в зонах, удаленных от мест сосредоточенного изменения геометрических и статических параметров оболочки (форма, размеры, жесткость), а также от мест резкого изменения силовых воздействий.

На участках, называемых местами возникновения краевого эффекта, кроме усилий, напряжений и деформаций, определяемых по безмоментной теории, возникают еще дополнительные краевые усилия, напряжения и деформации, носящие название краевого эффекта.

Вследствие упругого сопротивления соседних с местами возникновения краевого эффекта частей замкнутой круговой оболочки краевой эффект не распространяется далеко, а действует лишь на сравнительно узкой зоне,распространяясь в ее пределах быстро затухающими волнами.

Физические причины возникновения краевого эффекта:

а) стесненность свободы деформации оболочки, отвечающих мембранным напряжениям;

б) передом или эксцентриситет образующих, что приводит при осимметричной нагрузке к возникновению местных сил, распределенных по окружности оболочки в виде проекций меридиональных усилий на плоскость, нормальную к ее оси, или моментов от эксцентриситета;

в) сосредоточение сил или моментов на окружности, а также разрыв непрерывности силовых воздействии в смежных направляющих окружностях (при этом в рассматриваемых осимметричных случаях силовые воздействия по окружности распределены равномерно).

Возникновение краевого эффекта может быть обусловлено появлением как одной из этих причин в отдельности, так и любых их сочетаний.

Размещено на Allbest.ru