Расчет оптимальных размеров вертикального стального резервуара (рвс)

При заданной вместимости V резервуар может быть выполнен в нескольких вариантах – различной высоты Н и соответствующего ей радиуса r. Из всех возможных вариантов необходимо найти такой, который был бы наиболее экономичным, т.е. ему соответствовало бы наилучшее сочетание капитальных и эксплутационных затрат. Затраты на резервуар зависят от ряда факторов: расход материала, стоимость строительных и монтажных работ, естественная убыль нефти и нефтепродуктов от испарения, занимаемая площадь, теплопотери при хранении подогреваемых нефти и нефтепродуктов и т.п. Например, повышенная площадь зеркала нефти и нефтепродуктов сопряжена с повышением объема испарения легкоиспаряющихся нефтей и нефтепродуктов и применением более мощных средств пожаротушения, а также с увеличением площади застройки. Наряду с этим при меньшей площади резервуара, а соответственно и большей его высоте усложняются монтажные работы.

Для определения технико -экономически обоснованных оптимальных размеров резервуаров с учетом всех перечисленных факторов необходимо минимизировать уравнение приведенных расходов при ограничениях на вместимость резервуара, прочность элементов его конструкции и так далее.

Определение оптимальных размеров резервуара с учетом всех факторов весьма сложно, но решения получены с помощью ЭВМ. Сравнительно просто эта задача решается, если учесть только основной фактор – затраты металла на резервуар. Впервые в такой постановке задачу решил академик В.Г. Шухов.

Методику определения оптимальных размеров, разработанную В.Г. Шуховым, применяют без существенных изменений до настоящего времени при проектировании резервуаров с постоянной толщиной стенки и переменной толщиной стенки до определенной вместимости.

1 Определяется оптимальный радиус резервуара

r_оп = ⁴(V²··g) / (²··_р ), м,

где V – номинальная вместимость резервуара, м³ ([22], стр. 326-334; [6], стр.290, приложение 3; [33], стр. 328, приложение 3; [64], стр. 138-149; [5], стр. 122, табл. 6.1; таблицы 27 – 43 и таблица 44 данного пособия);

 – плотность хранимой нефти или нефтепродукта, кг/ м³ ;

g –ускорение свободного падения, м/с², g = 9,81 м/с²;

– число Архимеда;  = 3,14;

 = _д + _к, м,

где _д – толщина днища, м ([22], стр. 326-334; [6], стр. 290, приложение 3, [64],стр.138-149);

_к – толщина покрытия, м ([58], стр. 225; [59], стр. 190; [5], стр. 121-122).

_р – расчетное напряжение, Па

_р = m·k·R^н , Па,

где m – коэффициент, учитывающий характер работы конструкции и понижающий значение расчетного напряжения ([5], стр. 139);

k – коэффициент однородности стали, характеризующий изменчивость ее свойств и зависящий от типа стали ([5], стр. 139);

R^н –нормативное сопротивление, Па. Принимают равным наименьшему значению предела текучести _т.

R^н = _т , Па,

где _т – предел текучести стали, Па ([1], стр. 82 табл. 26; [2], стр. 103 табл. 33; [59], стр. 152, табл. 12.1; [58], стр. 198, табл. 11.1 [21], стр. 80 табл. 7; стр. 87-88, табл. 11; стр. 89, табл. 12; таблицы 15,16,17,18,48 данного пособия).

Таблица 48 – Нормативные и расчетные сопротивления листовой стали по маркам для изготовления типовых стальных вертикальных цилиндрических

резервуаров ([1], стр. 82 табл. 26)

	Толщина	Нормативное сопротивление, МПа		Расчетное сопротивление, МПа
Марка стали	проката, мм	Предел текучести т	Временное сопротивление в	По пределу текучести Rсвт	По временному сопротивлению Rсвв
16Г2АФ	4 – 32	440	590	400	535
09Г2С	4 – 9	345	490	330	465
09Г2С	10 – 20	325	470	310	450
ВСт3сп	4 – 10	275	380	270	370
ВСт3сп	11 – 20	265	370	260	360
ВСт3пс	4 – 10	235	365	230	355
ВСт3пс	11 – 20	235	355	230	345
ВСт3пс	4 – 20	225	355	220	345
ВСт3кп	11 – 20	215	345	210	335

2 Определяется оптимальная высота резервуара

Н_оп = (· _р)·g, м.

Это уравнение позволяет сделать два важных вывода:

• высота резервуара с переменной толщиной стенки не зависит от вместимости резервуара;

• высота резервуара с переменной толщиной стенки определяется только конструктивными (нерасчетными) элементами резервуара (толщиной днища и покрытия), качеством материала (его прочностью) и свойствами продукта (его плотностью).

3 Определяется минимальный объем металла, необходимый для сооружения резервуара

V_cт^min = V·(2···g/_р + h··g_р), м³,

где h – высота пояса, м ([58], стр. 225; [5], стр. 190; [1], стр. 77)

4 Действительные размеры резервуара принимаются с учетом ширины листов, использова- ния полной их длины и других конструктивных соображений: r = ( D = ); Н =

(см. Основные данные по стальным резервуарам, Технико - экономические показатели резервуаров: [22], стр. 326-334; [6], стр.290, приложение 3; [33], стр. 328, приложение 3; [64], стр. 138-149; [5], стр. 122, табл. 6.1; [11], стр.152-153,табл.30,31,32; [10], стр.71, табл.3.1,3.2; [1],стр.53,54, табл.19,20; таблицы 27 – 43 и таблица 44 данного пособия).