Сооружение резервуара объемом 1000 куб. м

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РТ АЛЬМЕТЬЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ИНСТИТУТ КАФЕДРА ТРАНСПОРТА И ХРАНЕНИЯ НЕФТИ И ГАЗА Курсовая работа по курсу: «Сооружение и ремонт резервуарных парков, терминалов и газохранилищ»

на тему: «Сооружение резервуара объемом «

Альметьевск 2014 г.

СОДЕРЖАНИЕ Введение

1. Технологическая часть

1.1 Климатическая характеристика района строительства

1.2 Резервуар РВС 10 000 м³

1.3 Монтаж резервуара полистовым способом

2. Расчетная часть

2.1 Исходные данные

2.2 Расчет прочности и устойчивости стенок РВС

2.2.1 Расчет толщины стенки поясов

2.2.2 Проверочный расчет стенки на прочность

2.2.3 Проверочный расчет стенки на устойчивость

2.3 Расчет резервуара на опрокидывание

2.4 Расчет ребристо кольцевого купола резервуара

2.4.1 Установление габаритных размеров сферического покрытия

2.4.2 Нагрузки на купол

2.4.3 Расчет кольцевых элементов Заключение Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

Резервуар вертикальный стальной (РВС) — вертикальная ёмкость, для накопления, хранения, подготовки и учета жидких продуктов (нефтепродуктов) Резервуары изготавливаются из стали поясами в рулонном или полистовом исполнении. Обычно РВС изготавливается с внутренним объёмом от 400 м куб до 50 000 м куб.

Резервуары подразделяются на виды по назначению:

— сырьевые резервуары используют для хранения сырой нефти;

— технологические резервуары предназначены для сброса пластовой воды, отстоя и подрезки нефти;

— товарные РВС применяются для хранения товарной нефти — обезвоженной и обессоленной.

По способу изготовления поясов:

— свариваются пояса ступенчато

— привариваются встык

— изготавливаются телескопически По виду крыши резервуары делятся

— плоской крышей

— с конической крышей

— со сферической крышей

— с понтоном — РВСП

— с плавающей крышей — РВСПК.

1. Технологическая часть

1.1 Климатическая характеристика района строительства Климат рассматриваемой территории характеризуется как континентальный. Среднегодовая температура воздуха составляет — 1,1С. Средняя месячная температура самого холодного месяца — января — 17,3С. Абсолютный минимум — 49С. Средняя месячная температура самого теплого месяца — июля +15,7С. Абсолютный максимум +35С. Климатические условия рассматриваемой территории характеризуются как «суровые». Согласно СНиП 23−01−99 «Строительная климатология» территория города по климатическому районированию относится к строительно-климатической зоне IД. Расчетные температуры для проектирования отопления и вентиляции, соответственно, равны -39 и -22 (По метеостанции г. Ухта).

Продолжительность зимнего периода около 6 месяцев — с середины октября до середины апреля. Устойчивые морозы наступают в начале ноября и прекращаются в конце марта. Максимальная глубина сезонного промерзания грунта — 2 м. Устойчивый снежный покров образуется в последней декаде октября и держится до конца апреля.

На территорию за год выпадает около 600 мм осадков, из них большая часть в теплый период (около 70%). Среднегодовая относительная влажность воздуха — 78%, наибольших значений она достигает в начале зимы (87%), наименьших — в июле (64%).

В среднем за год преобладают южные и юго-западные ветры, особенно в зимний период. Летом господствуют ветры северных направлений. Среднегодовая скорость ветра 3,0 м/с.

Повторяемость слабых ветров (0−2 м/с) составляет около 30%. В зимний период бывает примерно 43 дня с метелью, в среднем 11 дней в месяц. Туманы образуются в течение всего года, среднее число дней в году — 33. Наиболее неблагоприятные условия для рассеивания вредных примесей создаются в холодное время года. В этот период повторяемость приземных инверсий большую часть суток составляет 45−50%. Летом приземные инверсии наиболее часто отмечаются в ночные часы, днем их повторяемость незначительна (1−2%). Кроме того, в теплое время года выпадение осадков способствует очищению атмосферного воздуха от вредных примесей.

Таблица 1.1 — Климатические характеристики площадки строительства

1.2 Резервуар РВС 10 000 м³

Резервуары вертикальные стальные цилиндрические РВС 10 000 предназначены для приема, хранения, выдачи нефтепродуктов и воды, а также других жидкостей, в различных климатических условиях.

