2482

защите, пожарной безопасности резервуаров, резервуарных парков нефтебаз, приведён ниже:

1. ГОСТ 25.506-85 Расчет и испытания на прочность. Методы механических испытаний материалов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении;

2. ГОСТ 380-94 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки; 3. ГОСТ 1510-84 Нефть и нефтепродукты. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение;

4.ГОСТ 2517-85 Нефть и нефтепродукты. Методы отбора проб;

5.ГОСТ 13196-85 Пробоотборники стационарные для резервуаров с

нефтью и нефтепродуктами. Тип и основные параметры. Общие требования;

6. ГОСТ 17032-71 Резервуары стальные горизонтальные для нефтепродуктов. Типы и основные размеры;

7.ГОСТ12.1.004-91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования;

8.ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление,

зануление; 9. ГОСТ 12.1.018-92 ССБТ. Пожаровзрывоопасность статического элек-

тричества. Общие требования; 10. ГОСТ 17.23. Охрана природы. Атмосфера. Правила установления

02-78 допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями;

11. ОСТ 36-75-83 Контроль неразрушающий. Сварные соединения трубопроводов и конструкций. Ультразвуковой метод;

12.СНиП 2.04.12-86 Расчет на прочность стальных трубопроводов;

13.СНиП 2.05.06-85 Магистральные трубопроводы;

14.СНиП 3.05.05-84 Технологическое оборудование и технологические

17.СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений;

18.СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии;

19.СНиП 2.04.14-88 Тепловая изоляция оборудования и труб;

20.СНиП 2.09.03-85 Сооружение промышленных предприятий;

21.СНиП 2.11.03-93 Склады нефти и нефтепродуктов. Противопожарные

нормы;

161

22.СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения. Основания и фундаменты;

23.СНиП 3.05.06-85 Электротехнические устройства;

24.СНиП 3.05.07-85 Системы автоматизации. Правила производства и при-

емки работ;

25.СНиП 23-05-95 Естественное и искусственное освещение;

26.РД 08-95-95 Положение о системе технического диагностирования

сварных вертикальных цилиндрических резервуаров для нефти и нефтепродуктов;

27. РД 09-102-95 Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, поднадзорных Госгортехнадзору России;

28.РД 26-11-8-86 Соединения сварные. Механические испытания;

29.РД 26.260.004-91 Методика прогнозирования ресурса оборудования по

162

10.5.2. Определение основных размеров вертикальных цилиндрических резервуаров

На рис. 10.5 показан вертикальный резервуар и эпюра давления от жидкости вдоль стенки. Резервуар находится под постоянным давлением дыхательного клапана (2000 Н/м2), которое, согласно закону Паскаля, передается во все точки резервуара без изменения. Стенки дополнительно воспринимают давление жидкости, которое изменяется от высоты Н и определяется по формуле

где – плотность нефтепродукта, кг/м3; g – ускорение свободного падения

9,8 м/с2.

Рис. 10.5. Расчетная схема вертикального резервуара

Для резервуара вертикального стального марки РВС – 1000 с высотой наполнения 8 м и плотностью нефтепродукта, равного 900 кг/м3, избыточное давление у основания составит 70560 Н/м2. Если учесть наличие дыхательного клапана, поддерживающего давление испарившегося топлива 2000 Н/м2, то

общее расчетное избыточное давление у основания резервуара составит

72560 Н/м2.

Объем вертикального резервуара зависит от его площади основания

D2 /4, где D – внутренний диаметр резервуара и высоты резервуара НР.

где RР – радиус резервуара.

163

На рис. 10.6 показана конструкция резервуара РВС-5000. Он представляет собой цилиндрический корпус 1, сваренный из стальных листов размером 1,5 х 6 м, толщиной 4 – 25 мм, со щитовой конической или сферической кровлей. При изготовлении корпуса длинная сторона листов располагается горизонтально. Один горизонтальный ряд сваренных между собой листов называют поясом резервуара. Соединение поясов может быть стыковое (С) или ступенчатое (нахлесточное Н).

