СП 495.1325800.2020 Действует

9.1.2 Дополнительно, для ИР, как для объекта повышенного уровня ответственности класса КС-3, при расчетах по первой группе предельных состояний должен быть учтен коэффициент надежности по ответственности γn, значение которого принимают в соответствии с ГОСТ 27751.

9.1.3 Расчет металлоконструкций ИР должен проводиться для всех наиболее неблагоприятных, т.е. вызывающих максимальные напряжения и деформации сочетаний нагрузок в соответствии с СП 20.13330 и ГОСТ 27751.

Расчеты должны проводиться для режимов монтажа, гидро-пневмоиспытаний, эксплуатации и вывода из эксплуатации. Для режима вывода из эксплуатации проводят расчет на устойчивость внутренней стенки ИР с засыпной теплоизоляцией с учетом увеличения давления сыпучей среды и компенсационных матов при расхолаживании ИР.

9.1.4 Классификацию видов нагрузок (постоянные, длительные, кратковременные, особые, аварийные), значения коэффициентов надежности по нагрузкам и коэффициентов сочетаний нагрузок следует принимать в соответствии с СП 20.13330 и ГОСТ 27751.

9.1.5 Коэффициенты условий работы элементов металлоконструкций ИР следует принимать в соответствии с СП 16.13330 и СП 43.13330.

9.2 Нагрузки и воздействия

9.2.1 Перечень возможных сочетаний нагрузок приведен в таблице 9.1.

Таблица 9.1 – Возможные расчетные сочетания нагрузок

Таблица 9.1Сочетание нагрузок | Нагрузки | Постоянная нагрузка | Гидроиспытания | Пневмоиспытания | Гидростатическое давление продукта | Внутреннее давление | Вакуум* | Временная нагрузка на крышу | Снеговая нагрузка | Ветровая нагрузка Нагрузки при строительстве | X | – | – | – | – | – | Х | Х | Х Нагрузки при выводе из эксплуатации | X | – | – | – | – | – | – | Х | Х Нагрузки при испытаниях | X | X | X | – | – | – | – | – | – Эксплуатационные нагрузки (внутренний корпус ИР пустой) | X | – | – | – | X | X | X | X | – Эксплуатационные нагрузки (внутренний корпус ИР полный) | X | – | – | X | X | X | X | X | – Эксплуатационные нагрузки + ветер | X | – | – | X | X | X | X | X | X Условные обозначения: «X» – нагрузку учитывают; «–» – нагрузку не учитывают. * Вакуум не действует одновременно с внутренним давлением, т.е. рассматривается или внутреннее давление, или вакуум.

9.2.2 К особым и аварийным нагрузкам относят:

- воздействие на стенку резервуара плоской воздушной ударной волны от внешнего взрыва;

- воздействие температуры от пожара на соседнем объекте (существующем трубопроводе горючего газа);

- тепловое воздействие при утечке продукта из внутреннего корпуса ИР;

- исключение из работы любой из подвесок подвесной крыши.

9.2.3 Параметры воздушной ударной волны и теплового воздействия при пожаре должны быть приведены в техническом задании на проектирование ИР.

9.3 Нагрузки при расчете стенок изотермического резервуара на прочность и устойчивость

9.3.1 При расчете внутренней стенки ИР с перлитовой тепловой изоляцией на прочность и устойчивость необходимо учитывать следующие нагрузки:

8) боковое давление перлита.

9.3.2 Коэффициенты надежности и условий работы для расчетов стенки резервуара на прочность приведены в таблице 9.2.

Таблица 9.2 – Коэффициенты надежности и условий работы

Таблица 9.2Наименование | Обозна-чение | Значение | Нормативный документ 1 Коэффициент надежности по ответственности сооружения | γn | – | ГОСТ 27751 2 Коэффициент надежности по нагрузке для определения расчетного веса металлоконструкций | γf1 | 1,05 | СП 20.13330 3 Коэффициент надежности по материалу для стали | γm | 1,05 | СП 16.13330 4 Коэффициент надежности по нагрузке для определения расчетного веса сыпучих материалов | γf2 | 1,3 | СП 20.13330 5 Коэффициент надежности по нагрузке для реактивного бокового давления перлита | γf3 | 1,5 | – 6 Коэффициент надежности по нагрузке для угла внутреннего трения сыпучих материалов* | γf4 | 1,1 | – * Расчетный угол внутреннего трения определяют делением нормативного угла на коэффициент надежности по нагрузке γf =1,1 (СП 20.13330).

