|
Реферат: Расчет элементов резервуараРеферат: Расчет элементов резервуараРасчет элементов резервуара.Общие положения. Все расчеты выполнены по методу предельных состояний по нормам СССР СНиП 2-23-81* и СНиП 2.01.07-85 с использованием, изданных в 1994 г норм Украины по проектированию нефтяных резервуаров «ВБН В.2.2-58.2-94». 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. Расчет стенки цилиндрических вертикальных резервуаров. 1.Однослойная стенка. Стенка испытывает различные виды воздействий. Гидростатическое и избыточное давление вызывают в ней двухосное растяжение. Снеговая, ветровая нагрузка масса стенки и крыши сжимают стенку. В резервуарах также возможен вакуум, т.е. нагружение, при котором внешнее давление больше внутреннего. Эта нагрузка вызывает сжатие стенок в радиальном направлении. Указанные выше нагружения провоцируют в стенке, за исключением особых зон, плоско - напряженное состояние. Особые зоны называются зонами «краевого эффекта». В них появляются изгибные напряжения, которые быстро затухают. Причины, вызывающие изгибающие моменты вдоль образующих, различные конструктивные элементы, стесняющие деформации от внутреннего давления: сопряжения корпуса и днища, корпуса и кровли, кольцевые ребра, изменение толщины стенки, врезные патрубки и отверстия для люков и т.д. Алгоритм расчета стенки следующий. Вначале из условия растяжения, вызванного внутренним давлением, определяют толщины обоих поясов. Далее выполняется проверка устойчивости стенки вдоль образующей и в поперечном направлении. В случае необходимости некоторые пояса утолщаются. Окончательно производится определение усилий «краевого эффекта» и проверка прочности с учетом всех компонент напряженного состояния. Как известно, напряженное состояние любой оболочки, загруженной внутренним давлением, выражается уравнением Лапласа: =Ry N1 иN 2 (кн/см) – меридиональное (продольное) и кольцевое усилия в оболочке; r1 и r2 (см) – главные радиусы кривизны оболочки. Ру – нормальное давление в определяемом кольцевом сечении оболочки «у», считая снизу. Ру=Р2 +Ри где Р2 =((Н-(n-1)h-a)(f1 (кн/см2) – гидростатическое давление, определяемое для каждого пояса, на расстоянии «а» от нижней кромки пояса. n- номер пояса стенки, с высотой пояса «h»(см), h=149 см; а=30 см – сечение пояса, отщитываемое от нижней кромки пояса, где растягивающие напряжения максимальны. Ри=Ро*(f2 ;Ро=0,0002 кн/см2 – избыточное давление. (f1=1,0 и (f2=1,2 – коэффициенты надежности по нагрузке. (=0,0000085 кн/см3 –плотность бензина. Формула для определения толщины каждого пояса, начиная снизу, по условию прочности кольцевых сварных швов на растяжение: +C1+C2 (см); С1 – припуск на коррозию, определяемый по техническим условиям. Первоначально принимаем 1мм. С2 – минусовое предельное отклонение по толщине проката, принимаемое по соответствующим стандартам. Здесь =0. (с – коэффициент условия работы. Для нижнего пояса 0,6, а для остальных 0,7. R=1995 см – радиус резервуара. Толщина стенки должна быть не менее 8 мм (для данного резервуара) и быть согласована с сортаментом толстолистовой стали. Если резервуар будет рулонируемым, то толщина стенки должна быть не более 17 мм. Сначала подберем толщину стенок резервуара из стали С 255, Ry=24 кн/см2 (табл. 1), а затем из стали С 345, Ry=33,5 (t=2-10) или 31,5 (t=11-20) кн/см2(табл. 