Расчёт резервуара

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные

Объем резервуара 30000 м³

Внутренний диаметр 45600 мм

Высота стенки 18000 мм

Хранимый продукт нефть

Плотность продукта 889 кг/м³

Температура продукта +50 °С

Снеговая нагрузка 4 кПа

Ветровая нагрузка 0,23 кПа

Внутреннее избыточное давление 200 мм вод. ст.

Вакуум нет

Припуск на коррозию

на стенке 3 мм

на днище 3 мм

на крыше 2 мм

Марки сталей и коэффициенты условий работы приняты в соответствии с требованиями ПБ 03-605-03 и СНиП 2-23-81*.

Расчет выполнен в соответствии с требованиями ПБ 03-605-03 и

СНиП 2-23-81*.

Расчет стенки цилиндрических вертикальных резервуаров

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.

Окончательно производится определение усилий «краевого эффекта» и проверка прочности с учетом всех компонентов напряженного состояния.

Проектный расчет

Минимальная расчетная толщина стенки в каждом поясе для условий эксплуатации рассчитывается по формуле:

где g -- ускорение свободного падения в районе строительства;

с -- плотность продукта;

Н -- высота налива продукта;

z -- расстояние от дна до нижней кромки пояса;

r -- радиус срединной поверхности пояса стенки резервуара;

R_y -- расчетное сопротивление материала;

г_c -- коэффициент условий работы, равный:

0,7 -- для нижнего пояса;

0,8 -- для всех остальных поясов.

Минимальная расчетная толщина стенки в каждом поясе для условий гидравлических испытаний рассчитывается по формуле:

где с_B -- плотность используемой при гидроиспытаниях воды;

Н_g -- высота налива воды при гидроиспытаниях;

г_c -- коэффициент условий работы при гидроиспытаниях для всех поясов одинаков (в дополнение к обозначениям п.3.5.3.1)

Номинальная толщина t каждого пояса стенки выбирается из сортаментного ряда таким образом, чтобы разность t и минусового допуска Д на прокат была не меньше максимума из трех величин:

где с -- припуск на коррозию;

t_k -- минимальная конструктивно необходимая толщина, определяется по табл. 3.3. ПБ 03-605-03



Поверочный расчёт

Поверочный расчет на прочность и расчет на устойчивость проводится для расчетной толщины t _p поясов, которая определяется как разность номинальной толщины t , минусового допуска на прокат и припуска на коррозию:



Поверочный расчет на прочность для каждого пояса стенки резервуара проводится по формуле:

где у₁ -- меридиональное напряжение;

у₂ -- кольцевое напряжение;

г_с -- коэффициент условий работы, принимается по п. 3.5.3.1 ПБ 03-605-03;

г_n -- коэффициент надежности по назначению, для резервуаров:

г_n = 1,1 -- I класса,

г_n = 1,05 -- II класса,

г_n = 1,0 -- III класса.

резервуар стенка нефть напряжение

Таблица 2.

№ пояса	Высота пояса (мин. ширина окрайки), м	Марка стали	Предельные напряжения по нормам РФ, МПА	Расчет- ное сопротивление, МПа	Класс проч- ности	Мин. припуск на коррозию С, мм
			эксплуа- тация	гидро- испытания
1	2	09Г2С	200,5	257,7	315	С325	3,0
2	2	09Г2С	229,1	257,7	315	С325	3,0
3	2	09Г2С	229,1	257,7	315	С325	3,0
4	2	09Г2С	229,1	257,7	315	С325	3,0
5	2	09Г2С	229,1	257,7	315	С325	3,0
6	2	09Г2С	229,1	257,7	315	С325	3,0
7	2	09Г2С	229,1	257,7	315	С325	3,0
8	2	09Г2С	229,1	257,7	315	С325	3,0
9	2	09Г2С	229,1	257,7	315	С325	3,0

Кольцевое напряжение у₂ вычисляется для нижней точки каждого пояса:

где Р_И -- избыточное давление в резервуаре (в дополнение к обозначениям п.3.5.3.1).

В формуле учтен коэффициент надежности по нагрузке для избыточного давления в резервуаре.

Меридиональное напряжение у₁ с учетом коэффициентов надежности по нагрузке и коэффициентов для основного сочетания нагрузок вычисляется для нижней точки пояса по формуле:

где G_М -- масса металлоконструкций выше расчетной точки;

G₀ -- масса стационарного оборудования выше расчетной точки;

G_y -- масса утеплителя выше расчетной точки;

s -- полное нормативное значение снеговой нагрузки.

Расчет на устойчивость

Меридиональное напряжением вычисляется для нижней кромки участка стенки постоянной толщины по формуле

где Р_вак - величина относительного разрежения в резервуаре (вакуум).

Знак напряжения сжатия ?₁ условно заменен на положительный.

При расчете на устойчивость кольцевое напряжение ?₂ в резервуарах со стационарной крышей зависит от Р_вак и эквивалентного ветрового внешнего давления Р_вет

где Р_вет - значение ветрового давления на уровне верха резервуара Н₀

(в соответствии со строительными нормами и правилами).

Расчет стенки резервуара на устойчивость выполняется с помощью проверки соотношения:

где у_cr1 -- первое (меридиональное) критическое напряжение;

у_cr2 -- второе (кольцевое) критическое напряжение.