Резервуары РВС-10 000мі прежде всего используются для стационарного хранения при добыче, переработке и оптового отпуска нефти и нефтепродуктов.

Резервуар РВС 10 000 м³ состоит из:

— плоское днище

— цилиндрическая стенка

— стационарная крыша

— лестница и площадка

— технологическое оборудование

1.3 Монтаж резервуара полистовым способом резервуар опрокидывание покрытие габаритный Метод полистовой сборки резервуаров основан на монтаже конструкций из отдельных металлических листов, завальцованных по проектному радиусу. Метод подходит для производства резервуаров различных типоразмеров, включая металлоконструкции большой емкости или расположенные на площадках, к которым затруднена доставка элементов для выполнения работ методом рулонирования.

Предварительная обработка, включая разметку, правку, резку, вальцовку днищ и стенок, выполняется на производстве. Сварка листов и монтаж конструкций необходимой конфигурации производятся на строительной площадке. С целью уменьшения деформаций и внутренних напряжений используются специальные методы сварки.

Для изготовления боковых поверхностей применяется листовой стальной прокат 1,8−3 м шириной, до 12 м длиной. Обработка кромок листов выполняется плазменной резкой или фрезерованием на установках с программным управлением. Для вальцовки листов используются трехили четырехвалковые листогибочные машины.

Монтаж резервуаров может выполняться двумя способами:

— наращивание поясов (сборка корпуса по высоте) — способ подходит для автоматизации сварочных работ при изготовлении конструкций с плавающей крышей;

— подращивание поясов (сборка стенки с верхнего пояса, смонтированная и сваренная конструкция поднимается для сборки нижних поясов) — способ позволяет монтировать резервуары любой вместимости, используется оснастка для обеспечения устойчивости конструкции, в случае недостаточной защиты от атмосферных факторов сварка выполняется полуавтоматическим или ручным методом.

Перед монтажом цилиндрических вертикальных резервуаров выполняют подготовку искусственного основания и устройство фундамента. Монтажные работы включают установку днища, корпуса, несущих конструкций, настила кровли и необходимого оборудования. Все конструктивные элементы монтируются в предусмотренном положении, соединяются временными креплениями и свариваются.

После окончания монтажа выполняются испытания сварных соединений, контроль герметичности собранного резервуара, проверка на наличие внутренних дефектов, пневматические и гидравлические испытания конструкции.

2. Расчетная часть

2.1 Исходные данные Высота стенки резервуара

Диаметр резервуара ;

Плотность хранимого продукта ;

Материал изготовления сталь 345, ;

Район по снеговой нагрузке V, [5];

Район по ветровой нагрузке II, [5];

Нормативное значение снеговой нагрузки на крышу резервуара, [5];

Нормативное значение ветровой нагрузки, [5];

Коэффициент надежности по ветровой нагрузке ;

Коэффициент аэродинамический, [5];

Коэффициент учета изменения ветрового давления по высоте стенки

(для местности типа В и высоте резервуара 17,91м), [5];

Избыточное давлениекПа;

Вакуумметрическое давление кПа;

Масса стационарной крыши ;

Масса стенки резервуара ;

Масса опорного кольца на верхнем поясе ;

Масса оборудования на крыше ;

Коэффициент надежности по гидростатическому давлению ;

Коэффициент надежности по собственному весу ;

Коэффициент условия работы стенки при расчете ее на прочность:

для нижнего пояса

для остальных поясов;

Коэффициент условия работы стенки при расчете ее на прочность от испытательного гидростатического давления ;

Проектный уровень налива резервуара ;

Высота поясов .

2.2 Расчет прочности и устойчивости стенок РВС

Расчет стенки на прочность и устойчивость производим по п. 1 и 2 РД — 23.020.00 — КТН — 079 — 09 «Нормы проектирования стальных вертикальных резервуаров для хранения нефти объемом «.

