Проектирование стальных резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Общая часть

1.1 Описание конструкции. Её назначение

1.2 Выбор и обоснование материала

2. Расчетная часть

2. Определение основных геометрических параметров конструкции

2.1.1 Определяем генеральные размеры резервуара

2.1.2 Определение гидростатического давления в каждом поясе

2.1.3 Определение требуемой толщины листа обечайки

2.1.4 Расчет на прочность пояса стенки резервуара

2.2 Расчет кровли

2.3 Расчет днища

2.4 Расчет центральной стойки

2.5 Проверка устойчивости резервуара

2.6 Расчет сварных швов

2.7 Необходимое сварочное оборудование режимы сварки

3. Технологическая часть

4. Контроль качества

5. Охрана труда

Заключение

Список использованных источников

1. Общая часть

1.1 Описание конструкции и ее назначение

До восьмидесятых годов прошлого века нефть и нефтепродукты хранили в открытых земляных ямах и амбарах, не обеспечивающих их сохранность и пожарную безопасность.

Хранение нефти и нефтепродуктов в стальных резервуарах стало возможным после того как была найдена их рациональная конструктивная форма, обеспечивающая при наименьшей затрате материалов быстроту и дешевизну изготовления и монтажа резервуаров. Эта задача была решена В.Г. Шуховым.

Для успешного осуществления строительства резервуарных парков должны применяться новые, прогрессивные методы индустриального изготовления и монтажа конструкций.

Основными элементами вертикального резервуара являются боковая стенка, покрытие и днище. Днище в большинстве случаев плоское, корпус цилиндрический. Такая форма рациональна с точки зрения прочности и возможности изготовления ее с наименьшим расходом металла.

1.2 Выбор и обоснование материала

При выборе материала для листовых конструкций необходимо учитывать его физико-химические свойства, условия эксплуатации, технологии изготовления и монтажа конструкций и место расположения.

Исходя из технико-экономических требований и климатических условий местоположения резервуара г. Баку , хранимая жидкость - керосин не является агрессивной, назначаем низкоуглеродистую сталь Ст3сп ГОСТ 1982-73.

2. Расчетная часть

2.1 Определение основных геометрических параметров конструкции

2.1.1 Определяем генеральные размеры резервуара

При проектировании резервуара ориентируемся на индустриальный метод изготовления, т.е. метод рулонирования, что предопределяет последовательность определения генеральных размеров. Высоту резервуара, являющуюся на этапе рулонирования шириной стенда для рулонирования, задаем, а диаметр резервуара определим исходя из его объема.

Оптимальное с позиции расхода металла соотношение между высотой h резервуара и его диаметром D определяется условием, что металла в днище и покрытии равна массе металла в цилиндрической части. При этом для объектов объемом до 10000 h/D = 0.8…0,35.

Высоту резервуара выбираем 13.7 м, что при недоливе 0.8 м позволяет получить требуемый объем. В результате получаем D = 17.8 м.

2.1.2 Определение гидростатического давления в каждом поясе

Гидростатическое давление определяют на высоте 300 мм от нижнего края каждого пояса. По высоте резервуара стенка состоит из девяти поясов.

(по ф.13.1 ист.1)

Пример расчета для первого пояса:

МПа

Избыточное давление:

МПа

Максимальное давление в резервуаре:

МПа

Результаты расчета для остальных поясов приведены в таблице 1.

2.1.3 Определение требуемой толщины листа обечайки.

Требуемую толщину листа обечайки определяем по формуле:

, (по ф. 13.5 ист. 1)

где R - радиус резервуара в сечениях на расстоянии 300 мм от нижней кромки пояса рассчитываемой обечайки. R=8.9м.

p - давление;

; (по ф. 13.6 ист.1)

Для резервуаров из стали Ст3, сваренных электродами Э42, при использовании физических методов контроля швов расчетное сопротивление МПа.

m = 0.8 - коэффициент условий работы.

n = 1.1 - коэффициент надежности для гидравлического давления жидкости.

МПа;

Пример расчета для первого пояса:

;

Результаты расчета для остальных поясов приведены в таблице 1.

Исходя из требуемой толщины листа обечайки назначаем толщину листов обечаек S. Значения S приведены в таблице 1.

