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.