Первое критическое напряжение вычисляется по формуле:

где t_pmin -- расчетная толщина самого тонкого пояса стенки

(обычно верхний пояс).

Коэффициент С может быть вычислен по формулам:

при

 при

Второе критическое напряжение вычисляется по формуле:

где Н_r -- редуцированная высота резервуара, а при постоянной толщине стенки для резервуара со стационарной крышей Н_r равно полной высоте стенки резервуара Н₀.

Редуцированная высота резервуара вычисляется по формуле:

где t_pi - расчетная толщина листа i-го пояса,

h_i - высота i-го пояса.

Таблица 3.

№ пояса	Вес пояса, МН	Вес конструкции сверху, МН	Вес утепли-теля сверху, МН	Изменение ветро- вой нагрузки	Меридион. напряже ние у1 , МРа	Кольце- вое напряже ние у2 , МРа	у1 / усr 1	у2 /усr 2	у1 / усr 1 + у2 / усr 2	Заключе-ние об устойчи- вости (у1 / у сr 1 + у2 /усr 2 < 1)
1	0,233	1,936	0	0,750	3,286	0,158	0,502	0,130	0,63	Обесп.
2	0,186	1,703	0	0,750	4,019	0,158	0,614	0,130	0,74	Обесп.
3	0,171	1,517	0	0,838	4,182	0,176	0,639	0,146	0,78	Обесп.
4	0,155	1,346	0	0,950	4,417	0,200	0,675	0,165	0,84	Обесп.
5	0,155	1,191	0	1,031	4,082	0,217	0,624	0,179	0,80	Обесп.
6	0,155	1,035	0	1,088	3,746	0,229	0,573	0,188	0,76	Обесп.
7	0,155	0,880	0	1,144	3,410	0,241	0,521	0,198	0,72	Обесп.
8	0,155	0,725	0	1,200	3,075	0,253	0,470	0,208	0,68	Обесп.
9	0,155	0,530	0	1,256	2.740	0,265	0,419	0,218	0,637	Обесп.

у_{сr 1} = 6,546 МПа

у_{сr 2} = 1,215 МПа

Таблица 4.

№ пояса	Расчетная толщина tpi , мм	Номинальная толщина, мм	Высота пояса hi , м	Расчетная редуцированная высота	Номинальная редуцированная высота
1	15,00	19,00	2	0,58	0,82
2	11,00	15,00	2	1,20	1,43
3	9,00	13,00	2	1,61	1,77
4	9,00	13,00	2	2	2
5	9,00	13,00	2	2	2
6	9,00	13,00	2	2	2
7	9,00	13,00	2	2	2
8	9,00	13,00	2	1.80	1.80
9	9,00	13,00	2	1.80	1.80

Пример расчета 1-го пояса резервуара

Проектный расчет.

Минимальная расчетная толщина стенки в каждом поясе для условий эксплуатации рассчитывается по формуле:

= 13,2мм

где g = 9,8 м/с²

с = 889 кг/м³

Н = 16,8 м

z = 0 м

r = 14,8 м

R_y = 315 МПа

г_c = 0,7

Минимальная расчетная толщина стенки в каждом поясе для условий гидравлических испытаний рассчитывается по формуле:

= 8,59 мм

где с_B = 1000 кг/м³

Н_g = 16,5 м

г_c = 0,9

где с = 3,98 мм

t_k = 13 мм

19-0,8 ? {13,2+3,98=17,18; 8,59; 13}

Расчет на устойчивость.

Меридиональное напряжением вычисляется для нижней кромки участка стенки постоянной толщины по формуле

= 3,286 МПа

G_М = 1,936 МН

G₀ = 0,059 МН

G_y = 0 МН

s = 4 кПа

При расчете на устойчивость кольцевое напряжение s₂ в резервуарах со стационарной крышей зависит от Р_вак и эквивалентного ветрового внешнего давления Р_вет

=0,158 МПа

где Р_вет = 0,23 кПа

Первое критическое напряжение вычисляется по формуле:

= 6,546 МПа

где t_pmin = 13 мм

Е = 2^. 10¹¹ Па

Коэффициент С может быть вычислен по формулам:

= 0,065

Редуцированная высота резервуара вычисляется по формуле:

= 0,58 м

где t_pi = 13 мм

h_i = 2 м

Второе критическое напряжение вычисляется по формуле:

= 1,215 МПа

Расчет стенки резервуара на устойчивость выполняется с помощью проверки соотношения:

3,286 / 6,546 = 0,502

0,158 / 1,215 = 0,130

0,63 < 1 (устойчивость обеспечена)

Библиографический список

1. Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов ПБ 03-605-03.

М.: ГУ ГЦМПП, 2001

2. СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия.

3. СНиП II-23-81* Стальные конструкции. Нормы проектирования.

4. СНиП 23-01-99* Строительная климатология.

5. М.К. Сафарян, О.М. Иванцов «Проектирование и сооружение стальных резервуаров» М.: Гостоптехиздат., 1961

6. П.И. Тугунов, В.Ф. Новоселов, А.А. Коршак, А.М. Шаммазов

«Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов» Уфа: Дизайнполиграфсервис, 2002

Размещено на Allbest.ru