Расчет стенки вертикального резервуара

Расчет конструкций резервуара и, в частности, определение толщины его стенки по поясам ведется по предельному состоянию. Поскольку стенка резервуара работает главным образом на растяжение, то расчет последнего по предельному состоянию сводится в основном к введению в расчетные формулы дифференцированных коэффициентов безопасности (коэффициентов запаса), т. е. коэффициента перегрузки n и коэффициента условий работы m. Введение этих коэффициентов (различных для разных элементов конструкции) позволяет увеличивать или уменьшать запас прочности того или иного элемента в зависимости от его назначения и вида действующей на него нагрузки. Это, в свою очередь, позволяет более рационально использовать материала и его несущую способность и, следовательно, более экономично его расходовать.

Напряжения в цилиндрической оболочке определяют по формуле:

Расчет стенки вертикального резервуара - №1 - открытая онлайн библиотека (3)

Толщина стенки

Расчет стенки вертикального резервуара - №2 - открытая онлайн библиотека (4)

Если использовать запись не в напряжениях, а в усилиях, то получим

Np ≤ Nпр,

где Np – расчетное усилие в оболочке,

Np = р∙r, (5)

Nпр – предельное усилие в оболочке,

Nпр =δ∙σ. (6)

Расшифруем значения усилий: давление р складываетсяизгидростатического давления и избыточного давления в газовом пространстве резервуара. Таким образом, с учетом коэффициентов перегрузки

р = n1×r×g×(H–x)+n2×pизб, (7)

где pизб – избыточное давление.

Расчетное усилие:

Np =[n1×r×(H–x)+n2×pизб]×r, (8)

где r – радиус резервуара.

Величина предельного (или предельно допустимого) усилия

Nпр=m×R×di, (9)

где m – коэффициент условий работы (для стенки резервуара m = 0,8);

R – расчетное сопротивление материала стенки;

di – толщина рассчитываемого пояса.

Подставив значение усилий в выражение (1), получим:

[n1×r×(H–x)+n2×pизб]∙r ≤ m×R×di

или

Расчет стенки вертикального резервуара - №3 - открытая онлайн библиотека (10)

Значение х в формуле (2) обычно берут для первого пояса - 30 см, для остальных поясов - равным высоте всех поясов, предшествующих рассчитываемому (снизу).

Данные для расчета: H = 18000, d = 60700 мм, материал стенки 09Г2С, расчетное сопротивление стали R=290 МПа, коэффициент условий работы m = 0,8, стенка состоит из восьми поясов, высота пояса 2250 мм, r = 0,0009 кг/см3, rизб = 0.

Решение

Поскольку нижний край стенки упруго защемлен (сварен) с днищем, то для первого пояса x = 30 см, а не 0, как можно было предположить. Подставим данные для первого пояса в формулу (2). Величину g принимаем равной 10.

d = [1,1´9´102´10(18,00–0,30)+1,2´2´103]´30,35/0,8´290´106=0,0232 м или d = 2,32 см

Аналогично этому подсчитываем толщину остальных поясов. Результаты расчета стенки для всех поясов сведены в таблицу, в которой принимаемые величины толщин поясов получены округлением результатов расчета.

Толщины поясов имеют завышенную величину для обеспечения запаса устойчивости.

Таблица 6 - Результаты расчета стенки резервуара по поясам

Пояса Высота, мм Толщина стенки, мм Кольцевое усилие N1, H/см Радиальное перемещение ∆r, мм
расчетная принятая
I 23,2 7,7
II 20,7 10,0
III 17,8 11,6
IV 14,9 11,8
V 12,0 9,5
VI 9,1 8815,0 8,1
VII 6,1 6108,3 7,5
VIII 3,2 3982,6 4,9

3.3 Расчет нижнего узла резервуара объемом 50000 м3

Исходные данные: толщина первого пояса стенки δ = 28 мм, толщина окрайков днища δокр=16 мм; масса стенки Gст = 506,421 т; плотность нефтепродукта ρ=9×10-4кг/см3.