9.3.3 Значения коэффициентов в расчетных сочетаниях нагрузок на внутренний корпус ИР приведены в таблице 9.3.

Таблица 9.3 – Сочетания нагрузок на внутренний корпус ИР

Таблица 9.3Сочетание нагрузок | Постоянная нагрузка | Вес компенсирующих матов | Сила трения перлита | Внешнее давление перлита | Гидроиспытания | Пневмоиспытания | Продукт 1 Нагрузки при испытании | 1* | – | – | – | 1 | – | – 2 Эксплуатационные нагрузки | 1 | 0,95 | 0,95 | 0,95 | – | – | 1 * Коэффициенты сочетаний нагрузок.

9.3.4 Сочетания нагрузок на наружный корпус ИР приведены в таблице 9.4.

Таблица 9.4 – Сочетания нагрузок на наружный корпус ИР

Таблица 9.4Сочетание нагрузок | Виды нагрузок | Постоянная нагрузка | Температурные воздействия при эксплуатации | Гидроиспытания | Пневмоиспытания | Продукт | Внутреннее давление | Вакуум | Временная нагрузка на крышу | Снеговая нагрузка | Ветровая нагрузка | Утечка продукта | Взрывная волна Строительство | X | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – Испытания | X | – | X | X | – | – | – | – | – | – | – | – Эксплуатационные нагрузки (внутренний корпус ИР полный) | X | X | – | – | X | X | X | X | X | – | – | – Эксплуатационные нагрузки + ветер | X | X | – | – | X | X | X | X | X | X | – | – Вывод из эксплуатации | X | – | – | – | – | – | – | – | X | X | – | – Утечка (все уровни) | X | X | – | – | – | X | – | – | – | Х | X | – Эксплуатационные нагрузки (внутренний корпус ИР пустой) + взрывная волна | X | X | – | – | – | X | X | – | X | Х | – | X Эксплуатационные нагрузки (внутренний корпус ИР полный) + взрывная волна | X | X | – | – | X | X | X | – | X | Х | – | X Условные обозначения: «X» – нагрузку учитывают; «–» – нагрузку не учитывают.

9.3.5 Требования к расчетам стенок резервуара приведены в подразделах 9.5–9.8.

9.4 Нагрузки на подвесную крышу

9.4.1 Подвесная крыша должна проектироваться на следующие виды нагрузок:

собственный вес подвесной крыши и теплоизоляции на ней;

нагрузки от оборудования и патрубков;

нагрузки от трубопроводов, поддерживаемых подвесной крышей;

нагрузки при строительстве.

9.4.2 Конструкция подвесной крыши должна гарантировать, что теплоизоляция не попадет в хранимый во внутреннем корпусе ИР продукт.

9.5 Активное давление на стенки резервуара от перлитовой засыпки

9.5.1 Нормативное значение активного горизонтального давления на стенки резервуара , кПа, образующегося при засыпке перлита в межстенное пространство, следует вычислять по формуле

,(9.1)

где γ – удельный вес перлита (); g – ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с2); ρперл – плотность перлита, т/м3;

ξ – гидравлический радиус;

f – коэффициент трения перлита;

e – основание натурального логарифма, e = 2,71828;

 – коэффициент бокового давления перлита;

z – расстояние от верха засыпки до расчетного уровня, м.

Гидравлический радиус ξ для ИР, в котором сыпучий материал находится между двумя стенками, вычисляют по формуле

,(9.2)

гдеF – площадь поперечного сечения засыпки, м2;

O – периметр наружной стенки, м;

o – периметр внутренней поверхности засыпки, м;

R – внутренний радиус наружной стенки, м;

r – радиус внешней поверхности матов с учетом деформации, м, вычисляют по формуле

r =R0 + t1+tm,(9.3)

гдеR0 – внутренний радиус внутренней стенки, м;

t1 – толщина первого пояса стенки, м;

tm – толщина матов с учетом деформации после засыпки перлита, м.

9.5.2 Нормативное вертикальное давление перлита , кПа, определяют по формуле

.(9.4)

9.5.3 При отсутствии значений, для конкретной марки перлита допускается принимать λ = 0,5, f = 0,58.

9.5.4 Засыпка перлита должна сопровождаться его виброуплотнением не менее чем на 10 %, при этом толщина уплотняемого слоя должна быть не более 4 м.

