Версия для печати

3. Конструкция резервуаров, ч. 3.1-3.5

3.1. Сварные соединения и швы

3.1.1. Термины и определения сварных соединений принимать в соответствии с нормативными документами на сварку.

3.1.1.1. Стыковое соединение - сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцевыми поверхностями.

3.1.1.2. Угловое соединение - сварное соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте их примыкания.

3.1.1.3. Нахлесточное соединение - сварное соединение двух элементов, расположенных параллельно и частично перекрывающих друг друга.

3.1.1.4. Тавровое соединение - сварное соединение, в котором торец одного элемента приварен под прямым углом к боковой поверхности другого элемента.

3.1.2. Термины и определения сварных швов.

3.1.2.1. Стыковой шов - сварной шов стыкового соединения с различной разделкой кромок: прямоугольной, Х-образной, К-образной, V-образной.

3.1.2.2. Угловой шов - сварной шов углового, нахлесточного или таврового соединения.

3.1.2.3. Типы сварных швов:

• непрерывный шов - сварной шов без промежутков по длине;
• прерывистый шов - сварной шов с промежутками по длине, участки шва должны быть не менее 50 мм;
• прихватки, выполняемые для фиксации взаимного расположения свариваемых элементов.

3.1.3. Конструктивные элементы сварных соединений и швов, как правило, должны соответствовать требованиям стандартов на применяемый вид сварки:

• для ручной дуговой сварки;
• для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом;
• для дуговой сварки в среде защитных газов.

3.1.4. Общие требования к сварным соединениям

3.1.4.1. Сварные швы соединений должны быть плотнопрочными и соответствовать основному металлу по показателям стандартных механических свойств металла шва: пределу текучести, временному сопротивлению, относительному удлинению, ударной вязкости, углу загиба.

3.1.4.2. Для улучшения коррозионной стойкости металл шва и основной металл по химическому составу должны быть близки друг к другу.

3.1.4.3. Технологию сварки следует выбирать таким образом, чтобы избежать возникновения значительных сварочных деформаций и перемещений элементов конструкций.

3.1.5. Ограничения на сварные соединения и швы

3.1.5.1. Прихватки не рассчитываются на силовые воздействия.

3.1.5.2. Стыковые соединения деталей неодинаковой толщины при разнице, не превышающей значений, указанных в табл. 3.1, могут выполняться так же, как и деталей одинаковой толщины; конструктивные элементы разделки кромок и размеры сварочного шва следует выбирать по большей толщине.

Таблица 3.1

При разности в толщине свариваемых деталей выше значений, указанных в табл. 3.1, на детали, имеющей большую толщину, должен быть сделан скос под углом 15⁰ с одной или с двух сторон до толщины тонкой детали. При этом конструкцию разделки кромок и размеры сварного шва следует выбирать по меньшей толщине.

3.1.5.3. Не допускается смещение свариваемых кромок более:
а) 1,0 мм - для деталей толщиной t = 4 ÷ 10 мм;
б) 0,1 t - для деталей толщиной t = 10 - 40 мм, но не более 3 мм.

3.1.5.4. Максимальные катеты угловых сварных швов не должны превышать 1,2 толщины более тонкой детали в соединении.

3.1.5.5. Для деталей толщиной 4 - 5 мм катет углового сварного шва должен быть равен 4 мм.
Для деталей большей толщины катет углового шва определяется расчетом или конструктивно, но должен быть не менее 5 мм.

3.1.5.6. Заводские сварные соединения рулонных заготовок выполняются встык.

3.1.5.7. Нахлесточное соединение со сваркой с одной стороны допускается при сборке днища и крыши из рулонных заготовок с величиной нахлестки не менее 30 мм. При полистовой сборке днищ и крыш допускаются сварные соединения листов встык на подкладке и нахлесточные соединения с величиной нахлестки 5 t, но не менее 30 мм.

3.2. Применяемые соединения

3.2.1. Вертикальные соединения стенки.

