Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ. 2

Министерство образования  и науки РФ

ГОУ ВПО «Сибирский государственный аэрокосмический

университет им. академика М.Ф. Решетнева»

Аэрокосмический колледж

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 

по дисциплине: «Строительные конструкции»

 

 

 

 

 

 

Выполнил: ст-т гр. СЭГ–4–10 Степанов Н.С.

 

Проверил: преподаватель  Делков А.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Красноярск 2013 
Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный аэрокосмический

университет им. академика М.Ф. Решетнева»

Аэрокосмический колледж

 

 

 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

 

на курсовое проектирование по дисциплине «Строительные конструкции»

 

студенту гр. СЭГ 4-10 _Степанову Никите____________________

направления 130502 __Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ_________________________________________________

 

 

 

1. Спроектировать трубопровод по исходным данным:

 

Номер трассы_____24______________________________________________

Перекачиваемый продукт __ арланская____________________

Расход продукта __46,6 млн т/год____________________________________

 

2. Спроектировать резервуар по исходным данным

 

Объем резервуара __17000 м ³______________________________________

Плотность продукта __0,88 т/м³______________________________________

Снеговой район __ III______________________________________________

Ветровой район __IV_______________________________________________

 

3. Рассмотреть теоретический вопрос

____ Оборужование резервуаров __

 

 

Дата выдачи задания _26.02.2013______________________________________

Срок сдачи студентом  законченного проекта _30.06.2013________________

 

 

Дата защиты __4.06.2013__________________

 

Содержание

Введение…………………………………………….……………………………4

Часть 1 Расчет магистрального нефтепровода…………………………...……5

Часть 2 Расчет резервуара для хранения нефтепродукта……………………16

Часть 3 Состав сооружений компрессорной станциий………………25

Список литературы……………………………………………….……………32

 

 

 

 

Введение

Данный курсовой проект по дисциплине «Строительные конструкции» предусматривает  три части:

• технологический расчет нефтепровода,
• проектирование вертикального цилиндрического резервуара,
• теоретическое раскрытие одной из тем дисциплины. 

Исходные данные для проектирования представлены в листе Технического задания.

 

ЧАСТЬ 1

Расчет магистрального нефтепровода

1. Определение расчетной температуры грунта и построение сжатого профиля трассы.

 

По таблице параметров для точек трассы имеем:

 

Участок	Длина, км	Температура, 0С
Участок	Длина, км	Температура, ̊ С
1-2	9,8	0
2-3	16,7	1
3-4	5,3	1
4-5	6,8	1
5-6	2,2	1
6-7	25,8	-1
7-8	7,2	-2
8-9	27,4	-3
9-10	23	-3
10-11	39,2	-3
11-12	25,5	-3
12-13	28,6	-1
13-14	106,7	-5
14-15	58	-2
15-16	36,6	-2
16-17	17,4	-2

 

Тогда расчетная температура

 

Для построения сжатого  профиля примем:

• масштаб чертежа μ=0,00071
• коэффициент искажения трассы К_и=1288,37

 

Определим координаты точек  трассы на чертеже:

Точка 2

l=19,8* μ=19,8*0,00071=14,05 мм

h=0,00071*1288,37*(-25,5)=-23,32 мм

 

Точка 3

_{l=20,23 мм}

_{h=-15,91 мм}

Точка 4

_{l=23,99 мм}

_{h=2,19 мм}

Точка 5

_{l=35,926 мм}

_{h=-15,99 мм}

Точка 6

_{l=37,48 мм}

_{h=16,84 мм}

Точка 7

_{l=55,80 мм}

_{h=10,34 мм}

Точка 8

_{l=68,01 мм}

_{h=-1,509 мм}

Точка 9

_{l=80,37 мм}

_{h=-9,49 мм}

Точка 10

_{l=110,902 мм}

_{h=-19,13 мм}

 

 

Точка 11

_{l=124,53 мм}

_{h=-27,44 мм}

Точка 12

_{l=142,63 мм}

_{h=-40,861 мм}

 

Точка 13

_l=170,04мм

_h=-72,55мм

 

Точка 14

_{l= 189,002мм}

_{h=-67,206 мм}

Точка 15

_{l=208,88 мм}

_{h=-94,291 мм}

 

Точка 16

_{l=264,6 мм}

_{h=-32,4 мм}

Точка 17

_{l=247,22 мм}

_{h=-133,14 мм}

 

По полученным координатам  точек строим профиль трассы.