9.5.5 Расчетную плотность уплотненного перлита для расчета активного давления по формуле (9.1) принимают с коэффициентом надежности по нагрузке γf = 1,3 к его максимальной для данной марки перлита насыпной плотности.

9.5.6 Условие равновесия массы перлита в межстенном пространстве над расчетным уровнем:

. (9.5)

Силы трения перлита о внутреннюю Fтр вн и наружную Fтр нар стенки и ИР, кН, определяют по формулам:

,(9.6)

,(9.7)

гдеR2 – радиус наружной поверхности перлита, м;

R1 – радиус внутренней поверхности перлита, м.

Равнодействующую силу вертикального давления перлита на уровне низа рассматриваемой секции , кН, определяют по формуле

.(9.8)

где – вертикальное давление перлита, кПа.

Вес перлита в межстенном пространстве над расчетным уровнем , кН, вычисляют по формуле

(9.9)

гдеНперл – высота перлитной засыпки от уровня низа рассматриваемой секции до верха массы перлита, м.

9.6 Требования к компенсационным матам

9.6.1 При захолаживании ИР, колебании уровня жидкости, изменении климатической температуры, остановке ИР на обследование или техническое обслуживание происходит температурная деформация внутреннего или наружного корпусов ИР и, как следствие, изменение расстояния между внутренней и наружной стенками. Для уменьшения давления теплоизоляционного сыпучего материала на стенки резервуара, при сокращении межстенного расстояния, следует предусмотреть компенсационный слой в виде упругих стекловолокнистых матов по ГОСТ 34337, ГОСТ 21880 и ГОСТ 10499. Компенсационные маты размещают на наружной поверхности стенки внутреннего корпуса ИР. При уплотнении перлита в процессе засыпки до максимальной плотности (не менее чем на 10 %) дальнейшего уплотнения его не происходит, и впоследствии при температурной или силовой деформации стенок резервуара упруго деформируются только маты.

9.6.2 Коэффициент упругости матов kмат определяют как разность деформаций kмат =A – B, где А – полусумма деформаций при трехкратном нагружении до давления p1 =1,676 кПа и разгрузке образца матов, а В – полусумма деформаций при трехкратном нагружении до значения давления p2 = 0,239 кПа и разгрузке.

9.6.3 Модуль упругости материала матов определяют по формуле

(9.10)

Коэффициент упругости матов должен быть не менее 0,44.

Для значения kмат = 0,44 модуль упругости Емат = 3,266 кПа.

9.6.4 Необходимую расчетную первоначальную толщину матов L0мат = x и значение их первоначального сжатия при засыпке перлита Δ1=y определяют из решения системы нелинейных уравнений

,(9.11)

,(9.12)

гдеLМС – ширина межстенного пространства до захолаживания, м;

p1 – давление матов на стенку резервуара при выводе ИР из эксплуатации, кПа;

– изменение радиуса внутреннего резервуара при захолаживании, м;

Толщина матов должна быть не менее расчетной. Маты могут состоять из нескольких слоев.

9.6.5 Давление p1 – параметр, указанный в техническом задании, или определяется проектировщиком ИР. Давление p1 не должно быть ниже удвоенного значения активного значения перлита, определенного по формуле (9.1).

Давление p1, умноженное на коэффициент надежности γf = 1,3, не должно превышать верхнее давление испытаний матов 1,68 кПа (или другое верхнее значение давления испытаний конкретной марки матов). Рекомендуемое значение давления p1 от 1,0 до 1,2 кПа.

На давление p1 с коэффициентом надежности по нагрузке γf = 1,3 должен проводиться расчет на устойчивость внутренней стенки ИР.

9.6.6 При засыпке перлита маты, имеющие первоначально толщину L0мат, под действием давления перлита p0 деформируются, и толщина их сокращается на величину Δ1.

При захолаживании ИР радиус внутреннего корпуса уменьшается на величину , где – коэффициент линейного расширения металла корпуса; – изменение температуры, ºС. При этом освободившееся межстенное пространство заполняется перлитом из резервного запаса, но его давление на стенку при этом не изменяется.

При выводе ИР из эксплуатации для технического обслуживания, обследования или при аварийной ситуации радиус внутреннего корпуса увеличивается, и межстенное расстояние сокращается на величину .

