10187
.pdfА. А. Лапшин, А. И. Колесов, М. А. Агеева
КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ
НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ
Учебное пособие
Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А. А. Лапшин, А. И. Колесов, М. А. Агеева
Конструирование и расчѐт вертикальных цилиндрических резервуаров
низкого давления
Учебное пособие
Нижний Новгород ННГАСУ
2009
Рецензент: технический директор ООО «Промстальконструкция» г. Н. Новгород, Глухов Александр Васильевич
Лапшин, А. А. Конструирование и расчѐт вертикальных цилиндрических резервуаров низкого давления : учебное пособие /
А. А. Лапшин, А. И. Колесов, М. А. Агеева; Нижегород. гос. архит.-строит.
ун-т. – Н. Новгород, ННГАСУ, 2009. – 122 с.
Изложены основные вопросы расчѐта и конструирования вертикальных стальных цилиндрических резервуаров. Пособие может быть использовано в качестве примера оформления при выполнении курсового проекта
«Вертикальный цилиндрический резервуар низкого давления».
Предназначено для студентов специальности 270102.65 «Промышленное
игражданское строительство».
©Лапшин А. А., Колесов А. И., Агеева М. А., 2009
©ННГАСУ, 2009
3
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Содержание...................................................................................................... |
3 |
|
1 Листовые конструкции. Общие сведения.................................................. |
5 |
|
1.1 |
Область применения, классификация и особенности листовых |
|
конструкций ................................................................................................. |
5 |
|
1.2 |
Основные положения расчѐта листовых конструкций ...................... |
9 |
1.3 |
Вклад В. Г. Шухова в развитие резервуаростроения....................... |
16 |
1.4 |
Основные нормативные документы .................................................. |
18 |
1.5 |
Основные обозначения........................................................................ |
19 |
2 Исходные данные на проектирование ..................................................... |
20 |
|
2.1 |
Особенности разработки проектной документации ........................ |
20 |
2.2 |
Исходные данные................................................................................. |
23 |
3 Конструктивные решения стальных вертикальных цилиндрических
резервуаров низкого давления ..................................................................... |
25 |
|
3.1 |
Конструкции основания и фундамента под резервуары ................. |
27 |
3.2 |
Днище резервуара ................................................................................ |
30 |
3.3 |
Цилиндрическая стенка резервуара ................................................... |
33 |
3.4 |
Стационарная кровля........................................................................... |
38 |
3.5 |
Понтон и плавающая крыша .............................................................. |
41 |
3.6 |
Лестницы, площадки, ограждения, переходы .................................. |
42 |
3.7 |
Анкерное крепление стенки ............................................................... |
45 |
3.8 |
Центральная стойка ............................................................................. |
45 |
4 Выбор материалов для элементов стенки, днища и крыши
резервуара ...................................................................................................... |
46 |
5 Компоновка резервуаров ........................................................................... |
52 |
|
4 |
|
5.1 |
Определение оптимальных геометрических параметров для |
|
резервуаров с постоянной толщиной стенки .......................................... |
53 |
|
5.2 |
Определение оптимальных геометрических параметров для |
|
резервуаров с переменной толщиной стенки ......................................... |
57 |
|
5.3 |
Определение генеральных размеров резервуара.............................. |
62 |
6 Расчѐт конструкций резервуара................................................................ |
64 |
|
6.1 |
Расчѐт стенки........................................................................................ |
65 |
6.2 |
Расчѐт стационарной щитовой кровли .............................................. |
84 |
6.3 |
Расчѐт стационарной сферической кровли (ребристо-кольцевой |
|
купол) ........................................................................................................ |
116 |
|
6.4 |
Расчѐт анкерного крепления корпуса резервуара к основанию ... |
117 |
6.5 |
Расчѐт центральной стойки............................................................... |
118 |
Библиографический список ....................................................................... |
119 |
5
1 ЛИСТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
1.1 Область применения, классификация и особенности листовых конструкций
Листовыми конструкциями называют пространственные конструкции, в
которых основную несущую и ограждающую функцию выполняют металлические листы, образующие оболочки различной формы. Классификация листовых конструкций может быть представлена в следующем виде:
Резервуары, предназначенные для хранения нефтепродуктов, масел,
воды, сжиженных газов, кислот, спиртов и других жидкостей.
В зависимости от положения в пространстве и геометрической формы резервуары делят на вертикальные цилиндрические, горизонтальные цилиндрические, сферические, каплевидные, торовые, траншейные.
По расположению относительно планировочного уровня строительной площадки различают: надземные (на опорах), когда днище резервуара расположено на опорах выше уровня основания (грунта); наземные, когда днище резервуара опирается непосредственно на основание (грунт);
полузаглубленные, когда нижняя грань (днище) или образующая расположены ниже планировочного уровня грунта; подземные резервуары, когда верхняя грань или верхняя образующая резервуара расположена ниже планировочного уровня площадки.
Вертикальные цилиндрические резервуары выполняют со стационарной крышей, с понтоном и плавающей крышей. Резервуары со стационарной крышей в зависимости от конструкции покрытия могут быть с конической крышей с центральной стойкой или без стойки; со сферической крышей в виде распорной конструкции; торосферической кровлей и кривизной в двух направлениях.
Газгольдеры, предназначенные для хранения, смешивания и выравнивания состава газов, для регулирования их расхода и давления. Их включают в газовую сеть между источником получения газа и его
6
потребителями в качестве аккумуляторов, выравнивающих производство и потребление газа.