 

 

 

 

2. Расчет параметров  нефти при заданной температуре

 

2.1 Плотность нефти

Для яринской нефти по таблице определяем плотность при комнатной температуре:

ρ₂₉₃ = 892 кг/м³

 

Коэффициент :

α = 1,825-0,001371ρ₂₉₃ = 1,825-0,001317*892=0,65

 

Плотность нефти при расчетной температуре Т=271 К:

ρ_Т = 892 – 0,65*(271 – 293) = 906,3 кг/м³

 

2.2 Вязкость

Определяем по таблице  две ближайшие точки вискограммы:

υ₀ = 0,684*10^-4 при Т₀ = 283 К

υ₁ = 0,397*10^-4 при Т₁ = 293 К

 

Определяем коэффициент  вискограммы:

 

Вязкость нефти при расчетной температуре Т=271 К:

 

 

υ_Т = 0,684 * 10^-4 * e ^{[-0,054*(271-293]} = 2,2* 10^-4   
3. Подбор насосов

 

3.1 Определение диаметра  и числа рабочих дней

Определяем по таблице диаметр трубопровода 1020 мм

Определяем по таблице  число рабочих дней трубопровода 353

 

3.2 Расчетная часовая  производительность

3.3 В соответствии с  найденной производительностью  подбираем насосы

• Магистральный НМ 7000-210
• Подпорный НПВ 3600-90

Вычисляем напоры насосов

• Для магистрального:

 

Н₀ = 270,7 м; а = 0; b = 1,95 * 10 ^-6

 

Н_м = Н₀ + аQ_ч – bQ_ч² = 270,7 + 0*5665 – 1,95 * 10 ^-6 * 5665² = 208,12 м

 

• Для подпорного:

 

Н₀ = 127 м; а = 0; b = 2,9 * 10 ^-6

 

Н₂ = Н₀ + аQ_ч – bQ_ч² = 127 + 0*2832,5 – 2,9 * 10 ^-6 * 2832,5² = 103,733 м

 

3.4 Суммарное давление насосной станции

Примем станцию в  составе трех последовательно соединенных  магистральных насосов и двух параллельно соединенных подпорных. Тогда станция будет давать напор:

H_ст = m_мн * H_м + H₂ = 3 * 208,12 + 103,733 = 728,093 м

 

3.5 Рабочее давление на выходе головной насосной

p = ρ_т * g * H_ст = 906,3 * 9,8 * 728,093= 6,5 МПа

 

 

 

4. Гидравлический расчет и определение потребного числа НПС

4.1 Оценка толщины стенки в первом приближении

 

 

Принимаем ближайшее  по ГОСТу 12,9 мм.

Тогда внутренний диаметр

d = D - 2d = 1020 – 2*12,9=994,2 мм=0,992 м

 

4.2 Секундный расход нефти и ее скорость

 

4.3 Определение режима трения

 

  турбулентный режим

 

По таблице определим  абсолютную шероховатость стенки трубы 

Кэ = 0,2 мм, тогда относительная  шероховатость:

 

Критические числа Рейнольдса: 
        

 

Вычисленное значение Re не превосходит первого критического, значит имеем режим гладких труб.

 

4.4 Гидравлический уклон

По формуле Лейбензона

 

Для смешанного режима значение коэффициентов в формуле

β=0,0246 m=0,25

 

Тогда гидравлический уклон

 

 

4.5 Потери в трубопроводе

 

 

4.6 Расчет числа насосных станций

 

 

Принимаем к проектированию 3 станции.

 

 
5. Механический расчет МН

 

Исходные данные:

• труба Ø1020 мм
• схема перекачки из насоса в насос
• давление p=6,5 МПа
• суммарный напор основных и подпорного напора станции Н_ст=728,093м
• плотность нефти 892 кг/м³

 

Задание:

• рассчитать толщину стенки МН.
• учесть сложные напряжения на участке 13-14: перепад температуры =70⁰С, осевую сжимающую силу N=500 кН.
• построить эпюру допустимых напоров.
• по распоряжению Главного Инженера участок вблизи второй НС (т.е. первой промежуточной НС) считать категории В на протяжении 10 км в обе стороны.

 

Решение:

 

5.1. Выбор стали

Имеем трубу Ø1020 мм. Для нее по ГОСТу подбираем сталь 17Г1С с характеристиками σ_вр=540 МПа, σ_т=390 МПа, К₁=1,47.

 

5.2. Расчетное сопротивление металла

Будем полагать, что на основной длине трубопровод III категории, для III категории m=0.9, для Ø1020 мм K_н=1,05

 

 

5.3. Расчетная толщина стенки трубопровода

Для схемы перекачки  из насоса в насос n₁=1.15.

