CC BY
0
К ВОПРОСУ УСТРОЙСТВА ДНИЩ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ
С.А. Ращепкина, канд. техн. наук, доцент Е.П. Шумкаева, студент И.В. Дрындина, студент
Балаковский инженерно-технологический институт - филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ (Россия, г. Балаково)
DOI:10.24412/2500-1000-2025-1-3-211-215
Аннотация. В статье рассматриваются днища с окрайками и без них. Наглядно показано, что удельный расход стали на днище и стенку заметно снижается при увеличении объема резервуара; при этом в днище удельный расход стали меньший, чем в стенке более чем в 3 раза; для небольших резервуаров представлены аппроксимирующие кривые, описывающие влияние объема резервуара на удельный расход, стали в стенке и днище. В статье представлены графики и их анализ для крупноразмерных резервуаров; показано, что центральная часть днища имеет удельный расход стали в 2...2,5 раза больший, чем у окраек. Выявлено, что с увеличением объема резервуара удельный расход металла как окраек, так и центральной части днища заметно уменьшается; однако при объемах 10000 м3 и более он практически постоянный. Ключевые слова: резервуар, металл, днище, рулонирование, анализ.
Конструирование вертикальных резервуаров представляет собой важную область инженерной деятельности, играющую ключевую роль в различных отраслях промышленности: нефтегазовой, химической, пищевой, фармацевтической и других. Данная тема затронута в работах [1-7].
В работе [1] рассмотрены методы проведения диагностики состояния днища резервуаров вертикальных стальных, выявлены причины деформации днища. Указано, что днище и первый пояс стенки относятся к наиболее значимым элементам конструкции резервуаров, связанных с влиянием ряда неблагоприятных эксплуатационных и технологических факторов. В статье [2] представлена конструкция днища в виде многослойной конструкции, способная воспринять часть нагрузок на основание, и позволит увеличить эксплуатационные качества, повысить надежность и экологическую безопасность резерву-арных конструкций. В работе [3] рассматривается деформация в днищах резервуаров виде «хлопунов», дан анализ методик их устранения, при этом выявлены достоинства и недостатки каждого метода и рекомендован оптимальный вариант. В статье [4] приведен анализ конструктивных решений устройства двойного днища внутреннего резервуара,
определены функциональные назначения нижнего (защитного) и верхнего (рабочего) днищ, даны рекомендации по назначению их толщины.
Проектирование и возведение днищ резервуаров является одним из важнейших этапов при строительстве вертикального резервуара, так как именно днище воспринимает все вертикальные нагрузки и нагрузки от внутреннего давления содержимого. Принятая тема актуальна и требует дальнейшего исследования.
Цель работы - провести краткий анализ различных типов днищ и установить характер распределения стали на стенку и днище вертикальных цилиндрических резервуаров.
Типы днищ. Днища могут иметь различные конструктивные решения в зависимости от назначения резервуара, типа хранимого вещества и требований к безопасности. Основные виды днищ вертикальных цилиндрических резервуаров, следующие:
- плоские днища без окраек (рис. 1, а);
- днища с окрайками (рис. 1, б).
Плоские днища проектируются при условии, что объём резервуара будет менее 1000 м3, конические днища с окрайками применяются для резервуаров большего объёма [5]. Конические днища выполняют с величиной уклона 1:100 от центра к стенке. Не-
большой наклон сможет в определенной степени компенсировать возможные неравномерные осадки фундамента, уклон позволяет упростить процесс очистки резервуара. Иногда допускается выполнять уклон днища к центру днища при условии специальной проработки в разрабатываемом проекте вопросов осадок фундаментов и несущей способности стального днища [6].
Для резервуаров объёмом менее 1000 м3, можно использовать листы одинаковой тол-
Плоское йнише без оксюек
А-А
а
Рис. 1. Типы днищ [5]: а - днище без
Согласно рекомендациям ГОСТ 313852023 листы центральной части для днища с окрайками и без них рекомендуется принимать:
- для емкостей объёмом до 2000 м3 не менее 4 мм;
- для емкостей объёмом более 2000 м3 не менее 6 мм.
