Проектирование и расчет вертикальных цилиндрических резервуаров

При проектировании резервуаров РВС необходимо руководствоваться Правилами устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов ПБ 03-605-03.

При выполнении курсового проекта или курсовой работы по строительным конструкциям предпочтительнее использовать рекомендации руководящего документа РД-16.01-60.30.00-КТН-026-1-04 «Нормы проектирования стальных вертикальных резервуаров для хранения нефти объемом 1 000 – 50 000куб.м»,разработанные в ОАО АК «Транснефть».

Вертикальные цилиндрические резервуары (рис. 4.3) используют при избыточном давлении в паровоздушной зоне до 2 кПа и вакууме до 0,25 кПа.

Рис. 4.3. Конструкция вертикального резервуара
с кольцевым фундаментом под стенкой:

1 – кольцевой кювет; 2 – кольцевой железобетонный фундамент;

3 – гидрофобный слой; 4 – песчаная подушка; 5– грунтовая подушка

Эти резервуары имеют плоские днища, изготовленные из стальных листов и стенки в виде ряда поясов, толщина которых увеличивается пропорционально росту давления жидкости по мере при­ближения к днищу. Тип крыши зависит как от вместимости резервуара, так и от величины внутреннего давления под крышей. На практике наибо­лее часто применяют конические, сферические и плавающие крыши. Ре­же используют висячие (шатровые), складчатые крыши.

Вместимость вертикальных цилиндрических резервуаров колеблется от 100 до 120000 м³ и увеличивается по мере разработки противопожар­ных мероприятий.

При определении оптимальных размеров резервуаров (высоты и диа­метра) за критерий оптимальности обычно принимают удельный расход стали, приходящийся на 1 м³ их полезного объема.

Суммарная масса резервуара складывается из масс днища, крыши и стенки. Она получается минимальной, если масса днища и крыши равна массе стенки.

В этом случае

, (4.5)

где – высота резервуара; – удельный вес хранимой жидкости;
– расчетное сопротивление сварного шва; m = 0,8 – коэффициент условий работы; n – коэффициент надежности по нагрузке от гидро­статического давления жидкости; – сумма приведенных толщин кры­ши и днища, зависящих от объема резервуара (табл. 4.1).

Таблица 4.1

Приведенные толщины для резервуаров

, м3
, см	0,9	1,2	1,4	1,6	1,7	1,8

На практике при выборе геометрических параметров резервуаров обычно используют рекомендации нормативных документов.

Например, правила безопасности ПБ 03-605-03 позволяют запроектировать резервуары с геометрическими размерами, которые предлагает заказчик. В приложении А правил безопасности приведены основные параметры резервуаров объемом от 100 до 50 000 м³, которые имеют предпочтительные размеры для изготовления и монтажа (табл. 4.2).

Геометрический объем резервуара определяется объемом внутреннего пространства резервуара на полную высоту стенки.

Полезный объем резервуара определяется объемом продукта при его заливе на проектный уровень.

Резервуары с геометрическим объемом более 50 000 м³ должны иметь полезный объем продукта не более 50 000 м³.

Геометрический объем резервуара определяется объемом внутреннего пространства резервуара на полную высоту стенки.

Полезный объем резервуара определяется объемом продукта при его заливе на проектный уровень.

Резервуары с геометрическим объемом более 50 000 м³ должны иметь полезный объем продукта не более 50 000 м³.

При назначении высоты стенки и диаметра резервуара учитывают условие кратности высоты резервуара ширине листов, а длины окружно­сти – длине листов. Наиболее часто в резервуарах применяют листы размерами 1500 × 6000; 1800 × 8000; 2000 × 8000 мм. С учетом обработки кромок лис­тов путем обрезки на гильотинных ножницах или строжкой на 10 мм на кромкострогательных станках вы­соту резервуаров следует принимать кратной 1490, 1790 или 1990 мм в за­висимости от принятого типоразмера листов, а длину окружно­сти – кратной соответственно 5990 или 7990 мм. При необходимости разрешается принимать длину окружности, кратной половине длины листов.