 

 

Принимаем ближайшее  большее по ГОСТу: 12,5 мм.

 

 

5.4. Учитываем сложное напряженное состояние. Действующие осевые напряжения:

От давления p

 

От перепада температуры

 МПа 

где коэффициент линейного  расширения К^-1

От осевой силы

 

Суммарное осевое напряжение:

 

5.5. Коэффициент :

 

5.6. Толщина стенки трубопровода

Принимаем ближайшее  большее по ГОСТу: 12,5 мм.

 

5.7. Эпюра допустимых напоров

На участках III и IV категории

На участках I и II категории

На участках В категории

Строим эпюру допустимых напоров и отмечаем случаи, когда пьезометрическая линия лежит выше эпюры допустимых напоров. Для этих участков необходим пересчет толщины трубопровода.

 

5.8. Уточнение толщины трубопровода.

Рассмотрим участок вблизи второй НС (категория В).

Н_ст=728,093м >H_max=524,63 м

Уточним толщину стенки на этом участке из условия Н_ст < , =728,093м:

Принимаем ближайшее  большее по ГОСТу: 17 мм.

 

 

ЧАСТЬ 2

Проектирование  резервуара для хранения нефтепродукта

1. Определение оптимальных габаритов и конструирование стенки

 

Исходные данные:

Тип резервуара – вертикальный цилиндрический со стационарной крышей;

Емкость – 8000 м³;

Жидкость – мазут,  ρ_ж=0,79 т/м³;

Материал конструкций  – спокойная сталь класса прочности  С255 по ГОСТ 27772-88 без учета требований по ударной вязкости (R_y=24кН/см²).

Решение:

Принимая R_y = 24кН/см², Δ=1.65см, γ_с=0,8 и γ_ж=1,1 , находим

По табл. диаметр резервуара (при V=8000м³) больше 16 м. Минимальная толщина стенки из конструктивных соображений по табл. t_min=6 мм.

Для определения точного  значения оптимальной высоты можно  использовать уравнение

Из уравнения возможно получить H_опт методом подбора. Исходя из рекомендаций для типовых проектов примем высоту корпуса (стенки) Н=18м.

Принимаем листы размером 1500×6000 мм (с учетом швов 1490×5980 мм). Стенку компонуем из 12 поясов общей высотой Н=12×1,49=17.88 м.

Требуемая длина развертки  стенки резервуара:

м

где Н₁=Н-0,3=17.88-0.3=17.58 м – высота залива резервуара продуктом.

 

Количество листов в одном кольце

Примем n_л=12,5 шт.

При этом фактическая  длина развертки получится:

Фактический диаметр резервуара:

Фактический объем резервуара:

Расхождение с заданным объемом составляет

, что допустимо.

Вывод:

Принимаем к проектированию резервуар габаритами HxD = 18x23,8; составленный из 12 поясов по 12,5 листов размера 1500х6000 мм в поясе. Всего листов на стенку 150 шт.

 

 

2. Определение толщин  листов стенки

 

2.1 Сбор нагрузок на  стенку:

 

-от веса крыши, приняв g_кр=5 кг/м³ на 1 м² днища

 

- от снега для V снегового района S = 3,2 кПа

 

- от избыточного давления

 

- от вакуума

 

- от ветра на стенку (в виде условного вакуума)

• для II ветрового района w₀ = 0,23 кПа
• для типа местности А при высоте 20 м k₀ = 1,25
• аэродинамический коэффициент с = 0.5

 

- от ветра на крышу 

• аэродинамический коэффициент с = 0.6

 

- от гидростатического  давления жидкости

 

2.2 Предварительный механический расчет.

 

Устанавливаем минимальную  необходимую толщину верхнего пояса  стенки. По табл. t_k =7 мм. Принимая минусовой допуск на прокат δ=0,5мм и припуск на коррозию с=0,1мм, получим

Принимаем t_min=8 мм

 

 

 

2.3 Определение границы зоны устойчивости.

 

По формуле определяем значение H^*.

 

В этих пределах толщина  стенки может быть постоянной и равной минимальной необходимой толщине.

 

2.4 Определение толщины  стенок нижних поясов.

 

Будем конструировать стену  из листов формата 1500х6000мм.

 

Определяем минимальные  расчетные толщины в низлежащей части стенки t_c для условий эксплуатации, принимая z_ж,i=H_i-0,3м.