Таблица 1

Определение толщины S поясов резервуара

№ пояса	h,м	,м	,мм	S,мм
8	1,8	1,5	2,15	4
7	3,5	3,2	2,96	4
6	5,2	4,9	3,8	4
5	6,9	6,6	4,6	6
4	8,6	8,3	5,4	6
3	10,3	10	6,22	8
2	12	11,7	7,03	8
1	13,7	13,4	7,85	8

2.1.4 Расчет на прочность пояса стенки резервуара

По безмоментной теории оболочка рассматривается как гибкая, учитывающая лишь мембранные напряжения. Основными рабочими соединениями являются продольные швы обечаек. Их прочностью определяется толщина стенок резервуара. Расчет оболочек производится как тонкостенных безмоментных систем по формулам Лапласа. Игнорирование изгибающим моментам объясняется малой толщиной оболочек.

Определим напряжения в вырезанном из обечайки кольце шириной, равной единице. Рассечем кольцо плоскостью и приложим в месте разреза силы:

,

где - напряжение в кольце; s - толщина кольца.

Условие статического равновесия полукольца:

, (по ф. 13.2 ист.1)

откуда (по ф. 13.3 ист.1)

Напряжение в кольце:

;

При p = 0.1 МПа и s = 6 мм:

МПа;

Из условий прочности напряжение должно быть:

;

148МПа<153МПа - условие прочности выполняется.

2.2 Расчет кровли

Делим кровлю на 19 одинаковых секторов, каждый из которых имеет угол при вершине .

Расчет конструкции перекрытия ведется на два типа нагрузок: временную и постоянную. Постоянная - собственный вес конструкции.

Для покрытия используется листовой металл толщиной 3 мм. Вес одного сегмента и его площадь определялись при помощи программного комплекса Solid Works:

К этому следует прибавить кг уголка и двутавра.

Временная нагрузка - вес людей и снега. Предположим, что трое рабочих с инструментом весят примерно 300 кг.

Снеговая нагрузка для г. Баку, где предполагается установить резервуар, составляет 20 , что помноженное на площадь сектора составляет 314,2 кг. Окончательно расчетная нагрузка равна 2153 кг.

Расчетную схему выбираем в виде трехшарнирной арки, нагруженной равномерной распределенной нагрузкой (рис. 1)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 1.

Отношение l/f=17,8/1.5=12 следовательно арку можно считать пологой и прикладывать распределенную нагрузку как показано на рис.1

Интенсивность распределенной нагрузки определяется исходя из веса одного сегмента и нагрузок приходящихся на него q=2.153 кН/м.

Вертикальные составляющие реакций опор определяются по следующей формуле:

Распор определяется по формуле:

где - балочный изгибающий момент в сечение под шарниром

Пролет арки разбивается на десять сечений с расстояние между ними 1,78 метра.

Значения внутренних силовых факторов в любом сечении арки определяются по формулам

где и - значения внутренних силовых факторов в сечениях двухопорной балки. Расчет внутренних силовых факторов арки сводим в таблицу 2

Таблица 2

Абсцисса сечения м.	Изгибающий момент МХ, кНм	Поперечная сила QX ,кН	Продольная сила Nx,кН
0	0,00	-0,520	-82,2
1,78	-0,62	-93,3	-58,5
3,56	-0,61	-166,6	-50,2
5,34	-0,35	-218,9	-53,5
7,12	-0,10	-248,8	-64,3
8,9	0,00	-255,9	-78,8
10,68	-0,10	-239,6	-93
12,46	-0,35	-200,4	-103
14,24	-0,61	-138,9	-104,9
16,02	-0,62	-56,3	-94,7
17,8	0,00	45,7	-68,4

Эпюры внутренних силовых факторов приведены на рис.2-6

Рис.2 Эпюра Q⁰

Рис.3 Эпюра M⁰



Рис.4 Эпюра M_X

Рис.5 Эпюра Q_X

Рис.6 Эпюра N_X

Нормальные напряжения в сечениях арки определяются по формуле:

где - расчетное напряжение,

- допускаемое напряжение, ,

W - момент сопротивления сечения,

F - площадь поперечного сечения.

Касательные напряжения в сечениях арки находятся по формуле:

где - статический момент полусечения сечения,

- момент инерции полусечения,

b - ширина сечения.

