Нагрузки, действующие на резервуар

3.2.1. Классификация нагрузок

Основной эксплуатационной нагрузкой, действующей на стенку РВС, является гидростатическое давление столба жидкости с плотностью . От этой нагрузки в стенке резервуара возникают кольцевые напряжения. В резервуарах низкого давления в газовом пространстве может образоваться избыточное давление (p_u), обычно около 2000 Па. Величина гидростатического давления на любом уровне определяется по формуле:

, (3.10)

где – плотность нефти или нефтепродукта; g – ускорение свободного падения; Н – высота резервуара; x – текущая координата с началом в месте сопряжения стенки с днищем; γ - удельный вес нефтепродукта. Полное давление на стенку резервуара (на уровне х) с учетом избыточного давления :

. (3.11)

Днище резервуара передает всю нагрузку от давления жидкости на основание, которое является ограждающей частью конструкции, за исключением краевой зоны (окрайков). В краевой зоне возникает изгибающий момент.

На покрытие резервуара действуют нагрузки от собственного веса конструкции, снеговая нагрузка, внешнее давление, возникающее при разрежении в газовом пространстве резервуара (вакуум), вес оборудования и теплоизоляции.

Ветровая нагрузка и нагрузка от избыточного давления действуют в направлении, противоположном основным нагрузкам вверх и поэтому учитываются при определении напряжений в настиле покрытия и в его краевой зоне. Кроме этого следует добавить агрессивное воздействие хранимого продукта и химически активных примесей, атмосферных осадков, почвенных вод, сейсмические явления. Резервуары относят к сложным инженерным сооружениям, работающим в сложном напряженно-деформированном состоянии. [7, 10]

Нагрузки вызывают в конструктивных элементах резервуара отклонения стенки от правильной формы цилиндра (вмятины, выпучины, дефекты в замыкающем монтажном стыке рулонов) и неравномерные осадки основания. При сварке появляются усадочные термические напряжения. Расчет конструктивных элементов РВС производят в соответствии со строительными нормами по проектированию стальных конструкций (СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия») и Правилами устройства РВС для нефти и нефтепродуктов от 9 июня 2003г. №76 (ПБ 03-605-03). Марки сталей принимают в зависимости от подгруппы элементов конструкции.

Классификация, нормативные и расчетные значения нагрузок и воздействий, а также учет их неблагоприятных сочетаний осуществляется с учетом климатических и сейсмических условий, а также технологических особенностей эксплуатации резервуара. Необходимо воспользоваться СНиП 2.01.07-85.

Расчетное значение нагрузки определяется как произведение ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузки, соответствующий рассматриваемому предельному состоянию и принимаемый по СНиП 2.01.07-85. [7, 3]

К постоянным нагрузкам относятся нагрузки от собственного веса элементов конструкций резервуара. Коэффициент надежности по нагрузке γ_ƒ = 1,05.

К временным длительным нагрузкам относятся:

— нагрузка от веса стационарного оборудования;

— гидростатическое давление хранимого продукта;

— избыточное внутреннее давление или относительное разряжение в газовом пространстве;

— снеговые нагрузки с пониженным нормативным значением;

— нагрузка от веса теплоизоляции;

— температурные воздействия;

— воздействия от деформаций основания, не сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта.

К временным кратковременным нагрузкам относятся:

— ветровые нагрузки;

— снеговые нагрузки с полным нормативным воздействием;

— нагрузки от веса людей, инструмента, ремонтных материалов;

— нагрузки, возникающие при изготовлении, хранении, транспортировке и монтаже конструкций резервуара.

К особым нагрузкам относятся:

— сейсмические воздействия;

— аварийные нагрузки, связанные с нарушением технологического процесса;

— воздействия от деформаций основания, сопровождающие коренным изменением структуры грунта.

При определении нагрузки от собственного веса элементов конструкции резервуара используются значения номинальной толщины элементов t. При проверке несущей способности элементов конструкций резервуара используются значения расчетной толщины элементов (t‑ Δt_c‑Δt_m).

