Просвирнин А. А. Матецкий М. А. Хисматуллин А. Е. Вертикальные резервуары
Что это такое?
- вертикальная ёмкость, наземное объёмное строительное сооружение, предназначенное для приёма, хранения, подготовки, учёта (количественного и качественного) и выдачи жидких продуктов. Вертикальный стальной резервуар на высокой платформе представляет собой водонапорную башню и может использоваться в небольших населённых пунктах для водоснабжения (питьевой воды или поливной на дачах, огородах и теплицах).
- приём, хранение, выдача и учёт нефтесодержащих стоков, нефти и нефтепродуктов; - хранение и отстой пластовой воды и механических примесей; - хранение пожарной или питьевой воды; - хранение жидких пищевых, агрессивных химических продуктов, минеральных удобрений ; - хранение сжиженных газов и горячей воды.
Основные конструкции резервуара несущие: стенка, включая врезки патрубков и люков, окрайка днища, бескаркасная крыша, каркас и опорное кольцо каркасной крыши, анкерное крепление стенки, кольца жёсткости; ограждающие: центральная часть днища, настил стационарной крыши, плавающая крыша, понтон.
Толщину принимают 5 мм при объемах до 10 000 м 3 и 6 мм при бОльших объемах. Полотнища сваривают, как правило, из листов размером 1500 х 6000 мм, их ширина не превышает 12 м
Конструкция стенок По рекомендациям ПБ 03-381-00 все корпуса резервуаров для нефти и нефтепродуктов объемом более 10 000 м 3 делают полистовым методом для обеспечения их надежности и долговечности. Для стенок применяют листы стали толщиной 5-40 мм, шириной 1500-2000 мм и длиной 6000-8000 мм с обрезными кромками.
Конструкция крыши Крыша бывает стационарной и плавающей, этот выбор зависит от диаметра резервуара, жидкости, которая хранится в нем, и также от климатического района Стационарные крыши бывают 3-х типов : ребристая коническая, ребристая сферическая и купольная сетчатая.
Конструкции основания и фундамента под резервуары В качестве фундамента резервуара может быть использована грунтовая подушка (с железобетонным кольцом под стенкой и без него), железобетонная плита, либо сваи. 1-насыпной уплотненный грунт (или щебень); 2-песчаная подушка с уклоном от центра; 3-гидроизолирующий слой; 4-железобетонное кольцо
1 — клапан дыхательный совмещённый КДС ; 2 — клапан дыхательный механический КДМ ; 3 — клапан аварийный АК ; 4 — совмещённый механический дыхательный клапан ; 5 — клапан дыхательный механический КДМ-50 ; 6 — патрубок вентиляционный ПВ ; 7 — люк замерный ЛЗ ; 8 — люк монтажный ЛМ ; 9 — люк световой ЛС ; 10 — генератор пены средней кратности ГПСС ; 11 — пробоотборник плавающий резервуарный ПП ; 12 — пробоотборник стационарный резервуарный органного типа ПСР ОТ ; 13 — пробоотборник стационарный секционный резервуарный ПСР ; 14 — механизм управления хлопушкой боковой МУ-1 ; 15 — механизм управления хлопушкой верхний МУВ ; 16 — хлопушка ХП ; 17 — приёмораздаточное устройство ПРУ ; 18 — кран сифонный КС ; 19 — люк-лаз ЛЛ ; 20 — приёмораздаточный патрубок ПРП.
— резервуары рулонной сборки, для которых листовые конструкции стенки, днища, понтона и крыш изготовляются и монтируются в виде рулонных полотнищ; — резервуары полистовой сборки, изготовление и монтаж всех листовых конструкций которых ведётся из отдельных листов ; — резервуары комбинированной сборки, стенки которых изготавливаются и монтируются из отдельных листов, а конструкции днища, крыши — в виде рулонируемых полотнищ.
- резервуар со стационарной крышей без понтона (РВС); - резервуар со стационарной крышей с понтоном (РВСП); - резервуар с плавающей крышей (РВСПК). Классификация РВС:
— сырьевые резервуары — для хранения сырой нефти;- — технологические резервуары — для сброса пластовой воды, отстоя и подрезки нефти; — товарные РВС — для хранения нефти. — свариваются ступенчато; — привариваются встык; — изготавливаются телескопически.
Исходные данные для проектирования: - район (площадка) строительства; - годовое число циклов заполнений/ опорожнений резервуара; - геометрические параметры или объём резервуара; - минимальная и максимальная температуры продукта; - среднегодовой коэффициент оборачиваемости резервуара; - данные инженерно-геологических изысканий площадки строительства ; - срок службы резервуара; - тип резервуара; - плотность продукта; - избыточное давление и относительное разряжение; - нагрузка от теплоизоляции; - припуск на коррозию для элементов резервуара.
1) Определение и назначение материалов, используемых для элементов стенки, днища и крыши резервуара; 2) Определение и назначение сварочных материалов, используемых для изготовления и монтажа строительных конструкций резервуара; 3) Определение геометрических размеров резервуара или их назначение из типового ряда; 4)-6) Расчёт и конструирование днища, стенки, крыши резервуара; 7) Разработка конструктивных решений люков-лазов и патрубков на стенке и крыше; 8) Разработка технологического оборудования на резервуар; 9) Разработка конструктивных решений лестниц, ограждений и переходных площадок; 10) Разработка конструктивных решений элементов молниезащиты.
