Стальной вертикальный цилиндрический резервуар емкостью 5000 м3

Стальной вертикальный цилиндрический резервуар емкостью 5000 м3

Стальной вертикальный цилиндрический резервуар емкостью 5000 м3

Республика Беларусь

Научно-проектное республиканское унитарное предприятие «ИнТест»

Минск 2002

Предисловие

Нормативные документы периода разработки типового проекта «Стальной вертикальный цилиндрический резервуар емкостью 5000 м3» отражали уровень научно-технических знаний того времени и, естественно, не могли учитывать достижений науки и практики последующих лет, отраженных в строительных нормах и правилах периода возведения сооружения.

Учет особенностей работы конструкций при выборе расчетной схемы является весьма ответственной задачей. Как правило, более точной расчетной схеме соответствуют более сложные расчеты, упрощение которых может явится одной из причин появления ошибок. Принятие неадекватной расчетной схемы, а также несовершенство нормативных документов периода проектирования потребовало проведения анализа напряженно-деформированного состояния резервуара в целом и его конструктивных элементов в отдельности с использованием современных компьютерных технологий и систем, что обеспечит высокую эксплуатационную надежность сооружения.

1. Исходные данные и конструктивные решения резервуара, основные расчетные положения

Плотность жидкости ρ = 900 кг/м3. Место строительства — II район по снеговому покрову, нормативная нагрузка s0 = 0,7 кПа. Материал резервуара — сталь С245 с Ry = 240 МПа; сварка листов автоматическая проволокой Св-08Г2С. Избыточное давление паров испаряющейся жидкости Pи = 2 кПа, а вакуум — 0,25 кПа. Коэффициент надежности по назначению γn = 1.

Номинальные размеры резервуара Н = 12 м и D = 23 м; в типовом резервуаре объемом 5000 м3 конструктивные размеры по высоте Н = 11920 мм, внутренний диаметр Do = 22800 мм и наружный диаметр D = 22818 мм (укладывается по длине окружности 12 листов длиной по 6 м).

Крыша резервуара запроектирована в виде щитов, состоящих из листов толщиной t = 2,5 мм, уложенных на каркасе из двутавров, швеллеров и уголков. Щиты опираются на центровую трубчатую стойку и корпус резервуара.

Днище, расположенное на песчаном основании, испытывает только сжатие от давления жидкости, поэтому толщина его листов назначена по конструктивным соображениям t = 5 мм. Диаметр днища Dв = D + 90 мм = 22818 + 90 = 22908 мм (выступ днища за пределы стенки принят 50 мм. Максимальная высота налива продукта 11,3м.

Несущие конструкции резервуара рассчитывают по предельным состояниям в соответствии со строительными нормами и правилами [1], [3], с учетом дополнительных требований [2]. В соответствии с ними конструкции резервуара емкостью менее 10 тыс. м3 относятся ко II классу ответственности.

Стенка резервуара, являясь оболочкой вращения, при действии асимметричной нагрузки находится в безмоментном состоянии, и только в зонах краевого эффекта (в месте сопряжения стенок с днищем) имеет место моментное напряженное состояние.

Под воздействием внутреннего давления Р в тонкостенной оболочке возникают кольцевые и меридиональные напряжения Б1 и Б2.

Основной нагрузкой для стенки вертикального цилиндрического резервуара является внутреннее давление Р как сумма гидростатического давления паровоздушной среды (рис.   ).

При пустом резервуаре возможен отрыв корпуса резервуара от основания под действием внутреннего избыточного давления и ветрового воздействия. Для предупреждения отрыва по периметру резервуара предусмотрена постановка анкерных устройств.

Вертикальный цилиндрический резервуар низкого давления имеет коническую щитовую кровлю. Щитовую коническую кровлю применяют в резервуарах низкого давления  с внутренним избыточным давлением в газовой подушке до 200 мм водного столба (2 кПа) и вакуум до 25 мм вод. ст. (0,25 МПа).

Коническая крыша состоит из жестких щитов, покрытых стальной оболочкой и опирающихся на центральную стойку с кольцом, а по периметру — на стенку корпуса. Каркас щитов выполнен из двутавра 30, швеллеров 8 и 6,5 и уголков 90х56х5,5. Листы кровли толщиной t = 2,5 мм крепятся на каркас щита с напуском с одной стороны на ширину нахлестки.

При расчете стационарной крыши резервуара учитываются две комбинации нагрузок:

1) расчетные нагрузки, действующие на покрытие сверху вниз;

2). расчетные нагрузки, действующие на покрытие снизу вверх: внутреннее избыточное давление в паровоздушной сфере.

При расчете конической кровли несущие радиальные балки щитов рассматривают как элементы, работающие на изгиб. Поперечные ребра щитов рассчитаны по схеме простых балок, опирающихся на средние радиальные балки.

2. Определение расчетных нагрузок

Гидростатическое давление

Высота уровня залива резервуара Н0 = 11,3 м, а с учетом избыточного давления Р0 = 2 кПа условная высота Н = Н0 + Р0/ρ = 11,3 + 2/9 = 11,5 м. Расчетная схема стенки резервуара показана на рис. 2.1. По высоте резервуара стенка состоит из восьми поясов высотой по 1500 мм. Расчетное сечение каждого пояса расположено на высоте 300 мм выше его нижней кромки, т.е. в сечении, где не учитывается влияние кольцевых швов смежного пояса.

Пояс стенки резервуара из условия обеспечения прочности (по первой группе предельных состояний) рассчитывается на гидростатическое давление, определяемое по формуле:

где  — коэффициент надежности по нагрузке для гидростатического давления, равный 1,1.

Определение давления на пояса стенки сведено в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Гидростатическое давление на стенку резервуара