Расчет и проектирование резервуара для хранения нефтепродуктов

Федеральное агентство по образованию

Архангельский государственный технический университет

Кафедра инженерных конструкций и архитектуры

(название кафедры)

 

Амбаров Валерий Вячеславович

(фамилия, имя и отчество студента)

 

 Институт нефти и газа   курс 5  группа 5

 

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

 

 

По дисциплине  «Сооружение и ремонт газонефтепроводов и газонефтехранилищ»

(шифр – «наименование»)

На тему: «Расчет и проектирование резервуара для хранения нефтепродуктов»

(наименование темы)

 

 

 

Работа допущена к защите ______________________________     __________

     (подпись руководителя)     (дата)

 

 

 

 

 

 

Признать, что работа

выполнена и защищена с оценкой _________________________________________

 

 

 

Руководитель      _________________     _______________          С.А. Альбицкий

                                               (должность)                                           (подпись)                                 (и.,о., фамилия)

 

____________________

(дата)

 

 

 

 

 

Архангельск

2006

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лист для замечаний

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Березин А.Н.  Проект резервуара для хранения нефтепродуктов объемом 
2000 м3. Руководитель проекта – доцент, к.т.н. Конюхов А.В.

Курсовой проект. Пояснительная записка объемом 48 с. содержит, 13 рисунков, 3 таблицы, 4 источника, графическую часть на 1 листе формата А2.

Графическая часть содержит общий вид резервуара, элементы щитового покрытия резервуара, сопряжение щитов крыши со стенкой.

Ключевые слова: резервуар, объем, настил, стойка.

Цель работы – приобретение практических навыков расчета типовых вертикальных цилиндрических резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов, выполнении расчета толщины стенки резервуара, поперечных ребер щита, центральной стойки.

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 6

ВВЕДЕНИЕ 8

1. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 10

1.1 Назначение размеров резервуара 10

1.2 Расчет стенки резервуара 10

1.3 Расчет конструктивных элементов щитов покрытия 13

1.4 Расчет настила 15

1.5 Расчет поперечных ребер настила 16

1.6 Расчет продольной балки щита 17

1.7 Расчет центральной стойки 19

1.8 Проверка устойчивости покрытия 20

1.9 Проверка формы корпуса резервуара 21

2 СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ РЕЗЕРВУАРОВ 24

2.1 Сооружение оснований фундаментов под вертикальные стальные

резервуары 24

2.2 Изготовление элементов резервуарных конструкций на

специализированных заводах 29

2.3 Монтаж вертикальных резервуаров из рулонных заготовок 35

2.3.1   Транспортные работы 35

2.3.2   Монтаж днища резервуара 38

2.3.3  Монтаж стенки резервуара 40

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 49

 

 

 

 

 

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

 

В настоящей пояснительной записке применяются следующие определения, обозначения и сокращения:

V – объем резервуара, м;

D – диаметр резервуара, м;

 – толщина стенки пояса, мм;

 – абсолютное значение расчетного  продольного напряжения, МПа;

 – абсолютное значение расчетного  кольцевого напряжения, МПа;

 – критическое напряжение при равномерном раздельном действии осевого сжатия, МПа;

 – нагрузка, действующая на  щит покрытия, Н;

 – нагрузка от стойки, Н;

H0 – высота уровня жидкости, м;

γf1 – коэффициент надежности по нагрузке для гидростатического давления;

γf2 – коэффициент надежности по нагрузке для избыточного внутреннего давления;

Rwy – расчетное сопротивление сварного шва, МПа;

Ry – расчетное сопротивление, МПа

р0 – избыточное давление, МПа;

r – радиус резервуара, м;

ρ – объемный вес, Н/см3;

Т – внутреннее усилие на поясе,

γ – коэффициент зависящий от типа сварки;

М – краевой момент стенки резервуара,

q – нормативная нагрузка,

g – расчетное напряжение,

E1 – коэффициент Пуассона для стали,

Wтр – требуемый момент сопротивления,

Wх – момент сопротивления, см3;

I х - момент инерции, см4;

Ас – грузовая площадь покрытия, см2;

G – вес стойки 1 метра, кг;

N – осевая сила, ;

Н – высота резервуара, м;

φ – коэффициент гибкости;

i – радиус инерции, см;

Аd – площадь сечения стойки, см2;

γс – коэффициент условия работы

х – расстояние до низа пояса, см;

х1 – расстояние до расчетного уровня, см.

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Наиболее распространенным типом резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов являются стальные вертикальные цилиндрические резервуары. Эти резервуары различаются между собой в основном конструкцией покрытия и объемом. По-объему типовые резервуары регламентируются нормальным рядом. Таким образом, типовые цилиндрические резервуары могут иметь объем 100; 200; 300; 400; 500; 700; 1000; 2000; 3000; 5000; 10000; 20000; 30000 и 50000 м3.

Стальной вертикальный резервуар объемом 1000 м3, как показано на рисунке 1 состоит из стенки, днища и конического покрытия. Днище поставляется на площадку в виде двух полотнищ, свернутых в один рулон Стенка корпуса резервуара состоит из восьми поясов с толщинами 5 и 4 мм, начиная с четвертого пояса. Материал стенки тот же, что и окрайков. Каждый пояс сварен из листов 1500X6000 мм. Листы в поясах и пояса между собой сварены встык. Вертикальные швы стенки на первых четырех поясах сварены одним совмещенным швом (по одной вертикали), а на верхних четырех поясах — «вразбежку» или так же, как и на нижних.

 

1 – стенка; 2 – крыша; 3 – днище; 4 –лестница.

