Расчёт резервуара
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;
ρ - плотность
продукта;
Н
-
высота налива продукта;
z - расстояние
от дна до нижней кромки пояса;
r - радиус
срединной поверхности пояса стенки резервуара;
Ry - расчетное
сопротивление материала;
γc - 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
ρB - плотность
используемой при гидроиспытаниях воды;
Нg
-
высота налива воды при гидроиспытаниях;
γc - 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 Δ
на
прокат была не меньше максимума из трех величин:
где
с - припуск на коррозию;
tk
-
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
σ1 -
меридиональное напряжение;
σ2 - кольцевое
напряжение;
γс -
коэффициент условий работы, принимается по п. 3.5.3.1 ПБ 03-605-03;
γn -
коэффициент надежности по назначению, для резервуаров:
γn = 1,1 - I класса,
γn = 1,05 - II класса,
γn = 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
|
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
|
С325
|
3,0
|
Кольцевое
напряжение σ2
вычисляется
для нижней точки каждого пояса:
где
РИ - 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 σ1 с учетом
коэффициентов надежности по нагрузке и коэффициентов для основного сочетания
нагрузок вычисляется для нижней точки пояса по формуле:
где
GМ - масса
металлоконструкций выше расчетной точки;
G0 - масса
стационарного оборудования выше расчетной точки;
Gy - 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
Рвак - 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 Рвак и
эквивалентного ветрового внешнего давления Рвет
где
Рвет - 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
σcr1 - первое
(меридиональное) критическое напряжение;
σcr2 - второе
(кольцевое) критическое напряжение.
Первое
критическое напряжение вычисляется по формуле:
где
tpmin - 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
Нr -
редуцированная высота резервуара, а при постоянной толщине стенки для
резервуара со стационарной крышей Нr равно полной
высоте стенки резервуара Н0.
Редуцированная
высота резервуара вычисляется по формуле:
где
tpi
- расчетная толщина листа i-го
пояса,
hi
- 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 σ1 , МРа
|
Кольце-
вое напряже ние σ2 , МРа
|
σ1 / σсr
1
|
σ2 /σсr
2
|
σ1 / σсr
1
+
σ2 / σсr
2
|
Заключе-ние
об устойчи- вости (σ1 / σ сr 1 + σ2 /σсr
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
|
0,614
|
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.
|
0,155
|
0,530
|
0
|
1,256
|
2.740
|
0,265
|
0,419
|
0,218
|
0,637
|
Обесп.
|
σсr
1
= 6,546 МПа
σсr
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
|
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
ρ = 889 кг/м3
Н
=
16,8 м
z = 0 м
r = 14,8 м
Ry = 315 МПа
γc = 0,7
Минимальная
расчетная толщина стенки в каждом поясе для условий гидравлических испытаний
рассчитывается по формуле:
= 8,59 мм
где
ρB = 1000 кг/м3
Нg
=
16,5 м
γc = 0,9
где
с = 3,98 мм
tk
= 13 мм
-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
GМ
=
1,936 МН
G0
= 0,059 МН
Gy
= 0 МН
s
=
4 кПа
При
расчете на устойчивость кольцевое напряжение s2
в резервуарах со стационарной крышей зависит от Рвак и
эквивалентного ветрового внешнего давления Рвет
=0,158 МПа
где
Рвет = 0,23 кПа
Первое
критическое напряжение вычисляется по формуле:
= 6,546 МПа
где
tpmin = 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
tpi = 13 мм
hi
= 2 м
Второе
критическое напряжение вычисляется по формуле:
= 1,215 МПа
Расчет
стенки резервуара на устойчивость выполняется с помощью проверки соотношения:
,286
/ 6,546 = 0,502
,158
/ 1,215 = 0,130
,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.
. СНиП 23-01-99* Строительная
климатология.
. М.К. Сафарян, О.М. Иванцов
«Проектирование и сооружение стальных резервуаров» М.: Гостоптехиздат., 1961
. П.И. Тугунов, В.Ф. Новоселов, А.А.
Коршак, А.М. Шаммазов
«Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации
нефтебаз и нефтепроводов» Уфа: Дизайнполиграфсервис, 2002