5. Расчет резервуара на устойчивость (в соответствии с рд 16.01 – 60.30.00 – ктн – 026 – 1 – 04)

1. Проверка устойчивости стенки резервуара производится по формуле:

,

где σ₁ - расчетные осевые напряжения в стенке резервуара, МПа;

σ₂ - расчетные кольцевые напряжения в стенке резервуара, МПа;

σ₀₁ – критические осевые напряжения в стенке резервуара, МПа;

σ₀₂ - критические кольцевые напряжения в стенке резервуара, МПа.

Осевые напряжения определяются по минимальной толщине стенки пояса, кольцевые напряжения – по средней толщине стенки.

Расчетные осевые напряжения для РВС определяются по формуле:

,

где  - коэффициент сочетания нагрузок, принимаемый по СНиП 2.01.07-85*, =0,9 ;

n₃ - коэффициент надежности по нагрузке от собственного веса, n₃=1,05;

n₂ - коэффициент надежности по нагрузке избыточного давления и вакуума, n₂=1,2 (РД-16.01-60.30.00-КТН-026-1-04)

Q_п - вес покрытия резервуара, Н;

Q_стенки - вес вышележащих поясов стенки с учетом изоляции, Н;

Q_сн - полное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия, Н;

Q_вак - нормативная нагрузка от вакуума на покрытие, Н;

Q_в – ветровая нагрузка, Н;

_i - расчетная толщина стенки i-го пояса резервуара, м.

Нормативная нагрузка от вакуума на покрытие определяется как:

,

где P_вак - нормативное значение вакуума в газовом пространстве, Па.

;

Рассчитываем полный объем резервуара:

;

.

Полезный объем резервуара:

,

где Н_min – min расстояние от днища резервуара до оси ПРП (приемо – раздаточный патрубок), с учетом, что последний усилен кольцевой накладкой. Принимаем равное 390мм (требование по минимальному расстоянию от днища резервуара до оси патрубка), Д_у = 250мм [РД 16.01 – 60.30.00 – КТН – 026 – 1 – 04, табл. 2.4, 2.7] – условный проход патрубка.

Условный проход патрубка, мм	Минимальные толщины, мм		Толщина усиливающей накладки	Минимальное расстояние от стенки до фасадной поверхности фланца, мм	Диаметр усиливающей накладки, мм	Минимальное расстояние от днища до оси патрубка, мм
	обечайки патрубка	фланца				с усиливающей кольцевой накладкой	с усиливающей П образной накладкой
250	8	28	Не менее толщины стенки резервуара	250	550	390	-

Минимальный (аварийный) уровень залива жидкости составит:

H_min = 390+250/2 =515мм.

Необходимость расчета минимального (аварийного) уровня залива жидкости связана со стабильной и безаварийной работой насосных агрегатов. При откачке нефти ниже минимального (аварийного) уровня залива жидкости насос начнет хватать воздух, это приведет к кавитации и, соответственно, к выходу насосного агрегата из строя.

где η_з – коэффициент использования объема резервуара, 0< η_з <1.

или 91%.

Внутренний диаметр стенки по нижнему поясу:

D=2·R_p;

D=2·7,18 =15,2 м.

Расчет массы стенки резервуара по поясам, в одном поясе 9 листов:

;

;

;

;

;

Масса изоляции поясов:

.

Масса стенки резервуара:

Масса днища:

где m_окр – масса окрайки днища,

m_ц.ч. – масса центральной части днища.

где S_окр – площадь окрайки днища,

δ_окр – толщина стенки окрайки.

где S_ц.ч. – площадь центральной части,

δ_ц.ч. – толщина стенки центральной части.

В соответствии с РД- 16.01-60.30-КТН-026-1-04, п.2.3.3.3, толщина центрального настила днища резервуара δ_ц.ч.=9мм. И в соответствии с п 1.5.3. толщина окрайки δ_окр = 9мм.

Ширина окрайки согласно РД- 16.01-60.30-КТН-026-1-04 п.2.3.3.5-п.2.3.3.12 рассчитывается как сумма: расстояния между внутренней поверхностью стенки и швом приварки центральной части днища к окрайке (800мм), нахлеста центральной части днища на окрайку (50мм), расстояния между наружной поверхностью стенки и наружным контуром окраек или периферийных листов днища (принимаем 60мм) и толщины стенки первого пояса (7 мм):

0,8+0,05+0,06+0,007=0,917 м.

;

;

.

;

;

.

Расчет толщины листов днища:

,

- сумма приведенных толщин днища и крыши резервуара,

.

Масса крыши резервуара:

где

-толщина изоляции;

Объем сегмента равен

;

S_сф – площадь боковой поверхности крыши:

;

;

.

Вес стенки резервуара определяется как:

,

Вес крыши резервуара:

Вес покрытия резервуара:

;

где – вес оборудования, принимаем = 320Н/м²;

– вес опорного кольца, принимаем = 200Н/м²;

.

Расчет снеговой нагрузки:

где μ - коэффициент перехода от веса сне­гового покрова земли к снеговой на­грузке на покрытие, принимаем μ = 0,7(СНиП 2.01.07-85*);

Симметричное загружение снеговой нагрузкой покрытия резервуара принято в соответствии с рисунком 4.1.

Рисунок 14 – Загружение снеговой нагрузкой

.

