Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Edigarov / ЧАСТЬ 1 / Часть первая Глава 3.doc
Скачиваний:
492
Добавлен:
02.03.2016
Размер:
1.24 Mб
Скачать

§ 2. Экономика основных размеров вертикальных цилиндрических резервуаров

Резервуар заданного объема можно спроектировать в нескольких вариантах, изменяя его радиус или высоту. Очевидно, из всех вариантов один должен быть оптимальным. В 1883 г. акад. В. Г. Шухов предложил оптимальные размеры вертикального стального резервуара заданного объема определять по минимальному расходу металла на их сооружение. Классическое решение В. Г. Шухова до настоящего времени применяется в резервуаростроении без существенных изменений. Между тем в современных условиях это решение требует существенного дополнения. Разработанное в начале развития нефтяной промышленности, когда легкие фракции нефти до осветительного керосина не использовались, а единственным методом монтажа резервуаров являлось соединение листов с помощью заклепок, это решение, естественно, не могло учесть возрастающую роль эксплуатационных расходов и прогресса в технологии и экономике резервуаростроения. В общем случае экономичные размеры резервуаров зависят от следующих основных факторов:

Капитальных затрат, включающих стоимости: расходуемого металла; сварки и монтажа корпуса, крыши, днища и монтажа оборудования; сооружения основания и фундамента.

Эксплуатационных расходов, включающих количество теряемых фракций от испарения в резервуарах, стоимость расходуемой энергии в «горячих» резервуарах, стоимость отстоя 1м3 нефтепродукта в резервуарах-отстойниках и другие расходы, связанные с технологическим назначением резервуара и физическими свойствами нефтепродуктов.

Рассмотрим решение В. Г. Шухова для резервуаров с переменной толщиной стенки, эпюра которой представлена на рис. 3.1, в. Общий объем металла Q, необходимого для строительства резервуара заданного объема V, складывается из:

1) объема металла днища и покрытия

где α = δд + δк.

Значения δд и δк.для «атмосферных» резервуаров не рассчитывают, а принимают исходя из технологии строительства и конструктивных соображений;

2) объема металла корпуса

где q'2 — объем работающего металла, равный объему тороида с треугольным поперечным сечением (заштрихованный треугольник ABC на рис. 3.1, в); q"2 — объем «неработающего» металла, соответствующий сумме объемов тороидов с треугольным сечением ОКТ

Заменив Н = и δ=, получим

и

Здесь е — разность толщин соседних поясов; п — число поясов; h0 — высота пояса.

Из подобия треугольников ABC и ОКТ следует:

или, подставив значение δ, получим

Отсюда следует, что для резервуара заданной емкости объем «неработающего» металла не зависит от расчетных величин Н и R. Суммируя объемы q1, q'2 и q"2 получаем

(3.32)

Оптимальный радиус резервуара заданной емкости, на сооружение которого будет израсходован наименьший объем металла, найдем из условия

(3.33)

Подставив значение Rоп в формулу объема цилиндра, получим

(3.34)

Минимальный объем металла получим, подставив значение Rоп в (3.32):

(3.35)

Последнее уравнение показывает, что для заданного резервуара с уменьшением высоты пояса h0 объем «неработающего» металла уменьшается, но это обстоятельство не может быть использовано без учета возможного удорожания монтажных работ вследствие увеличения длины кольцевых сварочных швов.

Аналогичным способом можно определить оптимальные значения R, Н и Qmin для резервуаров с постоянной толщиной стенки (см. рис. 3.1, а):

(3.36)

(3.37)

(3.38)

Для решения задачи оптимальных размеров резервуаров с учетом всех вышеперечисленных факторов воспользуемся уравнением приведенных расходов

(3.39)

где S — суммарные приведенные расходы в руб./год; φ — величина, обратная сроку окупаемости, в 1/год; Кi — суммарные капитальные расходы в руб.; Эi — суммарные эксплуатационные расходы в руб./год.

В качестве примера рассмотрим задачу об оптимальных размерах вертикального цилиндрического «атмосферного» резервуара с переменной толщиной стенок корпуса.