К основным конструкциям вертикальных резервуаров подгруппы «А» относятся:

– стенка резервуара;

– люки (патрубки) стенки и их составные части (обечайки, усиливающие накладки, фланцы);

– привариваемые к стенке листы днища;

– привариваемые к стенке усиливающие накладки колец жесткости, опор и кронштейнов трубопроводов, лестниц, площадок и др.;

– опорное кольцо жесткости и каркас стационарной кровли резервуара;

– кольцо жесткости на стенке резервуара с плавающей крышей.

К основным конструкциям вертикальных резервуаров подгруппы «Б» относятся:

– центральная часть днища;

– настил стационарных крыш;

– понтоны и плавающие крыши.

К вспомогательным конструкциям резервуаров относятся люки и патрубки на крыше резервуара, лестницы, площадки, ограждения.

Для конструкций резервуаров должна применяться сталь по ГОСТ 27772.

Для основных конструкций резервуара подгруппы «А» необходимо использовать сталь класса С345 по ГОСТ 27772 (09Г2С-12).

Для основных конструкций резервуара подгруппы «Б» должна применяться спокойная сталь С245, С255, С275, С285, С345 по ГОСТ 27772.

Для вспомогательных конструкций, наряду с перечисленными выше сталями, возможно применение стали С235 по ГОСТ 27772.

Сварные швы соединений листов стенки вертикального резервуара должны быть плотнопрочными и соответствовать основному металлу по показателям стандартных механических характеристик: пределу текучести, временному сопротивлению, относительному удлинению, ударной вязкости, углу загиба.

Для улучшения коррозионной стойкости металл шва и основной металл по химическому составу должны быть близки друг к другу.

Стыковые сварные соединения деталей неодинаковой толщины при разнице, не превышающей значений, указанных в табл. 4.3, могут выполняться так же, как и деталей одинаковой толщины; конструктивные элементы разделки кромок и размеры сварочного шва следует выбирать по большей толщине.

Таблица 4.3

Допускаемая разница толщины листов при стыковых соединениях

При разности в толщине свариваемых деталей выше значений, указанных в табл. 4.3, на детали, имеющей большую толщину, должен быть сделан скос под углом 15° с одной или с двух сторон до толщины тонкой детали. При этом конструкцию разделки кромок и размеры сварного шва следует выбирать по меньшей толщине.

Максимальные катеты угловых сварных швов не должны превышать 1,2 толщины более тонкой детали в соединении.

Для деталей толщиной 4–5 мм катет углового сварного шва должен быть равен 4 мм. Для деталей большей толщины катет углового шва определяется расчетом или конструктивно, но должен быть не менее 5 мм.

Заводские сварные соединения рулонных заготовок выполняются встык.

При сборке днища и крыши из рулонных заготовок допускается нахлесточное соединение со сваркой с одной стороны. При этом величина нахлестки должна быть не менее 30 мм. При полистовой сборке днища и крышы допускаются сварные соединения листов встык на подкладке.

Вертикальные сварные соединения стенки должны быть стыковыми с полным проплавлением по толщине листов (рис. 4.4). В прилегающих поясах они должны быть смещены относительно друг друга на расстояние не менее , где – наибольшая из толщин листов прилегающих поясов.

Рис. 4.4. Вертикальные стыковые соединения стенки:

а – без разделки кромок; б – со скосом двух кромок; в – с двумя скосами кромок;
г – с криволинейными скосами кромок

Рис. 4.5. Горизонтальные стыковые сварные соединения стенки:

а – без разделки кромок; б – с криволинейным скосом одной кромки верхнего листа;

в – с двумя скосами одной кромки верхнего листа;
г – соединение стенки с днищем; 1 – нижний пояс стенки; 2 – окрайка днища

Вертикальные соединения первого пояса стенки должны располагаться на расстоянии не менее 100 мм от стыков окраек днища.

Горизонтальные соединения листов должны выполняться двусторонними стыковыми швами с полным проплавлением (см. рис. 4.5).