Проектирование стального вертикального резервуара с понтоном для хранения нефти объемом 28000 м3 (125110)

Посмотреть архив целиком

51




Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»


Кафедра ТХНГ









КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема

Проектирование стального вертикального резервуара с понтоном для хранения нефти объемом 28000м3










Томск

2010


Содержание



Исходные данные

Введение

1.Определение оптимальных параметров резервуара по критерию минимальности металла, затраченного на сооружение

2.Расчет толщины стенки резервуара

2.1 Расчет высоты налива и объема жидкости в резервуаре

2.2 Расчет толщины стенки для условий эксплуатации

2.3 Проверочный расчет на прочность резервуара

3.Расчет резервуара на устойчивость (в соответствии с РД 16.01 – 60.30.00 – КТН – 026 – 1 – 04)

4.Расчет массы конструкций резервуара

5.Расчет каре резервуара

Заключение

Список литературы



Исходные данные


Таблица 1.

Объем резервуара,

28000

Тип резервуара

РВСП

Продукт

нефть

Конструкция крыши

купольная (сферическая)

Радиус сферической крыши

1,45·D

Кольцевой зазор между стенкой и понтоном, мм

190

Размеры листа Размеры листа h×l, мРазмеры листа

2×8

Строжка листов:

у продольной кромки ΔL, мм

у поперечной кромки Δh, мм



5

10

Нагрузки, Н/м2:

снеговая

ветровая



4800

800

Теплоизоляция:

плотность ρиз , кг/м3

толщина на стенке, мм

толщина на крыше, мм



85

45

45

tmin (на глубине 0,5 м от поверхности), ºС

13,5

tmax (поверхностного слоя), ºС

33,5

tнк (начала кипения), ºС

50

Коэффициент оборачиваемости резервуара

18

Уклон днища

1:75

Допуск на листовой прокат Δ, мм

ВТ

Плотность продукта ρ20, кг/м3

765

Припуск на коррозию C, мм

0,42

Технология сборки

полистовая (Л)

Вакуум, Па

65



Введение


При проектировании стальных конструкций следует:

  • выбирать оптимальные в технико-экономическом отношении схемы сооружений и сечения элементов;

  • применять экономичные профили проката и эффективные стали;

  • применять для зданий и сооружений, как правило, унифицированные типовые или стандартные конструкции;

  • применять прогрессивные конструкции (пространственные системы из стандартных элементов; конструкции, совмещающие несущие и ограждающие функции; предварительно напряженные, вантовые, тонколистовые и комбинированные конструкции из разных сталей);

  • предусматривать технологичность изготовления и монтажа конструкций;

  • применять конструкции, обеспечивающие наименьшую трудоемкость их изготовления, транспортирования и монтажа;

  • предусматривать, как правило, поточное изготовление конструкций и их конвейерный или крупноблочный монтаж;

  • предусматривать применение заводских соединений прогрессивных типов (автоматической и полуавтоматической сварки, соединений фланцевых, с фрезерованными торцами, на болтах, в том числе на высокопрочных и др.);

  • предусматривать, как правило, монтажные соединения на болтах, в том числе на высокопрочных; сварные монтажные соединения допускаются при соответствующем обосновании;

  • выполнять требования государственных стандартов на конструкции соответствующего вида.

В данной курсовой работе мы попробуем рассчитать резервуар вертикальный стальной с понтоном.

Все расчеты выполнены по методу предельных состояний по СНиП 2-23-81* и СНиП 2.01.07-85 Нормы позволяют выбрать класс сталей для элементов резервуаров, рекомендуют вид сварки и сварочных материалов, метод монтажа, конструктивные решения, типы фундаментов и оснований. Здесь же даются указания по защите резервуаров от коррозии, охране окружающей среды, противопожарным мероприятиям.



  1. Определение оптимальных параметров резервуара по критерию минимальности металла, затраченного на сооружение



Проверим возможно ли сооружать заданный резервуар с постоянной толщиной стенки:


(4,Прил.Б)


где – максимально возможный объем резервуара с постоянной толщиной стенки;

π = 3,14 – трансцендентное число «пи»;

tко = 5 мм – минимальная, конструктивно необходимая толщина нижнего пояса стенки, согласно таблице 3.3 ПБ 03-605-03;

коэффициент;

ρ = 765 кг/м3 – плотность хранимой жидкости ,

g = 9,8067 м/с2 – ускорение свободного падения,

расчетное сопротивление сварного стыкового шва,

т.к. контроль вертикального сварного шва не применяется,

Ry = расчетное сопротивление стали (листового проката) при сжатии, растяжении по пределу текучести.