Pгидр – гидростатическое давление на стенку и днище резервуара ; qветр – ветровая нагрузка; q – нагрузка от веса металлоконструкций кровли, снега ; R – радиус резервуара ; H – высота резервуара. Расчетная схема
К постоянным нагрузкам относятся нагрузки от собственного веса элементов конструкций резервуаров. К временным длительным нагрузкам относятся: - нагрузка от веса стационарного оборудования; - гидростатическое давление хранимого продукта; - избыточное внутреннее давление или относительное разряжение в газовом пространстве; - снеговые нагрузки с пониженным нормативным значением; - нагрузка от веса теплоизоляции; - температурные воздействия; - воздействия от деформаций основания.
К временным кратковременным нагрузкам относятся: - ветровые нагрузки; - снеговые нагрузки с полным нормативным значением; - нагрузки от веса людей, инструментов, ремонтных материалов; - нагрузки, возникающие при изготовлении, хранении, транспортировке и монтаже конструкций резервуара. К особым нагрузкам относятся: - сейсмические воздействия; - аварийные нагрузки, связанные с нарушением технологического процесса; - воздействия от деформаций основания, сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта; - нагрузки, возникающие в процессе стихийного бедствия.
Классы опасности класс IV — резервуары объёмом менее 1 000 м3. класс I — резервуары объёмом более 50 000 м3; класс II — резервуары объёмом 20 000 — 50 000 м3, а также резервуары объёмом 10 000 — 50 000 м3, расположенные непосредственно по берегам рек, крупных водоёмов и в черте городской застройки; класс III — резервуары объёмом 1 000 — менее 20 000 м3;
Учёт условий работы
Учет температуры эксплуатации Для условий эксплуатации резервуаров при температуре выше плюс 100°С необходимо учитывать снижение расчетного сопротивления стали путем введения коэффициента γt, назначаемого в зависимости от максимальной расчетной температуры металла Т по формулам: [ σ]T, [σ]20 - допускаемые напряжения стали при температуре соответственно Т и 20°С, определяемые по ГОСТ Р 52857.1-2007. В случае применения сталей, не указанных в ГОСТ Р 52857.1-2007, допускаемые напряжения [σ]T, [σ]20 принимаются по согласованию с Заказчиком.
Конструирование днища - Днище собирается из листов размерами 6000×1500 мм. - Листы соединяют внахлёстку или встык. - Днища резервуаров объёмом V ≤ 1000 м³ имеют постоянную толщину t дн ≥ 4 мм. - Днища резервуаров объёмом V ≥ 2000 м³ имеют центральную часть и утолщённую кольцевую окрайку. - Толщина листов центральной части t дн, ц ≥ 4 мм. - Толщина листов окрайки зависит от толщины нижнего пояса стенки резервуара и t дн, окр ≥ 6 мм.
Конструирование стенки Компоновка стенки резервуара сводится к выбору: - размеров применяемых листов; - типа соединений поясов (встык, телескопическое, ступенчатое); метода монтажа; - расположение поясов относительно друг друга (со смещением или без смещения).
Конструирование стенки Минимальная расчетная толщина стенки t c в каждом поясе для условий эксплуатации рассчитывается по формуле: где g — ускорение свободного падения в районе строительства; ρ — плотность продукта; H — высота налива продукта; z — расстояние от дна до нижней кромки пояса; r — радиус срединной поверхности пояса стенки резервуара; R y — расчетное сопротивление материала; γ c — коэффициент условий работы, равный 0,7 для нижнего пояса, равный 0,8 для остальных поясов.
Конструирование стенки Минимальная расчетная толщина стенки в каждом поясе для условий гидравлических испытаний рассчитывается по формуле: где ρ B — плотность используемой при гидроиспытаниях воды; H g — высота налива воды при гидроиспытаниях; γ c = 0,9 — коэффициент условий работы при гидроиспытаниях для всех поясов одинаков.
Конструирование стенки Проверочный расчет на прочность для каждого пояса стенки резервуара проводится по формуле: где σ 1 — меридиональное напряжение; σ 2 — кольцевое напряжение; γ c — коэффициент условий работы; γ n — коэффициент надежности по назначению, для резервуаров. где P и — избыточное давление в резервуаре. G M — масса металлоконструкций выше расчетной точки; G o — масса стационарного оборудования выше расчетной точки. где G y — масса утеплителя выше расчетной точки; s — полное нормативное значение снеговой нагрузки ;
Конструирование стенки Кольцевые напряжения находим по формуле: Расчетное давление на глубине от днища резервуара равно:
Конструирование стенки Формула для определения минимальной толщины стенки каждого горизонтального пояса вертикального резервуара для условий эксплуатации:
Конструирование крыши При компоновке кровли устанавливаются и выбираются: - тип кровли; количество щитов; высота покрытия в центре; геометрические параметры кровли (ширина щита у стенки, расстояние между поперечными рёбрами, диаметр верхнего опорного кольца и др.). Минимальная толщина настила для конической кровли равна 4 мм, для сферической – 5 мм.
Конструирование крыши Бескаркасная крыша применяется при небольших снеговых нагрузках (до 1,5 кН/м2 ) и малых объёмах (до 5000 м³ ) Для резервуаров объёмом до 5000 м³ применяется также каркасная коническая кровля, для резервуаров объёмом более 5000 м³ – каркасное сферическое покрытие. Сферические крыши конструируют в виде ребристо-кольцевых куполов для резервуаров объёмом 6000 м³ и более и сетчатыми при объёмах 10000 м³ и более.