Значения коэффициентов надежности по нагрузкам представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Значение коэффициентов надежности по нагрузкам

2.2.1 Расчет толщины стенки поясов

Минимальная расчетная толщина стенки для восприятия гидростатического давления от продукта

(2.1)

где — коэффициент надежности по гидростатическому давлению продукта,

=1,05;

— плотность хранимого продукта, ;

— ускорение свободного падения, ;

— максимально допустимая высота налива продукта, ;

— расстояние от дна резервуара до нижней кромки рассматриваемого

пояса;

— коэффициент надежности от избыточного давления и вакуума,

;

— нормативная величина избыточного давления, кПа;

— радиус стенки резервуара, ;

— коэффициент условия работы стенки при расчете на прочность,

для нижнего пояса, для остальных поясов;

— расчетное сопротивление материала пояса стенки по пределу текучести:

(2.2)

где — нормативное сопротивление растяжению металла стенки,

;

— коэффициент надежности по материалу, ;

— коэффициент надежности по назначению, при ;

По формуле (2.1) найдем значения для каждого пояса

;

;

;

;

;

Минимальная расчетная толщина стенки для каждого пояса от гидростатического давления испытательной воды:

(2.3)

где — плотность испытательной воды, ;

— высота налива воды при гидроиспытаниях, ;

— коэффициент условия работы стенки при расчете ее на прочность

от испытательного гидростатического давления, .

По формуле (2.3) найдем значения для каждого пояса

;

;

;

;

;

Вычисленные значения и сведем в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 — Значения расчетной толщины стенки

где — припуск на коррозию, (заказчик);

— минусовой допуск на прокат, значение которого устанавливается по ГОСТ 27.772 — 88, .

2.2.2 Проверочный расчет стенки на прочность

Расчет осуществляется по каждого пояса. Для проверки прочности стенки поясов резервуара воспользуемся энергетической формулой:

(2.4)

или

(2.5)

где — меридиональное напряжение стенки резервуара от внешних

нагрузок

— кольцевое напряжение стенки резервуара от внешних нагрузок;

— коэффициент надежности по ответственности, ;

Меридиональное напряжение для нижней кромки рассматриваемого пояса вычисляется по формуле:

(2.6)

где — коэффициент надежности по нагрузке от веса металлоконструкции

и веса стационарного оборудования, ;

— коэффициент надежности по нагрузке от веса изоляции, ;

— коэффициент надежности по нагрузке от избыточного давления,

;

— вес металлоконструкции выше расчетного сечения стенки;

(2.7)

где — количество поясов, лежащих выше расчетного сечения;

— масса каждого пояса:

— масса стационарной крыши, ;

— масса опорного кольца, .

По формуле (2.7) найдем значения

;

;

;

;

;

;

;

;

;

— вес стационарного оборудования на крыше резервуара;

— вес изоляции на крыше резервуара с учетом хранимого продукта и климатических условий района строительства;

— полное расчетное значение снеговой нагрузки на единицу площади крыши;

(2.8)

где — расчетное значение веса снегового покрова на горизонтальной поверхности, ;

— коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытии,

Тогда

— нормативное значение избыточного давления в резервуаре;

0,9 и 0,95 — коэффициенты основного и дополнительного сочетания на — грузок.

По формуле (2.6) найдем значения для каждого пояса

;

;

;

;

;

Кольцевое напряжение для нижнего сечения каждого пояса вычисляется по формуле:

(2.9)

где — коэффициент надежности по гидростатическому давлению, ;

— коэффициент надежности по нагрузке от вакуумметрического давления, ;

— нормативное значение избыточного давления в резервуаре, .

Тогда

;

;

;

;

;

;

;

;

Для каждого пояса проверяем выполнение условий (2.4) и (2.5).

1 — й пояс

— выполняется;

Или

— выполняется.

2 — й пояс

— выполняется;

или

— выполняется.

3 — й пояс

— выполняется;

или

— выполняется.

4 — й пояс

— выполняется;

или

— выполняется.

5 — й пояс

— выполняется;

или

— выполняется.

6 — й пояс

— выполняется;

или

— выполняется.

7-й пояс

— выполняется;

или

— выполняется.

8-й пояс

— выполняется;

или

— выполняется.

9-й пояс

— выполняется;

или

— выполняется.

Вывод: условие прочности выполняется для всех поясов.

2.2.3 Проверочный расчет стенки на устойчивость

Расчет стенки резервуара на устойчивость заключается в проверке соблюдения условия:

(2.10)

где — меридиональное напряжение стенки резервуара от внешних нагрузок;

— кольцевое напряжение стенки резервуара от внешних нагрузок;

— критическое меридиональное напряжение стенки резервуара;

— критическое кольцевое напряжение стенки резервуара.

(2.11)

где — модуль упругости, ;

— параметрический коэффициент, который определяется по формуле:

при

Тогда

(2.12)

где — редуцированная высота стенки резервуара.

;

Тогда

.

