Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
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 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; n 1 – коэффициент перегрузки жидкости, 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; γ и – коэффициент надежности в расчетах по временному сопротивлению, по СНиП II-23 – 81 γ и = 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 H max = 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 σ т = 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, σ т = 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 h 1, h 2 , h 3 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,
|