Вертикальный стальной резервуар

     Цель: спроектировать вертикальный стальной резервуар (РВС).

     Дано. 1. Объем резервуара – 25 тыс. м³.

2. Плотности нефтепродукта – 840 кг/м³.
3. Место строительства – Самара.

     Задание

     1. Определить геометрические параметры  резервуара.

     2. Определить толщину всех поясов  стенки резервуара.

     3. Рассчитать стенку резервуара  на устойчивость.

     4. Выполнить расчет несущего каркаса и настила сферической  
крыши.

     5. Выполнить графическую часть:

– общий вид резервуара на основании;

– сечение и развертку стенки резервуара. Примеры горизонтальных и вертикальных сварных швов, соединение стенки резервуара и днища;

– общий вид днища. Соединение центральной  части, окраек и периферийных листов;

– общий вид сферической крыши  резервуара. Узлы соединения главной  балки и опорного кольца, главной  балки и центрального щита, главных  балок и балок настила.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     Резервуарами  называют сосуды, предназначенные для  приема, хранения, технологической  обработки и отпуска нефти, нефтепродуктов, сжиженных газов, жидкого аммиака, технического спирта и других жидкостей.

     В зависимости от положения в пространстве и геометрической формы резервуары делят на:

- вертикальные  цилиндрические;

- горизонтальные  цилиндрические;

- сферические;

- каплевидные;

- торовые;

- траншейные.

     По  расположению относительно планировочного уровня строительной площадки различают:

- надземные (на опорах);

- наземные;

- полузаглубленные;

- подземные.

     Тип резервуаров выбирают в зависимости  от свойств хранимой жидкости, режима эксплуатации, климатических особенностей района строительства.

В данной курсовой работе представлен проектировочный расчет вертикального стального цилиндрического резервуара для хранения нефти. 
 
 
 
 

1. Определение геометрических параметров резервуара.

  Выбор размеров стального прокатного листа  для изготовления стенки.

  1.1 Размеры листа. В соответствии с рекомендациями ПБ 03-605-03 для изготовления стенки выбираем стальной лист с размерами в поставке 2000 × 8000 мм.

      Сначала выбираем высоту резервуара. Для этого  используем рекомендации ПБ 03-605-03. В  соответствии с этими рекомендациями предпочтительная высота резервуара от 12 до 20 м.

      1.2 Высота резервуара. Для резервуара объёмом V = 25000 м³ принимаем номинальную высоту резервуара H_н = 20 м. Соответственно количество поясов в резервуаре будет равно девяти (N_n = 10).

      1.3 Предварительный радиус резервуара. Радиус резервуара определяется из формулы:

                        V = π ∙ R² ∙ H,

                        R = = = 19947 мм

      1.4 Периметр резервуара L_n и число листов в поясе N_л.

                        L_n = 2 ∙ π ∙ R = 2 ∙ π ∙ 19947 = 125327 мм.

                        N_л = = = 15,67.

      Принимаем число листов в поясе N_л = 16. Тогда периметр резервуара:

                        L_n = 16 ∙ 8000 = 128000 мм ,

         а окончательный радиус:

                        R = = = 20372 мм.

      1.5 Уточнённый объём резервуара.

                        V = π ∙ R² ∙ H = π ∙20,372² ∙20000 = 26076 м³.

    Рис. 1. Развертка и сечение стенки вертикального резервуара 

    2. Определение толщины  стенки резервуара 

    2.1. Определение методики  и параметров необходимых для расчета. 