Меридиональное напряжение с учетом коэффициента надежности по нагрузке и коэффициентов для основного сочетания нагрузок вычисляется для нижней части пояса по формуле:

(2.13)

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Кольцевые напряжения в стенке резервуара со стационарной крышей определяется по формуле:

(2.14)

где — значение ветрового давления на уровне верха резервуара,

;

Тогда

Для каждого пояса проверяем выполнение условия (2.10):

1 — й пояс

— не выполняется;

Увеличим tpmin на 1 мм

— не выполняется,

Увеличим tpmin ещё на 1 мм

— выполняется;

2 — й пояс

— выполняется;

3 — й пояс

— выполняется;

4 — й пояс

— не выполняется,

Увеличим tpmin на 1 мм

— выполняется;

5 — й пояс

— выполняется;

6 — й пояс

— выполняется;

7-й пояс

— выполняется;

8-й пояс

— выполняется.

Вывод: условие устойчивости выполняется для всех поясов.

2.3 Расчет резервуара на опрокидывание

Резервуар в целом должен быть рассчитан на устойчивость к опрокидыванию про воздействии ветровой нагрузки.

При проверке резервуара на устойчивость, проверяют условие:

(2.15)

где — опрокидывающий момент от действия ветровой нагрузки;

— радиус резервуара;

— вес конструкции резервуара за вычетом припусков на коррозию и с

учетом внутреннего давления в резервуаре.

При выполнении данного условия анкеровка резервуара не требуется, в противном случае необходимо выполнить анкеровку.

Максимальное избыточное давление на кровлю определяется по формуле:

(2.16)

где — коэффициент надежности по нагрузке от избыточного давления,

;

— коэффициент сочетания нагрузок, для постоянных нагрузок,

Тогда

.

Опрокидывающий момент от ветра определяется по формуле:

(2.17)

где — опрокидывающий момент от ветра, действующий на стенку;

— опрокидывающий момент от ветра, действующий на кровлю.

Опрокидывающий момент от ветра, действующий на стенку:

(2.18)

где — суммарная проекция ветровой нагрузки на ось х (выбирается схема распределения ветровой нагрузки по СниП 2.01.07 — 85);

— коэффициент сочетания кратковременной нагрузки, (пункт 6.4 СП 20.13 330.2011актуализированная редакция СниП 2.01.07 — 85);

— коэффициент надежности по ветровой нагрузке, ;

— коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте резервуара, для местности типа В и высоте резервуара 17,91 м;

— высота стенки резервуара, ;

Суммарная проекция ветровой нагрузки на ось х определяется в таблице 2.3.

Таблица 2.3-Проекция ветровой нагрузки на ось Х

Суммарная проекция ветровой нагрузки на стенку вычисляется по формуле:

(2.19)

По формуле (2.18) определяем опрокидывающий момент от ветра, действующий на стенку резервуара

Опрокидывающий момент от ветра, действующий на кровлю:

(2.19)

где — нормативное значение ветрового давления, ;

— коэффициент сочетания кратковременной нагрузки, (пункт 6.4 СП 20.13 330.2011актуализированная редакция СНиП 2.01.07 — 85);

— коэффициент надежности по ветровой нагрузке, ;

— коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте резервуара, для местности типа В и высоте резервуара 17,91 м;

— площадь вертикальной проекции кровли;

(2.20)

где — радиус стенки резервуара, ;

— высота кровли, ;

Тогда

;

— расстояние от днища до центра тяжести кровли.

;

Тогда

.

По формуле (2.17) определяем опрокидывающий момент от ветра

Подъемная сила от действия ветра на кровлю:

(2.21)

где — аэродинамический коэффициент для кровли, ;

Тогда

.

Удерживающая сила (вес металлоконструкции резервуара с учетом внутреннего давления в резервуаре) вычисляется по формуле:

(2.22)

где — вес металлоконструкций, ;

— максимальное избыточное давление на кровлю, .

Тогда

Удерживающий момент от разницы удерживающей и подъемной силы:

(2.23)

.

Сравниваем удерживающий момент с опрокидывающим моментом от ветра:

Вывод: опрокидывание резервуара от ветрового давления не произойдет и анкерное крепление резервуара не требуется.

2.4 Расчет ребристо кольцевого купола резервуара

2.4.1 Установление габаритных размеров сферического покрытия

Назначают стрелку подъема f и вычисляют радиус сферы купола. Стрелку подъема купола f рекомендуется принять:

;

Радиус сферы:

(2.24)

.