Эквивалентные напряжения в соответствии с третьей теорией прочности:

Сечение двутавра выбирается исходя из эквивалентного напряжения, эквивалентные напряжения для наших сечений сведены в таблицу 3.

Таблица 3.

Абсцисса сечения	Эквивалентное напряжение , МПа
0	3,07E+07
1,78	7,40E+07
3,56	1,26E+08
5,34	1,65E+08
7,12	1,87E+08
8,9	1,93E+08
10,68	1,82E+08
12,46	1,55E+08
14,24	1,12E+08
16,02	5,71E+07
17,8	4,26E+07

Максимальное значение в 10 сечении не превышает допускаемого значения следовательно двутавр № 20 удовлетворяет нашим требованиям. В качестве других элементов используем двутавр № 10 и уголок .

Общий вес кровли, состоящей из 19 секторов равен 40907 кг.

В конструкции предусмотрена средняя стойка, она воспринимает около 33% всей вертикальной нагрузки на крышу.

2.3 Расчет днища

Резервуар ставится на песчаную подушку, поэтому никаких особых требований не предъявляется. Основную часть днища выполняем из стального листа толщиной 6 мм. Часть днища в месте установки центральной стойки изготавливаем из листа толщиной 8 мм. Восьмимиллиметровый лист также используется по периметру днища, так как в месте соединения стенки резервуара с днищем возникают значительные напряжения.

Приближенный момент, возникающий в месте соединения на единицу длины, определяется по формуле:

резервуар стальной нефть сварочный

.

Напряжения в стенке резервуара:

.

2.4 Расчет центральной стойки

Расчет центральной стойки проводим с учетом того требования, что стойка воспринимает около 33% всей вертикальной нагрузки на крышу, что составляет 12,39 т.

Требуемую площадь сечения стойки определяем по формуле:

;

Эта площадь соответствует трубе диаметром 149 мм с толщиной стенки 3 мм. Так как центральная стойка при производстве рулона резервуара используется как катушка, то принимаем стойку из труб стальных электросварных по ГОСТ-10704-69 d - 380 мм со стенкой толщиной 6мм.

Для предотвращения отрыва покрытия полость стойки заполняют песком.

2.5 Проверка устойчивости резервуара

Проверку устойчивости резервуара делаем исходя из нормативной ветровой нагрузки при резервуаре.

Определяем нормативную ветровую нагрузку:

Определяем опрокидывающий момент от действия ветровой нагрузки:

Ориентировочно принимаем общий вес резервуара 50 т.

Определяем момент от общего веса резервуара, удерживающий от опрокидывания:

Так как , то для крепления резервуара особых средств не требуется.

2.6 Расчет сварных швов

Резервуар изготовлен из низкоуглеродистой стали Ст3сп ГОСТ 1982-73, которая имеет следующие механические свойства:

Марка стали	Предел прочности,МПа	Предел текучести , МПа
Ст3сп	380…490	250

Уголок 5050 мм имеет площадь сечения 40 см². Допускаемое напряжение в металле уголка , допускаемое напряжение среза в шве МПа.

Спроектируем сварное соединение, равнопрочное уголку; сварка однопроходная автоматическая ().

Допускаемое растягивающее усилие в уголке:

Проектируем лобовой шов с катетом К=5 мм.

Усилие, допускаемое на лобовой шов:

Остальная часть усилия должна быть передана на фланговые швы:

Усилие, передаваемое на первый шов,

Катет шва принимаем 10 мм, тогда требуемая длина:

l₁=

Принимаем l₁=8см.

Усилие, передаваемое на второй шов,

Катет второго шва принимаем К=7 мм, тогда требуемая длина:

l₂=

Принимаем l₂ = 5 см.

Швеллер № 20 прикреплен к листу лобовыми и фланговыми швами. Сварка однопроходная автоматическая(). Определим напряжения в швах при P = 160 кН.

Площадь сечения лобового шва, имеющего катет К=5 мм:

Площадь сечения двух фланговых швов при К = 5 мм:

Площадь сечения всех угловых швов прикрепления:

Напряжение среза в швах:

Расчет шва, крепящего патрубок к стенке. Сварка ручная дуговая ().

Допускаемое напряжение среза в шве МПа.

Усилие на уровне патрубка:

Найдем катет сварного шва:

Принимаем катет шва К=5 мм.

