§ 1. Вертикальные цилиндрические резервуары

Цилиндрические резервуары являются наиболее распространенными для хранения нефтепродуктов, относительно просты в изготовлении и наиболее экономичны по стоимости. Различают: вертикальные цилиндрические резервуары низкого и высокого давления, с пространственными днищами, с плавающими крышами и понтонами; горизонтальные цилиндрические резервуары высокого и низкого давления, наземные и подземные.

Цилиндрические резервуары представляют собой сварную конструкцию из стальных листов. Наиболее распространенные размеры листов: 1000 × 2000 и 1250 × 2500 мм при толщине δ ≤ 4 мм; 1500 × 6000 мм при толщине δ > 4 мм. Листы для резервуаров изготовляются из полуспокойной и спокойной мартеновских сталей ВМСт. 306 и ВМСт. 3сп (ГОСТ 380—71), удовлетворяющих следующим требованиям по механическим свойствам и химическому составу (группа В):

1. временное сопротивление 37—46МПа;

2. предел текучести не менее 24МПа для первого разряда (при толщине проката 20—41 мм);

3. верхние пределы содержания углерода — 0,22%, серы — 0,05%, фосфора — 0,045% и кремния — 0,15%;

4. предельное содержание хрома, никеля и меди не более 0,3% (каждого элемента);

5. ударная вязкость при температуре -20°С не менее 30 Дж/см².

При понижении температуры (ниже -20°С) стали ВМСт.3пс и ВМСт.3сп приобретают повышенную хрупкость и ударная вязкость падает ниже 30 Дж/см². Поэтому для резервуаров, эксплуатируемых при температуре ниже -20°С, следует применять специальные низколегированные марганцовистые стали с высокой ударной вязкостью. Например, по ГОСТ 5520—69 сталь 1072С обладает следующими пределом текучести (σ_т) и пределом прочности (σ_вр): σ_т = 37МПа и σ_вр = 51МПа для δ= 4 ÷ 7 мм; σ_т = 34МПа и σ_вр = 50МПа для δ = 8 ÷ 32 мм. Ударная вязкость этой стали 30 Дж/см² при температуре - 40° С и 24,5 Дж/см² при температуре - 70°С.

Для сварных резервуаров, работающих под давлением 0,8—6 МПа, при температуре хранения нефтепродуктов 120—450°С применяют стали марок 15К и 20К, которые по химическому составу и механическим свойствам удовлетворяют требованиям ГОСТ 5520—69.

Сталь для сварных резервуаров должна поставляться с гарантией свариваемости. Во избежание образования трещин применять конверторную сталь не допускается.

Расчет корпуса

Все металлические резервуары по форме представляют тела вращения и для них справедливо уравнение Лапласа. Применительно к вертикальным цилиндрическим резервуарам уравнение Лапласа упростится (так как R_м — ∞„ a R_к = R — радиусу резервуара) и примет вид

(3.2)

Кольцевое усилие Т_к на единицу длины окружности связано с напряжением σ_к и толщиной стенки корпуса δ формулой

(3.3)

Тогда согласно (3.2) и (3.3) получим формулу для определения толщины стенки корпуса

(3.4)

где σ_р — расчетное напряжение растяжения в Па

(3.5)

m — коэффициент условий работы резервуаров (m = 0,8); k — коэффициент однородности металла (к = 0,9); п — коэффициент перегрузки, учитывающий возможность повышения эксплуатационного давления (п = 1,1).

Следует отметить, что растет толщины корпуса резервуара по безмоментной теории является упрощенным, так как не учитываются влияния изгибающих моментов, возникающих в сопряжении корпуса с днищем и в кольцевых нахлесточных швах.

Пользуясь формулой (3.4), можно построить эпюру толщин стенок корпуса резервуара (рис. 3.1, а). Для «атмосферных» резервуаров h_и = 0, тогда

где с — для данного резервуара величина постоянная.

Рис. 3.1. Эпюры толщин стенок вертикальных