Расчет на прочность стенок резервуара
В процессе эксплуатации резервуара его стенки испытывают напряжение растяжения и сжатия. При заполнении резервуара нефтепродуктом его стенки расширяются от давления столба жидкости и давления в газовом пространстве, величина которого зависит от давления открытия дыхательного клапана Прочность материала цилиндрической части резервуара на единичной высоте (h = D) при растяжении находят из выражения
где Сокращая числитель и знаменатель составляющих выражения 10.3 на D (для упрощения расчетов), получим
откуда толщина стенки резервуара равна
Для резервуара марки РВС-1000
С учетом запаса прочности (1,5 – 3,0) выбираем 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 Напряжение в первом поясе по СНиП II-23 – 81:
где σ; – кольцевое напряжение, Па; n 1 – коэффициент перегрузки жидкости, Напряжение в поясе не должно превышать допускаемого напряжения, определяемого по СНиП II-23 – 81 с учетом хрупкого разрушения:
где Допустимое напряжение Подставляя численные значения в выражения 10.6 и 10.7, получим
Условие прочности 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 H max = 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:
Находим коэффициент концентрации напряжений:
Вычисляем амплитуду напряжений в расчетной точке:
следовательно, 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, 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:
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 НР = VР / Толщину стенки резервуара можно найти из выражения [18]:
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 h 1, h 2 , h 3 и различной толщиной стенок Предельная толщина отдельных листов стенки резервуаров в различных поясах, находящихся в эксплуатации, показана в таблице 10.4.
Таблица 10.4 Предельная минимальная толщина листов стенки резервуаров,
|
, (10.3)
– предел выносливости (прочности) материала при растяжении (для стали марки Ст2 – 334 МПа); 
– сила, Н, растягивающая цилиндрическую поверхность резервуара на единичной высоте; 
– площадь сечения металла резервуара, на которую действует растягивающая сила.
(10.4)
(10.5)
= 72560 ∙ 12,3 /(2×334×10 6) = 0,0014 м или 1,4 мм.
= 917,4 кг/м3; материал – сталь углеродистая, обыкновенного качества марки СтЗкп (кп – кипящая, наименее раскисленная); расчетное сопротивление (предел выносливости материала) 
, (10.6)
(10.7)
– 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; 
– расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, Па; γ;и – коэффициент надежности в расчетах по временному сопротивлению, по СНиП II-23 – 81 γ;и = 1,3.
в первом приближении можно принять равным (0,4 – 0,6) 
= 235 МПа).
выполняется.
(10.8)
(10.9)
(10.10)
, (10.11)
= 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.
.
. (10.12)
года.
∙ R 
. (10.13)
(10.14)
и 
.