2). Таблица №1. Вариант 1. Номер пояса Класс стали Ри, кн/см2 Р2, кн/см2 Ру, кн/см2 tci, см расч. tci, мм сорт. 1 С 255 0,00024 0,014943 0,015183 2,203478 25 2 С 255 0,00024 0,013677 0,013917 1,752584 18 3 С 255 0,00024 0,01241 0,01265 1,602188 17 4 С 255 0,00024 0,011144 0,011384 1,451791 16 5 С 255 0,00024 0,009877 0,010117 1,301394 14 6 С 255 0,00024 0,008611 0,008851 1,150997 12 7 С 255 0,00024 0,007344 0,007584 1,0006 11 8 С 255 0,00024 0,006078 0,006318 0,850203 9 9 С 255 0,00024 0,004811 0,005051 0,699806 8 10 С 255 0,00024 0,003545 0,003785 0,549409 8 11 С 255 0,00024 0,002278 0,002518 0,399013 8 12 С 255 0,00024 0,001012 0,001252 0,248616 8 Таблица №2. Вариант 2. 1 C 345 0,00024 0,014943 0,015183 1,70265 17 2 C 345 0,00024 0,013677 0,013917 1,359112 14 3 C 345 0,00024 0,01241 0,01265 1,244524 14 4 C 345 0,00024 0,011144 0,011384 1,129936 12 5 C 345 0,00024 0,009877 0,010117 1,015348 11 6 C 345 0,00024 0,008611 0,008851 0,852953 10 7 C 345 0,00024 0,007344 0,007584 0,745206 8 8 C 345 0,00024 0,006078 0,006318 0,637459 8 9 C 345 0,00024 0,004811 0,005051 0,529712 8 10 C 345 0,00024 0,003545 0,003785 0,421965 8 11 C 345 0,00024 0,002278 0,00???????????????????????????????? Для обеспечения возможности рулонирования резервуара принимаем 3 Вариант – комбинированную однослойную стенку из сталей С255 и С345 со следующими толщинами стенок: Таблица № 3. N пояса 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Сталь С345 С345 С345 С345 С345 С345 С345 С345 С255 С255 С255 С255 Толщина 17 14 14 12 11 10 8 8 8 8 8 8 Проверка устойчивости стенки. Проверка устойчивости каждого пояса от нагрузок направленных вдоль образующих. Проверка производится по формуле: (1 здесь: (с=1; ; N1=Nк+Nсн+Nв+Np (кн/см2) -суммарное сжимающее усилие в нижнем сечении каждого пояса от воздействия массы крыши, веса снега, вакуума и массы корпуса расположенного выше рассматриваемого сечения (включая рассматриваемый пояс). Масса крыши (с учетом оборудования на ней) (кн/см); Масса снега на крыше (кн/см); S=So (f2 ( k So=0,5 (кн/м2) нормативное значение веса снегового покрова ; (f2 =0,7 – коэффициент надежности по нагрузке; (=1 – коэффициент, учитывающий конфигурацию кровли; k=1,2-0,1V=0,7; V=5м/с. Вакуум. (кн/см); Рв=0,000025 (кн/см2) (f3=1,2. Масса стенки. (кн/см); *(12-i+1) (кн); Масса опорного кольца Qo.k.=210 (кн); Масса стенки Qc=Vc*(=257715*7.85*10-3=2023 кн; i-номер пояса. Определение критического напряжения. Критическое напряжение определяется по формуле: ,где Е=21000 кн/см2; R=1995 см – радиус резервуара; tci – толщина i-того пояса; С – коэффициент, определяемый в зависимости от отношения R/tci . Результаты вычислений сведены в таблице № 4. Таблица №4. Номер пояса tсi, см Nк , кн/см Nсн, кн/см Nв, кн/см Nр, кн/см N1, кн/см (1, кн/см2 R/tc С (cr 1 , кн/см2 1 1,7 0,0612 0,0241 0,0299 0,190148 0,305348 0,179616 1173,529 0,078 1,395789 2 1,4 0,0612 0,0241 0,0299 0,175769 0,290969 0,207835 1425 0,072 1,061053 3 1,4 0,0612 0,0241 0,0299 0,161389 0,276589 0,197564 1425 0,071 1,046316 4 1,2 0,0612 0,0241 0,0299 0,147009 0,262209 0,218508 1662,5 0,069 0,871579 5 1,1 0,0612 0,0241 0,0299 0,132629 0,247829 0,225299 1813,636 0,066 0,764211 6 0,9 0,0612 0,0241 0,0299 0,118249 0,233449 0,259388 2216,667 0,064 0,606316 7 0,8 0,0612 0,0241 0,0299 0,10387 0,21907 0,273838 