3.2.2. Сочетание нагрузок

Металлоконструкции резервуара, конструкции фундамента и основания рассчитывают с учетом возможных неблагоприятных сочетаний нагрузок. Уменьшение вероятности одновременного превышения несколькими нагрузками их расчетных значений по сравнению с вероятностью превышения одной нагрузкой ее расчетного значения учитывается коэффициентами сочетаний нагрузок ψ. Под «несколькими нагрузками» понимается как несколько нагрузок разных видов (например, снеговых и ветровых), так и несколько нагрузок одного вида (например, ветровое давление на внешней поверхности стенки резервуара и вакуум внутри резервуара, возникающий от ветровых воздействий для резервуара с плавающей крышей или негерметичной стационарной крышей). [7]

В зависимости от состава нагрузок различаются:

— основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных;

— особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок.

При учете сочетаний, включающих постоянные и не менее двух временных нагрузок, расчетные значения временных нагрузок (или соответствующих им усилий) умножают на коэффициенты сочетаний, равные: в основных сочетаниях для длительных нагрузок ψ₁=0,95, для кратковременных: ψ₂ = 0,9; в особых сочетаниях для длительных нагрузок: ψ₁=0,95, для кратковременных: ψ₂=0,8, кроме случаев, оговоренных в нормах проектирования сооружений для сейсмических районов (СНиП ΙΙ-23-81) и в других нормах проектирования конструкций и оснований. При этом особая нагрузка принимается без снижения. При учете основных сочетаний, включающих постоянные нагрузки и одну временную нагрузку (длительную или кратковременную) коэффициенты ψ₁=ψ₂=1. При учете основных сочетаний, включающих постоянные нагрузки и две временные одного вида, коэффициенты сочетания нагрузок равны 1.

Таблица 3.1 - Основные сочетания нагрузок

№ п\п	Вариант сочетаний	Коэффициент сочетания ψ1	Коэффициент сочетания ψ2
	П+S	-	-
	П+Sψ1+Wψ2	0,95	0.9
	П+Sψ1+Wψ2	0,9	0,9

Таблица 3.2 - Особые сочетания нагрузок

№ п\п	Вариант сочетаний	Коэффициент сочетания ψ1	Коэффициент сочетания ψ2
	П+S	-	-
	П+C+S	-	-
	П+C+S1	-	-
	П+C+Sψ1+Wψ2	0,95	0,8
	П+C+S1ψ1+Wψ2	0,9	0,8

где S – снеговая нагрузка (длительная) с пониженным нормативным значением, в соответствии с указаниями п. 5.1 СНиП 2.01.07-85; S₁ - снеговая нагрузка (кратковременная) с полным нормативным значением; W – ветровая нагрузка (кратковременная) с полным нормативным значением; П – постоянная нагрузка; C – особая нагрузка (сейсмическое воздействие).

3.2.3. Учет уровня ответственности

Уровень ответственности (класс опасности) резервуаров при расчете прочности и устойчивости основных несущих конструкций должен учитываться снижением расчетного сопротивления стали на коэффициент надежности по назначению γ_n. [7, 13]

Таблица 3.3 - Значения коэффициента надежности по назначению γ_n

Класс опасности	γn
	1.2 1.1 1,05 1,00

Определение нагрузок на фундамент резервуара, а также его проверка на опрокидывание производится с исходными технологическими, климатическими и сейсмическими нагрузками, умноженными на коэффициент надежности γ_n.

3.2.4. Учет условий работы

Отклонения условий эксплуатации элементов конструкций от нормальных учитываются коэффициентами условий работы γ_с. [7]

Таблица 3.4 - Значения коэффициента условий работы γ_с

Элементы конструкций резервуаров	Коэффициент условий работы, γс
Стенка резервуара при расчете на прочность	по таблице 8
Сопряжение стенки с крышей	1,0
То же при расчете на устойчивость	1.0
Стационарные и плавающие крыши	0,9
Верхние кольца жесткости крыш резервуара при расчете на прочность и устойчивость	0,9
Остальные элементы конструкций	1,0

3.2.5. Учет температуры эксплуатации

Для условий эксплуатации резервуаров при температуре выше плюс 100ºС снижение прочностных характеристик стали учитывается введением коэффициента γ_t, который назначается в зависимости от максимальной расчетной температуры металла Т по формулам:

— γ_t=1, если Т ≤ 100ºС;

— γ_t=[σ]т\[σ]20, если Т >100ºС,

где [σ]Т, [σ]20 – допускаемые напряжения стали при температуре соответственно Т и 20ºс, определяемые по ГОСТ 14249. В случае применения сталей не указанных в ГОСТ 14249 допускаемые напряжения принимаются по согласованию с Заказчиком. [7, 8]