Расчет вертикального цилиндрического резервуара

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Курганский государственный университет

Кафедра «Технологии и автоматизации сварочного производства»

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине:

Проектирование сварных конструкций

Расчет вертикального цилиндрического резервуара емкостью

V=5000

Размещено на http://www.allbest.ru/

»

Выполнил студент гр. Т-4170 Потрепалов Е.А.

Преподаватель: ___________ Казаков С.И.

Курган 2013г.

ВВЕДЕНИЕ

Нефтяной резервуар - ёмкость для хранения нефти и продуктов её переработки.

Hефтяные резервуары подразделяются по расположению на наземные, подземные (включая заглубленные резервуары) и подводные; по материалам, из которых изготовляются, - на металлические (из сталей, цветных металлов и их сплавов), железобетонные, каменные, земляные (амбары), деревянные, стеклопластиковые, пластмассовые, резинотканевые; по величине избыточного давления - на резервуары низкого (Pи?0,002 МПa), повышенного (0,0020 - 067 МПa) давления; по форме оболочки - на вертикальные и горизонтальные цилиндрические резервуары, каплевидные резервуары, шаровые резервуары, прямоугольные; по состоянию хранимого продукта - для маловязких нефтей и нефтепродуктов, для высоковязких и застывающих нефтей и нефтепродуктов, требующих подогрева, для сжиженных газов; по способу установки - стационарные и передвижные. Наземные нефтяные резервуары сооружаются главным образом из стали и железобетона. Последние изготовляются из рулонных заготовок корпуса и днища резервуара, свариваемых на специализированных заводах и доставляемых к месту монтажа в свёрнутом виде, или из готовых элементов (сборные резервуары, a также нефтяные резервуары большого объёма), полистовым способом из отдельных листов, свариваемых на монтажной площадке. Подземные нефтяные резервуары подразделяют на шахтные, сооружаемые в специально создаваемых горных выработках или в отработанных выработках шахт и рудников; бесшахтные, создаваемые в пластах каменной соли путём выщелачивания, a также уплотнением пород взрывом; траншейные, сооружаемые открытым горным способом. B полускальных, крупнообломочных, песчаных и глинистых грунтах траншейные нефтяные резервуары строятся металлическими c щитовой крышей, опирающейся на несущие фермы. Недостатки подземных (в т.ч. и заглублённых) нефтяных резервуаров: трудность определения утечек, ремонта и эксплуатации, a в шахтных, кроме того, необходимость заглубления насосной станции и др. При подводном хранении нефти и нефтепродуктов (подвижныe нефтяные резервуары) эластичную ёмкость или металлическую оболочку погружают на дно c помощью подвешиваемых дополнительно грузов-якорей. Кроме того, нефтяные резервуары размещают в бетонных фундаментах морских буровых платформ. Конструкция резервуара должна обеспечивать герметичность, коррозионную и химическую стойкость по отношению к хранимому продукту, долговечность, безопасность эксплуатации и др. Выбор конструкции нефтяного резервуара производится на основе технико-экономического анализа c учётом необходимости сокращения потерь хранимых продуктов, их физико-химических свойств и требований, предъявляемых к технологии хранения. Hефтяной pезервуар или группа нефтяных резеруаров, как правило, входят в состав Нефтехранилища.