Вертикальные соединения стенки должны быть стыковыми с полным проплавлением по толщине листов (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Вертикальные стыковые соединения стенки:
а - без разделки кромок; б - со скосом двух кромок; в - с двумя скосами кромок; г - с криволинейным скосом кромок.

Вертикальные соединения листов в прилегающих поясах стенки должны быть смещены относительно друг друга на расстояние не менее 8 t, где t - наибольшая из толщин листов прилегающих поясов.
Для резервуаров II и III класса при изготовлении стенки из рулонных полотнищ допускаются вертикальные заводские и монтажные стыковые соединения без смещения.
Расстояния между швами патрубков, усиливающих листов и швами стенки должны быть не менее: до вертикальных швов - 250 мм, до горизонтальных швов - 100 мм.
Вертикальные соединения первого пояса стенки должны располагаться на расстоянии не менее 100 мм от стыков окраек днища.

3.2.2. Горизонтальные соединения стенки.

Горизонтальные соединения листов должны выполняться двусторонними стыковыми швами с полным проплавлением (рис. 3.2).

Рис. 3.2 Горизонтальные стыковые соединения стенки:
а) без разделки кромок; б) с криволинейным скосом одной кромки верхнего листа; в) с двумя скосами одной кромки верхнего листа.

Листы вышележащего пояса должны располагаться в пределах толщины листа нижележащего пояса. Взаимное расположение листов соседних поясов устанавливается проектом.

3.2.3. Соединения днища.

3.2.3.1. Стыковые соединения применяются при заводском изготовлении рулонируемых полотнищ днищ. Стыковые соединения на остающейся подкладке применяются для сварки кольцевых окраек, а также при полистовой сборке центральной части днищ.

3.2.3.2. Нахлесточные соединения днища применяются для соединения между собой рулонируемых полотнищ днищ, листов центральной части днищ при их полистовой сборке, а также для соединения центральной части днищ с кольцевыми окрайками (рис. 3.3, 3.4, 3.5).

Рис. 3.3. Соединения полотнищ днища

Рис. 3.4. Соединение листов центральной части днища.

Рис. 3.5. Соединение центральной части с окрайками днища.

3.2.4. Соединение днища со стенкой.

Для соединения днища со стенкой применяется тавровое соединение. Для резервуаров с толщиной листов нижнего пояса стенки 20 мм и менее рекомендуется тавровое сварное соединение без разделки кромок (рис. 3.6, а). Размер катета каждого углового шва должен быть не более 12 мм и не менее номинальной толщины окрайки.

Для резервуаров с толщиной листов нижнего пояса стенки более 20 мм должно применяться тавровое сварное соединение с разделкой кромок, представленное на рис. 3.6, б. Сварные швы должны выполняться, как минимум, в два прохода.

Рис. 3.6. Соединение днища со стенкой.

3.2.5. Соединение листов крыши.
Для соединения листов крыши применяются стыковые и нахлесточные соединения.

3.2.6. Соединения стационарной крыши со стенкой резервуара (см. п.3.7).

3.3. Исходные данные для проектирования

3.3.1. Общие положения:

• расположение резервуаров - наземное на специально устроенном основании, выполненном по заданию заказчика;
• геометрические параметры - с учетом строительных норм и правил, требований противопожарных норм и с учетом геологических изысканий площадки строительства
     (в приложении 1 приведены основные параметры резервуаров объемом от 100 до 50000 м³, которые предпочтительно применять в соответствии с требованиями настоящего документа);
• метод изготовления (полистовое или рулонное исполнение) - задает заказчик.

3.3.2. Данные, представляемые заказчиком:

Данные должны быть согласованы заказчиком и проектировщиком.

