СП 495.1325800.2020 Действует

гдеµ – параметр устойчивости (стенка устойчива, если ;

γn – коэффициент надежности по ответственности сооружения;

σ1i – расчетное осевое напряжение для i-го пояса стенки, кПа;

σ01i – критическое осевое напряжение, кПа;

pр – расчетное внешнее давление, кПа;

pкр – критическое внешнее давление, кПа;

Рверт – расчетная суммарная вертикальная сжимающая нагрузка, кН, составляет сумму снеговой, весовых нагрузок, силы трения перлита и т.п.;

R – радиус стенки резервуара, м;

ti – толщина i-го пояса стенки резервуара, м;

Сi – коэффициент, рассчитывают по формулам (9.22 – 9.24);

E – модуль упругости материала стенки резервуара, кПа;

Нэкв – высота цилиндрической оболочки однородной толщины, эквивалентная по устойчивости под действием внешнего давления (по величине критического давления);

tmin – толщина самого тонкого пояса стенки резервуара, м;

hi – толщина i-го пояса стенки резервуара, м;

Коэффициент С вычисляют по формулам

при (9.22)

при (9.23)

при (9.24)

9.7.2.2 Расчетное внешнее давление ,кПа, при расчете на устойчивость стенки внутреннего корпуса вычисляют по формуле

,(9.25)

гдеγf =1,3 – коэффициент надежности по нагрузке.

p1 – давление, возникающее при выводе ИР из эксплуатации, кПа;

Если внутренний корпус ИР проектируется с собственной стационарной крышей, то к давлению перлита добавляют расчетный вакуум с коэффициентом надежности γf =1,2:

(9.26)

где – расчетный вакуум, кПа.

9.7.2.3 Расчетное внешнее давление , кПа, при расчете на устойчивость стенки наружного корпуса вычисляют по формуле

,(9.27)

гдерветр – давление ветра, кПа;

1,2 и 1,4 – коэффициенты надежности по нагрузке к вакууму и давлению ветра;

0,5 – коэффициент приведения давления ветра к эквивалентному вакууму.

9.7.2.4 При невыполнении критерия устойчивости следует провести анализ причин. При значении параметра устойчивости μ в пределах следует либо увеличить толщину поясов стенки резервуара, либо добавить одно или несколько колец жесткости в зависимости от следующих условий:

1) если невыполнение критерия устойчивости обусловлено вертикальными нагрузками, требуется увеличение толщины верхних поясов стенки резервуара, для которых отношение близко к 1 (0,8 и более);

2) если невыполнение критерия устойчивости обусловлено внешним давлением, т.е. отношение близко к 1 (0,8 и более), требуется установка промежуточных колец жесткости (дополнительно, кроме верхнего ветрового кольца).

При μ > 1,5 рекомендуется как увеличение толщины верхних поясов стенки резервуара, так и установка колец жесткости.

9.7.2.5 После размещения на стенке резервуара колец жесткости и определения их сечений в соответствии с 9.8 следует произвести поверочный расчет на устойчивость стенки внутреннего корпуса ИР под действием внутреннего давления и осевой силы по приведенным выше формулам. Расчет производят по секциям. Под секцией понимают часть цилиндрической оболочки, заключенной между парой колец жесткости (или днищем и кольцом жесткости). Дополнительными осевыми нагрузками в этом случае являются вес вышерасположенных секций и сила трения перлита о расположенную выше данной секции часть стенки внутреннего корпуса.

9.7.2.6 Формула (9.20) для расчета внешнего критического давления применима для оболочек средней длины (или секций оболочки при расчете по секциям), для которых высота оболочки или высота секции оболочки между кольцами жесткости больше половины радиуса оболочки.

Для коротких оболочек при невыполнении этого условия расчет верхнего критического давления следует проводить по общей формуле

(9.28)

гдеn – число волн в окружном направлении;

– коэффициент Пуассона.

Выбирают значение n, при котором давление достигает минимума.

9.7.2.7 Формулы расчета верхнего критического давления (9.20), (9.28) применяют для цилиндрических оболочек с шарнирным закреплением торцов. Для стенки резервуара, у которой нижний торец опирается на окрайку днища, а верхний торец подкреплен ветровым кольцом, и, кроме того, имеются дополнительные кольца жесткости, применение указанных формул обеспечивает дополнительный запас устойчивости до 15 %. Для учета условий закрепления торцов секций оболочки допускается в расчет эквивалентной высоты вводить дополнительный корректирующий множитель , где Нэкв вычисляют по формуле (9.21).

9.7.2.8 Расчет верхней критической нагрузки внутреннего корпуса ИР выполняют численными методами в программе, основанной на линейной теории устойчивости оболочек. Критические параметры потери устойчивости следует находить раздельно:

2) при нагружении только внешним давлением – критическое давление p0.

Критерий устойчивости в этом случае вычисляют по формуле

(9.29)

где k1 , k2 – коэффициенты согласования численного решения задачи устойчивости по Эйлеру (бифуркации) и экспериментальных значений критических нагрузок, учитывающие несовершенства формы оболочки, k1 = С / 0,605, k2 = 0,6; С – коэффициент, вычисляемый по формулам (9.22) – (9.24).

