Меню

Сферическая крыша цилиндрических резервуарах



Крыши резервуаров

Для резервуаров повышенного давления используют сфероидальные или сфероцилиндрические крыши в виде распорной конструкции

Опираются стационарные крыши на стенку резервуара (на кольцевой элемент жёсткости) и центральную стойку, либо только на стенку (распорная система). Для сферической крыши применяется только распорная конструкция. Бескаркасная крыша применяется при небольших снеговых нагрузках (до 1,5 кН/м2) и малых объёмах (до 5000 м 3 ).

Каркас сферической крыши следует выполнять ребристым, ребристо-кольцевым или сетчатым (рис. 6.1). Сетчатые крыши экономичнее ребристых по расходу стали и трудоёмкости изготовления.

Угол наклона образующей конической крыши к горизонтальной поверхности принимается от ?4,7є (уклон 1:12) до ?9,5є (уклон 1:6).

Рис. 6.1 Конструктивные решения купольных покрытий

а) ребристый; б) ребристо-кольцевой; в) сетчатый; 1 — нижнее опорное кольцо; 2 — верхнее опорное кольцо; 3 — рёбра; 4 — промежуточные кольца; 5 — сетка

Минимальный радиус сферической поверхности равен 0,8D, максимальный радиус — 1,5D, где D — диаметр резервуара.

Минимальная толщина настила для конической кровли равна 4 мм, для сферической — 5 мм.

Конические и сферические каркасные крыши обычно состоят из сборных секторных щитов заводского изготовления. Щиты состоят из радиальных и поперечных рёбер (прокатные или гнутые профили) и обшивки из стальных листов. Количество щитов принимается из условия габаритности при перевозках (ширина щита должна быть в пределах 3,2 — 3,85 м).

Расстояние между поперечными (кольцевыми) балками назначается кратным 100 мм (в дальнейшем уточняется расчётом); длиной участка, примыкающего к опорному кольцу, обычно компенсируются возможные невязки.

Монтаж каркасных конических и сферических крыш производится с временной центральной стойкой. На ней устанавливается центральное кольцо, к которому крепятся все щиты кровли. Щиты между собой свариваются внахлёст.

Диаметр верхнего опорного кольца — 1500-2500 мм. Сферические крыши конструируют в виде ребристо-кольцевых куполов для резервуаров объёмом 6000 м 3 и более и сетчатыми при объёмах 10000 м 3 и более. Допускается применение стационарных крыш из алюминиевых сплавов. Купольные алюминиевые крыши поставляются на российский рынок зарубежными фирмами, поэтому необходимо в соответствии с российскими нормами выполнять поверочные расчёты таких крыш.

Проектирование сферического покрытия (купола) начинают с назначения основных геометрических параметров: стрелы подъёма f, радиуса кривизны сферы rсф:

при f = (1/6) r, rсф ? 3r. (Здесь и далее r— радиус резервуара).

Угол наклона касательной сферы на опоре

б0 = arc sin r/rсф.

Центральный угол сферы б=2 б0.

Длину дуги купола

Lk=2рrсф2 б0 / 360

следует разделить на целое число ярусов щитов, выделив предварительно радиус центрального кольца rцк . Радиус центрального кольца к назначают в пределах (0,04…0,06) r и потом уточняют после расчёта и конструирования радиальных рёбер.

Длину щита по условиям транспортировки принимают не более 12 м (6…12 м). В результате определяется тип покрытия (ребристое или ребристо-кольцевое).

Если покрытие ребристо-кольцевое, то уточняют число ярусов щитов и одновременно устанавливают радиусы кольцевых элементов ri на границах ярусов. Далее следует определить число щитов в каждом ярусе nщ, исходя из ширины щита 3,0…3,6 м: nщ = 2р ri /(3…3,6) (размерность в метрах) — округляют до целого числа.

В каждом ярусе, очевидно, будет разное число щитов. Рекомендуется, чтобы это число в одном ярусе было кратно четырём. Кольцевые элементы устраивают в резервуарах объёмом более 20000 м 3 .