Эти допуски учитывают припуск на корродирование днища [7]. Минимальная толщина окраек днища принимается не менее 6 мм. Исходя из прочности сопряжения стенки и днища цилиндрического резервуара, толщина окраек может быть назначена 8.. .12 мм и более. Днище может быть смонтировано двумя способами [6]: рулонным и полистовым.
Результаты исследований. Рассмотрены характерные показатели вертикальных ци-
щины и применять для днищ без окраек (рис. 1, а). В таком варианте проектирования листы днища выступают за внешнюю часть стенки на 25.50 мм. Если резервуар более 1000 м3, то должны предусматриваться сегментные окрайки, расположенные по периметру днища (рис. 1, б). При наличии окраек, их выступ должен варьироваться 50.100 мм. Днище резервуара рекомендуется выполнять из листов одинаковой толщины.
линдрических резервуаров разного объема с днищами без окраек (небольшого объема, табл. 1) и с днищами окрайками (большого объема - 2000.30000 м3, табл. 2).
Анализ построенных кривых (рис. 2) показал:
- удельный расход стали на днище и стенку заметно снижается при увеличении объема резервуара;
- в днище удельный расход стали меньший, чем в стенке в 3 раза, а при объемах резервуаров менее 400 м3 он будет меньший в пять раз;
- для стенки резервуара уравнение, описывающее полученную аппроксимирующую кривую, имеет вид:
у = 166,81 X-0'347; Я2 = 0,9699.
Коническое днище с окрайками
А-А
б
окраек; б - днище с сегментными окрайками
Таблица 1. Расход стали на стенку и ^ днище без окраек [7]
Геометрические параметры Днище без окраек Стенка
Объем, м3 Диаметр, м Высота, м Толщина, мм Вес, т Толщина, мм Вес, т
100 4,79 6 5 0,762 4 3,562
200 6,63 6 5 1,428 4 4,987
300 7,58 7,5 5 1,855 5 7,124
400 8,53 7,5 5 2,340 5 8,014
700 10,43 9 5 3,476 6 11,754
1000 10,43 12 5 3,454 6 16,067
- для днища кривая изменения удельного расхода стали в зависимости от объема имеет линейный характер:
-0,0044 х + 7,8408; Я2 = 0,9748.
У
—i
Таким образом, расход стали для днища и стенки изменяется по разным законам при одинаковой толщине днища и разной толщине стенки.
Удельный вес в кг/л/Г
35 30 25 20 15 10 5 0
1 1
З.81х"0-347 0.9699
R2=
ы / /
-
у - -0.0044Х + 7.8498 r2= 0.9748
в—я——\-уш
0 200 400 600 800 1000 1200 Объем резервуара в м3
Рис. 2. Зависимость «объем - удельный расход стали» для резервуаров небольшого объема
В табл. 2 приведены основные параметры, и расход материалов на вертикальные цилиндрические резервуары из малоуглеродистой стали и низколегированной стали марки 09Г2С-12.
На рис.3 представлены графики расхода материала на днище с окрайками при разных
объёмах резервуара (1000-30000 м3). Анализ графиков показал:
- на окрайки днища приходится значительная часть массы металла; центральная часть днища имеет удельный расход стали в 2...2,5 раза больший, чем у окраек;
Таблица 2. Расход стали на стенку и днище с окрайками [7]
Геометрические параметры резервуара Расход стали на днище, тонн Расход стали на стенку, тонн
Обьем, м3 Диаметр, мм Высота, мм Центральная часть Окрайки Стенка Ветровое кольцо
1000 10430 12000 3,98 - 16,07 2,56
2000 15180 12000 4,92 3,54 25,08 3,16
3000 18980 12000 8,53 4,90 36,33 3,69
5000 20920 15000 10,28 7,17 56,42 5,41
5000 22800 12000 12,58 6,30 50,44 5,90
10000 28500 17880 20,72* 9,98 34,09*/ 78,36 9,81
20000 39900 17880 43,21* 14,20 63,81*/ 139,04 13,73
30000 45600 18000 65,89* 22,83 84,82*/ 170,81 17,32
* - низколегированная сталь марки 09Г2С-12.
