Стальной резервуар для хранения нефти и нефтепродуктов

 

Использование: изобретение относится к области хранения нефти и нефтепродуктов. Резервуар содержит днище, крышку, цилиндрический стальной корпус, имеющий для усиления ребра жесткости. Сущность изобретения: для исключения напряжения в узле сопряжения стенки с днищем и снижения величины концентрации напряжений в стенке ребра жесткости своими нижними концами стянуты канатом на уровне 1,2 м над днищем. 3 ил.

Изобретение относится к области хранения нефти и нефтепродуктов. Используется на нефтебазах, на объектах транспорта нефти и нефтепродуктов.

Известен резервуар стальной вертикальный, цилиндрический для нефти и нефтепродуктов емкостью 20000 м³ (Типовой проект 704-1-17184, разработанный институтом Гипронефтеспецмонтаж). Резервуар состоит из цилиндрической вертикальной стенки, плоского днища и сферической крышки. Основным недостатком конструкции описанного резервуара, входящего в нормальный ряд емкостей от 100 до 50000 м³, является то, что толщина его стенки, отвечающая условию прочности не обладает достаточной жесткостью в осевом направлении, поэтому устойчивость ее обеспечивается увеличением толщины, что приводит к чрезмерному запасу прочности.

Известен резервуар для нефтепродуктов (авт. св. N 1641723, 1991). Он состоит из вертикального металлического цилиндрического корпуса с днищем и крышей. Он обладает тем же недостатком, что описанный выше резервуар емкостью 20000 м².

Известен сухой газгольдер поршневого типа (Веревкин С.И. Корчагин В.А. Газгольдеры. В. Стройиздат, 1966, с. 240). Данный газгольдер предназначен для хранения природного газа и состоит из стального вертикального цилиндрического корпуса с плоским днищем и сферического купола-крыши, внутри корпуса перемещается диск (поршень) плотно прилегающий к внутренней поверхности корпуса. Цилиндрический корпус состоит из тонкостенной оболочки усиленной кольцевыми и вертикальными (осевыми) ребрами жесткости соединенными с днищем и крышей. Такая конструкция стенки обладает достаточной жесткостью в осевом направлении, однако не может быть использована для хранения жидких нефтепродуктов, т. к. гидростатическое давление хранимого продукта, растущее сверху-вниз, вызывает опасные изгибные напряжения как в ребрах жесткости, так и в узле сопряжения стенки с днищем, из-за жесткого соединения ребер жесткости с днищем.

Наиболее близким является резервуар для нефти, имеющий корпус, крышку, ребра жесткости, расположенные на корпусе вертикально (Бунчук В.А. Современные типы резервуаров для нефти и нефтепродуктов. М. ГОСНИТИ, 1959, с. 87 89).

Для исключения опасных напряжений в узле сопряжения стенки с днищем, необходимо убрать жесткую связь ребер жесткости с днищем и обеспечить более податливое соединение стенки с днищем. Для того, чтобы устранить недостатки, описанные выше, предлагается конструкция стенки (1) вертикальных цилиндрических стальных резервуаров, принципиальное отличие которой состоит в том, что толщина ее определяется из условия прочности, а жесткость в осевом направлении увеличена вертикальными ребрами жесткости (2) не соединенными с днищем, а стянутыми по нижнему концу стальным канатом (5). Вертикальные ребра жесткости (2), выполнены из двутаврового проката N 12, располагаются в одной плоскости с радиальными ребрами жесткости щитов покрытия (стропильными ногами крыши (3)) и привариваются к наружной поверхности стенки сплошным швом. Нижние концы ребер жесткости располагаются, например, на уровне 120 см от днища (4) и стягиваются стальным канатом (3) диаметром 50 мм. Усилие предварительного натяжения каната определяется по формуле.

где Е модуль Юнга (упругости) стали; δ толщина стенки на уровне каната; h_c высота стенки; r радиус стенки; d_к диаметр каната.

При стягивании каната с помощью талрепа крутящий момент, соответствующий усилию натяжения каната, определяется по формуле где d_т диаметр винтовых стержней талрепа; K_c коэффициент трения стали о сталь.

Длина ребер жесткости равна l_р h 120 см.

Для возможности свободного перемещения каната в кольцевом направлении относительно ребер жесткости при натяжении, он пропускается через отрезки труб (6) приваренных к нижнему концу ребер жесткости через косынку (7) так, чтобы канат плотно прилегал к стенке резервуара по всей окружности.

Преимущество данной конструкции является ее меньшая металлоемкость по сравнению с применяемыми в настоящее время в промышленности. Оценим на сколько может снизиться металлоемкость стенки резервуара емкостью 20000 м³. Диаметр резервуара 45,64 м, высота стенки 11,92 м. Стенка резервуара состоит из 8 поясов толщиной соответственно: 14; 12; 10 мм и все остальные пояса по 10 мм. Четыре нижних пояса изготовлены из низколегированной стали 09Г2С с расчетным сопротивлением 3500 кгс/см², а четыре верхних из стали Вст3 сп5 с расчетным сопротивлением 2400 кгс/см². Каркас жесткости крыши состоит из 48 радиальных ребер (стропильных ног).