Рисунок 1 – Резервуар объемом 2000 м3

Стенку приваривают к окрайкам днища двумя сплошными кольцевыми швами (соединение в тавр). При этом днище выступает наружу из-под стенки на 50 мм. Стенку резервуара поставляют в одном рулоне

Покрытие резервуара состоит из трапецеидальных (в плане) радиальных щитов и центрального щита. Уклон покрытия от центра к краям составляет 1:20.

Каждый радиальный щит состоит из несущего каркаса и настила толщиной 2,5 мм. Конструкция каркаса включает несущую балку, окантовочный уголок и поперечные связи из швеллера.

Щиты соединяют между собой встык, причем подкладкой при этом служит верхняя полка двутавра.

Для удобства монтажа начальный щит покрытия имеет несущие балки с обеих сторон, а замыкающий окантовывается только уголком. По наружному краю щиты оканчиваются уголком, свальцованным по радиусу стенки, и соединяются со стенкой путем приварки к ней вертикальной полки уголка. В центре резервуара все покрытие опирается на центральную стойку, выполненную из трубы диаметром 219 мм.

При изготовлении конструкций резервуара центральную стойку со съемными ободьями используют в качестве барабана для наворачивания рулонов днища.

Для подъема на крышу резервуара при эксплуатации служит шахтная лестница, а по наружному краю крыши устанавливают ограждение из уголков высотой 1000 мм. Шахтную лестницу также используют в качестве барабана для наворачивания рулона стенки.

 

 

 

 

 

1 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

 

1.1 Назначение размеров резервуара

 

Наиболее выгодное соотношение между высотой и диаметром резервуара определяется из двух условий:

1. резервуар с  переменной толщиной стенки имеет минимальный вес, если объем стали днища и покрытия равен объему стали стенки.
2. отношение высоты резервуара к его диаметру должно быть в пределах от 1/2 до 1/5 (для резервуаров объемом 600 – 10000 м3)

Высоту пояса резервуара принимаем 1,5м. Крышу резервуара проектируем в виде щитов, состоящих из листов толщиной 3,5 мм, уложенных на каркас. Щиты опираются на центральную трубчатую стойку и корпус резервуара.

Днище располагается на песчаном основании и испытывает только сжатие от давления жидкости, следовательно, толщину листов назначаем по конструктивным соображениям.

Т.к. диаметр данного резервуара равен 15,18 м, что меньше 18 м., то толщину листа принимаем 4 мм.

 

1.2  Расчет стенки резервуара

 

1) Определяем высоту резервуара

;

м

3. Определяем расчетную высоту резервуара (высоту налива нефтепродукта)

где Н – высота резервуара;

м=1156см

4. Условная высота

,

где р0 – избыточное давление, Н/см2, р0=0,12;

ρ – объемный вес, Н/см3; ρ=0,00845;

По высоте резервуар состоит из 8 поясов высотой по 1,5м. Расчетное сечение каждого пояса расположено на 300 мм выше его нижней кромки, т.е. в сечении, где не учитывается влияние кольцевых швов смежного пояса.

Пояс стенки резервуара из условия обеспечения прочности (по 1 группе предельных состояний) рассчитывается по формуле.

,

где γf1 – коэффициент надежности по нагрузке для гидростатического давления, γf1=1,1;

γf2 – коэффициент надежности по нагрузке для избыточного внутреннего давления, γf2=1,15;

r – радиус резервуара, см, r=759;

 – толщина стенки пояса, см;

γс – коэффициент условия работы, γс=0,8;

 – коэффициент, зависящий от типа сварки, =0,85;

х – расстояние до низа пояса, см;

х1 – расстояние до расчетного уровня, см;

х2 – расстояние от днища до значения максимального момента, см;

,

где Ry – расчетное сопротивление, Н/см2, Ry=31500;

Rwy – расчетное сопротивление сварного шва, Н/см2;

 

 

 

=0,85, т.к. используем автоматическую  или полуавтоматическую сварку  без физического контроля.

5. Проверка напряжения в поясе стенки резервуара с учетом действия краевого момента.

,

где М – краевой момент стенки резервуара, Н*м;

Т – внутреннее усилие на поясе, Н/см

;

;

;

;

Расчет для первого пояса резервуара:

Из конструктивных соображений принимаем  толщину первых 3-х поясов 5 мм. а остальные по 4 мм

 

 

 

Расчеты для остальных поясов производятся аналогично. Результаты расчета заносим в таблицу 1.

 

Рисунок 2 - Схема корпуса резервуара и эпюра давления жидкости

 

Таблица – 1 Расчет толщины стенок резервуара

 

№ п/п	От верха резервуара		Значения х, см	Внутр. Усилие на поясе, Т, Н/см	Изгиб. Момент М. Н·см	Толщ. Стенки резерв. T расч,см	Толщ. Стенки резерв tприн, см	Напряж в поясе σ Н/см2
	до низа пояса,см	до расчетного уровня (х1)
1	1106	1076	1042	7695,82	9,44	0,3481	0,5	15618,20
2	956	926	892	6637,58	9,44	0,2987	0,5	13501,72
3	806	776	742	5579,35	9,44	0,2493	0,5	11385,26
4	656	626	592	4521,11	7,20	0,1999	0,4	11572,78
5	510	480	446	3491,10	7,20	0,1518	0,4	8997,75
6	364	334	300	2461,08	7,20	0,1037	0,4	6422,70
7	218	188	154	1431,06	7,20	0,0556	0,4	3847,65
8	72	42	8	401,05	7,20	0,0075	0,4	1272,63