Конструкция и расчет днища РВС

Днища резервуаров должны иметь коническую форму для удаления подтоварной воды и удобства зачистки резервуаров с уклоном от центра или к центру. Величина уклона 1:100. Допускается применение плоских днищ для РВС объемом до 1000 м³. [2, 11]

Днища резервуаров объемом свыше 2000 м³ должны иметь центральную часть и утолщенное кольцо окрайки. Для резервуаров объемом до 1000 м₃ допускается изготавливать днища без кольца окраек.

Для листов окраек применяется та же марка стали, что и для нижнего пояса резервуара или соответствующего ей класса прочности при условии обеспечения их свариваемости. С внешней стороны кольцо из листов окраек должно быть круговой формы. Внутренняя граница окраек может иметь форму правильного многоугольника с числом сторон, равным числу листов окрайки. Радиальная ширина окрайки должна обеспечивать расстояние между внутренней поверхностью стенки и швом приварки центральной части днища не менее 300 мм для резервуаров объемом до 5000 м³ и 600 мм для резервуаров объемом более 5000 м³, но не менее величины, определяемой соотношением:

(3.31)

где – радиус резервуара; – номинальная толщина 1-ого пояса, мм.

Для определения толщины кольцевых окраек необходимо пользоваться данными таблицы 3.13.

Таблица 3.13 - Толщины кольцевых окраек днища

Толщина верхнего пояса стенки резервуара, мм	Минимальная толщина кольцевой окрайки, мм
До 7 вкл.
8-11 вкл.
12-16 вкл.
17-20 вкл.
20-26 вкл.
Свыше 26

При проектировании конструкции днища должны быть учтены следующие требования, представленные в таблице 3.14.

Размеры окраечного кольца днища назначаются из условия прочности узла соединения стенки с днищем с учетом деформированности листа окрайки днища.

Центральная часть днища выполняется в виде отдельных листов или полотнищ. Ее форма по периметру принимается исходя из условия обеспечения величины нахлеста центральной части днища на кольцо окраек в соответствии с таблицей 3.14. Номинальная толщина листов центральной части днища должны быть не менее 4 мм, исключая припуск на коррозию. [2, 14]

Таблица 3.14 - Допустимые значения параметров днища резервуара

Наименование параметров	Допустимые значения, мм
Выступ днища (окраек днища) за внешнюю поверхность стенки: — резервуаров объемом до 1000 м³; — резервуаров объемом свыше 1000м³	25-50 50-100
Величина нахлеста центральной части днища на кольцо окраек	60-100
Величина нахлеста листов (полотнищ) центральной части днища между собой	30-50
Номинальная толщина листов центральной части днища (при наличии кольца окраек или без него), не менее
Минимальная толщина остающейся подкладной пластины

Номинальная толщина кольцевых окраек должна быть не менее величины, определяемой по формуле:

(3.32)

где – номинальная толщина 1-ого пояса резервуара, – должно быть не менее 16 мм.

Резервуары для хранения нефти должны иметь толщину центральной части днища не менее 9 мм и уклон 0,01 от центра. Радиальная ширина окрайки должна обеспечивать расстояние между внутренней поверхностью стенки и швом приварки центральной части днища к окрайки не менее 800 мм. Нахлест центральной части днища на окрайку не менее 50 мм.

Предельно допустимые отклонения размеров и формы смонтированного днища представлены в таблице 3.15. [16, 19]

Таблица 3.15 - Предельно допустимые отклонения формы и размеров днища

Наименование контролируемого параметра	Предельные отклонения в зависимости от диаметра резервуара, мм
до 12 м	Св. 12 м до 25 м	Св.25 м до 40 м	Св. 40 м
Высота местных отклонений от проектной формы центральной части днища ( – максимальная стрелка отклонения; – радиус описанной окружности на любом участке), резкие перегибы и складки не допустимы.	≤ 0,1 ≤ 80
Местные отклонения от проектной формы в зонах радиальных монтажных сварных швов кольца окраек (угловатость). Измерения производить шаблоном на длине 200 мм.
Подъем окраек в зоне сопряжения с центральной частью днища – высота подъема окрайки; Ḻ - ширина окрайки	≤ 0,03Ḻ	≤ 0,04Ḻ
Отметка наружного контура Днища при пустом резервуаре: — разность отметок смежных точек через 6 м по периметру; — разность отметок любых точек.
Отметка наружного контура днищапри заполненном водой резервуаре: — разность отметок смежных точек через 6 м по периметру; — разность отметок любых точек

Расчет конических днищ

Для расчета резервуара с коническим днищем R_m = ∞ используется уравнение [1]

(3.33)

Для определения толщины конического днища найдем значения усилий возникающих от гидростатического давления и отдельно от равномерного распределенного избыточного давления паров .