Толщины поясов стенки, определенные из условия прочности в соответствии с требованиями СНиП П-23-81 (Нормы проектирования. Стальные конструкции) по формуле:
где δ_i толщина i-того пояса;
γ удельный вес жидкости (воды);
S_j высота j-того пояса стенки;
P_o расчетное избыточное давление в газовом пространстве, 200 мм вод. столба жидкости;
r радиус стенки;
R расчетное сопротивление стали; составят 8; 7; 6; 5; 6; 5 и остальные по 4 мм. Учитывая, из опыта эксплуатации резервуаров, что в пределах нижнего пояса происходит наиболее интенсивная коррозия металла и добавляя по 1 мм толщины всех поясов в запас на неизбежную коррозию, назначим следующие толщины поясов: 14; 8; 7; 6; 6; 6; 5; 5 мм. Отметим что: 1) принятые толщины поясов стенки обеспечивают запас прочности; 2) ребра жесткости (предлагаемые) повышают устойчивость стенки не только в осевом направлении, но и в кольцевом.

Несложный подсчет показывает, что металлоемкость стенки снижается на 28,7
1) емкость ребер жесткости
V_р F x n x l_р 17,83 х 48 х 1072 917686,9 см³
где F площадь сечения двутавра N 12;
n количество ребер;
2) толщина стенки, эквивалентная емкости ребер жесткости

3) средняя толщина стенки по проекту

4) средняя толщина усиленной ребрами стенки

5) средняя толщина стенки усиленной ребрами с учетом емкости ребер:
δ_др = δ_p+δ_ср = 0,0537+0,7125 = 0,7662 см
6) снижение металлоемкости в процентах:

На фиг. 1 и 2 изображены фронтальный вид и вид в плане резервуара с усиленной стенкой, на фиг.3 узел I на фиг.1.

Резервуар состоит из цилиндрического корпуса 1, плоского днища 4 и сферической крышки 9. Днище собрано из стандартных прокатных листов, сваренных в стык, и представляет собой круглую пластину, состоящую из двух частей центральную и окрайки из листов большей толщины. Цилиндрический корпус 1 снабжен из стандартных прокатных слитков сваренных в стык. Один ряд листов, соединенных последовательно в кольцевом направлении образует пояс. Корпус может состоять из 8 12 поясов, в зависимости от емкости резервуара и ширины листового проката, определяющей высоту пояса. Толщина полотнища корпуса уменьшается ступенчато по поясам. Снизу вверх и постоянно в пределах пояса. Корпус жестко соединен с днищем 4 сваркой, соединение тавровое. К внешней поверхности цилиндрического корпуса приварены сплошным швом вертикальные ребра жесткости 2, расположенные равномерно по периметру. Ребра жесткости 2, выполненные из двутаврового проката, расположены по высоте корпуса так, что их верхние концы соединены через полотнище корпуса с верхним опорным кольцом крыши 8, а нижние концы в одной горизонтальной плоскости, расположенной выше сечения, в котором развиваются наибольшие радиальные смещения оболочки под действием гидростатического давления хранимого продукта, на 40 50 см. К нижним концам ребер жесткости 2 с торца перпендикулярно оси ребер приварены отрезки труб 6 с помощью косынок 7. Внутри отрезков труб пропущен стальной канат 5, плотно охватывающий корпус резервуара по всему периметру. Стальной канат предварительно натягивается с помощью талрепа усилием равным:

где Е модуль Юнга (упругости) стали;
δ толщина стенки на уровне каната;
h_c высота стенки;
r радиус стенки; d_к диаметр каната.

Соответствующий крутящий момент на талрепе определяется по формуле:

где d_т диаметр винтовых стержней талрепа;
K_c коэффициент трения стали о сталь.

Крышка резервуара 9 состоит из каркаса жесткости и настила. Каркас жесткости крыши состоит из радиальных ребер (стропил) 3 изогнутых по радиусу сферы, соединенных между собой кольцевыми связями. Настил собран из стандартных прокатных листов сваренных в стык. Крыша резервуара соединена с корпусом через опорное кольцо 8. Радиальные ребра 3 крыши и вертикальные ребра корпуса 2 расположены попарно в одной плоскости.

Работает резервуар следующим образом.

При монтаже резервуара индустриальным методом, предусматривающим заводское изготовление металлоконструкций в виде рулонов полотнищ днища 4 и корпуса 1, щитов крыши 9, сегментов окраек днища 4 и опорного кольца крыши 8, известная технология монтажа применяется без изменения. Приварка вертикальных ребер корпуса 2 совмещается с разворачиванием рулона корпуса 1 и монтажном щитов крыши 9. На каждом шаге разворачивания рулона корпуса монтируется сегмент опорного кольца 8 крыши 9, затем приваривается ребро жесткости корпуса 2 затем монтируется очередной щит крыши 9. Монтаж стального каната 5 его предварительное натяжение выполняется непосредственно перед испытанием законченного строительством резервуара.

Формула изобретения

Стальной резервуар для хранения нефти и нефтепродуктов, содержащий днище, цилиндрический корпус, усиленный ребрами жесткости, и крышу, отличающийся тем, что он выполнен таким образом, что нижние концы ребер жесткости расположены на уровне 1,2 м над днищем и стянуты канатом для уменьшения величины концентрации напряжения в стенке цилиндрического корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3