- при объемах резервуаров до 3000 м3 удельный расход стали центральной части днища растет интенсивно, а затем наблюдается медленное его снижение;
- при увеличении объема резервуара удельный расход металла как окраек, так и центральной части днища заметно уменьшается; однако при объемах 10 тыс.м3 и более он практически неизменный.
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 Объем резервуара, м3 Рис. 3. Зависимость «объем - удельный расход стали» для днищ с окрайками
у крупноразмерных резервуаров центральная часть днища имеет удельный расход стали больший, чем у окраек. Установлено, что удельный расход стали на центральную часть и окрайки уменьшается с увеличением объема резервуара; причем, при объемах более 10000 м3 он практически неизменный. Полученные результаты рекомендуется инженерам, проектирующих резервуары различной вместимости с днищами разного типа.
Заключение. На основе проведенного анализа различных типов днищ вертикальных цилиндрических резервуаров выявлено, что удельный расход стали на днище и стенку заметно снижается при увеличении объема резервуара; при этом в днище удельный расход стали меньший, чем в стенке более чем в 3 раза. Найденные аппроксимирующие кривые для небольших резервуаров хорошо описывают влияние объема резервуара на удельный расход стали в стенке и днище. Показано, что
Библиографический список
1. Алёшкина А.А. Исследование состояния днища резервуаров вертикальных стальных / A.A. Алёшкина, П.В. Бурков, С.П. Буркова // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2011. - № 52. - С. 92-98.
2. Комаров П.А. Многослойная конструкция днища резервуара типа «Сэндвич» с несущим и теплоизолирующим промежуточным слоем / П.А. Комаров, М.Р. Терегулов, А.А. Гашенко, Ю.А. Багдасарова // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. - 2017. -№4. - С. 11-17.
3. Беспалов Д.С. Анализ методов устранения хлопунов на днищах РВС / Д.С. Беспалов, И.В. Константинов // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. - 2024. -№ 10-1 (97). - С. 133-135.
4. Барвинко А.Ю. Повышение работоспособности двойного днища двустенных резервуаров для хранения нефти / А.Ю. Барвинко, Ю.П. Барвинко, А.Н. Яшник // Монтажные и специальные работы в строительстве. - 2012. - №1. - С. 10-13.
5. Резервуары для приёма, хранения и отпуска нефтепродуктов / Ю.Н. Безбородов, В.Г. Шрам, Е.Г. Кравцова, С.И. Иванова, А.Л. Фельдман // Учебное пособие. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2015. - 110 с.
6. Лапшин А.А. Конструирование цилиндрических резервуаров низкого давления / А.А. Лапшин, А.И. Колесов, М.А. Агеева // Учебное пособие. - Н. Новгород: ННГАСУ, 2009. -122 с.
7. Вариантное проектирование стальных конструкций / А.П. Денисова, Д.В. Лахметкин, О.В. Котова. - Саратов: СГТУ, 2009. - 99 с.
TO ARRANGEMENT OF VERTICAL BOTTOMS CYLINDRICAL TANKS
S.A. Rashchepkina, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor E.P. Shumkaeva, Student I.V. Dryndina, Student
Balakovo Institute of Engineering and Technology of the National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute) (Russia, Balakovo)
Abstract. The article considers bottoms with and without fringes. It is clearly shown that the specific consumption of steel on the bottom and wall is noticeably reduced with an increase in the volume of the tank; at the same time in the bottom the specific consumption of steel is less than in the wall by more than 3 times; for small tanks, approximate curves describing the effect of tank volume on the specific flow rate steel in the wall and bottom are presented. The article presents graphs and their analysis for large-sized tanks; it is shown that the central part of the bottom has a specific consumption of steel 2... 2.5 times greater than that of the margins. It was revealed that with an increase in the volume of the tank, the specific metal consumption of both the margins and the central part of the bottom noticeably decreases; however, at volumes of 10000 m3 or more, it is practically constant. Keywords: reservoir, metal, bottom, rolling, analysis.