, (4,Прил.Б)


- предел текучести стали, принимается в соответствии с ГОСТ 27772 – 88*, по таблице 1, для стали С345 (нижний пояс),

= 1,025 – коэффициент надежности по материалу,


,

,

,


Δдк =1,8 см =м - сумма приведенных толщин крыши и днища резервуара – выбирается в соответствии с Р.Д.- 16.01.-60.30-ктн-026-1-04, п.2.3.3.3.


,


Если:

можно соорудить резервуар с постоянной толщиной стенки,

можно соорудить резервуар только с переменной толщиной стенки.

следовательно, возможно сооружение резервуара только с переменной толщиной стенки, из соображений устойчивости будущей конструкции.

Оптимальная высота резервуара:

не зависит от объема резервуара, а определяется качеством материала, конструкцией днища и крыши и плотности продукта.

, (4,Прил.Б),


γс = 0,8 – коэффициент условий работы конструкции, при расчете стенки резервуара на прочность согласно ПБ 03-605-03 пункту 3.5.3.1.

= 1,1 – коэффициент надежности по гидростатическому давлению жидкости.


,


При полистовой сборке, , полученная высота находится в допустимых пределах.

Находим количество поясов:


,

hл΄ = hл – 0,01 (строжка листов по ширине – 10 мм (таблица 1))


где hл – высота листа (по условию – 2м);

hл΄– высота листа с учетом строжки листа или подготовки листа под сварку.

hл΄ = 2 м – 0,01 м = 1,99 м,



Уточненная высота резервуара Н:

.


Радиус резервуара оптимальный:


,

, - для 11 поясов

, - для 12 поясов.


Количество листов в каждом поясе при полистовой сборке:


.


где (строжка листов по длине – 5 мм)

длина листа

= 8 м – 0,005 м = 7,995 м,

Для 11 поясов(R1=20,18м):


.


Тогда число листов либо 15,5 либо 16.

Для 12 поясов(R2=19,32м):


Тогда число листов либо 15 либо 15,5.

Рассчитаем возможные радиусы резервуара:


.


Фактический (строительный) объем резервуара:



более соответствует заданному объему резервуара, поэтому принимаем число листов равное 16, а число поясов - 11.

Проверим соответствие геометрического объема резервуара номинальному:


Параметры резервуара:

  • ;

  • ;

  • ;

  • листов;

  • .


  1. Расчет толщины стенки резервуара


2.1 Расчет высоты налива и объема жидкости в резервуаре


Нн – высота налива жидкости, м. Высота налива (допустимый (максимальный) аварийный уровень налива жидкости) определяется для РВС с пеногенераторами встроенными в стенку РВС нижним краем пеногенератора минус 0,3м (предусматривается АСКП – автоматическая система комбинированного пожаротушения).

Применяемое оборудование: Камера низкократной пены модели "Афрос", размеры – 340мм х 340мм.Место установки Камеры мод. "Афрос" монтируются на верхнем поясе около крыши резервуара на штатных технологических люках. Камера состоит из собственно пеногенератора, который соединяется с цилиндрическим корпусом, имеющем съемное дно. Это дно служит для проведения ревизии разрывной предохранительной мембраны и ее замены. Цилиндрический корпус имеет стыковочный фланец, в котором установлена предохранительная разрывная мембрана, которая одновременно изолирует полость корпуса с пеногенератором от внутренней полости резервуара. Во внутренний объем резервуара выходит цилиндрический наконечник, заканчивающийся щелевым насадком, формирующем веерную струю пены.


Рис. 1. Камера низкократной пены модели "Афрос"

Рис.2. Схема монтажа «Афрос»


Допустимый (максимальный) аварийный уровень налива жидкости:


.


Далее находим объём жидкости в резервуаре:


(1,285),



где i = 1:75 (уклон днища)






Находим высоту конуса днища резервуара:



  1. Zi – расстояние от днища резервуара до нижней кромки i – го пояса:


z1=0,3м; Zi = (i – 1)· h'л .


Таблица 2

Номер пояса

Zi, м

1

0,30

2

1,99

3

3,98

4

5,97

5

7,96

6

9,95

7

11,94

8

13,93

9

15,92

10

17,91


  1. Производим расчет давления насыщенных паров по Рейду (при t = 37,8 С)


Рs 38 = Ратм · ехр[10,53(1-Тнк38)]

Tнк = 273,15 + tнк

Тнк = 273,15 + 50 = 323,15 К

Т38 = 273,15+37,8 = 310,95К


;

;

;

;

;

Vг.п. = (VстрVж) + Vсегм;

Vг.п. = 2850727240,4 + 788,5= 2055,1 м3.


(в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51858-2002).

Так как по условию задан резервуар с понтоном (РВСП), то полученное давление насыщенных паров уменьшаем в 10 раз: Рни = 5600Па.