Длина щита покрытия колеблется в пределах 8…12м. Центральный угол сферы определяется по формуле:

отсюда; .

Длина дуги купола в вертикальной плоскости:

(2.25)

.

Половину длины дуги следует разделить на целое число ярусов щитов покрытия и выделить радиус верхнего центрального кольца. Примем длину щита по длине окружности .

При этом радиус центрального кольца:

(2.26)

.

Определяем число щитов в одном ярусе

(2.27)

примем

2.4.2 Нагрузки на купол

При расчете элементов купола участвуют нагрузки:

вертикального направления:

-вниз

(2,28)

— вверх

(2,29)

где, — коэффициент надежности по собственному весу, ;

— коэффициент надежности по вакуумметрическому давлению, ;

— коэффициент надежности по избыточному давлению, ;

— коэффициент надежности по ветровой нагрузке, ;

— коэффициент сочетания нагрузок, ;

— соственный вес щитов, ;

— вакуумметрическое давление в резервуаре, ;

— избыточное давление в резервуаре, ;

— расчетная снеговая нагрузка, ;

— коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытии; ;

— нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки,

.

горизонтального направления, собираемые в верхней части резервуара равной 0,4Н (Н-высота резервуара)

— нагрузки, вызывающие сжатие опорного кольца купола в виде активного давления ветра и вакуума

(2.30)

где, -шаг радиальных ребер по дуге окружности, ;

.

— нагрузки, вызывающие растяжение опорного кольца в виде ветрового отсоса и избыточного давления

(2.31)

где, .

По формуле (2.28) и (2.29) найдем вертикальную нагрузку:

— направленную вниз:

;

— направленную вверх:

.

По формуле (2.30) и (2.31) найдем нагрузки, вызывающие сжатие опорного кольца купола:

;

вызывающие растяжение опорного кольца купола:

.

2.4.3 Расчет кольцевых элементов

Радиальные кольца купола передают на опорное кольцо горизонтальные силы в виде распоров Р, величина которых определяется по формуле:

(2.32)

где, q — вертикальная нагрузка на купол;

— вызывает растяжение в опорном кольце

— сжимает опорное кольцо.

Распоры вызывают в кольце изгибающие моменты и продольные силы, определяемые по формулам:

— максимальный момент (под радиальным ребром)

(2.33)

;

— момент между ребрами

(2.34)

;

— продольное усилие

(2.35)

.

При нагрузке q1 снизу вверх на купол:

— момент под радиальным ребром

;

— момент между радиальными ребрами

;

Дополнительные продольные усилия в опорном кольце:

— от избыточного давления на 0,4Н стенки

(2.36)

;

— от вакуума на 0,4Н стенки

(2.37)

;

— от ветровой нагрузки на 0,4Н стенки

(2.38)

где, ;

— сжатие;

;

Изгибающие моменты

(2.39)

.

Усилия в кольце от ветрового отсоса на покрытие резервуара

(2.40)

.

Распор от ветрового отсоса, передаваемый через радиальные ребра

(2.41)

.

Изгибающие моменты в опорном кольце от ветровых распоров

(2.42)

;

(2.43)

.

Продольное усилие

(2.44)

.

Таблица 2.4 — Усилия в сечениях опорного кольца

Таблица 2.5 — Номера загружения и расчетные усилия в сечениях опорного кольца

Площадь сечения опорного кольца

.

Момент инерции сечения кольца

.

Момент сопротивления

.

Проверка сечения на прочность:

(2.45)

Вывод: условие прочности выполняется.

Заключение

Для строительства резервуара РВС 10 000 необходимо использовать сталь 345, минимальная расчетная толщина стенки — 9,7 мм, толщина стенки нижнего пояса составляет 12,7 мм. По результатам расчетов видно, что условия прочности и устойчивости стенки резервуара выполняются. Анкеровка резервуара не требуется, так как выполняется условие устойчивости резервуара к опрокидыванию при воздействии ветровой нагрузки.

1. Нехаев, Г. А. Проектирование и расчет вертикальных цилиндрических резервуаров и газгольдеров низкого давления. — Издательство ABC, 2005 г. — 216с.

2. СНиП 23 — 01 — 99 «Строительная климотология» — 67с.

3. РД — 23.020.00 — КТН — 079 — 09 «Нормы проектирования стальных вертикальных резервуаров для хранения нефти объемом «- 70с.

4. ПБ 03 — 605 — 03 «Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов» — 79с.

5. СП 20.13 320.2011 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07 — 85*» — 96с.