Вертикальные цилиндрические резервуары высокого давления

Резервуары высокого давления предназначены для хранения нефтепродуктов с высоким давлением насыщенных паров. На рис. 3.3 представлена конструкция резервуара, состоящая из цилиндрического корпуса, сферической кровли я плоского днища.

Рис. 3.3. Вертикальный цилиндрический резервуар высокого давления.

1 — корпус; 2 — сферическое покрытие; 3 — сферическое кольцо сопряжения цилиндрического корпуса с шаровой по­верхностью покрытия; 4 — днище; 5 — анкерные крепления; 6 — стенка; 7 — днище; 8 — нижнее кольцо жесткости; 9 — анкерная консоль; 10 — анкерный болт; 11 — анкер; 12 — бетонная плита; 13 — верхнее кольцо жесткости.

Основанием резервуара служит песчаная подушка. Во избежание возможного поднятия периферийной части днища под действием избыточного давления при небольшом заполнении нижний пояс корпуса закрепляется в грунте при помощи анкерных болтов и железобетонных плит. Крепление анкерных болтов к стенке резервуара осуществляется посредством приваренных консолей. Устойчивость оболочки корпуса при вакууме обеспечивается промежуточными горизонтальными кольцами жесткости из неравнобоких уголков, согнутых на «спинку» и приваренных к корпусу большой полкой. Такое расположение кольца увеличивает его пространственную жесткость, Настил кровли образует пологую сферическую форму при укладке тонких листов кровли на каркас покрытия, выполненного в виде стержневого сферического купола. Поэтому при изготовлении листов кровли гнуть по поверхности двоякой кривизны не требуется. Резервуары объемом до 2000 м³ изготовляют на избыточное давление (0,03 —0,04) МПа, а резервуары объемом до 5000 м³ — на (0,015 4-0,02) МПа.

Толщину листов корпуса рассчитывают по формуле (3.4). Эпюра толщин стенок представлена на рис. 3.1, г.

Толщина листов сферического покрытия определяется по уравнению Лапласа, в котором R_м = R_к == R₁ — радиус сферического покрытия. Так как избыточное давление вызывает оди­наковые усилия во всех точках покрытия, то Т_м = Т_к = Т=σδ, и уравнение (3.1) примет вид

(3.7)

В зоне сопряжения сферического покрытия с цилиндрической частью могут возникнуть значительные краевые напряжения, определяе­мые из уравнения

(3.8)

где r₁ — радиус кривой сопряжения.

Согласно (3.7) для сферической оболочки

Тогда из (3.8) получим

(3.9)

Отсюда следует, что при R₁ = 2r₁ напряжение в кольцевом сечении σ_к = 0. А при R₁ = r₁ напряжение в меридиональном сечении σ_м = σ_к, что возможно в случае, когда поверхность оболочки является полусферой. Однако такая поверхность не экономична вследствие увеличенной выпуклости покрытия.

В большинстве случаев >2и, следовательно, σ_к < 0, т. е. в переходной зоне возникают сжимающие усилия.

В результате значительного увеличения вакуума по сравнению с «атмосферными» резервуарами необходимо проверить корпус резервуара на устойчивость. При наличии в резервуаре колец жесткости расчет корпуса на устойчивость можно произвести по формуле

(3.10)

где q_кр — критическая нагрузка; l — расстояние между кольцами жесткости; η — коэффициент, учитывающий начальную кривизну оболочки (следует принимать η = 0,45). В случае отсутствия колец жесткости величина критической нагрузки (отнесенная к единице длины окружности корпуса резервуара) определяется по формуле

(3.11)

где μ. — коэффициент Пуассона (для стали μ. = 0,3).

Расчетная нагрузка Р = , где коэффициент запасаk = 1,2. Если q_кр > P кольца жесткости не требуются. Количество колец жесткости определяется из сравнения q_кр с Р, или из формулы (3.10), в которой следует принять q_кр = Р и решить ее относительно l. Зная l — Н/п, находим число колец п при известном значении высоты цилиндрического корпуса Н.

Расчет анкерных креплений сводится к определению величины противовеса, компенсирующего возникающую в резервуаре отрывающую силу. Величина отрывающей силы G составляет разность между силой от избыточного давления G_и и силой веса резервуара G_p

(3.12)

где D — диаметр резервуара; h — высота остатка нефтепродукта плотностью ρ_н; ρ_с — плотность материала (стали) резервуара; l — высота пояса резервуара; δ — толщина листов в данном поясе; п — число поясов; δ_к и δ_д— толщина листов крыши и днища.

Усилие, приходящееся на один болт,

(3.13)

где D_o—диаметр окружности центров анкерных болтов; k — коэффициент запаса (k — 1,3); т — шаг анкерных болтов.

Площадь сечения болта f = N/σ_p, где σ_р — расчетное напряжение на растяжение.

Величина противовеса G_п складывается из веса бетонной плиты G_б и веса грунта над плитой G_гр. Число бетонных плит а = πD/m. Тогда G_п = (G_б + G_rp)ka. Вес бетонной плиты определяется в зависимости от принятых размеров. Вес призмы грунта, расположенной над плитой, рассчитывается в зависимости от глубины заложения плиты и угла внутреннего трения породы (предполагается, что грунт над плитой скалывается под углом трения).