 

 

Первый пояс: при Н₁=18м, z_ж1=17,7м.

 

Принимаем t₁=11мм.

 

Второй пояс: при Н₂=16,5м, z_ж2=16,2м.

 

Принимаем t₂=11мм.

 

 

 

Третий пояс: при Н₃=15м, z_ж3=14,7м.

Принимаем t₃=10мм.

 

Четвертый пояс:  при Н₃=13,5м, z_ж3=13,2м.

Принимаем t₄=9мм.

 

Остальные толщины стенки должны быть не менее 9мм.

 

2.5 Конструкция стенки

 

Стенка состоит из 12 поясов (~1,5м – ширина пояса): 12х1,5=18м=H. Толщины нижних четырех поясов определены по прочности. Высота верхних восьми поясов составляет 12м, что меньше H*=13,48м. следовательно, толщина верхних восьми поясов может быть принята постоянной и равной минимальной.

 

t	Принятые, мм
t1	11
t2	11
t3	10
t4	9
t5	8
t6	8
t7	8
t8	8
t9	8
t10	8
t11	8
t12	8

 

 

3. Конструирование и  расчет днища

 

Сконструируем днище  резервуара при найденных габаритах резервуара

HxD = 18х23,8м.

Центральную часть днища  конструируем из листов 1500×6000 мм толщиной 6мм в виде рулонируемых полотнищ. Для стенки при толщине нижнего пояса равной t₁=11мм минимальная толщина листов окраек по таблице 9мм.

 

 

Определим конструкцию центральной части:

 

Округляем до 7 листов и принимаем следующие размеры листов:

 

• центральный лист шириной 6 м, из 4   листов.
• верхний лист шириной 4.5 м, из трех листов.

 

 

Всего стандартных листов на днище

 

Принимаем 50 листа.

 

 

 

 

4. Расчет и конструирование элементов покрытия

 

4.1 Установление габаритных размеров сферического покрытия

 

Назначаем стрелку подъема f и вычисляем радиус сферы купола

Стрелка подъема купола f:

 м

Радиус сферы:

 

 

Центральный угол сферы:

 

 

отсюда α/2=18,92°, α=37,84°.

Длина дуги купола в вертикальной плоскости:

 

 м

 

Половину дуги следует  разделить на целое число ярусов щитов покрытия и выделить радиус верхнего центрального кольца. Примем длину яруса по дуге окружности l⁰_щ=9м, тогда войдет два яруса, при этом радиус центрального кольца

 м

 

Определяем число щитов  в одном ярусе, исходя из ширины щита по опорному кольцу b₀=3,0 м. Количество щитов в одном ярусе:

м

 

Примем n_щ=25шт.

Купол собирается из двух типов трапециевидных ярусов, изготовленных на заводе.

 

Ширина щитов ярусов:

b₀=3,0м;

м

 

 

4.2 Сбор нагрузок на купол

 

Нагрузки вертикального  направления определяются по формулам

- направленные вниз

кН/

- направленные вверх

 кН/

 

так как q₁ имеет отрицательное значение, то в дальнейшем расчете учитываются нагрузки, направленные только вниз.

 

 

4.3 Расчет радиального ребра купола

 

Наиболее напряженным  будет радиальное ребро между  опорным и вторым кольцами. Расчетная  схема радиального ребра купола изображена на рис.

Рис. Расчетные схемы  радиального ребра купола на нагрузки:

а) горизонтальную; б) вертикальную; в) местную.

Интенсивность нагрузки на опорное  радиальное ребро:

 кН/м

 кН/м

 

 

Найдем наибольшее значение изгибающего  момента в опорном ребре от распределенной нагрузки рис.

 

Рис. Схема загружения опорного ребра распределенной нагрузкой

 

Левая опорная реакция

 

 

Найдем положение сечения  с наибольшим изгибающим моментом по формуле (3.52) [1]

м

 

где Δq=q_p,1-q_p,2=4,83-3,29=1,54кН/м.

 

Максимальное значение изгибающего момента в этом сечении

кН*м

 

кН/м

 

Радиальные ребра конструируем из двутавра из стали марки ВСт3пс6-1 (R_у=24кН/см²).

Потребный момент сопротивления  сечения

 

 

 

 

 

 

 

 

Считаем, что настил приваривается  к радиальным и поперечным ребрам щитов, тем самым обеспечивается устойчивость ребра. Поэтому радиальное ребро будем рассчитывать только на прочность.

 

Рис. Сечение радиального  ребра

 

Принимаем ребро в  виде двутавра №22 с