    1. Расчет толщины стенки для условий эксплуатации:


(1,287),


где

nг - коэффициент надежности по нагрузке гидростатического давления, nг = 1,1;

Zi - расстояние от днища до расчетного уровня, м;

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

ρ- плотность нефти, ρ=765кг/м3;

g- ускорение свободного падения, g=9,8067м/с2;

Нн- максимально допустимый уровень взлива нефти, Нн=21м;

Rwy- расчетное сопротивление материала пояса стенки по пределу текучести, 286,1МПа;

n2 - коэффициент надежности по нагрузке избыточного давления и вакуума, n2 = 1,2;

Ри – избыточное давление, 5600Па.


Таблица 3 (1,288)

Диаметр

Резервуара, D, м

Толщина стенки t, мм

Рулонное исполнение

Полистовое исполнение

Стационарная крыша

Плавающая крыша


D < 16

4

4

5

16 D < 25

6

5

7

25 D < 35

8

6

9

D 35

10

8

10


;

;

;

;

;

;

;

;

;

.


Сводим в таблицу:

Таблица 4.

пояса

tэi , мм

1

18,04

2

14,55

3

13,08

4

11,62

5

10,16

6

8,70

7

7,24

8

5,78

9

4,32

10

2,86

11

1,40


Так как толщина 6-го пояса резервуара для стали С345 получилась равной 8,70 мм, а минимально конструктивно необходимая толщина стенки по условиям устойчивости резервуара равна 10 мм, то проверяем возможность сооружения 6, 7 и.т.д. поясов из менее прочной стали С235.



Таблица 5.

пояса

tэi , мм

6

12,78

7

10,63

8

8,49

9

6,35

10

4,20

11

2,06


Так как с 6 по 7 пояс минимальная конструктивная толщина больше, чем 10 мм, то берем с 8 пояса сталь С235.

Расчет толщины стенки с припуском на коррозию, tэ + с, мм:с – припуск на коррозию, мм (с = 0,42 мм);


Таблица 6

Номер пояса

tэ,

мм

tэ + с, мм

Сталь

1

18,04

18,46

345

2

14,55

14,97

345

3

13,08

13,50

345

4

11,62

12,04

345

5

10,16

10,58

345

6

8,70

9,12

345

7

7,24

7,66

345

8

8,49

8,91

235

9

6,35

6,77

235

10

4,20

4,62

235

11

2,06

2,48

235


Расчет толщины стенки по условиям гидроиспытаний резервуара (tg):


(1,287),


где Hg – уровень залива воды при гидроиспытаниях, Hg = Hн = 21 м;

ρв – плотность воды равная 1000кг/м3. Согласно п. 2.12.12 РД - 16.01 - 60.30.00 – КТН – 026 – 1;

γс = 0,9 - коэффициент условий работы при гидроиспытаниях для всех поясов одинаков.



Сталь С345:



;

;

;

;

;

;

;



Сталь 235:



;

;

.


Таблица 7

Номер пояса

tg,

мм

Сталь

1

17,64

345

2

16,20

345

3

14,51

345

4

12,81

345

5

11,12

345

6

9,42

345

7

7,72

345

8

8,85

235

9

6,36

235

10

3,87

235

11

1,38

235


Составляем общую сводную таблицу:


Таблица 8

Номер пояса

tэ + с, мм

tk,

мм

tg,

мм

Max. t,

мм

tmax+Δ,

мм

tприним.,

мм

Марка стали

1

18,46

10

17,64

18,46

18,91

19

345

2

14,97

10

16,20

16,20

16,65

17

345

3

13,50

10

14,51

14,51

14,96

15

345

4

12,04

10

12,81

12,81

13,26

14

345

5

10,58

10

11,12

11,12

11,57

12

345

6

9,12

10

9,42

10

10,45

11

345

7

7,66

10

7,72

10

10,45

11

345

8

8,91

10

8,85

10

10,45

11

235

9

6,77

10

6,36

10

10,45

11

235

10

4,62

10

3,87

10

10,45

11

235

11

2,48

10

1,38

10

10,45

11

235


    1. Проверочный расчет на прочность резервуара.


