Расчёт резервуара

Исходные данные

Объем резервуара 30 000 м³

Внутренний диаметр 45 600 мм Высота стенки 18 000 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 у_{1 — меридиональное напряжение;}

у_{2 — 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.

Кольцевое напряжение у_{2 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 у_{1 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;}

G_{0 — 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 Рвет}

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 Нr 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.

у_{сr 1} = 6,546 МПа

у_{сr 2} = 1,215 МПа

Таблица 4.

Пример расчета 1-го пояса резервуара

Проектный расчет.

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

= 13,2 мм 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}

G_{0 = 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 Рвет}

=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