Обычно проектируют одно кольцо даже в резервуарах объёмом 50000 м 3 , чей диаметр не превышает 60 м, а щиты нижнего и верхнего ярусов выполняют из двух частей.

Для определения продольных усилий в радиальных рёбрах щитов разных ярусов необходимо знать углы наклона касательных по концам щитов с горизонтом

Здесь x -расстояние по горизонтали от оси стенки резервуара до оси кольцевого элемента.

Нагрузки: При расчёте стационарных крыш резервуаров низкого давления учитывают две комбинации нагрузок:

1) расчётные нагрузки, действующие на покрытие сверху вниз: собственный вес конструкции крыши и теплоизоляции, снег, вакуум

2) расчётные нагрузки, действующие на покрытие снизу вверх: внутреннее избыточное давление в паровоздушной среде, ветровой отсос

Вес теплоизоляции следует учитывать при наличии конкретных данных.

Снеговую нагрузку и собственный вес считают равномерно распределёнными по поверхности купола.

Ветровую нагрузку собирают с высоты 0,4H резервуара; при этом принято считать исходя из совместной работы купола и достаточно жёсткого опорного кольца, что 50 % ветровой нагрузки передаётся на купол, 50 % — на опорное кольцо.

Сферическое покрытие с радиальными рёбрами жёсткости на осесимметричную равномерно распределённую нагрузку с достаточной для практических целей точностью рассчитывают, расчленяя его на отдельные плоские арки, включающие по два диаметрально противоположных криволинейных щита.

Поскольку сферическое покрытие имеет по наружному контуру общее для всех щитов кольцо жёсткости, воспринимающее распор в арках, то оно рассматривается как общая затяжка для всех арок.

Поэтому каждую арку можно рассматривать как плоскую двух- или трёхшарнирную арку с условной затяжкой.

Величину изгибающего момента и продольной силы определяют по формулам строительной механики.

Другой способ расчёта основан на представлении сферического покрытия в виде ребристой оболочки. При действии вертикальной симметричной нагрузки по всей поверхности оболочки вертикальные опорные усилия в ребре

а меридиональные усилия

Здесь, как и ранее, b0 — расстояние между рёбрами на опоре (ширина щита), б — угол наклона к горизонту касательной на опоре.

Читайте также:  Мангалы с крышей профессиональный

К продольным усилиям в ребре от действия вертикальной нагрузки следует добавить усилия от ветровой нагрузки

Устойчивость ребра в вертикальной плоскости проверяется как устойчивость арки по формуле:

где S -длина полуарки;

м— коэффициент расчётной длины, для трёхшарнирной арки с отношением f/l = 0,05 — 0,3 принимают равным 1,2.

Конструкция опорного кольца зависит от величины распора. Это может быть прокатный уголок или швеллер, или составное сварное сечение. Опорное кольцо воспринимает распор купола, воздействие вакуума (избыточного давления) и ветрового напора на 0,4 высоты стенки.

Поскольку радиальные ребра купола передают на опорное кольцо значительные сосредоточенные усилия с достаточно большим шагом, в кольце, кроме продольной силы Nk, возникают изгибающие моменты

Моп =Mmax и Мпр =Mср

Продольная сила в кольце с учётом ветрового давления

где P=Nрcosб — горизонтальная составляющая нормальной силы в ребре; Изгибающий момент под ребром

момент между ребрами

Здесь rk — радиус кольца;

Nр- нормальная сила в ребре;

бi — угол примыкания ребра к плоскости кольца

Дополнительные усилия от местного воздействия ветра, вакуума или избыточного давления при приближенном расчете можно не учитывать. Таким образом, расчет опорно го кольца сводится к расчету его на прочность как растянуто-изогнутого стержня при первой комбинации нагрузок или на устойчивость при второй комбинации нагрузок.

Расчетная длина элемента кольца —расстояние между радиальными ребрами.

Центральное кольцо (см. рис. 6.8; 6.22) воспринимает усилия в рёбрах щитов верхнего яруса и работает на сжатие при нагрузке qv и на растяжение при нагрузке q^. В обоих случаях оно зафиксировано близко расположенными рёбрами и проверяется только на прочность.

