Конструкция стенки и расчет на прочность

Стенка резервуара проектируется как в виде рулонированного полотнища заводского изготовления, так и виде отдельных листов, свальцованных по радиусу резервуара. Проектирование стенки в виде рулонов допускается для резервуаров объемом, не превышающем 3000 м³. Стенка резервуаров объемом свыше 3000 м³ должна проектироваться с учетом их изготовления и монтажа из отдельных листов (полистовым методом)[3, 10]

Листы стенки должны совмещаться в одну линию по вертикали по своей внутренней или наружной плоскости. Вертикальные заводские и монтажные соединения на смежных поясах стенки должны быть смещены относительно друг друга. Вертикальны и горизонтальные швы стенки должны быть стыковыми с полным проплавлением кромок по толщине листа. При проектировании стенки резервуара необходимо учитывать требования:

— вертикальные соединения листов в смежных поясах стенки, включая резервуары сооружаемые методом рулонирования, должны быть смещены относительно друг друга на расстоянии не менее 500 мм;

— расстояния от вертикальных сварных швов первого пояса стенки до стыковых швов окраек днища должно составлять не менее 100 мм;

— расстояние от сварного шва приварки обечайки люка (патрубка) или шва приварки усиливающего листа люка или патрубка к стенке до вертикального стыкового шва стенки должно составлять не менее 150 мм, а до горизонтального шва стенки – не менее 100 мм (исключая случаи перекрытия швов стенки усиливающими листами или пересечения их обечайками патрубков). Смещение кромок в сваренных стыковых соединениях не должно превышать 10% от наименьшей толщины свариваемых листов, но не более 3 мм. [3, 21, 22]

Требования к расчету стенки на прочность включают:

— расчет прочности при статическом нагружении в условиях эксплуатации и гидроиспытаний;

— проверку прочности при сейсмических воздействиях;

— расчет малоцикловой прочности (при количестве циклов слива налива более 250 раз в году и необходимости определения срока службы резервуара).

Прочность стенки при статическом нагружении, в условиях эксплуатации, проверяется от действия нагрузки от веса хранимого продукта и избыточного давления. Коэффициент условий работы (γ_с) принимается в соответствии с таблицей 3.16.

Прочность стенки при статическом нагружении в условиях гидроиспытаний проверяется от действия нагрузки от веса воды. Коэффициент условий работы (γ_с) принимается в соответствии с таблицей 3.17.

Таблица 3.16 - Значения коэффициента условий работы резервуара в условиях эксплуатации, γ_с

№ пояса	Коэффициент условий работы поясов стенки γс в условиях эксплуатации
1-ый пояс	0.7
Все, кроме 1-ого	0,8
Узел соединения стенки с днищем (уторный узел)	1,2

Прочность стенки при сейсмическом нагружении проверяется при действии нагрузок - сейсмической, от веса хранимого продукта, от веса конрукции и теплоизоляции, от избыточного давления, от веса снегового покрова.

Прочность стенки при циклическом нагружении проверяется в условиях эксплуатации. Коэффициент условий работы принимается равным для всех элементов стенки γ_с =1.

Расчетные значения толщины листов стенки определяются исходя из проектного уровня налива продукта или воды при гидроиспытании резервуара.

Таблица 3.17 - Значения коэффициента условий работы резервуара в условиях гидравлических испытаний, γ_с

№ пояса	Коэффициент условий работы поясов стенки, γс в условиях гидроиспытаний.
1-ый пояс	0,9
Все, кроме 1-ого	0,9
Узел соединения стенки с днищем (уторный узел)	1,2

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

-∆ ≥ ( + ; ; ), (3.62)

где с – припуск на коррозию; t_к – минимальная конструктивно необходимая толщина.

Номинальные толщины стенок резервуаров определяют в три этапа:

— предварительный выбор толщин поясов;

— корректировка толщин при поверочном расчете на прочность, включая и расчет на сейсмическое воздействие;

— корректировка толщин при проведении расчета на устойчивость.

Толщины поясов вычисляются по кольцевым напряжениям, определяемым в срединной поверхности цилиндрической оболочки на уровне, в котором радиальные перемещения стенки в пределах пояса являются максимальными.

При проведении прочностного расчета стенки учитывается коэффициент надежности для избыточного давления, равный 1,2 для условий эксплуатации и 1,25 для условий гидроиспытаний.