Проверочный расчет производим для расчетной стенки резервуара:


;

Сводим в таблицу:


Таблица 9

Номер пояса

tприним.,

мм

tрасч.,

мм

1

19

0,01813

2

17

0,01613

3

15

0,01413

4

14

0,01313

5

12

0,01113

6

11

0,01013

7

11

0,01013

8

11

0,01013

9

11

0,01013

10

11

0,01013

11

11

0,01013


Проверочный расчет на прочность проводится по формуле:


(1,288)


где σкц.i – кольцевые напряжения каждого пояса резервуара, МПа:


,


где Pгi – гидростатическое давление,

,

,


где ξt – температурная поправка на плотность нефти, равная 0,699 1/°С;

σм – меридиональное кольцевое напряжение;

γn – коэффициент надежности по назначению резервуара. Для резервуаров объемом 10 000 м и более, а также резервуары объемом 5000 м и более, расположенные непосредственно по берегам рек, крупных водоемов и в черте городской застройки - класс I - особо опасные резервуары, принимаем γn = 1,1;


;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.


Расчет поясов:

1 пояс:


;

;

2 пояс


;

;


3 пояс ;

;

4 пояс ;

;

5 пояс ;

;

6 пояс ;

;

7 пояс ;

;

8 пояс ;

;

9 пояс ;

;

10 пояс ;

.

11 пояс ;

.


Таблица 10

Номер пояса

σкцi, МПа

σмi, МПа

Σσ, МПа

σдоп, МПа

1

199,445

99,723

172,724

182,064

2

206,503

103,252

178,837

208,073

3

211,237

105,619

182,937

208,073

4

202,515

101,258

175,383

208,073

5

207,807

103,904

179,967

208,073

6

196,163

98,082

169,882

208,073

7

161,996

80,998

140,293

208,073

8

129,838

64,919

112,443

141,731

9

95,670

47,835

82,853

141,731

10

63,512

31,756

55,003

141,731

11

29,344

14,672

25,413

141,731


По результатам расчетов делаем вывод, что условие прочности выполняется для всех поясов.


  1. Расчет резервуара на устойчивость (в соответствии с РД 16.01 – 60.30.00 – КТН – 026 – 1 – 04).


Проверка устойчивости стенки резервуара производится по формуле:


(1,289),


где σ1 - расчетные осевые напряжения в стенке резервуара, МПа;

σ2 - расчетные кольцевые напряжения в стенке резервуара, МПа;

σ01 – критические осевые напряжения в стенке резервуара, МПа;

σ02 - критические кольцевые напряжения в стенке резервуара, МПа.

Осевые напряжения определяются по минимальной толщине стенки пояса, кольцевые напряжения – по средней толщине стенки.


Расчетные осевые напряжения для РВС определяются по формуле:

(1,290),


где  - коэффициент сочетания нагрузок, принимаемый по СНиП 2.01.07-85*, =0,9 ;

n3 - коэффициент надежности по нагрузке от собственного веса, n3=1,05;

Qп - вес покрытия резервуара, Н;

Qстенки - вес вышележащих поясов стенки с учетом изоляции, Н;

Qсн - полное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия, Н;

Qвак - нормативная нагрузка от вакуума на покрытие, Н;

Qв – ветровая нагрузка;

i - расчетная толщина стенки i-го пояса резервуара, м.


1. Нормативная нагрузка от вакуума на покрытие определяется как:


(4,Прил.Б),


где Pвак - нормативное значение вакуума в газовом пространстве, Па.


;


  1. Вес вышележащих поясов стенки резервуара определяется как:


(4,Прил.Б),

,

,


где а - номер (значение номера) последнего пояса, начало отсчета снизу;

hi - высота i-го пояса стенки резервуара, м;

ст - удельный вес стали, ст = ρст·g = 7850·9,80665=76982,2025Н/м3.

  1. Масса крыши резервуара:


,(4,Прил.Б),


где

Sсф – площадь боковой поверхности крыши.

,


;

;

;

.


4. Вес покрытия резервуара:


(4,Прил.Б),;


вес оборудования, принимаем = 320Н/м2;

вес опорного кольца, принимаем = 200Н/м2;

.

5. Расчет снеговой нагрузки:

(4,Прил.Б),


где μ - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаем μ = 0,7;


.


6. Расчет ветровой нагрузки:


(4,Прил.Б),


где kα – коэффициент аэродинамической обтекаемости, kα = 0,6;


Определение аэродинамических коэффициентов:

В расчетах учитываются только коэффициенты Се, Се3, действующие на стенку резервуара, а коэффициентами Се1, Се2, действующими на крышу резервуара пренебрегаем, т.к. производится расчет устойчивости стенки резервуара.


С1 = Се = 0,8; С2 = Се3 = -0,5;

,


где Wo - нормативное значение ветрового давления, для рассматриваемого района, Па;

k(Z) - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, [СНиП 2.01.07-85, п. 6.5.], тип местности В (B – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м), К(Z) = 0,873, (ветровая категория) - находим для высоты данного резервуара 21,89 м интерполированием;


Таблица 11

K(Z)

B

5

0,50

10

0,65

20

0,85

40

1,10


Для самого наихудшего варианта:

при β = 0o