• геометрические параметры или объем резервуара;
• тип резервуара: со стационарной крышей (с понтоном или без понтона), с плавающей крышей и другие конструктивные особенности;
• район строительства;
• наименование хранимого продукта с указанием наличия вредных примесей в продукте (содержание серы, сульфидов водорода и т.д.) для обеспечения необходимых мероприятий;
• удельный вес продукта;
• максимальная и минимальная температура продукта;
• избыточное давление и относительное разрежение;
• нагрузка от теплоизоляции;
• схема расположения и нагрузки от технологического оборудования;
• потребность в зачистных люках и зумпфах;
• оборачиваемость продукта (изменение уровня налива продукта во времени);
• уровень подтоварной воды;
• срок службы резервуара;
• припуск на коррозию элементов резервуара.

3.3.3. При отсутствии полного задания следует руководствоваться п. 1.4 настоящих Правил.

3.4. Конструкция днища

3.4.1. Днища резервуаров могут быть плоскими или коническим с уклоном от центра или к центру (рекомендуемая величина уклона 1 : 100).

3.4.2. Все листы днища резервуаров объемом 1000 м³ и менее должны иметь номинальную толщину не менее 4 мм, исключая припуск на коррозию.

Днища резервуаров объемом от 2000 м³ и более должны иметь центральную часть и утолщенные кольцевые окрайки. Все листы центральной части днища указанных резервуаров должны иметь номинальную толщину не менее 4 мм, исключая припуск на коррозию.

3.4.3. Кольцо из листов окраек должно быть круговой формы с внешней стороны, внутренняя граница окраек может иметь форму правильного многоугольника с числом сторон, равным числу листов окрайки. Радиальная ширина окрайки должна обеспечивать расстояние между внутренней поверхностью стенки и швом приварки центральной части днища не менее 300 мм.

Толщина кольцевых окраек должна быть не менее величин, приведенных в табл. 3.2.

Таблица 3.2

3.4.4. Кольцевые окрайки собираются между собой с клиновидным зазором и свариваются между собой односторонними стыковыми швами на остающейся подкладке (см. рис. 3.5).

3.4.5. Центральная часть днища может быть выполнена как в полистовом, так и в рулонном исполнении. Рулонные полотнища изготовляются на заводе из листов, сваренных встык.

При монтаже центральной части днища полистовым методом применяются нахлесточные и стыковые соединения на остающейся подкладке (см. рис. 3.4).
Нахлесточные соединения днищ свариваются угловым швом только с верхней стороны (см. рис. 3.3).

В зоне пересечения нахлесточного соединения днища с нижним поясом стенки должна быть образована ровная поверхность (см. рис. 3.5).

3.5. Конструкция стенки

3.5.1. Расчетные значения толщины листов стенки определяются исходя из проектного уровня налива продукта или воды при гидроиспытаниях. Номинальные толщины листов стенки резервуара назначаются с учетом минусового допуска на прокат и могут включать припуск на коррозию.

3.5.2. Номинальные толщины стенок резервуара определяются в три этапа:

• предварительный выбор толщин поясов;
• корректировка толщин при поверочном расчете на прочность, включая и расчет на сейсмическое воздействие для сейсмоопасных районов.
• корректировка толщин при проведении расчета на устойчивость.

3.5.3. Предварительный выбор номинальных толщин поясов производится с помощью расчета на эксплуатационные нагрузки, на нагрузку гидроиспытаний и по конструктивным требованиям.

3.5.3.1. Минимальная расчетная толщина стенки t_c, в каждом поясе для условий эксплуатации рассчитывается по формуле:

где g - ускорение свободного падения в районе строительства;
ρ - плотность продукта;
Н - высота налива продукта;
z - расстояние от дна до нижней кромки пояса;
r - радиус срединной поверхности пояса стенки резервуара;
R_y - расчетное сопротивление материала;
ɣ_c - коэффициент условий работы, равный 0,7 для нижнего пояса, равный 0,8 для всех остальных поясов.