9.8 Расчет сечений промежуточных колец жесткости

9.8.1 Сечения промежуточных кольцевых ребер жесткости определяют расчетом колец на устойчивость под действием внешнего давления.

9.8.2 Для обеспечения устойчивости кольца необходимо, чтобы момент инерции сечения кольца J, м4, удовлетворял условию

(9.30)

гдеpр – расчетное внешнее давление, кПа (МПа);

R – радиус стенки резервуара, м;

Нэквmax – эквивалентная высота оболочки толщиной tmin, максимальная сверху или снизу, м;

n – число волн в кольцевом направлении при потере устойчивости;

Е – модуль упругости материала, кПа (МПа).

При вычислении момента инерции в сечение кольца допускается включать части оболочки, расположенные выше и ниже кольца на высоту 16t в каждую сторону, где t – толщина стенки обечайки в месте расположения кольца. Момент инерции находится относительно нейтральной оси такого сечения.

9.8.3 Расчетное число волн в кольцевом направлении, n, определяют из условия:.

Число волн n* определяют по формуле

, (9.31)

гдеR – радиус стенки резервуара, м;

H – высота налива, м;

t – средняя толщина обечайки (секции обечайки), м.

9.8.4 Минимально допускаемое сечение кольца жесткости – равнополочный уголок 656 мм.

9.9 Требования к проектированию днищ резервуаров

9.9.1 Днища резервуаров для хранения сжиженных газов следует проектировать плоскими.

9.9.2 Днища должны выступать наружу за стенку резервуара, ширина выступающей части – не менее 50 мм.

9.9.3 Днища внутреннего и наружного корпусов ИР должны состоять из центральной части и утолщенной кольцевой окрайки.

9.9.4 Толщина центральной части днищ tb должна быть не менее 5 мм без учета припуска на коррозию.

9.9.5 Толщину кольцевой окрайки ta без учета припуска на коррозию определяют при условии: 0,77t1 ≤ ta < t1, где t1 – толщина первого пояса стенки резервуара, при этом ta должна быть не менее 8,0 мм.

9.9.6 Необходимую ширину окрайки днища La, м, вычисляют по формуле

,(9.32)

гдеta – толщина окрайки, м;

Sy – расчетное сопротивление материала окрайки днища по пределу текучести, кПа;

ρпрод – плотность жидкости, т/м3;

g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения;

Н – высота налива жидкого продукта, м.

9.9.7 Ширина окрайки днищ La должна удовлетворять условию

,(9.33)

гдеD – диаметр резервуара, м.

9.10 Расчет пеностекла

9.10.1 При расчетах на прочность допускается считать пеностекло упругим изотропным материалом.

9.10.2 При отсутствии конкретных значений, допускается принимать модуль упругости пеностекла E = 900 МПа, коэффициент Пуассона ν = 0,05.

9.10.3 Критерий прочности пеностекла:  . Давление , оказываемое на пеностекло, не должно превышать предел прочности пеностекла на сжатие , умноженный на коэффициент условий работы γc = 0,9.

9.11 Требования к проектированию стационарной крыши

9.11.1 Кроме веса металлоконструкций, снеговой и ветровой нагрузки дополнительно необходимо учесть следующие нагрузки на крышу, которые следует отнести к кратковременным:

- равномерно распределенная нагрузка 1,2 кН/м² на расчетную площадь неподвижной крыши, воздействующая на крышу наружного корпуса ИР; эта нагрузка не должна сочетаться со снеговой нагрузкой и нагрузкой от внутреннего отрицательного давления;

- равномерно распределенная нагрузка 2,4 кН/м², воздействующая на платформы и переходные лестницы снаружи ИР;

- равномерно распределенная нагрузка 0,5 кН/м², воздействующая на подвесную крышу и платформы и переходные лестницы внутри корпуса ИР во время монтажа и обслуживания;

- сосредоточенная нагрузка 5 кН, на площадь 300 × 300 мм, прилагаемая к платформам и переходным лестницам снаружи ИР; сосредоточенная нагрузка не сочетается с равномерно распределенной;

- сосредоточенная нагрузка 1,5 кН, на площадь 300 × 300 мм, прилагаемая к подвесной крыше, платформам и переходным лестницам внутри корпуса ИР во время монтажа и обслуживания; сосредоточенная нагрузка не сочетается с равномерно распределенной нагрузкой.

9.11.2 Стационарную крыша ИР проектируют в виде самонесущей или подкрепленной каркасом оболочки одной из следующих форм:

- конусная;

- сферическая купольная двоякой кривизны;

- сферический ребристо-кольцевой купол типа «зонт».

9.11.3 Конусная крыша допускается для резервуаров диаметром не более 20 м. Угол наклона конусной крыши к горизонту α должен лежать в диапазоне

(9.34)

9.11.4 Радиус кривизны сферической купольной крыши Rкр (в т.ч. ребристо-кольцевого купола) рекомендуют выбирать в диапазоне

,(9.35)

гдеD – диаметр резервуара, м.