Усилие в центральном кольце

Наиболее простой приближенной расчетной схемой сферического ребристо-кольцевого купола является разрезная арка с затяжками в предположении, что все узлы шарнирные.

Это позволяет каждую отдельную арку рассматривать как арку на упругих опорах — горизонтальных кольцах в местах их пересечения с арками. Элементами арки являются радиальные балки (стропильные ноги) двух диаметрально противоположных щитов, опирающихся наружными концами на стенку резервуара. В элементах арки возникают продольные усилия и местные изгибающие моменты.

Рис. 6.2 Расчётная схема опорного кольца

Продольные усилия в радиальном ребре (радиальных рёбрах) от суммы действующих нагрузок

qрri 2 -нагрузка от части купола, лежащего выше рассматриваемого i-го сечения; в нашем случае рассматривают первое сечение на уровне верха стенки, второе- на уровне кольцевого элемента.

k — число щитов рассматриваемого яруса, k=2рri./bi;

bi — ширина нижней части щита рассматриваемого яруса;

бi — угол наклона касательной на опоре рассматриваемого сечения.

Wi 0 =0,5.0,4.Hkw0гfbice1 — сосредоточенная ветровая нагрузка на ребро (рёбра) щита нижнего яруса от ветрового напора, значение аэродинамического коэффициента ce1 можно принять равным единице.

Щиты покрытия могут иметь одно или два радиальных ребра. Во втором случае продольные усилия будут в два раза меньше.

Рис. 6.3 Расчётная схема радиального ребра нижнего яруса

При определении продольных усилий в рёбрах щитов верхнего яруса горизонтальное воздействие ветра не учитывается.

Вертикальная нагрузка, вызывающая изгибающие моменты в радиальных рёбрах на участке между кольцевыми элементами распределяется в виде трапеции. Изгибающий момент в радиальных рёбрах определяют как для простой балки, пролётом равным расстоянию по горизонтали между кольцами. В запас прочности можно принять

(Справочник проектировщика, расчётно-теоретический, под редакцией А. А. Уманского). Проверка прочности радиального ребра как сжато-изогнутого (первое сочетание нагрузок), или растянуто-изогнутого (второе сочетание нагрузок) проводится суммированием напряжений:

здесь, Ai и Wi — площадь и момент сопротивления ребра,

гс = 0,9 — коэффициент условий работы купола.

Расчёт радиальных рёбер на устойчивость не проводится, поскольку к ним приварены поперечные рёбра щита и настил.

Кольцевой элемент, промежуточное кольцо, на которое опираются рёбра щитов нижнего и верхнего ярусов может быть растянутым при действии первой комбинации нагрузок qv и сжатым при второй комбинации q^

Если число щитов в верхнем и нижнем ярусе одинаково, то в кольцевом элементе возникает местный изгибающий момент только от поперечной нагрузки передаваемой настилом qv или q^. Местный изгибающий момент от нагрузок qv или q^, собирают с грузовой площади в виде двух треугольников

Кольцевой элемент проверяют по прочности аналогично и по устойчивости

Кольцевые элементы располагаются между щитами покрытия, являясь одновременно соединительными по длине элементами. Не следует смешивать с кольцевыми элементами поперечные ребра щитов покрытия, не воспринимающих кольцевые усилия.

Поперечные рёбра щитов рассчитывают по схеме простых балок, как и в прямолинейных щитах (см. выше).

Источник

Конструктивные элементы резервуаров

Конструктивные элементы резервуаров, в соответствии со сложившейся у заводов-изготовителей терминологией, подразделяются на основные и комплектующие конструкции.

