Стальные вертикальные цилиндрические резервуары

Стальные вертикальные цилиндрические резервуары строят с плоскими, коническими и сферическими крышами и днищами. Применение различных форм крыш и днищ диктуется разнообразием условий эксплуатации резервуаров, зависящих от свойств хранимых жидкостей и климатических условий. Рассмотрим некоторые конструкции резервуаров.

Резервуары с плоским днищем и конической крышей (стандартные) наиболее широкое распространение получили стальные вертикальные цилиндрические резервуары с плоским днищем и конической крышей (типовые). Они изготавливаются из стальных листов и хорошо обеспечивают необходимую непроницаемость и герметичность для газа и жидкостей. Конструктивно стальные резервуары представляют собой тонкостенные оболочки, способные работать только на растяжение. Сопротивление изгибу и сжатию таким резервуарам не свойственно в силу недостаточной их пространственной жесткости.

Эти резервуары способны выдерживать внутреннее избыточное давление в газовом пространстве в 200 мм вод. ст. (1960 Па); вакуумное давление – 25 мм вод. ст. (245 Па).

В настоящее время действуют типовые проекты на стальные вертикальные цилиндрические резервуары для нефти и нефтепродуктов объемом 100, 200, 300, 400, 700, 1000, 2000, 3000, 5000, 10000, 15000, 20000, 30000 и 50000 м³.

Корпус резервуара изготавливают из поясов. Замкнутое расположение листов металла в одном ряду по окружности резервуара образует так называемый пояс резервуара. При изготовлении корпуса резервуара стальные листы располагают короткой стороной вертикально.

Пояса резервуаров в корпусе могут иметь следующее взаимное расположение:

Рис. 12 Расположение поясов стальных вертикальных цилиндрических резервуаров;

1) ступенчатое а, с перемежающимся расположением поясов – внешним и внутренним;

2) телескопическое б, при котором каждый верхний последующий пояс входит в предыдущий;

3) смешанное в, когда нижние пояса располагаются ступенчато, а верхние – телескопически;

4) встык г, применяется в сварных резервуарах, свариваемых в заводских условиях под слоем флюса.

По технологическим условиям изготовления резервуаров листовая сталь толщиной менее 3-4 мм не может применяться. В связи с этим на практике делаются отступления от теоретической эпюры толщины стенок. Резервуары малой емкости (до 700 м³), когда расчетная толщина стенки получается меньше строительной толщины 3-4 мм листового материала, выполняются с постоянной толщиной стенки 4 мм.

При отсутствии избыточного давления над поверхностью жидкости в вертикальном цилиндрическом резервуаре стенки последних испытывают давление жидкости, распределяющееся по закону треугольника, а при наличии избыточного давления – по закону трапеции. Резервуары средней и большей емкости изготавливаются с переменной толщиной стенки.

Толщина стенки рассчитывается по методу предельных состояний.

где:

ρ - плотность жидкости в резервуаре. При расчетах для монтажа резервуара берут плотность воды, так как испытание резервуара ведется заполнением водой;

g - ускорение свободного падения;

x - высота жидкости над рассматриваемым сечением стенки резервуара;

K_п1 - коэффициент перегрузки для гидростатического давления;

K_п2 - коэффициент перегрузки для избыточного давления;

P_изб. - избыточное давление, на которое рассчитан резервуар;

r - радиус срединной поверхности оболочки резервуара;

K_р - коэффициент условий работы;

R_у - расчетное сопротивление стали растяженью по пределу текучести.

Коэффициент перегрузки K_п действующих на элементы конструкции резервуаров нагрузок принимают равным: для гидростатического давления 1,1; для избыточного давления и вакуума 1,2.

Коэффициент K_р принимают равным 0,8 при расчете резервуаров на прочность.

Листы днища резервуаров, лежащие на упругом основании, не имеют значительной нагрузки, так как последняя воспринимается непосредственно основанием; поэтому толщина листов днища выбирается по технологическим соображениям изготовления днища. Из этих соображений минимальную толщину листов днища принимают 4 мм. Сегментные окройки днища имеют большую толщину, так как на них оказывается нагрузка от корпуса резервуара.

Днище резервуара считается плоским, если оно имеет подъем к центру с уклоном 1:50

Рис. 13 Фундамент под резервуары объемом 5000 м³:

1 – грунтовая подсыпка; 2 – песчаная подушка; 3 - отмостка

Такая конструкция днища разгружает днище от излишних термических напряжений и позволяет полнее удалять из резервуара подтоварную воду и легче его опорожнять.

Крыша резервуаров вместимостью до 5000 м³ – коническая. Покрытие резервуара состоит из плоских трапециевидных щитов, уложенных с уклоном 1:20, это предусматривает полное стекание природных осадков. Толщина листов крыши резервуара рассчитывается на ветровую и снеговую нагрузки, так же как и вся конструкция перекрытия, на общих основаниях проектирования сооружений.

Стенки резервуаров соединяются с днищем и крышей посредством уголков (называемых уторными); установка нижнего уторного уголка не обязательна. Уторные уголки к стенкам, днищу и крыше привариваются сплошными швами.

При сооружении резервуаров объемом 10000 м³ и более нагрузка на основание в месте примыкания стенки к днищу значительно возрастает, поэтому в данных случаях по периметру основания устраивают кольцевой железобетонный фундамент. В зависимости от объема резервуара ширина кольца может быть 1000-1400 мм, толщина 200-300 мм. Кольцо позволяет распределить сосредоточенную нагрузку от массы стенки, покрытия резервуара и снега, а также от давления ветра по большей площади и тем самым уменьшить осадку всей конструкции.

В дальнейшем при описании других вертикальных резервуаров будут даны только отличительные особенности конструкции резервуаров в сравнении с типовым резервуаром.