Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

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
(2000 Па). В процессе слива нефтепродукта резервуар сжимается и давление в нём становится меньше атмосферного и определяется давлением открытия клапана разрежения (вакуумметрическое давление 200 Па).

Прочность материала цилиндрической части резервуара на единичной высоте (h = D) при растяжении находят из выражения

, (10.3)

где – 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.

Сокращая числитель и знаменатель составляющих выражения 10.3 на D (для упрощения расчетов), получим

(10.4)

откуда толщина стенки резервуара равна

(10.5)

Для резервуара марки РВС-1000

= 72560 ∙ 12,3 /(2×334×10 6) = 0,0014 м или 1,4 мм.

С учетом запаса прочности (1,5 – 3,0) выбираем = 4 мм. Увеличение толщины стенки связано с нагрузкой от веса крыши, температурной деформацией, деформациями от «вдоха» и «выдоха», ветровой нагрузкой и возможными толчками в результате землетрясения.

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 = 917,4 кг/м3; материал – сталь углеродистая, обыкновенного качества марки СтЗкп (кп – кипящая, наименее раскисленная); расчетное сопротивление (предел выносливости материала) = 360 МПа.

Напряжение в первом поясе по СНиП II-23 – 81:

, (10.6)

где σ – кольцевое напряжение, Па; n1 – коэффициент перегрузки жидкости,
n1 = 1,1; Н – высота столба жидкости для рассчитываемого пояса, м; х – расстояние, равное 0,3 м для 1-го пояса; n2 – коэффициент перегрузки в газовом про­странстве резервуара, n2 = 1,2; ри – избыточное давление в газовом пространстве;
r – радиус окружности стенки, м; δ – фактическая толщина стенки, 0,011 м.

Напряжение в поясе не должно превышать допускаемого напряжения, определяемого по СНиП II-23 – 81 с учетом хрупкого разрушения:

(10.7)

где – 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; γи – коэффициент надежности в расчетах по временному сопротивлению, по СНиП II-23 – 81 γи = 1,3.

Допустимое напряжение в первом приближении можно принять равным (0,4 – 0,6) или равным пределу текучести при растяжении (для листовой стали 3Сткп толщиной до 20 мм = 235 МПа).

Подставляя численные значения в выражения 10.6 и 10.7, получим

Условие прочности выполняется.

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 Hmax = 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:

(10.8)

Находим коэффициент концентрации напряжений:

(10.9)

Вычисляем амплитуду напряжений в расчетной точке:

(10.10)

следовательно,

Вычислим число циклов работы резервуара до образова­ния трещины без учета коррозийного воздействия по следующей зависимости [56]:

, (10.11)

В приведенной формуле 10.11 величина Е = 2 105 Па – модуль упругости материала, = 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.

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

. (10.12)

При частоте циклов заполнения m = 300 раз в год остаточный срок службы резервуара составит:

года.

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 / R . (10.13)

Толщину стенки резервуара можно найти из выражения [18]:

(10.14)

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 h1, h2 , h3 и различной толщиной стенок , и .

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,
изготовленных из стали ВСТ3







Дата добавления: 2015-10-12; просмотров: 4155. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2019 год . (0.004 сек.) русская версия | украинская версия