К основным конструктивным элементам резервуара относятся те конструкции, без наличия которых невозможно строительство резервуара заданного конструктивного исполнения с соблюдением комплекса требований по надежной и безопасной эксплуатации резервуара:

  • стенка
  • днище
  • стационарная или плавающая крышка
  • понтон
  • лестницы, площадки, ограждения
  • люки и патрубки

К комплектующим конструкциям относятся элементы, обеспечивающие выполнение дополнительных требований технологического проекта резервуара в части пожарной безопасности и удобства эксплуатации:

  • молниеприемники и конструкции крепления заземления
  • конструкции для обслуживания пеногенераторов
  • кронштейны трубопроводов пожаротушения и орошения
  • кронштейн уровнемера УДУ-10
  • зумпф зачистки
  • придонный очистной люк
  • прочие конструкции по заданию Заказчика
Читайте также:  Сам делаю крышу каркасника

Стенки резервуаров

«Самарский резервуарный завод» имеет необходимое технологическое оборудование для изготовления резервуаров методом рулонирования или полистовой сборкой. Полистовая сборка применяется для резервуаров с толщиной нижнего пояса стенки свыше 18 мм, а также, по требованию Заказчика, для резервуаров всех типоразмеров, при изготовлении резервуаров большой емкости и в случае отсутствия места на строительной площадке.

Для стенок полистовой сборки применяется прокат шириной от 1,8 м до 3 м и длиной до 12 м. Обработка кромок листов осуществляется механическим способом (фрезерованием) или плазменной резкой на машинах с программным управлением. Вальцовка листов производится на 3 и 4 валковых листогибочных машинах.

Стенки резервуаров объемом до 20000 м3 с толщиной нижнего пояса до 18 мм рекомендуется изготавливать методом рулонирования.

Полотнища стенок имеют прямоугольную форму с разбежкой заводских вертикальных стыков и прямолинейными начальной и конечной кромками, продольные швы в зоне этих кромок имеют недоваренные участки с подготовленной разделкой для сварки зубчатого монтажного стыка.

Зубчатый монтажный стык стенки образуется путем обрезки технологического припуска полотнища по длине, которая обычно составляет 150…300 мм.

Для обеспечения качественного формирования рулонов стенок резервуаров объемом свыше 5000 м 3 применяются технологические надставки на начальной и конечной кромках.

Днища резервуаров

Днища резервуаров могут быть плоскими(для резервуаров до 1000 м 3 ) или коническими с уклоном от центра или к центру. Рекомендуется принимать уклон днища от центра — это позволяет компенсировать возможную неравномерность осадок основания. Плоские днища состоят из листов одной толщины, конические днища имеют центральную часть и утолщенные кольцевые окрайки.

Изготовление плоских днищ и центральной части конических днищ при толщине металла до 7 мм осуществляется методом рулонирования, а при толщине от 8 мм и выше — методом полистовой сборки. Для улучшения геометрической формы днищ (уменьшения хлопунов, возникающих при прокатке листа и увеличивающихся от сварочных деформаций) рекомендуемая минимальная толщина днищ составляет 5 мм, включая 1 мм припуска на коррозию.

Стационарные крыши

Коническая оболочка

Стационарные крыши резервуаров объемом от 100 м3 до 100 м3 могут выполняться в виде гладких конических оболочек с углом конусности от 15° до 30°.

При толщине оболочки резервуара до 7 мм крыша изготавливается на заводе в виде рулонируемого полотнища. При толщине оболочки свыше 7 мм полотнище крыши собирается и сваривается двусторонними стыковыми швами на монтаже (с кантовкой полотнища).

Сферическая оболочка

Стационарные крыши в виде гладких сферических оболочек могут эффективно применяться для резервуаров объемом от 1000 м3 до 5000 м3 при толщине оболочки от 6 мм до 10 мм и отсутствии несущих элементов каркаса.

Сферические оболочки состоят из сваренных на заводе лепестков двоякой кривизны, собираемых на специальном кондукторе из вальцованных деталей.

Конические каркасные крыши

Конические каркасные крыши применяются для резервуаров объемом от 1000 м3 до 5000 м3.
Крыши состоят из изготовленных на заводе секторных каркасов, кольцевых элементов каркаса, центрального щита и рулонируемых полотнищ настила. Монтаж каркасов выполняется по мере разворачивания рулона стенки аналогично монтажу традиционных щитовых крыш.

После соединения каркасов между собой кольцевыми элементами на них укладываются полотнища настила, предварительно развернутые рядом с днищем резервуара. Полотнища свариваются между собой радиальными швами и припаиваются по периметру к уторному углу стенки. Крепление полотнищ к элементам каркаса не допускается.