Уплотненный перлит не деформируется, деформируются только упругие маты, их толщина сокращается также на величину ΔR. При этом давление матов на перлит p1, кПа, определяют по формуле

(9.13)

9.6.7 При выборе взаимосвязанных параметров – давления p1 и толщины матов L0 мат следует руководствоваться условием, что толщина матов не должна превышать 40 % ширины межстенного пространства, и деформация матов не должна превышать 33 %. При несоблюдении этих условий следует назначить новое значение p1 и произвести повторный расчет толщины матов и их деформации при засыпке.

9.6.8 За температуру внутри резервуара после расхолаживания допускается принимать среднюю максимальную температуру наиболее теплого месяца, согласно СП 131.13330.2018 (таблица 4.1).

9.6.9 При наливе хранимого продукта радиальное перемещение i-го пояса стенки резервуара , м, под действием гидростатического и избыточного давления составит:

(9.14)

где – плотность хранимого продукта, т/м3;

Н – высота налива, м;

zi – расстояние от днища до нижней кромки i-го пояса, м;

n2 – коэффициент надежности по нагрузке для избыточного давления газа, для режима эксплуатации n2 = 1,2, для режима гидроиспытаний n2 = 1,25;

pр.изб – расчетное внутреннее избыточное давление газа в пространстве под кровлей резервуара, кПа;

R – радиус стенки резервуара, м;

Ес – модуль упругости стали при температуре хранения продукта, кПа;

– толщина i-го пояса стенки, м.

9.6.10 После назначения проектной толщины матов LM расчет их радиального перемещения w под нагрузкой можно проводить с использованием жесткости матов как пружины .

9.7 Требования к проектированию цилиндрических стенок изотермических резервуаров

9.7.1 Расчет на прочность стенки внутреннего корпуса изотермического резервуара

9.7.1.1 При расчетах на прочность стенки внутреннего корпуса ИР учитывают следующие нагрузки:

- гидростатическое давление;

- внешнее давление перлита;

- весовые нагрузки;

- сила трения перлита о стенку.

Стенка внутреннего корпуса должна удовлетворять как критериям прочности при всех видах воздействий, так и критериям устойчивости.

9.7.1.2 Толщину i-го пояса стенки , м, достаточную для обеспечения прочности при действии гидростатического и внутреннего избыточного давлений, рассчитывают для каждого пояса стенки резервуара по формуле

(9.15)

гдеγn – коэффициент надежности по ответственности сооружения;

с – коэффициент условий работы:

- для режима хранения продукта, с = 0,7 – для первого пояса; с = 0,8 – для остальных поясов;

- для режима гидроиспытаний с = 0,9 для всех поясов в соответствии с СП 43.13330;

Sy – расчетное сопротивление материала по пределу текучести, кПа.

9.7.1.3 Толщина верхнего n-го пояса как для резервуара со стационарной крышей, так и для резервуара, не имеющего стационарной крыши, принимается равной не менее 40 % толщины первого пояса . Минимальная толщина любого пояса стенки ИР независимо от объема составляет 6 мм.

9.7.1.4 Толщина каждого i-го пояса: i = n–1, n–2 и т.д. сверху вниз назначается не менее толщины следующего за ним сверху i+1-го пояса, но так, чтобы выполнялось требование прочности (9.16).

9.7.1.5 Для проверки правильности назначения толщин нижних поясов стенки резервуара и их возможной корректировки рекомендуется провести расчет НДС резервуара численным методом под действием всей совокупности действующих нагрузок. Используют следующую расчетную схему:

2) резервуар в сборе, т.е. стенка, днище и крыша.

9.7.1.6 Численный расчет стенки и днища, включающий расчет подъема окрайки днища под действием внутреннего давления газа, находящегося над жидкостью, следует выполнять с учетом геометрической нелинейности.

9.7.1.7 Критерий прочности стенки резервуара: интенсивность напряжений , кПа, и абсолютные значения главных напряжений, и , кПа, не должны превышать расчетного сопротивления материала стенки по пределу текучести Sy с учетом коэффициента условий работы и коэффициента надежности:

, , (9.16)

где – осевое напряжение, кПа;

– кольцевое напряжение, кПа;

γc =0,9 – коэффициент условий работы;

γn – коэффициент надежности по ответственности сооружения.

Главными напряжениями в данном случае являются осевые и кольцевые напряжения, так как τxy = 0.

9.7.2 Расчет стенки внутреннего корпуса изотермического резервуара на устойчивость

9.7.2.1 Устойчивость стенки внутреннего корпуса обеспечена при выполнении условия:

(критерий устойчивости)(9.17)

(9.18)

(9.19)

(9.20)

(9.21)