Для произвольного сечения mn на рисунке 3

Рис. 3 Резервуар с коническим днищем

(3.34

)

Подставляя значения R_k и p_r в основное уравнение, получаем

(3.35)

Значение будет изменяться в зависимости от . Наибольшее его значеник определяется из условия

(3.36)

(3.37)

откуда .

Тогда

. (3.38)

Для H=f наибольшее значение будет в точке ; при в точке , т.е. в месте сопряжения конуса с цилиндрической частью. При точка, где достигает максимального значения, выходит за пределы очертания конуса. В этом случае необходимо определять по формуле (3.33), принимая в ней .

Меридиональные усилия от гидростатического давления действуют по направлению образующей и пытаются оторвать коническое днище от корпуса. Значение этих усилий можно найти из условия равновесия сил веса нефтепродукта, резервуара и внутренних сил. Без учета веса металла в сечении mn будет действовать на коническое днище вес нефтепродукта, равный

. (3.39)

Под действием этой силы в металле днища возникают внутренние усилия , действующие по окружности радиусом x. Суммарные усилия будут равны .

По условию равновесия вертикальная слагающая силы должна быть равна весу нефтепродукта в сечении mn

(3.40)

Заменив , получим

(3.41)

Так же, как и для , найдем значение , при котором будет иметь максимальное значение. Из условия следует, что

Тогда

(3.42)

Полученная формула применима при

При больших значениях H максимальное значение следует определять по уравнению (3.41), в котором следует принять .

Строительная толщина листов днища определяется по наибольшему значению

, (3.43)

где -расчетное напряжение на растяжение.

Если в резервуаре кроме гидростатического давления действует еще и избыточное , то под действием этой равномерно распределенной нагрузки в днище возникают дополнительные усилия . Значение найдем из условия равновесия внешних сил и проекции внутренних сил на вертикальную ось :

(3.44)

Произведя сокращения и заменив получим

. (3.45)

Принимая , найдем

(3.46)

Так как , то

(3.47)

При определении толщины стенки к максимальным значениям усилий от гидростатического давления () необходимо прибавить усилия от избыточного давления ().

Расчет сферических днищ

Для определения усилий воспользуемся основным уравнением (3.33), которое в данном частном случае примет вид [1]

(3.48)

На рисунке 4 представлена расчетная схема, из которой следует, что для произвольного сечения mn

(3.49)

Для упрощения вывода формулы примем, что радиус сферической части равен радиусу цилиндрической части. Определим усилие от гидростатического давления () столба нефтепродукта плотностью . Произвольным сечением выделим шаровой сегмент радиусом основания и высотой Усилия имеют направления касательной к меридиональному сечению и могут быть определены из условия равновесия внутренних и внешних сил.

Рис. 4 Резервуар со сферическим днищем

Это условие для выбранного сечения запишется так

(3.50)

Подставив значения и произведя некоторые преобразования, получим искомую формулу для определения

. (3.51)

Подставив значения в уравнение (3.50), получим формулу для

. 3.52

Максимальные усилия возможны при и , т.е. в точке О

(3.53)

Минимальные значения получим на границе цилиндрической и сферической частей резервуара.

При согласно (3.22) и (3.23) имеем

; (3.54)

. (3.55)

В рассматриваемом переходном сечении резервуара происходит резкое изменение меридионального радиуса кривизны от для цилиндра до для сферического днища. Такой скачок радиуса кривизны приводит к резкому изменению значений кольцевых усилий, а потому для этого сечения вычислить по приведенной теории нельзя.

Если помимо гидростатического давления действует еще избыточное, то усилия вычисляют по формуле (3.51), приняв Эти усилия могут быть вычислены и по формуле (3.33), в которой или . В месте сопряжения днищ со стенками резервуара меридиональное сечение поверхности днища (за исключением полушаровых днищ) имеет излом с радиусом кривизны равным нулю. Если в уравнении (3.33) усилие при этом не обращается в нуль, то , т.е. в месте сопряжения получится изгиб с остаточными деформациями. Чтобы избежать этого, сопряжения пространственных днищ с цилиндрической частью резервуара производят при помощи торцового кольца из размалкованного стального уголка.

Для нахождения площади сечения кольца определим величину внутренней силы , которая возникает в кольце под действием силы , соответствующей сумме весов нефтепродукта и конического днища. Горизонтальная составляющая силы

, (3.56)

где

Тогда (3.57)

На единицу длины кольца действует усилие

(3.58)

Для определения внутренней силы , сжимающей кольцо, рассмотрим равновесие одной его половины. На каждый элемент кольца, соответствующий углу , действует усилие , проекция которого на ось симметрии равна .