Автореферат (1095084), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Чаще всего они используются вгоризонтальных резервуарах для сред, отличающихся, как по агрессивнымсвойствам, так и по плотности.Расчет плоских круглых днищ, как гладких, так и с ребрами жесткости,регламентируется «ГОСТ Р 52857.2-2007» и носит поверочный характер, то естьзадаются все размеры днища: внутренний диаметр сосуда или аппарата D, мм;расчетный диаметр днища Dр=D, мм; s1 – исполнительная толщина стенки днища,мм; h – высота ребра, мм; H1 – высота втулки, мм; d0 – наружный диаметрцентральной втулки, мм; tв – толщина втулки, мм; h3 – расстояние от нижнейповерхности днища до нижнего торца втулки, мм. Заканчивается расчетопределением допускаемого давления [p] и сравнением его с расчетнымдавлением p:Допускаемое избыточное давление, действующее на днище, вычисляют поформуле:гдеЕсли направление дополнительного усилия, действующего на центральнуючасть днища Q0, совпадает с направлением действия давления, то в формуле (17)для определения [p1] перед Q0 надо поставить знак минус.В формулах (17) и (18) Мс – суммарный изгибающий момент, H·мм;Q0 – дополнительное усилие, действующее на центральную часть днища сребрами, H; ρ0=do/Dp – относительный радиус втулки; [σ] – допускаемоенапряжение при расчетной температуре, МПа; s1 – исполнительная толщина12стенки днища, мм; c – сумма прибавок к расчетной толщине стенки днища, мм;Dp – расчетный диаметр днища, мм; n – количество ребер жесткости.Затем можно определить материалоемкость оребренного днища:где m1 – масса гладкого днища без втулки, кг; m2 – масса ребер, кг;m3 – масса втулки, кг.В рациональной конструкции материалоемкость днищадолжна быть минимальной привыполнении условия прочности,то естьРис.
9 – Зависимость отношения массыоребренного днища к массе гладкогоплоского днища от количества ребержесткости при различных диаметрах днищрезервуаров, плотность среды 1483 кг/м3,высота ребра h=80 мм:1 – диаметр днища D=3200 мм;2 – диаметр днища D=2600 мм;3 – диаметр днища D=1800 мм;4 – диаметр днища D=1200 мм.В данной главе приведенырезультаты анализа влияния наматериалоемкостьплоскогооребренногоднища,привыполнении условий прочности,толщины стенки днища и ребержесткости, высоты ребер, атакже количества ребер. Изусловия равнотолщинности свариваемыхдеталейтолщинастенки ребра жесткости принималась равной толщине стенкиднища.
Количество ребер жесткости изменялось от четырех дошестнадцати,разницавстоимости сварочных работ вданном случае на много меньшестоимости металла, поэтомуопределениерациональнойконструкцииднищаможетпроводиться исходя из егоматериалоемкости.При проведении анализа изменялись габариты ребра жесткости Sp, h,а также их количество n, таким образом, чтобы выполнялись условия (15) и (20).Отношение материалоемкости оребренного днища к материалоемкостигладкого днища равно 0.834, следовательно, укрепление плоского круглого днищарадиальными ребрами жесткости в данном случае целесообразно для сниженияматериалоемкости днища.
Для диаметра днища D=600 мм, отношениематериалоемкости оребренного днища к материалоемкости гладкого днища равно1.992. Это значит, что оребрение днищ данного диаметра нецелесообразно. Такимобразом, укрепление плоских днищ радиальными ребрами не всегда13целесообразно и приводит к снижению их материалоемкости, по сравнению сгладкими плоскими днищами.В целом, конструктивные параметры плоского оребренного днища зависятот его диаметра, давления (плотности среды для резервуаров, работающих подналив). Целесообразно укреплять днища резервуаров с диаметром от 1200 мм.В качестве примера обработки данных на рис.
9 приведены зависимостиотношения массы оребренного днища к массе гладкого плоского днища отколичества ребер жесткости.Результаты расчетов по определению рационального количества ребер,высоты и толщины ребра для днищ резервуаров диаметром 1200, 1800, 2600 и3200 мм при плотности рабочих сред 900, 1200, 1483 (концентрированная сернаякислота), 1600 и 1800 кг/м3 приведены в таб. 1.Таб. 1 – Сводная таблица рациональных значений количества, высоты итолщины ребер жесткости в зависимости от диаметра резервуара иплотности средыρ, кг/м3D,Рекомендуемые количество,ммвысота и толщина ребер9001200148316001800n48558h, мм50508050501200S, мм66777n10165166h, мм60508060901800S, мм7710810n1610586h, мм70808080902600S, мм911161517n86554h, мм90908080803200S, мм1418212224Приведенные в таблице конструктивные параметры плоского оребренногоднища обеспечивают его минимальную материалоемкость.
Тем не менее, ониносят рекомендательный характер, то есть после выбора по таблице наиболеерациональных размеров и числа ребер жесткости, по «ГОСТ Р 52857.2» следуетпровести проверку условия прочности (15).Таким образом, для снижения материалоемкости горизонтальныхрезервуаров, а значит и снижения их стоимости, целесообразно использоватьвыпуклые или конические днища. В случае если необходимо использоватьплоские днища, то приведенные в таблице результаты анализа рациональнойконструкции плоских оребренных днищ позволят значительно снизить ихматериалоемкость.Горизонтальные резервуары, установленные на седловых опорах, нашлиширокое применение во многих отраслях народного хозяйства, в первую очередь,в химической и нефтеперерабатывающей промышленности.