Рис. 10.6. Вертикальный цилиндрический резервуар объемом 5000 м3 со щитовой кровлей: 1 – корпус; 2 – щитовая кровля; 3 – центральная стойка;

4 – шахтная лестница; 5 – днище

Щитовая кровля 2 опирается на центральную стойку 3. Днище резервуара 5 сварное, располагается на песчаной подушке. Обработано битумом с целью предотвращения коррозии и имеет уклон от центра к периферии для удаления воды.

В таблице 10.3 приведены основные данные по стальным вертикальным цилиндрическим резервуарам для нефти и нефтепродуктов.

Резервуары типа РВС сооружаются объемом от 100 до 100 000 м3. Они рассчитаны на избыточное давление около 2000 Па и разрежение около 200 Па (вакуумметрическое давление).

164

нём становится меньше атмосферного и определяется давлением открытия клапана разрежения (вакуумметрическое давление 200 Па).

Прочность материала цилиндрической части резервуара на единичной высоте (h = D) при растяжении находят из выражения

где В – предел выносливости (прочности) материала при растяжении (для стали марки Ст2 – 334 МПа); N P F1 P D D – сила, Н, растягивающая цилиндрическую поверхность резервуара на единичной высоте; F2 2 D 1 –

площадь сечения металла резервуара, на которую действует растягивающая сила.

Сокращая числитель и знаменатель составляющих выражения 10.3 на D

С учетом запаса прочности (1,5 – 3,0) выбираем 1= 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) В = 360 МПа.

Напряжение в первом поясе по СНиП II-23 – 81:

166

где σ – кольцевое напряжение, Па; n1 – коэффициент перегрузки жидкости, n1 = 1,1; Н – высота столба жидкости для рассчитываемого пояса, м; х – расстояние, равное 0,3 м для 1-го пояса; n2 – коэффициент перегрузки в газовом пространстве резервуара, n2 = 1,2; ри – избыточное давление в газовом пространстве; r – радиус окружности стенки, м; δ – фактическая толщина стенки, 0,011 м.

Напряжение в поясе не должно превышать допускаемого напряжения, определяемого по СНиП II-23 – 81 с учетом хрупкого разрушения:

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; В – расчетное сопротивление стали растяжению,

сжатию, Па; γи – коэффициент надежности в расчетах по временному сопротив-

лению, по СНиП II-23 – 81 γи = 1,3.

Допустимое напряжение в первом приближении можно принять рав-

ным (0,4 – 0,6) В или равным пределу текучести при растяжении (для листо-

вой стали 3Сткп толщиной до 20 мм Т = 235 МПа).

Подставляя численные значения в выражения 10.6 и 10.7, получим

1,1 9,81 917,4 11,92 0,3 1,2 2000 17,1 182,6 МПа; 0,011

[ ] 0,85 0,8 360 188,3 МПа. 1,3

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 Hmax = 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 σт = 230 МПа; остаточная толщина стенки 8 мм.

Определим величину напряжения растяжения в стенке при максимальной ее нагрузке:

167

следовательно, a* 230 МПа.

Вычислим число циклов работы резервуара до образования трещины без учета коррозийного воздействия по следующей зависимости [56]:

В приведенной формуле 10.11 величина Е = 2 105 Па – модуль упругости материала, = 0,31 – относительное сужение образца, σт = 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

При частоте циклов заполнения m = 300 раз в год остаточный срок службы резервуара составит:

168

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

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 h1, h2 , h3 и различной толщиной стенок 1, 2 и 3.

Предельная толщина отдельных листов стенки резервуаров в различных поясах, находящихся в эксплуатации, показана в таблице 10.4.

169

Таблица 10.4

Предельная минимальная толщина листов стенки резервуаров, изготовленных из стали ВСТ3

10.5.4. Дыхательные клапаны резервуаров

Дыхательные клапаны служат для поддержания допустимого давления в резервуарах в процессе слива, налива нефтепродукта, а также колебания температуры окружающей среды.

Конструктивные параметры механических дыхательных клапанов выбирают расчетным путем, уточняют в процессе доводки и регулировки.

Максимальный расход газов через дыхательный клапан в процессе «выдоха» находят из выражения [53]:

Vг – максимальный объем газового пространства (принимается равным объему резервуара), м3;

170