Материал: 2482

нём становится меньше атмосферного и определяется давлением открытия клапана разрежения (вакуумметрическое давление 200 Па).

Прочность материала цилиндрической части резервуара на единичной высоте (h = D) при растяжении находят из выражения

где В – предел выносливости (прочности) материала при растяжении (для стали марки Ст2 – 334 МПа); N P F1 P D D – сила, Н, растягивающая цилиндрическую поверхность резервуара на единичной высоте; F2 2 D 1 –

площадь сечения металла резервуара, на которую действует растягивающая сила.

Сокращая числитель и знаменатель составляющих выражения 10.3 на D

С учетом запаса прочности (1,5 – 3,0) выбираем 1= 4 мм. Увеличение толщины стенки связано с нагрузкой от веса крыши, температурной деформацией, деформациями от «вдоха» и «выдоха», ветровой нагрузкой и возможными толчками в результате землетрясения.

В процессе эксплуатации резервуаров возможна деформация его стенки в результате превышения допустимых напряжений или образование трещин в результате «усталости» материала. Ниже даны примеры расчетов на прочность материала стенки стального резервуара, приведенные в работе [56].

Пример расчета стенки резервуара на прочность с учетом хрупкого разрушения. Исходные данные: резервуар РВС-10000; высота стенки Н = 11,92 м; радиус резервуара r = 17,1 м; избыточное давление ри = 0,002 МПа; плотность нефти = 917,4 кг/м3; материал – сталь углеродистая, обыкновенного качества марки СтЗкп (кп – кипящая, наименее раскисленная); расчетное сопротивление (предел выносливости материала) В = 360 МПа.

Напряжение в первом поясе по СНиП II-23 – 81:

166

где σ – кольцевое напряжение, Па; n1 – коэффициент перегрузки жидкости, n1 = 1,1; Н – высота столба жидкости для рассчитываемого пояса, м; х – расстояние, равное 0,3 м для 1-го пояса; n2 – коэффициент перегрузки в газовом пространстве резервуара, n2 = 1,2; ри – избыточное давление в газовом пространстве; r – радиус окружности стенки, м; δ – фактическая толщина стенки, 0,011 м.

Напряжение в поясе не должно превышать допускаемого напряжения, определяемого по СНиП II-23 – 81 с учетом хрупкого разрушения:

где – допускаемое напряжение, Па; т – коэффициент условий работы стенки, т = 0,8; β – коэффициент, учитывающий возможное хрупкое разрушение,

по СНиП II-23 – 81 β = 0,85; В – расчетное сопротивление стали растяжению,

сжатию, Па; γи – коэффициент надежности в расчетах по временному сопротив-

лению, по СНиП II-23 – 81 γи = 1,3.

Допустимое напряжение в первом приближении можно принять рав-

ным (0,4 – 0,6) В или равным пределу текучести при растяжении (для листо-

вой стали 3Сткп толщиной до 20 мм Т = 235 МПа).

Подставляя численные значения в выражения 10.6 и 10.7, получим

1,1 9,81 917,4 11,92 0,3 1,2 2000 17,1 182,6 МПа; 0,011

[ ] 0,85 0,8 360 188,3 МПа. 1,3

Условие прочности выполняется.

Пример расчета ресурса стенки резервуара до образования трещины в результате растяжения и сжатия при его наполнении и сливе.

Требуется определить ресурс (число циклов нагружения) резервуара объемом 5000 м3. Исходные данные: диаметр D = 22,8 м; высота Н = 12 м; высота заполнения Hmax = 10,4 м; расчетная плотность нефти ρ = 1000 кг/м3. Материал

– сталь СтЗ, для которой относительное сужение площади поперечного сечения образца при разрыве ψ = 0,31; предел выносливости σ-1 = 100 МПа; предел текучести σт = 230 МПа; остаточная толщина стенки 8 мм.

Определим величину напряжения растяжения в стенке при максимальной ее нагрузке:

167

следовательно, a* 230 МПа.

Вычислим число циклов работы резервуара до образования трещины без учета коррозийного воздействия по следующей зависимости [56]:

В приведенной формуле 10.11 величина Е = 2 105 Па – модуль упругости материала, = 0,31 – относительное сужение образца, σт = 230 МПа – предел текучести, σ-1 = 100 МПа – предел выносливости, К = 2 – коэффициент запаса прочности материала, = 0,8 – коэффициент, учитывающий снижение характеристик металла в результате сварки.

Коэффициент коррозии λ зависит от принятых мер по снижению коррозии и может лежать в пределах 0,02 – 0,1. Принимаем значение λ = 0,1 (без применения мер по снижению коррозии).

Коэффициент влияния окружающей среды определяется выражением

Остаточный ресурс стенки резервуара до образования трещин с учетом коррозии находим по формуле

При частоте циклов заполнения m = 300 раз в год остаточный срок службы резервуара составит:

168

В 1883 г. академик В.Г. Шухов предложил определять оптимальные размеры резервуаров с учетом минимального расхода металла. Данное решение стало классическим и до сих пор используется при строительстве резервуаров.

Шухов В.Г. предложил строительство резервуаров с переменной по высоте толщиной стенки.

На рис. 10.7 показан резервуар с переменной по высоте толщиной стенок, что снижает расход металла и повышает устойчивость.

Высота резервуара НР равняется

Формула 10.14 позволяет установить связь между всеми параметрами резервуара.

Рис. 10.7. Резервуар с переменной по высоте толщиной стенок

Эпюра давлений представлена в виде прямоугольного треугольника. Давление жидкости пропорционально повышается от верхней части резервуара к нижней. Резервуар состоит из трех поясов высотой h1, h2 , h3 и различной толщиной стенок 1, 2 и 3.

Предельная толщина отдельных листов стенки резервуаров в различных поясах, находящихся в эксплуатации, показана в таблице 10.4.

169

Таблица 10.4

Предельная минимальная толщина листов стенки резервуаров, изготовленных из стали ВСТ3

10.5.4. Дыхательные клапаны резервуаров

Дыхательные клапаны служат для поддержания допустимого давления в резервуарах в процессе слива, налива нефтепродукта, а также колебания температуры окружающей среды.

Конструктивные параметры механических дыхательных клапанов выбирают расчетным путем, уточняют в процессе доводки и регулировки.

Максимальный расход газов через дыхательный клапан в процессе «выдоха» находят из выражения [53]:

Vг – максимальный объем газового пространства (принимается равным объему резервуара), м3;

170