Номинальная толщина стенки t_i в каждом поясе резервуара должна назначаться по формулам: [2. 3]

для условий эксплуатации

(3.63)

для условий гидроиспытаний

(3.64)

где – ускорение свободного падения, 9,81 м\с²;

– плотность воды, используемой для гидроиспытаний, т\м³;

– высота налива продукта, м;

– расстояние от днища до нижней кромки пояса, м;

– радиус срединной поверхности пояса стенки резервуара, м;

– нормативное избыточное давление в газовом пространстве резервуара, кПа;

– расчетное сопротивление металлопроката, МПа;

Расчет производится последовательно от нижнего пояса к верхнему поясу.

Расчетные сочетания нагрузок при расчете стенки приведены в таблице 3.19.

Тогда требуемая величина стенки резервуара определяется по формуле

(3.65)

Таблица 3.18 - Значения толщин стенки резервуара в зависимости от диаметра и исполнения

Диаметр резервуара D, мм	Толщина стенки tk, мм
	Рулонное исполнение	Полистовое исполнение
	Стационарная крыша	Плавающая крыша
D<16
16 D<<25
25< D<35
D<35

Таблица 3.19 - Сочетания нагрузок для расчета стенки резервуара на прочность и устойчивость

Вид нагрузки	Сочетания нагрузок для расчета стенки
Условия эксплуатации	Гидравлические испытания	Устойчивостьпустого резервуара	Условия землетрясения
Вес конструкций и теплоизоляции	-	-	+	+
Избыточное давление	+	+	-	+
Вакуум при опорожнении	-	-	+	-
Ветровая нагрузка	-	-	+	-
Вес снегового покрова	-	-	+	+
Сейсмическая нагрузка	-	-	-	+

«+» - нагрузка учитывается, «-» - нагрузка не учитывается.

где – коэффициент надежности по нагрузке для гидростатического давления столба продукта; – коэффициент надежности по нагрузке для избыточного давления паров нефтепродукта; - расчетное сопротивление сварного стыкового шва ( = ).

Результаты расчета толщины для каждого пояса стенки следует округлить до целого числа в большую сторону, в соответствии с толщинами проката по ГОСТ 19903, если не указаны специальные условия поставки листового проката.

Минимальная расчетная толщина стенки в каждом поясе для условий эксплуатации, мм

(3.66)

где – коэффициент условий работы, равный 0,7 для нижнего пояса, 0,8 для всех остальных поясов резервуара[2].

Минимальная расчетная толщина стенки в каждом поясе для условий гидравлических испытаний, мм

(3.67)

где - плотность используемой при испытаниях воды; Н_g - высота налива при гидроиспытаниях; - 0,9 для всех поясов резервуара при гидроиспытаниях.

Проверочный расчет на прочность для каждого пояса стенки резервуара проводится для расчетной толщины поясов , которая определяется как разность номинальной толщины . минусового допуска на прокат и припуска на коррозию:

(3.68)

или

где – меридиональное напряжение; – кольцевое напряжение; – коэффициент условий работы; - коэффициент надежности по назначению для резервуаров первого класса опасности 1,1, второго 1,05, третьего 1.0.

Кольцевое напряжение σ₂ вычисляется для нижней точки каждого пояса

(3.69)

где – избыточное давление в резервуаре.

Меридиональное напряжение с учетом коэффициентов надежности по нагрузки и коэффициентов для основного сочетания нагрузок вычисляется для нижней точке пояса по формуле

, (3.70)

где G_м – вес металлоконструкций выше расчетной точки; G_o – вес стационарного оборудования выше расчетной точки; G_y – вес утеплителя выше расчетной точки; s – полное нормативное значение снеговой нагрузки.

После расчета толщины стенки резервуара по поясам составить таблицу 3.20, в которой окончательная толщина стенки резервуара (t_{оконч .}) определится после проверки резервуара на устойчивость.

При проектировании стенки резервуара должны быть учтены и указаны в проекте предельно допустимые отклонения размеров и формы стенки смонтированного резервуара.

Таблица 3.20 - Определение толщины стенки резервуара

Номер сечения	Высота столба продукта, м	γfρg× (H-z), кПа	Ризб.×γf3, кПа	(2)+(3), кПа	tp, мм	tприн., мм	tоконч. ., мм	Марка стали

Таблица 3.21 - Предельно допустимые отклонения размеров и формы стенки резервуара

Наименование контролируемых параметров	Предельные отклонения при диаметре резервуар, мм
до 12 м (вкл.)	Свыше 12 до 25 м (вкл.)	Св.25 до 40 м (вкл.)	Св. 40 м
Внутренний диаметр на уровне 300 мм от днища. Выполняются замеры четырех диаметров, расположенных под углом 45º. R – радиус резервуара.	0,005R	0,003R	0,002R	0.0015R
Высота стенки, м: — до 12 (вкл.); — св.12 до 18м (вкл.); — св. 18	±20 ±30 ±40