Проектирование каркасных крыш осуществляется во взрывозащищенном исполнении таким образом, что при аварийном превышении давления внутри резервуара, например, при взрыве или в результате нагревания от пожара соседнего резервуара, происходит отрыв сварного шва приварки настила к стене без разрушения самого резервуара и без отрыва стенки от днища.

Взрывозащищенная крыша выполняет роль аварийного клапана, который в критический момент сбросит внутреннее давление и сохранит резервуар и хранимый в нем продукт.

Сферические каркасные крыши

Сферические каркасные крыши применяются для резервуаров объемом свыше 5000 м 3 .

Крыши состоят из вальцованных радиальных балок, основных и промежуточных, кольцевых элементов каркаса, центрального щита и листов настила, свободно опирающихся на элементы каркаса. По периметру стенки имеется кольцо жесткости, воспринимающее распорные усилия купола и обеспечивающее фиксацию и неизменяемость формы стенки при монтаже.

Требования по взрывозащищенности сферических крыш аналогичны требованиям к коническим каркасным крышам.

Плавающие крыши

Плавающие крыши применяются в резервуарах без стационарной крыши в районах с нормативной снеговой нагрузкой до 1,5 кПа. Плавающие крыши могут быть однодечного и двудечного типов.

Однодечные плавающие крыши состоят из листовой мембраны, рулонируемой или полистовой, и кольцевых коробов, расположенных по периметру.

Для обеспечения отвода ливневых вод с поверхности крыши имеет уклон к центру, где устанавливается водоспуск гибкого или шарнирного типов с заборным устройством и обратным клапаном. Обратный клапан позволяет отводить ливневые воды за пределы резервуара и, с другой стороны, предотвращает попадание продукта на поверхность крыши. Выполнение уклона крыши достигается пригрузом ее центральной части.

Однодечные плавающие крыши рекомендуется применять для резервуаров диаметром не более 50 м и в районах строительства, где скорость ветра не превышает 100 км/ч. При больших диаметрах и большей скорости ветра возникают значительные динамические нагрузки на мембрану крыши, которые могут привести к ее повреждению.

Читайте также:  Крыши для чердака одноэтажного дома

Двудечные плавающие крыши выполняются по двум вариантам конструктивного исполнения:

  • традиционная крыша с наружными радиальными отсеками и кольцевыми отсеками центральной части, формирование которых производится на монтаже
  • унифицированная крыша с радиальными коробами заводского изготовления, применение которых сокращает объем монтажной сборки и сварки более чем 40% по сравнению с традиционным вариантом.

Преимуществом двудечных плавающих крыш по сравнению с однодечными являются:

  • Повышенная жесткость крыши, обеспечивающая восприятие максимальных ветровых, снеговых и сейсмических нагрузок;
  • Увеличенная плавучесть крыши за счет расположения геометрических отсеков по всей площади резервуара;
  • Исключение попадания продукта на верхнюю деку крыши, при нарушении герметичности водоспуска (обратный клапан на заборном устройстве водоспуска отсутствует);
  • Наличие аварийных водоспусков на поверхности крыши, исключающих перегрузку и затопление крыши ливневыми водами при выходе из строя основного водоспуска;
  • Уменьшение нагрева верхних слоев продукта солнечной радиацией и сокращение, тем самым, потерь от испарения.

Понтоны

Понтоны применяются для резервуаров со стационарными крышами и предназначены для сокращения потерь нефти и нефтепродуктов от испарения.

При заполнении Бланка Заказа Заказчиком могут быть указаны следующие виды понтонов: однодечный (контактного типа) или алюминиевый на поплавках.

Однодечный понтон может быть рулонного или щитового исполнения.

Рулонируемый понтон состоит из однодечного полотнища заводского изготовления и формируемых на монтаже радиальных и кольцевых отсеков, обеспечивающих необходимый запас плавучести.

Щитовые понтоны состоят из габаритных прямоугольных коробов заводского изготовления, соединяемых между собой при монтаже картами листового настила. Применение щитовых понтонов рекомендуется для резервуаров объемом от 5000 м 3 .

