Расчет стенки горизонтального цилиндрического резервуара
Определение габаритных размеров и толщины стенки резервуара
Оптимальный диаметр резервуара определяется по формуле:
(1)
где V – заданный объем резервуара.
Из условия транспортировки резервуара его диаметр D принимается равным 1,4-3,25 м. В отдельных случаях по специальному соглашению диаметр может приниматься равным 3,8 м или 4,0 м.
Длина резервуара при плоских днищах:
(2)
где r – радиус резервуара, равный D /2.
Стенка резервуара выполняется из нескольких листовых обечаек. Для корпуса могут, применяются листы размерами 1500х6000; 1800х8000; 2000х8000. В расчетах принимаются размеры с учетом строжки кромок (5 мм с каждой стороны листа).
Требуемое количество колец (обечаек) определяется по формуле:
(3)
где bл – ширина стального листа.
Количество колец округляется до ближайшего целого числа. Тогда требуется уточнить длину резервуара, которая составит:
(4)
При этом фактический объем резервуара:
. (5)
Если фактический объем резервуара меньше заданного более чем на 3%, то следует либо принять листы большие по ширине, либо увеличить число колец. Если фактический объем резервуара больше заданного более чем на 3%, то наоборот, требуется принять листы меньшие по ширине или уменьшить количество колец. При условии, что фактический объем резервуара меньше (больше) заданного менее чем на 3%, он находится в пределах допустимого.
Номинальная толщина стенки резервуара определяется по формуле:
(6)
где γж – коэффициент надежности по нагрузке от гидростатического давления жидкостей, определяемый по табл. Е1 Приложения Е данных методических указаний;=1,1
γf2 – коэффициент надежности по нагрузке для избыточного давления (табл. Е1 Приложение Е);=1,2
γc – коэффициент условия работы конструкции для расчета на прочность поясов,принимаемый 0,8;
ρж – плотность жидкости (нефть или сжиженный газ); 0,82-0,9г/см3
g – ускорение свободного падения = 9,8м/с;0,0098мм/с
– внутреннее избыточное давление;
c1 = 0,8мм – учет вытяжки металла при вальцовке листов;
Rwy – расчетное сопротивление стыкового шва растяжению (при соответствующем контроле качества шва), принимаемое равным Ry (табл. Б1 Приложение Б);
r – радиус резервуара в поперечном сечении, в мм
Требуемая толщина стенки с учетом минусового допуска отклонения толщины листов δ (табл. А1, Приложение А) и припуска на коррозию ∆ =0,1мм. Требуемая толщина стенки составит:
(7)
Толщина стенки горизонтальных резервуаров обычно принимается равной 4-5мм.
Проверка устойчивости стенки
Устойчивость стенки определяется по формуле:
(8)
где σcr1,2 – критические напряжения для цилиндрических оболочек;
σ1 – расчетное меридиональное напряжение в поперечном сечении оболочки от нагрузок, направленных вдоль оси оболочки;
σ2 – расчетное кольцевое напряжение в оболочке.
В расчетные формулы следует подставлять расчетную толщину стенки:
(9)
Значения нормальных напряжений:
(10)
Напряжение от вакуума:
(11)
где 
– давление вакуума.
Напряжение изгиба от собственного веса резервуара:
(12)
Нагрузка от собственного веса резервуара:
(13)
где γg –коэффициент надежности от собственного веса металлических конструкций, определяемый по Приложению Е, таблица Е1;
K = 1,1 – коэффициент, учитывающий наличие ребер жесткости и оборудования на резервуаре;
ρст = 78,5 кН/м3 - удельный вес стали;
S0 – объем стенки и днищ, определяемый по формуле:
(14)
K2 – коэффициент при плоских днищах принимаемый 6,28.
Момент сопротивления кольцевого сечения стенки резервуара:
(15)
Критическоенормальное напряжение σcr1 равно наименьшему из значений:
или 
, (16)
где коэффициент ψ при 0≤ r/tw ≤300 определяется по формуле:
. (17)
ξ – коэффициент, учитывающий неравномерность сжатия оболочки вследствие её изгиба от собственного веса:
(18)
где σ1min и σ1max – минимальное и максимальное значение нормальных напряжений.
(19)
(20)
Значение коэффициента c определяется по Приложению Г в зависимости от отношения радиуса резервуара к толщине его стенки r/tw.
Кольцевое напряжение состоит из двух слагаемых:
(21)
Напряжение от вакуума 
определяется по формуле:
(22)
Напряжение от ветровой нагрузкив виде условного вакуума:
(23)
где γв – коэффициент надежности для ветровой нагрузки;
w0 – нормативное значение ветрового давления, определяемое в зависимости от ветрового района (табл. В1, Приложение В);
k0 – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте (табл. В2, Приложение В).
Критическое кольцевое напряжение:
(24)
где E =2,06∙104кН/см2– модуль упругости стали;
l0 =0,586 lr – пролет резервуара (расстояние между опорами).
Для обеспечения жесткости при транспортировке и монтаже, восприятия вакуума и ветровой нагрузки стенку резервуара усиливают кольцами жесткости из прокатных уголков, свальцованных на перо и приваренных пером к стенке.
При отношении r/tw≤ 200 промежуточные кольца жесткости не требуются. При r/tw > 200 устанавливают кольца жесткости, привариваемые к оболочке, как правило, с внутренней стороны. Кольца жесткости требуются и в случае, если tw ≤ 0,001 D + 0,3 см.
Для рассматриваемого типа резервуаров величина r/tw всегда> 200. Поэтому необходимы промежуточные кольца жесткости, которые располагают через 1,5÷1,8 м в зависимости от ширины листов, применяемых для стенки. В качестве промежуточных колец жесткости рекомендуется применять неравнополочные горячекатаные уголки (Приложение Д):
- при V = 25…50 м3 – номер уголка 8/5 (80х50х5);
- при V = 75…100 м3 – номер уголка 9/5,6 (90х56х6).