3.5.3.2. Минимальная расчетная толщина стенки в каждом поясе для условий гидравлических испытаний рассчитывается по формуле:

где ρ_В - плотность используемой при гидроиспытаниях воды;
H_g - высота налива воды при гидроиспытаниях;
ɣ_c = 0,9 - коэффициент условий работы при гидроиспытаниях для всех поясов одинаков (в дополнение к обозначениям п. 3.5.3.1).

3.5.3.3. Номинальная толщина t каждого пояса стенки выбирается из сортаментного ряда таким образом, чтобы разность t и минусового допуска ∆ на прокат была не меньше максимума из трех величин:

где с - припуск на коррозию;
t_k - минимальная конструктивно необходимая толщина, определяется по табл. 3.3.

Таблица 3.3

3.5.4. Поверочный расчет на прочность и расчет на устойчивость проводится для расчетной толщины t_p поясов, которая определяется как разность номинальной толщины t, минусового допуска на прокат и припуска на коррозию

Поверочный расчет на прочность для каждого пояса стенки резервуара проводится по формуле:

или по формуле:

где σ₁ - меридиональное напряжение;
σ₂ - кольцевое напряжение;
ɣ_с - коэффициент условий работы, принимается по п. 3.5.3.1;
ɣ_n - коэффициент надежности по назначению, для резервуаров:
ɣ_n = 1,1 - I класса,
ɣ_n = 1,05 - II класса,
ɣ_n = 1,0 - III класса.
Расчетные формулы приведены для резервуара со стационарной крышей. При расчете резервуара с плавающей крышей нагрузки в формулах пп. 3.5.4.1, 3.5.4.2. обязанные своим происхождением стационарной крыше, не учитываются.

3.5.4.1. Кольцевое напряжение σ₂ вычисляется для нижней точки каждого пояса:

где Р_u - избыточное давление в резервуаре (в дополнение к обозначениям п. 3.5.3.1).
В формуле учтен коэффициент надежности по нагрузке для избыточного давления в резервуаре.

3.5.4.2. Меридиональное напряжение σ₁ с учетом коэффициентов надежности по нагрузке и коэффициентов для основного сочетания нагрузок вычисляется для нижней точки пояса по формуле:

где G_m - масса металлоконструкций выше расчетной точки,
G₀ - масса стационарного оборудования выше расчетной точки,
G_y - масса утеплителя выше расчетной точки,
s - полное нормативное значение снеговой нагрузки.

3.5.4.3. Расчет на сейсмическое воздействие выполняется специализированной организацией.

3.5.4.4. При невыполнении условия п. 3.5.4 следует увеличить толщину соответствующего пояса.

3.5.5. В качестве альтернативного варианта по согласованию с заказчиком минимальные расчетные толщины t_c каждого пояса стенки для условий эксплуатации и минимальные расчетные толщины t_g для условий гидравлических испытаний могут назначаться на основе расчета наибольших мембранных кольцевых напряжений 2 в каждом поясе стенки, рассматриваемой как составная цилиндрическая оболочка переменной толщины. Граничные условия в месте сопряжения стенки с днищем задаются в виде нулевых радиальных перемещений и изгибающего момента, равного пластическому моменту в листе окрайки. Подбор толщин производится итерационным методом, уменьшая начальную толщину, определенную по п. 3.5.3.1, пока выполняется условие п. 3.5.4.
Назначение минимальной толщины по описанной методике в резервуарах большого объема может уменьшить расчетную толщину поясов.

3.5.6. Расчет стенки резервуара на устойчивость выполняется с помощью проверки соотношения:

где σ_α1 - первое (меридиональное) критическое напряжение,
σ_α2 - второе (кольцевое) критическое напряжение.

3.5.6.1. Первое критическое напряжение вычисляется по формуле:

где t_{p min} - расчетная толщина самого тонкого пояса стенки (обычно верхний пояс).
Коэффициент С может быть вычислен по формулам:

3.5.6.2. Второе критическое напряжение вычисляется по формуле:

где Н_r - редуцированная высота резервуара, а при постоянной толщине стенки для резервуара со стационарной крышей H_r равно полной высоте стенки резервуара Н₀.