9.11.5 Ребристо-кольцевой купол состоит из ряда одинаковых секторов, образованных путем изгиба плоских листов металла по цилиндрической поверхности радиусом Rкр.

9.11.6 Для резервуаров, диаметр которых не превышает 12 м, допускается бескаркасная – самонесущая крыша, у которой оболочка без каркаса может нести нагрузки. Допускается также «полукаркасная» крыша, каркас которой состоит только из набора кольцевых ребер жесткости – шпангоутов.

9.11.7 Бескаркасную самонесущую крышу резервуара рассчитывают на прочность и устойчивость под действием внешних нагрузок и внутреннего давления, согласно ГОСТ 34233.2. Параметры «полукаркасной» крыши определяют численным расчетом. Необходимое число шпангоутов и расстояния между ними должны быть определены из расчета на устойчивость под действием собственного веса, веса дополнительного оборудования, переходов, рабочих площадок, трубопроводов, снеговой и ветровой нагрузок.

9.11.8 Крыша ИР диаметром больше 12 м должна иметь каркас, состоящий из набора радиальных и кольцевых ребер жесткости. При расчете крыши должна быть учтена совместная работа каркаса и покрытия. Расчет НДС элементов крыши следует выполнить МКЭ. Расчетная схема должна содержать стержневые элементы каркаса и оболочечные или пластинчатые элементы покрытия. Каркас крыши ИР проектируют по общим правилам проектирования стержневых металлических конструкций, согласно СП 16.13330.

9.11.9 Для ИР максимальной по абсолютной величине нагрузкой на крышу является избыточное внутреннее давление газа.

Минимальную толщину покрытия конусной крыши ИР вычисляют по формуле

,(9.36)

гдеpр.изб. – расчетное внутреннее избыточное давление, кПа;

R – номинальный радиус стенки резервуара, м;

α – угол конусности крыши от горизонта;

Sy – расчетное сопротивление материала по пределу текучести, кПа;

φ – коэффициент прочности сварного шва:

- для одностороннего шва с усилением (валиком) при сварке только сверху φ = 0,35;

- для шва с валиками при сварке с обеих сторон φ = 0,65;

- для стыкового шва с полным проплавлением с подкладным листом или без него φ = 0,70;

- для стыкового шва с полным проплавлением и выборочным радиографическим контролем φ = 0,85;

- для стыкового шва с полным проплавлением и 100 % радиографическим контролем φ = 1.

9.11.10 Минимальную толщину покрытия самонесущей купольной крыши вычисляют по формуле

,(9.37)

гдеγ – коэффициент формы:

- для сферической крыши двоякой кривизны γ =0,5;

- для ребристо-кольцевого купола типа «зонт», состоящего из набора секторов одинарной кривизны, γ =1,0.

RR – радиус кривизны крыши, м.

9.11.11 Узел стыка конусной или купольной сферической крыши и стенки резервуара выполняют в соответствии со схемами, приведенными на рисунках 9.1, 9.2. На рисунке 9.3 показаны недопустимые варианты исполнения опорного узла крыши резервуара.

9.11.12 При действии внутреннего давления (рисунки 9.1, 9.2) в опорном кольце на контуре бескаркасной купольной крыши возникает сжимающее напряжение, , кПа, определяемое по формуле

, (9.38)

где – радиус кривизны крыши, м;

– радиус стенки резервуара, м;

F – площадь сечения опорного кольца крыши, м2.

На удалении от края крыши напряжение в покрытии становится равным безмоментному напряжению в сферической оболочке. Безмоментное напряжение , кПа, определяют по формуле

.(9.39)

Wh – эффективная ширина крыши (участок, включенный в расчет), мм;

Wс – эффективная ширина стенки (участок, включенный в расчет), мм;

L – величина свеса крыши, мм; t – толщина элементов, мм

Рисунок 9.1 – Варианты исполнения опорного узла крыши резервуара

Wh – эффективная ширина крыши (участок, включенный в расчет), мм;

Wс – эффективная ширина стенки (участок, включенный в расчет), мм;

t – толщина элементов, мм

Рисунок 9.2 – Варианты исполнения опорного узла крыши резервуара при толщине листа крыши ≤ 6 мм

Рисунок 9.3 – Недопустимые варианты исполнения опорного узла крыши резервуара

9.11.13 Из формулы (9.38) следует, что для обеспечения прочности, площадь сечения опорного кольца F, м2, должна быть

(9.40)

гдеγс = 0,6 – коэффициент условий работы.

В площадь сечения опорного кольца F допускается включать часть крыши длиной и часть стенки резервуара общей длиной (рисунки 9.1, 9.2).

9.11.14 За предельное состояние принимают ситуацию, когда напряжение в кольце жесткости достигнет предела текучести. Аварийное давление , кПа, при котором достигается предельное состояние верхнего кольца жесткости, рассчитывают по формуле

(9.41)

гдеp – расчетное давление, кПа;

PLR – вес стенки, крыши и всех прочих элементов (рабочих площадок, люков, теплоизоляции и т.п.), передающийся на днище через стенку, кН.

Требования к теплоизоляционным конструкциям и материалам тепловой изоляции