2493,75 0,061 0,513684 8 0,8 0,0612 0,0241 0,0299 0,08949 0,20469 0,255863 2493,75 0,061 0,513684 9 0,8 0,0612 0,0241 0,0299 0,07511 0,19031 0,237888 2493,75 0,061 0,513684 10 0,8 0,0612 0,0241 0,0299 0,06073 0,17593 0,219913 2493,75 0,061 0,513684 11 0,8 0,0612 0,0241 0,0299 0,04635 0,16155 0,201938 2493,75 0,061 0,513684 12 0,8 0,0612 0,0241 0,0299 0,031971 0,147171 0,183964 2493,75 0,061 0,513684 Устойчивость всех поясов обеспечена. Проверка устойчивости стенки на нагрузки, направленные нормально к ее поверхности. Стенка может потерять устойчивость от действия вакуума и давления ветра. Устойчивость теряет стенка, находящаяся между точками закрепления. Такими закреплениями являются кольцевые ребра. Если их нет, то стенка может потерять устойчивость между днищем и крышей, т.е. на всю высоту. Проверка производится по следующей формуле: (2 Напряжение ,(кн/см2),где W=0,5Wo*K1*С2 Wo=0,30 кн/м2 – скоростной напор ветра в районе г. Днепропетровска; К1=1,045 – коэффициент, учитывающий увеличение скоростного напора ветра по высоте (принимаем для местности типа А); С2=0,9 – аэродинамический коэффициент; Рвак=0,000025 кн/см2; (f2=1,2; R=1995 см – радиус резервуара. Приведенная толщина стенки определяется для участка стенки, расположенной между точками закрепления: (см); li – длина участка, расположенного между точками закрепления; hi=149 см – высота пояса; tci – толщина i-того пояса. Критическое напряжение определяем по формуле: )^3/2 Е=21000 кн/см2. Результаты вычислений приведены в таблице № 5. Таблица № 5. Резервуар tпр, см Li, см (2, кн/см2 (cr2, кн/см2 1 2 3 4 5 6 Без промежуточного ребра жесткости 1,05 1788 0,3249 0,155606 уст-ть не обеспечена 1 2 3 4 5 6 С ребром жесткости: нижняя часть 1,214 1043 0,281009 0,33163 уст-ть обеспечена верхняя часть 0,8 745 0,426431 0,248364 уст-ть не обеспечена Так как устойчивость верхней части стенки не обеспечена, необходимо увеличить ее толщину. Примем толщину верхней части стенки 1,0 см, тогда 1 2 3 4 5 6 Верхняя часть 1 745 0,341145 0,3471 уст-ть обеспечена Проверим каждый пояс в отдельности на устойчивость по формуле: (с=1,0; Таблица № 6. Номер пояса tсi, см (1, кн/см2 (cr 1 , кн/см2 (2 , кн/см2 (cr 2 кн/см2 ( 1 2 3 4 5 6 7 1 1,7 0,179616 1,395789 0,200674 3,846783 0,170705 2 1,4 0,207835 1,061053 0,243675 2,874857 0,264429 3 1,4 0,197564 1,046316 0,243675 2,874857 0,257144 4 1,2 0,218508 0,871579 0,284288 2,281372 0,352297 5 1,1 0,225299 0,764211 0,310132 2,002227 0,421066 6 0,9 0,259388 0,606316 0,37905 1,481795 0,639496 7 0,8 0,273838 0,513684 0,426431 1,241822 0,817892 8 0,8 0,255863 0,513684 0,426431 1,241822 0,782899 9 0,8 0,237888 0,513684 0,426431 1,241822 0,747907 10 0,8 0,219913 0,513684 0,426431 1,241822 0,712915 11 0,8 0,201938 0,513684 0,426431 1,241822 0,677924 12 0,8 0,183964 0,513684 0,426431 1,241822 0,642932 Так как все значения 7-го столбца меньше (с, значит устойчивость каждого пояса в отдельности обеспечена. Окончательно принимаем следующие толщины комбинированной стенки: Таблица № 7. Вариант№3. Номер пояса 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Сталь С345 С345 С345 С345 С345 С345 С345 С255 С255 С255 С255 С255 Толщина пояса мм 17 14 14 12 11 10 10 10 10 10 10 10 2.