§ 3. Горизонтальные цилиндрические резервуары

Горизонтальные цилиндрические резервуары получили широкое применение на нефтебазах для хранения нефтепродуктов в малых количествах.

По сравнению с вертикальными на сооружение горизонтальных резервуаров расходуется на 1м³ объема больше металла. Преимущества горизонтальных резервуаров заключаются в возможности серийного изготовления их на заводах, в хранении нефтепродуктов под высоким избыточным давлением и вакуумом, в удобстве подземной установки. Типовые горизонтальные резервуары, изготовляемые объемом от 3 до 400м³, способны выдерживать внутреннее избыточное давление до 2,5 МПа и вакуум до 0,09 МПа. В зависимости от величины внутреннего давления днища таких резервуаров выполняются сферическими, плоскими или цилиндрическими.

Сферические днища имеют более высокую стоимость и поэтому, они могут быть оправданы при относительно высоком давлении (>0,3 МПа). Радиус сферического днища принимается равным диаметру корпуса резервуара из условия равнопрочности конструкции при одинаковой толщине корпуса и днища. Толщину плоских днищ рассчитывают по формуле

(3.48)

где φ — коэффициент, зависящий от условий закрепления днища по контуру (φ =0,5 ÷ 0,75); р — давление на днище в Па; σ_р — расчетное напряжение растяжения в Па.

Наивыгоднейший диаметр горизонтального резервуара низкого давления

(3.49)

Для резервуаров, испытывающих среднее и высокое давление,

(3.50)

где V — объем резервуара.

В формулах (3.49) и (3.50) указаны средние значения коэффициентов пропорциональности. С увеличением объема резервуара они уменьшаются, ас уменьшением объема резервуара увеличиваются.

Расчет оболочки наземного резервуара

В горизонтальной оболочке, покоящейся на сплошном основании, под действием веса нефтепродукта и собственного веса возникают изгибающие моменты М₁ и М₂, стремящиеся сплющить оболочку — увеличить горизонтальный диаметр (рис. 3.9, а). При наличии избыточного газового давления в стенках корпуса возникают равномерно распределенные растягивающие напряжения, способствующие сохранению формы корпуса. Поэтому корпус резервуара, рассчитанный на действие изгибающих моментов, обязательно должен быть проверен на растягивающие напряжения от внутреннего избыточного давления.

Рис. 3.9. К расчету горизонтального цилиндрического резервуара:

а — расчетная схема наземного резервуара; б — эпюра давлений грунта на подземный резервуар.

Изгибающий момент, возникающий в оболочке под действием гидростатического давления нефтепродукта (на единицу длины оболочки), равен

(3.51)

(обозначения даны на рис. 3.9, а). Изгибающий момент, возникающий от собственного веса оболочки (на единицу длины оболочки),

(3.52)

где ρ_с — плотность материала оболочки. Суммарный изгибающий момент

(3.53)

Из сравнения формул (3.51), (3.52) и (3.53) видно, что влияние собственного веса оболочки учитывается коэффициентом

Максимальные значения моментов М₁ и М₂ будут при φ = π/2, т. е. по концам горизонтального диаметра

(3.54)

При комбинированном воздействии нагрузок от собственного веса металла, веса нефтепродукта и внутреннего давления р_и суммарный изгибающий момент уменьшается на величину с — 3ЕI/(р_иR³ + 3EI) и может быть приближенно вычислен по формуле

(3.55)

где Е — модуль упругости материала оболочки в Па; I — момент инерции стенки резервуара (на единицу длины).

Толщину стенки корпуса резервуара определяют по известной формуле

где W — момент сопротивления. Для прямоугольного сечения толщиной δ и единичной длины

тогда

(3.56)

где σ_р — расчетное напряжение на изгиб в Па.

Вычисленная по формуле (3.56) толщина стенки корпуса обычно получается значительной. С целью экономии металла оболочку резервуара выполняют из листов толщиной 4—5 мм, а для придания корпусу необходимой жесткости в каждом поясе резервуара (число поясов принимается кратное ширине стандартного листа) устанавливают кольца жесткости. В таких конструкциях момент изгибающий и момент сопротивления вычисляются для участка оболочки между кольцами жесткости длиной I, а момент сопротивления W определяется с учетом кольца жесткости. Напряжение в оболочках и кольцах жесткости рассчитывается по формуле