Расчетное обоснование изменения условий эксплуатации горизонтальной цилиндрической емкости

Четвертухин Никита Вячеславович Ларионов Максим Викторович Чернобров Алексей Ринатович Журавлев Михаил Дмитриевич Широнин Евгений Васильевич

ООО «НПК Изотермик»

Подземная емкость раньше являлась котлом вагона-цистерны модель 65 грузоподъемностью 67 тонн, предназначенной для перевозки нефтепродуктов.

Котел цистерны состоит из цилиндрической обечайки, сваренной из продольных листов (нижнего, толщиной 11 мм и боковых и верхних 8 мм.) и двух днищ эллиптической формы толщиной 10мм. Налив нефтепродуктов осуществлялся через люк диаметром 570 мм, расположенный в верхней половине центральной части котла. Рядом с люком находится предохранительный клапан, отрегулированный на избыточное давление 1,5 кг/см2 и пониженное давление 0,3 см2 .Основные элементы котла люк, крышка люка, предохранительный клапан, сливной прибор изготовлены из двухслойной стали с плакирующим слоем из нержавейки. Для использования в качестве подземной емкости котел был модернизирован по чертежам альбома 14268-11,12,17-КМ, разработанным ООО «Геострой - Проект», г. Егорьевск Московской области. Люк, предохранительный клапан, сливной прибор были вырезаны и заварены внахлест листовым прокатом марки С245 по ГОСТ 27772-88 толщиной 8 мм. Вместо них были вварены колодцы 800 мм и 400 мм, два штуцера диаметром 108 мм входа дренажа и перелива, штуцер дыхательного клапана 57x3,5 мм, штуцер пропарки 57x3,5 мм и штуцер метрштока 45x2,5. Опирание подземной емкости происходит на 2 ложемента с углом охвата обечайки 120°С, кроме того емкость зафиксирована на ложементах стальной полосой. Сами ложементы устанавливаются на бетон- ный фундамент и крепятся к нему анкерными болтами. По результатам поверочных расчетов подземная емкость была усилена изнутри ребрами жесткости (рис.1), в соответствии с чертежами серии 14268-11,12,17-КМ. Противокоррозионное покрытие согласно Проекту предусмотрено - в 1 слой стеклоткани с мастикой, в соответствии с СП 28.13330. 2012. Для предотвращения загрязнения окружающей среды вокруг дренажной емкости по дну котлована выстилается геомембрана.

Рис. 1

Цель расчета – определить возможность использования цистерны в качестве дренажного горизонтального подземного резервуара.

Основной нагрузкой для подземного резервуара является внешнее давление грунта.

Расчет резервуара - цилиндрической обечайки и эллиптического днища на действие внешнего давления проводим согласно ГОСТ Р 52857-2007 [1, 2].

Давление хранимого продукта согласно [3] не учитываем, т.к. оно оказывает разгружающее воздействие. (Расчетный случай: резервуар без продукта должен выдерживать давление грунта).

Расчетные формулы ГОСТ Р 52857.2-2007 [2] приведены для случая действия внешнего давления, постоянного как по длине, так и по окружности оболочки. Для приведения давления грунта к эвивалентному равномерному внешнему давлению пользуемся методикой [3]. Согласно [3] расчет подземного резервуара ведется на среднее давление, эквивалентное давлению грунта, которое рассчитывается по формулам рср = 0,7(рг + рв);

Р . = Y f Y o ( H + 0.15 D n )

P , = Y f Y o ( H + 0,5 D n ) • tg ²( 45 " - %)

Обозначения в формулах:

р ср – среднее давление грунта;

р в                                                                         ;

р г

γ f = 1,3 - к оэффициент надежности по нагрузке от давления грунта;

Y o = 1,8 т/м³ □ удельный вес грунта;

Н – высота засыпки до верха резервуара;

ф = 30о □ угол внутреннего трения грунта;

D n – наружный диаметр резервуара;

k = 2,4 – коэффициент запаса устойчивости по ГОСТ Р 52857.1-2007.

Минимально допускаемую толщину стенки рассчитываем по формулам п. 5.3.2 ГОСТ Р 52857.2-2007

t min = ^тах ) 1,06

10 —2 D В

/ р L\0,4   1,2pD )

VlG-^iF) ; 2[сг]-р)

где

В = таХ{1;0^-(^}.

Здесь р – расчетное давление (в данном случае – среднее давление грунта);

L – длина обечайки;

Е – модуль упругости стали.

Минимально допускаемую толщину эллиптического днища рассчитываем по методике п. 6.3.2 ГОСТ Р 52857.2-2007.

Толщину днища определяем по формуле tдн

= max <

K_эR n y p

161 H0 5 E

1,2 pR

2 И

Коэффициент К э определяем по формуле

1 + (2,4 + 8x)x К = 1 + (3,0 + 10x)x где параметр x и необходимые для его вычисления параметры определяем по формулам (47), (52) ГОСТ Р 52857.2-2007.

Исходные данные и результаты расчета приведены в таблице 1.

Таблица 1

№ п/п	Исходные данные:
1	Диаметр резервуара R, мм:	2220
2	Длина обечайки, мм	9490
3	Фактическая минимальная толщина обечайки t , мм	8,0
4	Средняя толщина обечайки, мм	8,2
5	Фактическая минимальная толщина днищ, мм	10,1
6	Средняя толщина днищ, мм	10,4
7	Коэффициент надежности по нагрузке от давления грунта γ f :	1,3
8	Удельный вес грунта у0 , т/м3 :	1,8
9	Угол внутреннего трения грунта,	30о
10	Расчетная температура, оС	20о

11	Допускаемое напряжение для Ст3 при 20оС, кгс/см2	1540
	Результаты расчета
	При высоте засыпки до верха резервуара Н , м	0,5
1	Среднее давление грунта р ср , кгс/см2	0,224
2	Минимально допускаемая толщина стенки цилиндр. оболочки, мм *)	6,85
3	Минимально допускаемая толщина эллиптических днищ, мм *)	2,12
	При высоте засыпки до верха резервуара Н , м	0,85
4	Среднее давление грунта р ср , кгс/см2	0,30
5	Минимально допускаемая толщина стенки цилиндр. оболочки, мм	7,7
	Минимально допускаемая толщина эллиптических днищ, мм	2,5

*) В данном случае согласно ГОСТ Р 52857-2007 толщина элементов резервуара определяется из расчета на устойчивость, который устанавливает минимальные требования к средней толщине элементов резервуара. (Пример: при высоте засыпки 0,8 м средняя толщина обечайки должна быть не менее 7,7 мм). Локальные участки с толщиной меньше, чем минимально допускаемая по расчету на устойчивость, в местах изолированных коррозионных язв практически не снижают прочность и устойчивость конструкции и могут не приниматься во внимание.

Заключение

• 1.    Цистерна может быть использована в качестве подземной дренажной емкости при условии, что высота засыпки над верхней образующей не превысит 0,85 м.