Расчет двухслойной стенки. Двухслойную стенку применяют весьма редко в двух случаях: для уменьшения толщины стенки с целью использования метода рулонирования; в изотермических резервуарах, в которых продукт хранится при низких температурах. Обычно для обеих стенок используют стали одного класса, хотя возможен вариант, когда внутренняя стенка делается из стали более высокого класса. Величину зазора между стенками d2 принимаем 1 см. Расчет выполняют в такой последовательности: В начале выполняется расчет однослойной стенки, с тем, чтобы получить из условия прочности толщины tci всех поясов. Затем задаемся толщиной дополнительной стенки tgi=0,6 см и классом стали, принимаем сталь С 255. Определим необходимую толщину основной стенки по формуле: +С1 , где P2=((Н-(i-1)h-30)(f+Ро(f – часть нагрузки воспринимаемая основной стенкой; (=0,0000085 кн/см2; Н=1788 см – высота стенки; i – номер пояса: h=149 см – высота пояса; Р0=0,0002 кн/см2 – избыточное давление; (f – коэффициент надежности по нагрузке; R=1995 см – радиус резервуара; tg=0,6 см – толщина дополнительной стенки; Е=21000 кн/см2 – модуль Юнга; d2=1 см – предельный зазор; (с – коэффициент условия работы. С1 – припуск на коррозию 0,1 см. Результаты вычислений приведены в таблице: Таблица № 8. Номер пояса Р2, кн/см2 tg,см tci 0,см tci 0,мм сортам. 1 0,015183 0,6 1,194716 12 2 0,013917 0,6 1,077741 11 3 0,01265 0,6 0,960766 10 4 0,011384 0,6 0,84379 9 5 0,010117 0,6 0,726815 8 Так как толщина вышележащих поясов больше, чем определенная, принимаем толщину пятого и четвертого поясов равной 10 мм. Принимаем следующие толщины поясов двухслойной стенки. Таблица №9. Вариант №4. Номер пояса 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Сталь С 255 С 255 С 255 С 255 С 255 С 255 С 255 С 255 С 255 С 255 С 255 С 255 Толщина мм 12/ 6 11/ 6 10/ 6 10/ 6 10/ 6 10 10 10 10 10 10 10 3. Расчет преднапряженых стенок. Задаемся типом проволоки, ее диаметром «d», шагом навивки «а».Определяем площадь сечения проволоки (см2); Приведенная толщина обмотки (см), а – шаг навивки. Критическое напряжение стенки, при потере ее устойчивости, вызванное преднапряжением равно: *tci*tпр)^1/2 Е=21000 кн/см2; R=1995 см – радиус резервуара; (=0,3 – коэффициент Пуассона; м=Епр/Е; Е – модуль упругости проволоки. Толщину tci каждого пояса предварительно определяем исходя из расчета однослойной стенки так, чтобы она была меньше 17 мм, что обеспечивает возможность рулонирования. Задаемся величиной преднапряжения в стенке (01=(0,7 – 0,8)(cr Величина преднапряжения в проволоке будет равна (кн/см2) Определяем толщины i – того пояса стенки «tci» и приведенную толщину проволоки «tпр» (см); (см); ; Rnp-расчетное сопротивление проволоки. Диаметр проволоки равен: )^1/2 (см) Если tci сильно (более, чем на 20%) отличается от принятого предварительно, меняем параметры a, tci, d, Rnр и повторен расчет до сходимости (с разницей Окончательно производим проверку напряжений: - (01 + (пр (=0,3. Результаты вычислений приведены в таблице № 10. Таблица № 10. Номер пояса D прово-локи, см Шаг навивки а, см Толщ. пояса tci, см Коэфф. m Привед.