2.7 Необходимое сварочное оборудование режимы сварки

Автоматическая сварка применяется в заводских условиях. Для этого используются сварочные трактора типа УДГ 502. В качестве сварочных материалов применяются высококремнистый марганцевый флюс АН-348Л и сварочная проволока.

Режимы сварки:

S = 3мм; ; ; ; ;

S = 5мм;; ;; ; ;

S > 5мм; ;; ; ;

Для РДС электроды УОНИ 13/45; d = 4мм; ; ;

3. Технологическая часть

При изготовлении различных по форме резервуаров принимают три способа изготовления: полистовой, блочный и рулонный.

Наиболее распространен рулонный способ. Сущность этого способа состоит в том, что на заводе из отдельных листов сваривают карты, которые сворачивают в рулон, а затем транспортируют на место установки резервуара, где их устанавливают и разворачивают. Применение двусторонней автоматической сварки позволяет во многих местах заменить нахлесточное соединение стыковым.

Изготовление корпуса в форме рулона производится в заводских условиях, на специальных двухъярусных стендах. Последовательность изготовления на такой установке следующая: листы на участке первого верхнего яруса складываются в секциях с помощью стяжки. Сборка ведется на прихватках и идет непрерывной линией.

Автоматически накладывают швы с наружной стороны. Одновременно в нижнем ярусе ведется автоматическая сварка внутренних швов. На участке производят контроль качества швов и тут же исправляют дефекты.

Поперечные и продольные швы сваривают от центра к краю. Это делается для того, чтобы уменьшить коробление полотнища.

Катушкой, на которую наматывают рулон, является лестница, которая представляет собой раму с кольцами.

Днище устанавливают с расположением нахлесточных швов поперек к монтажному шву. Это обеспечивает простоту сборки и более низкие требования к обработке свариваемых кромок, что снижает цену изделия.

По мере сварки каждой полосы к предыдущей полотно сворачивают.

Кровля собирается из отдельных секторов, поставляемых с завода. Сектора кровли сваривают ручной дуговой сваркой.

Монтаж резервуара производится в следующей последовательности: на песчаное основание укладывают днище. В центре днища приваривают стальной штырь, от которого реечным шаблоном резцом-чертилкой наносят риску внешней окружности корпуса резервуара. Вдоль риски сваривают ограничители из уголков, фиксирующие положение корпуса при его разворачивании. Когда разворачивание заканчивается, уголки срезают.

Перед разворачиванием рулон обматывают витками каната, натягиваемого при помощи трактора или лебедки. После натяжения канатов соединительные планки, удерживающие рулон в свернутом состоянии, срезают. Затем, постепенно ослабляя натяжение, разворачивают рулон. Последним заваривают монтажный стык.

4. Контроль качества

Контроль качества сварных швов производится на последнем участке верхнего яруса внешним осмотром и испытанием на плотность вакуум-аппаратом. Также для контроля качества применяют ультразвук. Последний этап контроля - гидравлическое испытание резервуара. Она производится путем наполнения резервуара водой. Наполненный водой резервуар выдерживают в течение 32 часов, контролируя уровень жидкости.

5. Охрана труда

Изготовление рулонов производится в цехах, поэтому выполнение сварочных работ требует внимания. При использовании электрооборудования необходимо, чтобы все токоподводящие провода были изолированы. При газовой резке необходимо соблюдать правила техники безопасности при работе с кислородными баллонами. Все работы на строительно-монтажной площадке надо производить в соответствии с проектом производства работ.

При использовании грузоподъемных машин необходимо руководствоваться правилами безопасности грузоподъемных кранов Госгортехнадзора.

Заключение

Непрерывно ведутся работы по увеличению объема цилиндрических резервуаров. В настоящее время изготавливают резервуары вместимостью 50000 и более. Проектируют резервуары еще больших размеров с двух- или трехслойными стенками цилиндрической части, составленными из рулонируемых полотнищ толщиной менее 16 мм.

Список использованных источников

1. Г.А. Николаев, В.А. Винокуров. Сварные конструкции. Расчет и проектирование. Москва “Высшая школа” 1990г.

2. С.А. Куркин, В.М. Ховов, А.М. Рыбачук. Технология механизация и автоматизация производства сварных конструкций. Атлас. Москва “Машиностроение” 1989 г.

3. Методические указания.

Размещено на Allbest.ru