07 марта 2016г.
В соответствии с нормативными документами [1-2] конструкции резервуаров (обечаек), применяемых в газовой, нефтехимической и смежных отраслях промышленности, проектируют разных видов. При действии возрастающих внешних нагрузках в процессе эксплуатации стальных горизонтальных цилиндрических резервуаров (обечаек), запроектированных без рёбер жёсткости, очень часто встречаются случаи с нарушением устойчивости конструкций, находящихся в слабых грунтах. Напряжения, возникающие в отдельных точках слабых грунтовых сред, могут превзойти внутренние связи (предельную прочность). При действии возрастающих внешних давлений в грунтовой модели возникает фазовое напряженно-деформированного состояния грунта, которое действует на конструкции, находящиеся в грунте. При действии увеличивающихся статических внешних нагрузок на слабые грунты происходит изменение прочности, устойчивости, сжимаемости, горизонтальных и угловых перемещений грунтовых масс, в результате происходит нарушение устойчивости и прочности цилиндрических резервуаров. Поэтому в основу исследования положены мероприятия по проверке устойчивости и надёжности стальных горизонтальных резервуаров, находящихся в слабом грунте, под действием давления грунтовой среды.
Рассмотрим случай с гладким резервуаром с не отбортованными днищами и без рёбер жёсткости, конструкция которого указана в издании [1]. При расчёте на устойчивость от внешнего давления, вызывающее сжимающее напряжение, в качестве предельного состояния принято достижение нижних критических напряжений. Критерием расчётов являлась проверка полученных прочностных характеристик конструкций с нормативными предельными характеристиками, указанных в изданиях [1-2].
Схема горизонтального стального резервуара приведена на Рисунке 1. В соответствии с нормативными документами [1-2] резервуар заглублён на 250 см от верхнего уровня грунтового слоя. Примем в соответствии с [9] удельный вес грунта засыпки γ равен 1800 кг/м3.
Таблица 1
Засыпной слой и грунты, залегающие под резервуаром указаны в Табл.1. Геотехнические характеристики грунтовой среды
|
№ слоя
|
Наименование грунта
|
Мощность
слоя, м
|
Расстояние от верхнего уровня засыпки, м
|
|
1
|
Супесчаные грунты
|
2,5
|
2,5
|
|
2
|
Полутвёрдые суглинки
|
1
|
3,5
|
|
3
|
Водный
слой
|
0,8
|
4,3
|
|
4
|
Мягкопластичные суглинки с
участками торфяных залежей
|
8
|
12,3
|
| |
С помощью аналитических выражений в [1-2] было проведено исследование устойчивости горизонтального резервуара от действия давления грунтовой среды. Расчётные данные и физико-технические характеристики цилиндрического резервуара указаны в Табл.2. Расчёты на устойчивость и прочность резервуара и его днища приведены в Табл.3.
Табл2.
|
8
|
Расчетная температура
в корпусе
|
Т
|
0
|
−
|
38
|
|
Дополнительные данные
|
|
9
|
Модуль упругости стали
|
Е
|
кгс/см2
|
−
|
2,00E+06
|
|
10
|
Плотность (вода)
|
ρв
|
кг/м3
|
−
|
1000
|
|
11
|
Коэффициент Пуассона
|
ν
|
−
|
−
|
0,25
|
|
12
|
Гидростатическое давление при испытаниях
|
|
2
|
P = r × D ×10-6
и в
|
0,18
|
|
13
|
Коэффициент прочности продольного сварного шва
|
φ
|
−
|
−
|
0,5
|
|
14
|
Допуск на коррозию
|
с
|
см
|
−
|
0,1
|
|
Материал основных элементов
|
|
15
|
Резервуар, днище
|
сталь 360JRG2
|
|
16
|
Минимальное значение условного предела текучести при расчетной температуре
|
Rm
|
кгс/см2
|
−
|
3750
|
|
17
|
Коэффициент запаса прочности
|
nв
|
−
|
−
|
2,4
|
|
18
|
Коэффициент запаса прочности
|
nт
|
−
|
−
|
1,5
|
|
Цилиндрический резервуар
|
|
№
|
Параметр
|
Обозначение
|
Ед.изм.
|
Формула
|
Значение
|
|
1
|
Диаметр
|
D
|
см
|
−
|
180
|
|
2
|
Минимальная толщина стенки
|
s
|
см
|
−
|
0,56
|
|
3
|
Длина резервуара
|
L
|
см
|
−
|
8000
|
|
Днище
|
|
5
|
Половина угла раствора
|
α0
|
градус
|
−
|
73
|
|
6
|
Минимальная толщина стенки
|
sк
|
см
|
−
|
0,57
|
|
Условия работы
|
|
7
|
Рабочее давление
|
Ргд
|
кгс/см2
|
P
= r × D ×10-6
гд
|
0,18
|
Таблица 3
Расчёт на прочность и устойчивость стального резервуара [1-8]
Выводы:
-
При расчётах стальных резервуаров
было
отмечено, что минимальная толщина элементов согласно
[6] при диаметре
конструкции 2000 мм и при большей длине цилиндра
не может быть менее 4 мм.
-
Расчётом в Табл.3
установлено, прочность корпуса
резервуара достаточна. Условие устойчивости соблюдается, так как давление грунта на резервуар и его днище меньше
критического (см. Табл.3).
Список литературы
1.
ГОСТ Р 52857.1-2007 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы
расчета на прочность».
2. ГОСТ Р 52857.2-2007 «Сосуды и аппараты.
Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек».
3.
И.А. Биргер,
Б.Ф.
Шорр,
Г.Б.
Иосилевич. Расчёт
на прочность деталей
машин. Справочник. "Машиностроение", 1979.
4.
Лизин В.Т., Пяткин
В.А. Проектирование тонкостенных конструкций. - М., "Машиностроение", 1985.
5. РД 03-421-01. Методические указания
по проведению диагностирования технического
состояния
и определению остаточного срока службы
сосудов и аппаратов.
6. РУА-93. Руководящие указания по ремонту сосудов
и аппаратов, работающих под давлением ниже 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) и вакуумом.
7.
Справочник проектировщика под ред. А.А. Уманского, т.2. - М. Стройиздат, 1973.
8.
Сопротивление материалов. Под общей редакцией А.Ф. Смирнова. - М. "Высшая школа" 1975.
9.
СНиП 2.02.01-83* -1995.Строительные нормы
и
правила. Основания зданий
сооружений. -
М.: Госстройиздат, 2000.