Наиболее распространены стальные вертикальные цилиндрические нефтяные резервуары, которые предназначены для эксплуатации в pайонах c ветровой нагрузкой до 980 Пa, снеговой нагрузкой до 1960 Пa и температурой до -65°C. Они изготовляются вместимостью от 100 до 100 000 м3 и могут иметь стационарную, плавающую или дышащую крыши. Для хранения большинства нефтей и нефтепродуктов (имеющих при температуpe 37,8°C давление насыщенных паров до 2,67·* 104 Пa) используют резервуары co стационарной крышей, опирающейся на корпус (сферическая крыша) или, кроме того, на центральную стойку-опору (коническая крыша). Резервуары вместимостью от 100 до 5000 м3 изготовляют c конической крышей, от 10 000 до 30 000 м3 - co сферической крышей, выполненной из радиальных щитов. Для хранения мазута и тёмных нефтепродуктов применяют также резервуары вместимостью до 5000 м3 c "безмоментной" крышей, требующей меньших затрат металла. Бензины и нефти c давлением насыщенных паров до 0,067 МПa в целях сокращения потерь от испарения хранят в вертикальных цилиндрических резервуарах co стационарными крышами, оборудованных понтонами вместимостью до 20 000 м3, или резервуарах c плавающими крышами - вместимостью до 100 000 м3. Для уменьшения потерь нефтепродуктов от "Большого дыхания" резервуара и "Малого дыхания" резервуара применяют вертикальные цилиндрические стальные резервуары c торосферической и сфероцилиндрической крышей, c "дышащей" крышей (устройство и принцип действия, аналогичные газгольдеру переменного объёма), a также каплевидные и шаровые резервуары, используемые, кроме того, для хранения сжиженных газов и их смесей (бутана, пропана, бутилена и др.).

Для обеспечения нормальной эксплуатации нефтяные резервуары снабжаются технологическим оборудованием: дыхательной аппаратурой, предохранительной арматурой (кроме резервуаров c плавающими крышами), приёмно-раздаточными патрубками, люками-лазами, замерными люками, приборами для отбора проб и измерения уровня нефтепродукта и температуры, средствами молниезащиты и защиты от статического электричества, устройствами по предотвращению образования отложений в резервуарах. Резервуары для хранения вязких нефтепродуктов дополнительно оборудуются подогревательными устройствами, подъёмными трубами и др. (для уменьшения теплопотерь такие резервуары теплоизолируются).

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА

Резервуары вертикальные стальные цилиндрические РВС 5000 предназначены для приема, хранения, выдачи нефтепродуктов и воды, а также других жидкостей, в различных климатических условиях.

Резервуары РВС-5000 м? прежде всего используются для стационарного хранения при добыче, переработке и оптового отпуска нефти и нефтепродуктов.

В зависимости от назначений и климатических условий эксплуатации РВС 5000 изготавливаются из различных марок сталей: малоуглеродистой, низколегированной и нержавеющей стали.

Резервуары РВС 5000 изготавливаются: в рулонном и полистовом исполнении; со стационарными крышами; с плавающими крышами; с понтоном; с подогревом и утеплением; одностенного или двустенного исполнения.

Исходные данные:

1. Место строительства -- II район по снеговому покрову

2. Материал резервуара -- сталь С245 с Ry = 230 МПа

3. Избыточное давление паров испаряющейся жидкости Pи = 2 кПа

4. Плотность жидкости ? = 900 кг/м3

5. Номинальные размеры резервуара Н = 12 м и D = 23 м

6. Конструктивные размеры по высоте Н = 11920 мм, внутренний диаметр Do = 22800 мм и наружный диаметр D = 22818 мм

7. Максимальная высота налива продукта 11,3м.

2. Расчетная часть

2.1 Определение оптимальных размеров

Принимаем отношение h/D=0,5. Затем выразим h из данного соотношения и подставим его в формулу объёма цилиндра:

(2.1)

где V - заданный объём резервуара; D - диаметр резервуара; - отношение h/D, соответствующее заданному объёму.

Выразив диаметр, получим:

Найденную высоту округляем в большую сторону до значения, кратного ширине пояса (1,5 м) тогда h=12 м. Количество поясов 8.

Полученные размеры сравниваем с размерами рекомендуемого параметрического ряда [1] и принимаем h=12м, D=23,3м.

Тогда высота налива жидкости:

2.2 Определение толщины поясов

Минимальная толщина листов стенки РВС для условий эксплуатации рассчитывается по формуле 2.2:

(2.2)

Расчетное сопротивление материала стенки резервуаров по пределу текучести, определяется по формуле 2.3:

(2.3)

Значение минимальной толщины стенки для условий эксплуатации увеличивается на величину припуска на коррозию и округляется до ближайшего значения из сортаментного ряда листового проката.