Лестницы и площадки

Лестницы резервуаров могут быть двух видов: шахтные или кольцевые (винтовые).

Шахтные лестницы являются конструктивно-технологическим элементом, выполняющим роль собственно лестницы для подъема на крышу резервуара, а также служит каркасом, на который накручиваются полотнища стенки (для резервуара объемом до 3000 м3 совместно со стенкой могут сворачиваться полотнища днища и крыши).

В части недостатков шахтных лестниц можно отметить следующее:

  • Шахтные лестницы требуют устройства отдельного фундамента.
  • Лестницы крепятся к стенке резервуара несколькими рядами радиальных распорок, которые вызывают в стенке нежелательные концентрации напряжений, особенно при воздействии сейсмических нагрузок.

Кольцевые лестницы отвечают нормам проектирования резервуаров по российским и зарубежным стандартам и не имеют указанных недостатков применения шахтных лестниц.

Для обеспечения требований безопасности и удобства обслуживания на стационарной крыше оборудования рекомендуется круговое расположение площадок по периметру крыши. Для резервуаров без понтона объемом свыше 1000 м 3 допускается выполнение площадок на 3⁄4 периметра.

Ходовая поверхность площадок может выполнятся из просечно-вытяжного листа, штампованных или перфорированных элементов, оцинкованного решетчатого настила.

Ограждение площадок стандартно изготавливается из углового профиля, по требованию Заказчика поручни ограждения могут быть выполнены из труб.

Люки-лазы в стенке резервуаров

Люки-лазы в стенке выполняются круглыми диаметром 600 и 800 мм, или овальными размером 600х900 мм. Все люки должны иметь кронштейны для открывания крышки.

Патрубки в стенке

Патрубки в стенке для приема-раздачи и им подобные выполняются трех типов:

  • «стандартные» — с одним фланцем (тип «S»)
  • «двойные» — с двумя фланцами (тип «D»)
  • «гладкие» — с одним фланцем и трубой, обрезанной с внутренней стороны, заподлицо со стенкой (тип «F»)

Патрубок зачистки применяется, как правило, в резервуарах, не имеющих зумпфа зачистки.

Люки и патрубки в крыше

В крыше резервуара устанавливаются световые люки диаметром 500 и 600 мм с кронштейнами для открывания крышки, и монтажные люки диаметром 800 мм и 1000 мм без кронштейнов для открывания крышки.

Патрубки в крыше подразделяются по конструктивному исполнению на монтажные и вентиляционные. Отличие вентиляционных патрубков от монтажных заключается в том, что их труба отрезается заподлицо с настилом крыши.

Придонный очистной люк

Придонный очистной люк предназначен для удобства выполнения регламентных работ по зачистке и удалению из резервуара различных отложений и загрязнений. Придонный люк устанавливается заподлицо с днищем резервуара на специальный фундамент для сбора удаляемых отложений.

Проектирование придонного люка производится в соответствии со стандартом API 650.
Для широкого применения в отечественной практике рекомендуются люки двух размеров: 600х600 и 600х900 мм.

Зумпфы зачистки

Круглый зумпф зачистки устанавливается на днище резервуара в специальном приямке и предназначен для удаления воды из резервуара.

В резервуарах с плоским или коническим днищем, имеющим уклон от центра, зумпф располагается рядом со стенкой (на расстоянии не менее 600 мм от стенки или от кольцевой окрайки).

В резервуарах с коническим днищем, имеющим уклон к центру, зумпф устанавливается в центре днища.
Габариты зумпфа зависят от диаметра дренажных труб.

Лотковый зумпф зачистки устанавливается на днище резервуара в приямке под стенкой резервуара и предназначен для удаления подтоварной воды, различных отложений и загрязнений.

Конструкции пожарной безопасности

Наличие и тип конструкций пожарной безопасности, к которым относятся устройства пенного тушения, охлаждения и молниезащиты, определяются в технологической части проекта резервуара. При заказе резервуара для выполнения проекта должны быть указаны тип и количество пеногенераторов, наличие кольцевого трубопровода орошения, высота и количество молниеприемников, количество креплений заземления.

Источник