толщ. обм.tпр (cr, кн/см2 (01, кн/см2 (пр, кн/см2 Ру, кн/см2 Расчет- ное tci, см Расчетное tпр, см D про-волоки,см (ст, кн/см2 (пр, (с*Ry (c’*Ry 1 0,4 1 1,4 0,9524 0,1257 2,6197 2,0958 24,516 0,0152 1,9689 0,0448 0,2389 18,092 40,652 13,8 104,4 1 0,5 1 1,6 0,9524 0,1963 3,5008 2,8006 23,963 0,0152 1,9012 0,0583 0,2724 14,447 37,68 13,8 104,4 1 0,5 1 1,7 0,9524 0,1963 3,6085 2,8868 26,244 0,0152 1,6931 0,0599 0,2761 13,43 39,24 13,8 104,4 2 0,4 2 1,4 0,9524 0,0628 1,8524 1,4819 34,671 0,0139 1,8618 0,0298 0,2754 17,659 50,07 16,1 104,4 2 0,4 1 1,4 0,9524 0,1257 2,6197 2,0958 24,516 0,0139 1,8047 0,0411 0,2288 16,408 39,31 16,1 104,4 2 0,5 1 1,4 0,9524 0,1963 3,2747 2,6197 19,613 0,0139 1,3583 0,0503 0,2531 15,226 33,78 16,1 104,4 3 0,4 1 1,4 0,9524 0,1257 2,6197 2,0958 24,516 0,0127 1,6404 0,0374 0,2181 14,724 37,96 16,1 104,4 3 0,4 2 1,4 0,9524 0,0628 1,8524 1,4819 34,671 0,0127 1,6923 0,0271 0,2626 15,916 48,67 16,1 104,4 3 0,5 3 1,4 0,9524 0,0654 1,8906 1,5125 33,971 0,0127 1,3296 0,0276 0,3247 15,861 47,94 16,1 104,4 4 0,4 3 1,2 0,9524 0,0419 1,4003 1,1202 33,697 0,0114 1,5515 0,0187 0,2673 17,288 48,53 16,1 104,4 4 0,4 2 1,2 0,9524 0,0628 1,715 1,372 27,514 0,0114 1,5315 0,0227 0,2402 16,79 42,11 16,1 104,4 4 0,4 1 1,2 0,9524 0,1257 2,4254 1,9403 19,455 0,0114 1,1879 0,0313 0,1997 15,527 33,39 16,1 104,4 5 0,4 2 1,2 0,9524 0,0628 1,715 1,372 27,514 0,0101 1,361 0,0201 0,2265 14,768 40,48 16,1 104,4 5 0,4 3 1,2 0,9524 0,0419 1,4003 1,1202 33,697 0,0101 1,3788 0,0166 0,2519 15,239 46,88 16,1 104,4 Так как стенку можно рулонировать, то оставляем данные параметры, но проволока будет сильно недонапряжена. С целью экономии материала примем вместо высокопрочной проволоки В-2 проволоку В-1 и повторим расчет. Rпр=34 кн/см2 ; Епр=1,7*104 кн/см2; тогда =1,478; =0,8095; Таблица №10.1. Номер пояса D прово-локи, см Шаг навивки а, см Толщ. пояса tci, см Коэфф. m Привед.толщ. обм.tпр (cr, кн/см2 (01, кн/см2 (пр, кн/см2 Ру, кн/см2 Расчет- ное tci, см Расчетное tпр, см D про-волоки,см (ст, кн/см2 (пр, (с*Ry (c’*Ry 1 0,5 1 1,6 0,8095 0,1963 3,2276 2,582 25,991 0,0152 1,7051 0,3314 0,6496 14,895 37,84 13,8 32,4 1 0,5 1 1,6 0,8095 0,1963 3,2276 2,582 25,991 0,0152 1,7051 0,3314 0,6496 14,895 37,84 13,8 32,4 1 0,5 0,5 1,6 0,8095 0,3927 4,5644 3,6516 18,378 0,0152 1,53 0,4499 0,4852 12,612 29,25 13,8 32,4 2 0,5 3 1,4 0,8095 0,0654 1,7431 1,3945 36,847 0,0139 1,5065 0,1475 0,7505 17,823 50 16,1 32,4 2 0,5 2 1,4 0,8095 0,0982 2,1348 1,7079 30,085 0,0139 1,4609 0,1783 0,6739 17,218 43 16,1 32,4 2 0,5 1 1,4 0,8095 0,1963 3,0191 2,4153 21,273 0,0139 1,3622 0,2452 0,5587 15,698 33,53 16,1 32,4 2 0,4 0,5 1,4 0,8095 0,2513 3,4157 2,7326 18,803 0,0139 1,3196 0,2739 0,3976 14,96 30,72 16,1 32,4 3 0,4 3 1,4 0,8095 0,0419 1,3945 1,1156 46,058 0,0127 1,4072 0,1085 0,6437 16,548 58,17 16,1 32,4 3 0,4 2 1,4 0,8095 0,0628 1,7079 1,3663 37,606 0,0127 1,3732 0,1315 0,5786 16,123 49,58 16,1 32,4 3 0,4 0,5 1,4 0,8095 0,2513 3,4157 2,7326 18,803 0,0127 1,1995 0,249 0,3981 13,349 29,63 16,1 32,4 4 0,4 3 1,2 0,8095 0,0419 1,291 1,0328 36,55 0,0114 1,2766 0,0907 0,5886 17,451 49,21 16,1 32,4 4 0,4 2 1,2 0,8095 0,0628 1,5812 1,2649 29,843 0,0114 1,248 0,11 0,5293 17,007 42,34 16,1 32,4 4 0,4 0,5 1,2 0,8095 0,2513 3,1623 2,5299 14,921 0,0114 1,1016 0,2091 0,3649 14,064 26,06 16,1 32,4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 5 0,4 2 1,2 0,8095 0,0628 1,5812 1,2649 29,843 0,0101 1,1091 0,0978 0,4989 14,973 40,95 16,1 32,4 5 0,4 1 1,2 0,8095 0,1257 2,2361 1,7889 21,102 0,0101 1,0536 0,1353 0,3551 13,913 31,77 16,1 32,4 Так как проволока В-1 работает эффективнее проволоки В-2, то оставляем данн |