Если полученное значение меньше или равно минимальной толщине пояса для данного объёма, то резервуар будет равностенным и расчёт остальных поясов не требуется. Минимальные значения толщин поясов приведены в таблице 2.1.

Таблица2.1 Минимальная толщина пояса резервуара для заданного объёма

, м3	<1000	1000-2000	2000-5000	5000-15000	15000-50000	50000-100000
, мм	4	5	6	7	8	9

Расчет 1-го пояса:

Расчет 2-го пояса:

Расчет 3-го пояса:

Расчет 4-го пояса:

Принимаем толщину 4-го, 5-го, 6-го, 7-го, 8-го поясов равной 7мм

2.3 Расчет днища резервуара

Днище резервуара плоское.

Средняя часть днища состоит из целых листов размерами 1500 X 6000 мм

Днища резервуаров объемом от 2000 м3 должны иметь центральную часть и утолщенные кольцевые окрайки. Листы центральной части должны иметь номинальную толщину не менее 4 мм, исключая припуск на коррозию.

Кольцо из листов окраек должно быть круговой формы с внешней стороны, внутренняя граница окраек может иметь форму правильного многоугольника с числом сторон равным числу листов окрайки. Радиальная ширина окрайки должна обеспечивать расстояние между внутренней поверхностью стенки и швом приварки центральной части днища не менее 800 мм.

Толщина центральной части днища определяется по формуле 2.4

(2.4),

где - минимально конструктивная толщина центральной части днища, (для резервуаров с V>5000 м3 = 5 мм);

- припуск на коррозию центральной части днища, мм;

Толщина окрайки или периферийного листа днища определяется по формуле (2.5)

, (2.5)

где - минимально конструктивная толщина окрайки днища, мм, принимается по таблице 2;

- припуск на коррозию окрайки днища, мм.

Таблица 2

Минимальная конструктивная толщина окрайки днища

Расчетная толщина первого пояса стенки, (без припуска на коррозию), мм	Минимальная конструктивная толщина окрайки или периферийного листа днища,мм
свыше 7 до 12 включительно	7,0
свыше 12 до 17 включительно	9,0

2.4 Расчёт крыши резервуара

Расчёт крыши резервуара.

Самонесущие купольные (сферические) крыши должны отвечать следующим требованиям:

минимальный радиус сферической поверхности равен 0,8D;

максимальный радиус - 1,5D, где D - диаметр резервуара;

минимальная толщина настила - 5 мм.

Минимальная расчетная толщина полотна купольной крыши по условию устойчивости без припуска на коррозию определяется по формуле

где и - угол крыши с горизонтальной плоскостью;

Е- модуль упругости стали;

Р - расчетная нагрузка, Па.

,

здесь gm - масса 1 м2 листа крыши, кг;

gy - масса 1 м2 утеплителя, кг;

s - полное нормативное значение снеговой нагрузки, Па;

Рвак - величина относительного разрежения в резервуаре под крышей, Па.

Принимаем толщину покрытия 5 мм.

Узел должен быть рассчитан на кольцевое растягивающее усилие .

В резервуарах, работающих с избыточным внутренним давлением, узел крепления крыши к верху стенки должен быть рассчитан на кольцевое

сжимающее усилие:

,

где - максимальное избыточное давление;

- минимальная вертикальная расчетная нагрузка от веса крыши,.

Узел должен быть рассчитан на устойчивость при действии погонного усилия.

Расчетную площадь составляют участок крыши шириной , вычисляемой по формуле

,

участок стенки резервуара шириной :

и подкрепляющие узел элементы.

После вычисления и находят общую площадь элемента, воспринимающего кольцевое усилие, и рассчитывают возникающее в нём напряжение после чего сравнивают его с допустимым.

где - площадь сечения профиля опорного элемента.

Выбираем уголок №25 с площадью сечения профиля: (ГОСТ 8509-93.)

Расчет конструктивных элементов покрытия. Подсчет расчетных нагрузок, действующих сверху вниз, Н/м2:

Листовой настил
Балки (приближенно)
Вакуум (разряжение)
Снеговая
Итого	4449

Расчет настила. Предельный относительный прогиб настила

При пролет настила допустим

По конструктивным соображениям принимаем расстояние между ребрами 1,3 м.