В зависимости от применяемого давления газгольдеры могут быть разделены на 2 класса: газгольдеры высокого давления (>70 кПа); газгольдеры низкого давления ( 70 кПа). Газгольдеры высокого давления предназначены для эксплуатации при рабочем давлении от 70 кПа до 3 МПа, а иногда и при более высоком давлении. Рабочее давление в газгольдерах низкого давления назначают, исходя из специфики технологических процессов, но в большинстве случаев оно не превышает 4-5 кПа.
По своим технологическим особенностям и требованиям газгольдеры разделяют на два типа: переменного объѐма (постоянного давления) и
постоянного объѐма (переменного давления). Газгольдеры переменного объѐма предназначены для эксплуатации при низком избыточном давлении (не выше
0,005 МПа), а газгольдеры постоянного объѐма – для хранения газа при более высоком избыточном давлении (нередко более 0,4 МПа).
Газгольдеры постоянного объѐма имеют цилиндрическую или сферическую геометрическую форму.
Цилиндрические газгольдеры могут быть как вертикальные, так и горизонтальные и иметь различную форму днищ: сферическую, эллиптическую
иторовую. Объѐмы их колеблются от 100 до 200 м³ при внутреннем давлении от 0,4 до 1,8 МПа.
Объѐмы сферических газгольдеров составляют 600-1000 м³. Они более экономичны по массе, расход металла на их изготовление на 40% меньше, чем на цилиндрические.
Бункера и силосы, предназначенные для хранения и перегрузки сыпучих материалов: руды, угля, кокса, флюсов, цемента, песка, гравия, щебня
идр. Группы бункеров обычно объединяются в бункерные эстакады. Силосы отличаются от бункеров сравнительно большим отношением высоты к размерам в плане.
7
Стальные бункера отличаются многообразием объѐмно-планировочных
и конструктивных решений. Среди основных конструктивных решений наиболее широкое применение нашли бункера с плоскими стенками и гибкие бункера.
Трубопроводы большого диаметра (D>0,5 м), используемые для
транспортирования нефтепродуктов, газа, воды, размельчѐнных или
разжиженных твѐрдых веществ. |
|
|
|
|
Протяжѐнные |
трубопроводы |
большого |
диаметра |
называют |
магистральными трубопроводами. Область их применения велика:
магистральные газопроводы; нефтепроводы; углепроводы; напорные
трубопроводы гидравлических электростанций и циркуляционные
трубопроводы ТЭС и АЭС; заводские газопроводы и воздуховоды
металлургических заводов, нефтехимических заводов; подводные
трубопроводы (дюкеры). Они являются исключительно металлоѐмкими и дорогостоящими сооружениями.
По месту укладки и типу опирания трубопроводы могут быть надземными, лежащими на отдельных опорах; подземными, уложенными в грунт (в траншеях, канавах насыпях) или на опоры в тоннелях; подводными,
уложенными по дну водоѐмов и рек или в траншеях, прорытых на дне.
Магистральные нефтепроводы и нефтепродуктоводы в зависимости от диаметра подразделяют на 4 класса: 1 класс – при диаметре более 1000 мм;
2 класс – 500 < D < 1000 мм; 3 класс – 300 < D < 500 мм; 4 класс – D 300 мм.
В зависимости от внутреннего давления трубопроводы делят на напорные и безнапорные. Напорные трубопроводы могут быть высокого,
среднего и низкого давления (в пределах от 0,7 до 10 МПа).
Специальные листовые конструкции – сооружения металлургической, химической, нефтяной и других отраслей промышленности:
кожухи доменных печей, воздухонагревателей, пылеуловителей; сосуды химической и нефтезаводской аппаратуры, защитные оболочки реакторов АЭС,
дымовые и вентиляционные трубы, сплошностенчатые башни, градирни и т.п.
8
По характеру работы листовые конструкции разделяют на: наливные и работающие под внутренним давлением или вакуумом; находящиеся под действием высокой, нормальной и низкой температуры; работающие на статическую, знакопеременную и ударную нагрузки; работающие в условиях нейтральных или агрессивных сред.
В большинстве случаев листовые конструкции представляют собой ѐмкостные сооружения в виде тонкостенных сплошных оболочек.
Условия работы листовых конструкций весьма разнообразны: они могут быть надземными, наземными, полузаглубленными, подземными, подводными;
могут воспринимать статические и динамические нагрузки; работать под низким, средним и высоким давлением, под вакуумом, под воздействием низких, средних и высоких температур, нейтральных или агрессивных сред и т. д.
Для листовых конструкций характерно двухосное напряжѐнное состояние, а в местах сопряжения различных оболочек или на участках защемления оболочек у колец жѐсткости, крыш и днищ дополнительно возникают местные напряжения, быстро затухающие по мере удаления от этих участков (явление краевого эффекта). Причина возникновения местных напряжений краевого эффекта заключается в том, что под действием расчѐтных нагрузок общие точки сопряжѐнных между собой разных оболочек или оболочек и конструктивных элементов из условия совместности деформаций имеют одинаковые перемещения, хотя каждая из них под действием этих нагрузок стремится к разным деформациям, соответствующим их геометрическим и статическим параметрам.
Основной особенностью листовых конструкций является необходимость обеспечить не только равнопрочные, но и герметичные (плотные) сопряжения листов. При этом протяжѐнность сварных соединений существенно больше,
чем в других типах сварных соединений. Так, например, в сварных листовых конструкциях малой и средней толщины на 1 т стали приходится 30-50 м