Расчет ветровой нагрузки:

,

Рисунок 16 - Схема ветровой нагрузки на резервуар

Рисунок 17 – Эпюры коэффициентов С_е и

где k₂ – коэффициент аэродинамической обтекаемости, k₂ = 0,6;

Коэффициенты при расчете ветровой нагрузки определяются согласно СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».

Определение аэродинамических коэффициентов:

В расчетах учитываются только коэффициент С_е1, действующий на стенку резервуара.

С_e1=k₁· , если > 0, то k₁=1.

_{необходимо принимать при Re>4∙10}⁵_;

где k=0,7286, (п.6.5, тип местности В - городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покры­тые препятствиями высотой более 10 м) - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления (методом интерполяции между 10 и 20 м); для резервуара высотой 7,45 м;

=1,4.( СНиП 2.01.07-85* п.6.11.);

Высота z, м	Коэффициент k для типов местности
	А	В	С
 5	0,75	0,5	0,4
10	1,0	0,65	0,4
20	1,25	0,85	0,55
40	1,5	1,1	0,8
60	1,7	1,3	1,0
80	1,85	1,45	1,15

_{( β=25˚)}

_{Учтем совместное влияние нагрузок в соответствии со СНиП 2.01.07 – 85*, приложение 3. Для проектируемого резервуара будем использовать первый вариант сочетания нагрузок, т.к. угол образующей крыши с горизонтом не превышает 25}⁰_.

_{Рассмотрим два крайних случая наложения воздействий.}

1. _{Вакуум + симметричная снеговая нагрузка}

_{Для этого случая (СНиП 2.01.07 – 85*, приложение 3, вариант 1) используются следующие показатели учитывающие сочетание нагрузок:}

_{L1 ∙ 0,95 + L2 ∙ 0,9 = 37830 ∙ 0,95 + 353088 ∙ 0,9 = 353717,7 Н}

Где L₁ - нагрузка вызванная вакуумом;

L₂ - нагрузка вызванная симметричной снеговой нагрузкой.

2. Избыточное давление + ветер

_{Для этого случая (СНиП 2.01.07 – 85*, приложение 3, вариант 1) используются следующие показатели учитывающие сочетание нагрузок:}

_{L3 ∙ 0,95 + L4 ∙ 0,9 = 77188 0,95 + 48759 ∙ 0,9 = 117212,4 Н}

Где L₃ - нагрузка вызванная избыточным давлением;

L₄ - нагрузка вызванная ветровой нагрузкой.

_{Выбираем второй вариант сочетания нагрузок, т.к. он имеет наибольшее значение.}

Определяем :

1 пояс

2 пояс

3 пояс

4 пояс

5 пояс

6 пояс

7 пояс

8 пояс

Осевые критические напряжения определяются по формуле:

,

где Е - модуль упругости стали, Е=2,06·10⁵ МПа;

С – коэффициент, определяем по таблице:

R / dср	600	800	1000	1500	2500
С	0,11	0,09	0,08	0,07	0,06

Средняя арифметическая толщина стенки резервуара:

;

;

;

Принимаем С = 0,076 (методом интерполяции).

Определяем :

1 пояс ;

2 пояс ;

3 пояс ;

4 пояс ;

5 пояс ;

6 пояс ;

7 пояс ;

8 пояс ;

Расчетные кольцевые напряжения в стенке при расчете на устойчивость РВС определяются по формуле:

,

где Р_в - нормативное значение ветровой нагрузки на резервуар, Па;

n_в - коэффициент надежности по ветровой нагрузке, n_в = 0,6;

n₂ - коэффициент надежности по нагрузке избыточного давления и вакуума, n₂=1,2.

Нормативное значение ветровой нагрузки определяется по формуле:

,

где W_o - нормативное значение ветрового давления, для рассматриваемого района, Па;

k₂=0,7286- коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления (п.6.5, тип местности В - городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покры­тые препятствиями высотой более 10 м); для резервуара высотой 7,45 м C_o - аэродинамический коэффициент = 0,5, [СНиП 2.01.07-85, п. 6.6, приложение 4],

1 пояс

2 пояс

3 пояс

4 пояс

5 пояс

6 пояс

7 пояс

8 пояс

Определяем :

1 пояс

2 пояс

3 пояс

4 пояс

5 пояс

6 пояс

7 пояс

8 пояс

Критические кольцевые напряжения определяются по формуле:

,

где Н – геометрическая высота стенки резервуара, м.

.

Номер пояса	Zi ,м	k2	Pв, Па	Осевые напряжения				Кольцевые напряжения
				Расчетные, МПа		Критические, МПа		Расчетные, МПа	Критические, МПа
1	0,3	0,50	145	2,62		16,4		0,39	2,33
2	1,49	0,50	145	2,93		14,06		0,39	2,33
3	2,98	0,50	145	3,39		11,72		0,39	2,33
4	4,47	0,503	145,87	3,27		11,72		0,391	2,33
5	5,96	0,582	168,78	3,14		11,72		0,40	2,33
6	6,12	0,601	169,76	2,98	12,56		0,41		2,33
7	6,48	0,625	172,43	3,65	12,87		0,487		2,68
8	7,38	0,736	179,23	4,01	13,23		0,51		2,67

_{Проверяем условие:}

Условие устойчивости стенки резервуара выполняется