Обычно14используются резервуары объемом до 100 м3. Наибольшее распространениеполучили резервуары объемом 75 и 100 м3 с внутренним диаметром обечайки3200 мм. Ряд заводов-изготовителей выпускают такие резервуары с плоскимигладкими днищами толщиной от 4 до 8 мм, условия прочности которых всоответствии с «ГОСТ Р 52857.2-2007» не выполняются. Тем не менее такиерезервуары успешно эксплуатируются десятилетиями.Сложилась парадоксальная ситуация, с одной стороны горизонтальныерезервуары с тонкими днищами от 4 до 8 мм работают по многу лет, на рядепредприятий более 20 лет, с другой стороны расчетная толщина по «ГОСТ Р52857.2» стенки плоских днищ резервуаров получается больше реальнойтолщины во много раз.
Кроме того, возникает противоречие и в действующихнормативных документах. В соответствии с «ГОСТ 17032» и «ГОСТ 12623» вгоризонтальных резервуарах для нефтепродуктов и рабочих сред с плотностью неболее 1300 кг/м3 могут применяться тонкостенные днища, но они не проходят подопускаемому давлению, определяемому по «ГОСТ Р 52857.2», который даетнеоправданно высокие значения расчетной толщины стенки плоского днища.Было сделано предположение, что под действием гидростатическогодавления жидкости плоское днище деформируется, переходит в областьпластических деформаций и становится выпуклым, при этом напряжения непревышают предела текучести. При повторном заполнении горизонтальногорезервуара средой днище, принявшее выпуклую форму, будет работать в областиупругих деформаций.
Это предположение требует подтверждения.Был проведен анализ напряжений и деформаций гладких плоских днищгоризонтальных резервуаров диаметром 3200 мм при различной плотностипродукта (900 и 1840 кг/м3) с использованием программного продукта SolidWorksSimulation, предназначенного для моделирования ряда задач, в том численапряженно-деформированного состояния твердых тел.Из рис. 10 видно, что напряжения, превышающие предел текучести,возникают в днище в зоне сопряжения с обечайкой и достигают максимальныхзначений 376 МПа в нижней части днища, однако при этом имеют значенияменьше временного сопротивления 460 МПа для стали марки Ст3.Рис.
10 – Напряжения и перемещения в обечайке диаметром 3200 мм, столщиной стенки 6 мм, плотность среды 1840 кг/м315Максимальные перемещения наблюдаются в центральной части днища принекотором смещении к низу днища вследствие роста гидростатического давления.Причем перемещения эти довольно значительные: при плотности среды1840 кг/м3 его величина доходит до 56 мм. Таким образом, сделанноепредположение, что под действием гидростатического давления средытонкостенное гладкое плоское днище деформируется и приобретает выпуклуюформу, вполне обосновано. С увеличением деформации (выпуклости) днищанапряжение перестает увеличиваться и не происходит потеря его прочности.Полученные с помощью программного продукта SolidWorks Simulationрезультаты были подтверждены экспериментально натурными исследованиямидеформации и разрушения тонких плоских днищ цилиндрического сосуда,проведенными на базе опытного полигона ЦНИПР ГПУ ООО «Газпром добычаАстрахань».Исследования деформации днища реального сосуда подтвердилидостоверность приведенных в диссертации результатов расчета напряженногосостояния элементов сосудов сиспользованиемпрограммногокомплекса SolidWorks Simulation.В четвертой главе приводятсяособенности расчета и конструирования вертикальных резервуаровдля хранения серной кислоты.
Еслидля расчета на прочность такихрезервуаров существует нормативнаябаза (Приказ Ростехнадзора от 26декабря 2012 г. № 780, «СТО-СА-03002-2009»), то для вертикальныхрезервуаровдляхраненияагрессивных сред, включая сернуюкислоту, она отсутствует. В общемслучае расчет обечаек сосудов иаппаратов может производиться по«ГОСТ Р 52857.2». Расчет колонныхаппаратов регламентирует «ГОСТ Р51274».Толщинастенкиднищарезервуаровдляхранениянефтепродуктов,таккакониустанавливаютсянасплошнойРис. 11 – Резервуар серной кислоты:фундамент или песчаную подушку, не1– обечайка; 2 – кровля; 3 – днище;рассчитывается, а регламентируется4 – продольные опорные балки;5 – поперечные балки;только минимальная исполнительная6 – ленточный фундамент.толщина 4 мм.
Резервуары сернойкислоты устанавливают на каркас изпоперечных и продольных балок.16Во многих проектах закладывается приварка днища к опорным балкам сплошнымшвом, но в ряде случаев днище лишь прихватывается к каркасу. Во втором случаеднище может рассматриваться как плоская прямоугольная пластина свободноопертая по всему контуру на продольные и поперечные балки.
Расчет такойпластины приведен в технической литературе. Возникающие максимальныенапряжения в плоской пластине свободно опертой и жестко закрепленной повсему контуру определяются по формулам (21, 22), соответственно:где S – исполнительнаятолщинастенкиднищарезервуара, с – прибавка красчетной толщине «ГОСТ Р51274», а и b – расстояниемеждупродольнымиипоперечнымибалками,соответственно (рис. 11).ВсистемеMathCadпостроен график изменениявозникающих максимальныхнапряжений в плоском днищерезервуараотрасстояниямежду полками поперечныхбалок (рис. 12) для случаев,когда днище прихвачено кРис. 12 – График зависимости максимальныхкаркасу (свободно опертаянапряжений в плоской пластине от расстоянияплоская пластина) и привареномежду поперечными балками:к нему сплошным швом1 – пластина жестко заделанная по всему контуру;(пластина жесткозакреп2 – пластина свободно опертая по контуру.ленная по всему контуру).Из графика видно, что возникающие напряжения свободно опертойпластины больше, чем у жестко заделанной по всему контуру пластины.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