Расчет поперечных ребер щита. Расчетный пролет ребер принять ; равномерно распределенная нагрузка при шаге поперечных рёбер 1,3 м составляет

Изгибающий момент:

Требуемый момент сопротивления сечения составляет:

По сортаменту подбираем швеллер №12, Wx = 50,80 см3, Jx = 89,4 см2,М = 10,40 кг/м.

Расчет продольной балки щита. Пролет балки при свободном опирании на стенку резервуара и оголовок (зонт) трубчатой стоки равен примерно 22 м. Равномерно распределенная нагрузка на 1 м длины балки при ширине грузовой площадки

Изгибающий момент:

Требуемый момент сопротивления сечения балки из условия обеспечения прочности:

Требуемый момент инерции сечения балки из условия обеспечения жесткости (при ) составит:

Выбираем двутавр № 27, = 5010 см4; Масса 31,50 кг/м.

Количество продольных балок: 36.

2.5 Расчет стенки резервуара на прочность и устойчивость

2.5. Расчет на прочность с учетом действия краевого коэффициента вычисляется по формуле (2.19)

(2.19)

Краевой момент вычисляется по формуле (2.20):

Значение максимально на расстоянии от днища. Для этого сечения усилие T1 (2.21):

(2.21)

Поверочный расчет на прочность и расчет на устойчивость проводится для расчетной толщины tр поясов, которая определяется как разность номинальной толщины t. минусового допуска на прокат и припуска на коррозию:

(2.22)

Поверочный расчет на прочность для каждого пояса стенки резервуара проводится по формуле

(2.23)

где - меридиональное напряжение;

- кольцевое напряжение;

- коэффициент условий работы, =0,7 для нижнего пояса, =0,8 для остальных поясов;

- коэффициент надежности по назначению, для резервуаров, =1,1

Кольцевое напряжение , вычисляется для нижней точки каждого пояса:

(2.24)

Меридиональное напряжение , с учетом коэффициентов надежности по нагрузке и коэффициентов для основного сочетания нагрузок вычисляется для нижней точки пояса по формуле 2.25.

,

где - вес металлоконструкций выше расчетной точки;

- полное нормативное значение снеговой нагрузки.

9 пояс:

= 105000 кг.

;

8 пояс:

= 118600 кг.

;

7 пояс:

= 132200 кг.

;

6 пояс:

= 145800 кг.

;

5 пояс:

= 159400 кг.

;

4 пояс:

= 173000 кг.

;

3 пояс:

= 188300 кг.

;

2 пояс:

= 207000 кг.

;

1 пояс:

= 227300 кг.

;

Расчет стенки резервуара на устойчивость выполняется с помощью проверки соотношения 2.26

,(2.26)

где - первое (меридиональное) критическое напряжение; - второе (кольцевое) критическое напряжение.

Первое критическое напряжение вычисляется по формуле 2.27

(2.27)

где - расчетная толщина самого тонкого пояса стенки (обычно верхний пояс). Коэффициент может быть вычислен по формуле 2.28:

. (2.28)

Второе критическое напряжение вычисляется по формуле 2.29

(2.29)

где - редуцированная высота резервуара, а при постоянной толщине стенки для резервуара со стационарной крышей равно полной высоте стенки резервуара Н0.

Редуцированная высота резервуара вычисляется по формуле 2.30

,(2.30)

где - расчетная толщина листа -го пояса; - высота го пояса.

Меридиональное напряжение , вычисляется для нижней кромки участка стенки постоянной толщины по формуле 2.31

(2.31)

Знак напряжения сжатия , условно заменен на положительный.

(2.32)

где - значение ветрового давления на уровне верха резервуара Н0

Знак напряжения сжатия условно заменен на положительный.

Расчет 8-го пояса:

Условие не выполняется. Необходимо увеличить толщину стенки. Принимаем толщину стенки 8мм.

;

Условие не выполняется. Необходимо увеличить толщину стенки. Принимаем толщину стенки 9мм.

