Шухов В. Г. «Расчет нефтяных резервуаров»

45-летняя практика постройки в России нефтяных резервуа­ров, основанная на теоретическом определении наивыгоднейших соотношений диаметра и высоты заданного объема, дает возмож­ность точно определить наименьший вес материала, затраченного на постройку резервуара данного объема, и в этом отношении практика Соединенных Штатов ничего нового дать не может.

Для составления проекта резервуара определенного объема необходимо иметь следующие данные, предъявляемые заказчи­ком.

Толщина железа днища (в зависимости от почвенных усло­вий, влаги и т. п.). У нас эта толщина изменяется от 5/32″ до 1/4». В последней постройке резервуаров в Грозном эта толщина при­нята в 1/4″. В Америке принята толщина 3/16″ для малых резерву­аров и до 3/8″ для больших.

Рабочее напряжение железа при полном наливе резервуара.

Нагрузка крыши (снег, ветер) и толщина покрывающего ее железа. Для нефтей с большим содержанием бензина иногда требуются плоские крыши с наливом на них слоя воды в 2″ (Майкоп и Москва). Слой воды предохраняет от утечки паров бензина и дает противопожарность.

Наибольшее допускаемое давление на основание в плоскости прилегания нижнего угольника, так как при большом давлении возможны деформации угольника и внешнего обвода днища, вы­зывающие утечку налитой жидкости.

Резервуар 80000 баррелей (РВС-10000 м3)(по американским данным из книги Веll’а). Диаметр резервуара 117’2″, высота 41’10», расчетная высо­та до верхней кромки нижнего угольника 41’6′. Резервуар имеет 7 поясов, высота каждого пояса 41,5/7 = 5,93′, напряжение мате­риала при наливе резервуара водой в каждом поясе определяется формулой К = D x 12 x H x 0,012/2? = D x 0,072-Н/?. Это напряже­ние для целого листа, не ослабленного заклепочным швом. D — диаметр в футах, Н — высота в футах от верха до нижней кромки листов рассматриваемого пояса и ? — толщина листа в дюймах.

По линии вертикальных швов напряжение листов возрастает обратно пропорционально полезному действию шва, с другой стороны, в зависимости от удельного веса налитой жидкости, на­пряжение уменьшается пропорционально удельному весу. Так, если нефть имеет удельный вес 0,87 и полезное действие шва 0,75, то рабочее напряжение листов при наливе нефти в швах будет K x 0,87/0,75 = 1,16 К. Днища резервуаров из железа 13/64″ с кай­мой в 1/4″, прилегающей к угольнику.

Резервуар на 55000 баррелей. Диаметр 117′, высота 29’1″, состоит из 5 поясов толщиной 1/2″, 7/16″, 5/16″, 1/4″ и 13/64″, напряжение материала К = 480 — 460— 400 пудов/кв. дюйм, т. е. значительно ниже, чем для резервуаров на 80 000 баррелей, другими словами, надежность резервуара в 55 000 баррелей в 565 : 480 = 1,177 раза больше по сравнению с резервуарами на 80 000 баррелей.

Вес резервуара на 1 баррель для 80 000 баррелей = 15 300/ /80 000 = 0,1875, а для резервуара на 55 000 баррелей = 11270/55 000 = 0,205 пудов. Отношение 0,205 : 0,1875 = 1,1. Следовательно, при переходе от 55 000 баррелей к 80 000 баррелей уменьшение веса резервуара на 10% вызывает уменьшение его надежности на 15%. В американских резервуарах на 25 000 баррелей и менее напряжение К — около 400 пудов/кв. дюйм.

Для сравнения с резервуарами наших размеров рассмотрим резервуары последней постройки в г. Грозном.

Резервуар в г. Грозном. Диаметр 78’3/4″, высота 36’63/8″, 8 поясов высотой по 4,53′, емкость приблизительно 31 000 баррелей (РВС-5000 м3), нижний угольник 4″ х 4″ х 1/2″.

Толщина днища 1/4″. Из этой таблицы видно, что напряжение в поясах грозненских резервуаров одинаково для всех напряжен­ных поясов, что дает равномерное расширение всех поясов, чего в американских резервуарах на 80 000 баррелей нет. Сравнение величин напряжений показывает, что напряжение в нижних поясах для резервуаров на 80 000 баррелей на 40% больше гроз­ненских. При полезном действии швов в 75% и удельном весе нефти 0,87 напряжение в швах будет 407 х 1,16 = 473 пудов/кв. дюйм = 1,202 кг/см2, что при низшем сопротивлении литого железа 37 кг/мм2 дает коэффициент надежности 3. Американ­ские толщины дают коэффициент надежности 2.

Все до сих пор имеющиеся на территории СССР резервуары большой емкости до 38 000 баррелей построены при напряжении материала К = 400 пудов/кв. дюйм. Если придерживаться этой нормы, то резервуар на 80 000 баррелей американского типа дол­жен иметь толщины,

что увеличит его вес на 1600 пудов.

При постройке такого резервуара надо иметь в виду следующее: при весе стенок резервуара в 9200 пудов на 1 погонный фут окруж­ности нижнего угольника приходится 9 200 : 368 = 25 пудов. Крыша, крытая железом 3/16″ по железным стропилам, дает 5000 пудов, нагрузка крыши снегом 75 кг/м2 дает около 2300 пудов, что составит 7300 : 368 = 20 пудов на 1 погонный фут угольника. Угольник 4″ х 4″, следовательно, давление на опорную часть площади уголка будет (25 + 20) х 3 = 135 пудов на 1 кв. фут. Высота столба налива 41’10» дает 63 пуда на 1 кв. фут. Следова­тельно, суммарное давление будет около 200 пудов на 1 кв. фут поверхности почвы. Такое давление, превышающее допускаемую норму давления 144 пуда на 1 кв. фут, требует разгрузки крыши (перенеся половину ее на внутренние столбы) и особой заботы о прочности основания под угольником.

Опыт постройки больших резервуаров показал, что под уголь­ником происходит неравномерная осадка, вызывающая деформа­цию стенок. Ввиду этого, при постройке резервуаров необходимо знать: 1) допускаемое напряжение металла, 2) нагрузку крыши и 3) допускается ли постановка внутренних столбов для стропил крыши.