    Рис. 2. Схема нагружения резервуара внутренним давлением  
 
 

    Минимальная толщина листов стенки резервуара РВС  для условий эксплуатации рассчитывается по формуле: ,         (1)

где – коэффициент надежности по нагрузке гидростатического давления;

 – коэффициент  надежности  по нагрузке от избыточного  давления и вакуума;

 – плотность нефти кг/м³;

 – радиус стенки резервуара, м;

 – максимальный уровень  взлива нефти в резервуаре, м;

 – расстояние  от днища  до расчетного уровня, м;

,  – нормативная  величина  избыточного давления;

 – коэффициент условий  работы, для нижнего пояса, для остальных поясов;

– расчетное сопротивление материала  пояса стенки по пределу текучести, Па;

     Расчётное сопротивление материала стенки резервуаров по пределу текучести  определяется по формуле:

                       R_y = ,       (2)

       где   - нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла стенки, равное минимальному значению предела текучести, принимаемому по государственным стандартам и техническим условиям на листовой прокат;                                                                                                   

= 1,025 – коэффициенты  надежности по  материалу;                                                                                      = 1,15, так как объём резервуара более 10000 м³.

      Стенка  резервуара относится к основным конструкциям подгруппы «А», для  которых должна применяться сталь  класса С345 (09Г2С-12_ с нормативным  расчетным сопротивлением       = 345 МПа.

      Вычисляем расчетное сопротивление:

                        R_y = ≈ 293 МПа. 

     2.2 Вычисление предварительной толщины стенки для каждого пояса резервуара.

    Для вычисления используем формулу (1), в  которой, начиная со второго пояса, единственным изменяемым параметром при  переходе от нижнего пояса к верхнему является координата нижней точки каждого пояса

     ,                                                    (3)

где – номер пояса снизу вверх;

 – ширина листа.

      Основные  геометрические размеры резервуара округляем в большую сторону  до номинальных размеров так, чтобы  погрешность шла в запас прочности: H = 20 м, B = 2 м, R = 20,4 м.

      Толщина первого пояса определяется при  γ_с = 0,7, H_max = H = x₁ = 0:

      δ₁ = = ≈ 0,01673 = 15,7 мм.

      Для второго пояса при , γ_с = 0,8, x₂ = 2 :

      δ₂ = = ≈0,014 = 14 мм.

      Для остальных поясов резервуара полученные значения для толщины стенки приведены  в таблице 1:

Таблица 1

Толщина стенки поясов резервуара

 

      2.3 Выбор окончательного (номинального) размера толщины стенки.

     Значение  минимальной толщины стенки для  условий эксплуатации увеличивается  на величину минусового допуска на прокат и округляется до  ближайшего значения из сортаментного ряда листового  проката. Полученное значение сравнивается с минимальной конструктивной толщиной стенки , определяемой по таблице 2. 

     Таблица 2. 

Конструктивная  величина толщины стенки

 
 

      В качестве номинальной толщины δ_ном каждого пояса выбирается значение большей из двух величин, округленное до ближайшего значения из сортаментного ряда листового проката: 

     Δ _ном ≥ max (δ_I + C_i + Δ; δ_кс ),    (4)

где С_i – припуск на коррозию, мм;

      Δ – значение минусового допуска  на толщину листа, мм;

       δ_кс – минимальная конструктивная толщина стенки.

           Величину  минусового допуска определяют по предельным отклонениям на изготовление листа. Соответствующие предельные отклонения по толщине листа приводятся в табл. 3.

     Таблица 3.

Предельные  отклонения по толщине листа

  Припуск на коррозию элементов резервуара представляется заказчиком. (В курсовом проекте  припуск на коррозию необходимо выбирать 2 3 мм.)

      В таблице 4 приводятся все данные для выбора номинального размера толщины стенки.

Таблица 4.

Номинальная толщина стенки

 

    

3.Расчет стенки резервуара на устойчивость.

Рис. 3. Расчетная схема для расчета стенки резервуара на устойчивость

Проверка устойчивости резервуара производится по формуле: 

+ 1,0,        (5) 

где – расчетные осевые напряжения в стенке резервуара, МПа;                                                                         – критические кольцевые напряжения в стенке резервуара, МПа;                                           

  – расчетные осевые  напряжения в стенке  резервуара, МПа;                                                                   – критические кольцевые напряжения в стенке резервуара, МПа.

Осевые напряжения определяются по минимальной толщине  стенки пояса, кольцевые напряжения – по средней толщине стенки.