1. Составим функцию S:

(3.40)

2. Определим суммарные капитальные затраты (в руб.):

(3.41)

где К1 — стоимость металла, израсходованного на сооружение резервуара в руб.

или, пользуясь уравнением (3.32),

K2— стоимость сварки и монтажа резервуара в руб.

K3— стоимость сооружения основания в руб.; K4 стоимость резервуарного оборудования и его монтажа в руб.; b1стоимость 1 т металла в руб./т; ρс - плотность металла (стали) в т/м3; ρ — максимальная плотность хранимого в резервуаре нефтепродукта; ρ2 — стоимость сварки и монтажа единицы веса металлоконструкции в руб./т.

Более точно K2 — переменная величина, функционально зависящая от основных размеров резервуара, а также от высоты пояса корпуса. Для упрощения задачи воспользуемся приближенным значением. Стоимость сооружения нормального фундамента K3 может быть приближенно принята пропорционально объему резервуара

где b3стоимость сооружения фундамента, отнесенная к 1 м3 объема, в руб./м3-Стоимость оборудования и его монтажа также приближенно принимается пропорционально объему резервуара

где b4 — стоимость оборудования, отнесенная к 1м3 объема резервуара, в руб./м3.

Подставляя значение Ki в уравнение (3.41), получаем суммарные капитальные затраты (в руб./год)

(3.42)

3. Определим основные эксплуатационные расходы (в руб./год):

(3.43)

где Э1 — стоимость теряемых от испарения нефтепродуктов в резервуаре;: Э2 — амортизационные отчисления; Э3 — расходы на текущий ремонт; Э4 — заработная плата обслуживающего персонала.

Можно учесть и другие статьи эксплуатационных расходов (освещение, охрана и другие), но они мало влияют на конечный результат и излишне осложняют задачу. Если в резервуаре хранится легкоиспаряющийся нефтепродукт, то

1)

где a1 — стоимость нефтепродуктов, теряемых с 1м2 поверхности испарения, в руб.

с — стоимость единицы веса нефтепродукта в руб./кг; т — количество нефтепродуктов, теряемых с 1м2 поверхности испарения в год [принимается согласно действующим нормам в кг/(год·м2)];

2)

где а2 — установленная норма амортизационных отчислений для стальных резервуаров в 1/год (а2 = 5% в год от ΣK);

3)

где а3 — доля амортизационных отчислений, направляемых на ремонт, в 1/год (а3 = 2,9% в год от ΣK);

4)

где а4 — годовая заработная плата эксплуатационного персонала, приходящаяся на 1м3 объема, в руб./(год · м3).

Подставив значение Эi в уравнение (3.43), получим эксплуатационные расходы (в руб./год):

Теперь после подстановки всех членов уравнение (3.40) примет вид

Оптимальное значение радиуса резервуара найдем из условия (dS/dR) = 0;

(3.44)

Сравнивая (3.33) и (3.44), получаем

(3.45)

Из последнего соотношения следует, что радиус резервуара, вычисленный из минимума приведенных расходов, всегда меньше радиуса, определяемого по минимуму расхода металла. Подставив в формулу объема резервуара значение Rоп, получим оптимальное значение высоты резервуара

(3.46)

Сравнивая (3.34) и (3.46), получаем

(3.47)

Последнее отношение показывает, что экономически наивыгоднейшая высота резервуара, вычисленная по минимальным годовым приведенным расходам, всегда больше высоты, полученной из условия минимума расхода металла.

Анализ полученных решений позволяет сделать вывод, что резервуары, в которых хранятся легкоиспаряющиеся нефтепродукты, будут иметь различные оптимальные значения в зависимости от физических свойств нефтепродуктов и географического месторасположения резервуара.

Изложенный метод может быть успешно использован для определения наивыгоднейших параметров резервуаров различных конструкций и технологического назначения.

Опыт решения уравнения (3.38) на ЭВМ показал полную возможность резкого сокращения времени при решении рассмотренных выше задач.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.