3.5.6.3. Редуцированная высота резервуара вычисляется по формуле:

где t_pi - расчетная толщина листа i-го пояса,
h_i - высота i-го пояса.
В резервуарах с плавающей крышей для верхнего пояса в качестве h_i берется расстояние от нижней кромки пояса до ветрового кольца.

3.5.6.4. Меридиональное напряжением вычисляется для нижней кромки участка стенки постоянной толщины по формуле:

где Р_вак - величина относительного разрежения в резервуаре (вакуум).
Знак напряжения сжатия σ₁ условно заменен на положительный.

3.5.6.5. При расчете на устойчивость кольцевое напряжение σ₂ в резервуарах со стационарной крышей зависит от Р_вак и эквивалентного ветрового внешнего давления Р_вет

где Р_вет - значение ветрового давления на уровне верха резервуара Н₀ (в соответствии со строительными нормами и правилами).
Для резервуаров с плавающей крышей вместо Р_вак учитывается разрежение от ветра

где с_i - аэродинамический коэффициент, определяемый в зависимости от отношения высоты резервуара Н₀ к его диаметру (в соответствии со строительными нормами и правилами).
Знак напряжения сжатия σ₂ условно заменен на положительный.

3.5.6.6. При невыполнении условия п. 3.5.6 для обеспечения устойчивости стенки можно увеличить толщину верхних поясов, или установить промежуточные кольца жесткости, или то и другое вместе.

3.5.7. Расчет положения промежуточных колец жесткости производится следующим образом. Обеспечить устойчивость стенки с помощью промежуточных колец жесткости возможно только при выполнении условия σ₁/σ_α1<1. В этом случае из соотношения п. 3.5.6 при известных σ₁, σ_α1, σ₂ вычисляется величина второго критического напряжения σ_α2, затем из соотношения п. 3.5.6.2 находится значение редуцированной высоты Н_r max, при котором условие п.3.5.6 будет выполнено.

3.5.7.1. Место установки первого промежуточного кольца жесткости определяется по следующему алгоритму. Последовательно суммируются приведенные высоты поясов по формуле п. 3.5.6.3 начиная с верхнего пояса вниз. Высота верхнего пояса для резервуара с плавающей крышей по-прежнему отсчитывается от уровня ветрового кольца. В процессе суммирования находится номер j-гo пояса, в котором приведенная высота переходит через значение Н_r max, а также приведенная высота Н_j1,соответствующая нижней кромке этого пояса. Высота установки кольца над нижней кромкой j-го пояса h_j1 вычисляется по формуле:

Если расчетное место установки кольца попадает ближе 150 мм к горизонтальному сварному шву или есть конструктивные препятствия по установке кольца, место установки переносится выше.
Параметры кольца жесткости находятся по методике п. 3.6.4 в зависимости от диаметра резервуара.

3.5.7.2. После назначения места установки первого кольца жесткости продолжается расчет места установки второго (третьего, ...) кольца жесткости по алгоритму п. 3.5.7.1, полагая, что место стационарной крыши (ветрового кольца открытого резервуара) занимает предыдущее кольцо жесткости.

3.5.7.3. Если приведенная высота последнего участка между нижним кольцом жесткости и днищем окажется существенно меньше допустимой Н_{r max}, следует распределить общее количество колец по стенке таким образом, чтобы приведенные высоты всех участков были по возможности одинаковыми.

3.5.7.4. В качестве альтернативного варианта по согласованию с заказчиком расчет на устойчивость и определение положения промежуточных колец жесткости могут быть проведены методом конечного элемента с учетом различных толщин поясов оболочки. С помощью такого расчета могут быть уточнены количество и расположение колец жесткости, а также расчетные толщины поясов оболочки. Граничные условия для расчета задаются, как описано в п. 3.5.5.

<< назад / в начало / вперед >>

20 Апреля 2011 г.