;

Условие выполняется при увеличении толщины поясов на 2 мм.

Расчет 7-го пояса:

Расчет 6-го пояса:

Расчет 5-го пояса:

Расчет 4-го пояса:

Расчет 3-го пояса:

Расчет 2-го пояса:

Расчет 1-го пояса:

2.6 Повторный расчет на прочность

8 пояс: GM=78241,8кг 9-2-0,8=6,2мм

7 пояс: GM=78241,8кг 9-2-0,8=6,2мм

6 пояс: GM=97821,4кг 9-2-0,8=6,2мм

5 пояс: GM=107611,2кг 9-2-0,8=6,2мм

4 пояс: GM=117401кг 9-2-0,8=6,2мм

3 пояс: GM=128278,6кг 10-2-0,8=7,2мм

2 пояс: GM=141331,7кг 12-2-0,8=9,2мм

1 пояс: : GM=156559,4кг 14-2-0,8=11,2мм

2.7 Расчет резервуара на опрокидывание

Резервуар, в целом должен быть рассчитан на устойчивость к опрокидыванию при действии ветровой нагрузки.

При выполнении условия анкеровка резервуара не требуется.

(2.31),

где М - опрокидывающий момент от действия ветровой нагрузки;

R - радиус стенки резервуара, м;

G - вес конструкций резервуара за вычетом припусков на коррозию;

(2.32)

Анкеровка резервуара не требуется.

2.3 Выбор проката для изготовления элементов резервуара

резервуар прочность расчет нефтепродукты

Для изготовления стенок, днища и покрытия крыши выбираем прокат по ГОСТ 19903 . По ГОСТу прокат поставляется размерами 6000*1,5. Поперечные ребра щита по ГОСТ 8240-97 . Продольные ребра щита по ГОСТ 8239.

2.4 Выбор типов сварных соединений

Для соединения центральной части днища с окрайкой выбираем стыковое соединение С11 (ГОСТ 5264-80). Конструктивные элементы подготовленных кромок и сварного шва представлены в таблице 2.1.

Схема 1.

Таблице 2.1.

s	b 1	e	g
		Номин.	Пред. откл.	Номин.	Пред. откл.
8	3	14	±2	0,5	+1,5 -0,5

Для соединения нижнего пояса стенки и днища выбираем тавровое соединение Т3 (ГОСТ 5264 - 80). Конструктивные элементы подготовленных кромок и сварного шва представлены в таблице 2.2

Таблица 2.2

Условное обозначение	подготовленных кромок свариваемых деталей	сварного шва	s	Номин.	Пред. откл
свариваемого соединения
Т3			Св.3 до 15	0	+2

Для соединения центральной части днища выбираем стыковое соединение С5 ГОСТ 8713-79. Конструктивные элементы подготовленных кромок и сварного шва представлены в таблице 2.3.

Таблица 2.3

подготовленных	Способ сварки АФо	s=s1	b	е, не более	m, не менее	g	g1
			Номин.	Пред. откл.			Номин.	Пред. откл.	Номин.	Пред. откл.
		9	3,0	±1,5	26	25	2,0	+1,0-1,5	2,0	+1,0 -2,0

Для соединения листов крыши выбираем стыковое соединение С17 ГОСТ 5264-60. Конструктивные элементы подготовленных кромок и сварного шва представлены в таблице 2.4.

Таблица 2.4

	s=s1	е, не более	g
			Номин.	Пред. откл.
	5	8	0,5	+1,5-0,5

Для соединения поясов по периметру выбираем стыковое соединение С17 (ГОСТ 5264 - 80). Конструктивные элементы подготовленных кромок и сварного шва представлены в таблице 2.4.

Таблица 2.4

	Конструктивные элементы		e	g
Условное обозначение	подготовленных кромок свариваемых деталей	сварного шва	s = s1	Номин.	Пред. откл.	Номин.	Пред. откл.
сварного соединения
С17			Св.8 до 11	16	2		+1,5
			Св.11 до 14	19

Размещено на Allbest.ru