Расчетные осевые напряжения для резервуаров РВС  определяются по формуле: 

     σ_i1 = ,   (6)

где   n₃ = 1,05 – коэффициент надёжности по нагрузке от собственного веса;

n_сн = 1,4 – коэффициент надёжности по снеговой нагрузке;

  – вес покрытия  резервуара, Н;

  – вес вышележащих  поясов стенки, Н;

- полное расчетное  значение снеговой  нагрузки на горизонтальную  проекцию покрытия, Н;

-  вес покрытия резервуара, Н;

- расчетная толщина  стенки i-го пояса резервуара, м.

     Расчетная толщина  определяется как разность принятой номинальной толщины (таблица 4), припуска на коррозию и минусового допуска на толщину листа D: 

       .               (7)

Таблица 5. Расчетная толщина стенки

 
 

    3.1 Определение веса крыши.

    Вес покрытия резервуара рассчитывается по нормативному давлению крыши (таблица 6)

    Таблица 6.

 

G_кр = p_кр ∙ π ∙ R².         (8)

Для резервуара объёмом V = 25000 м³ давление крыши p_кр = 0,575 . 

                        G_кр = 0,575 ∙π ∙ 20,4² = 751,7 кН.

      3.2 Определение веса стенки резервуара.

      Вес вышележащих поясов стенки резервуара определяется из условия, что высота всех поясов одинаковы и равна  ширине листа В : 

                        G_{ст, i} = 2 ∙ π ∙ R ∙ B ∙ γ_ст ∙ ,   (9)

где a – номер последнего пояса, если начало отсчета снизу;

       γ_ст = 78,5   - удельный вес стали.

      Вес стенки при расчете первого пояса:

G_ст,1=2∙π∙R∙B∙γ_ст∙=2∙π∙20,4∙2,0∙78,5∙(16,55+14,55+12,55+11,55+9,55++8,55*5)∙10³ ≈ 2163 кН .

      Вес стенки при расчете второго пояса:

G_ст,2=2∙π∙R∙B∙γ_ст∙=2∙π∙21,7∙2,0∙78,5∙(15,55+13,55+11,55+9,55+ +8,55*5)∙10³ ≈ 1830 кН .

      Результаты  расчетов веса стенки для всех поясов приведены в таблице 7:

Таблица 7.

Вес стенки резервуара

 
 

      3.3 Определение снеговой нагрузки.

      Нормативная снеговая нагрузка на горизонтальную проекцию резервуара:

                              Р_сн = μ ∙ S_g ,      (10)

где μ  – коэффициент перехода от веса снегового покрытия горизонтальной поверхности земли к снеговой нагрузке на трубопровод;

 – нормативное значение  веса снегового покрова на  1 м² горизонтальной поверхности земли, которое выбирается по таблице 8 для соответствующего снегового района Российской Федерации.

Таблица 8

Нормативные значение веса снегового покрова (табл. 4 СНиП .01.07-85)

 

      Город Самара находится в IV снеговом районе, для которого S_g = 2,4 кН. Коэффициент μ = 1 для такого варианта крыши, когда угол наклона поверхности крыши к горизонтальной плоскости α ≤ 25°.

      Вес снегового покрова на всю крышу:

     G_ст = р_сн ∙ π ∙ R² = μ ∙ S_g ∙ π ∙R² = 1 ∙ 2,4 ∙ π ∙ 20,4² ≈ 3138 кН .  

     3.4 Определение нагрузки от вакуума.

      Нормативная нагрузка от вакуума на покрытие определяется как: 

            G_вак = π ∙ R² ∙ p_вак = π ∙ 20,4² ∙ 0,25 = 327 кН .   (11)

      3.5 Определение осевых напряжений в каждом поясе стенки резервуара от вертикальной нагрузки.

      Определение напряжений:

• в первом поясе

 

σ₁₁ =  

= ≈ 3,5 МПа ; 

• во втором поясе

σ₁₂ =  

= ≈ 3,8 МПа ; 

      Значения  осевых напряжений в остальных поясах приведены в таблице 9: 

Таблица 9.

Напряжения  для расчета стенки резервуара на устойчивость