ГОСТ Р 58031-2017/EN 14015:2004. Национальный стандарт Российской Федерации. Емкости стальные встроенные, вертикальные, цилиндрические с плоским дном, сварные, устанавливаемые над поверхностью для хранения жидкостей при температуре окружающей среды и выше. Правила проектирования и производства
8 Проектирование стенок резервуаров
8.1 Расчетное и испытательное напряжение
8.1.1 При расчете резервуаров с максимальной расчетной температурой стенки до 100 °C включительно для напряжений необходимо использовать значения a) и b):
a) для материалов с максимальным расчетным сопротивлением 260 Н/мм2 максимально допустимое расчетное напряжение в листах стенки должно составлять 2/3 предела текучести;
b) для материалов с максимальным расчетным сопротивлением 260 Н/мм2 максимально допустимое испытательное напряжение в листах стенки должно составлять 75% предела текучести.
8.1.2 Если максимальная расчетная температура стенки из нелегированной стали выше 100 °C, расчетное напряжение должно составлять 2/3 условного предела текучести (при котором деформация при разгрузке составляет 0,2%) стали при максимальной расчетной температуре стенки.
8.1.3 Если максимальная расчетная плотность хранимого продукта W <= 1,0 кг/л, стенку резервуара при гидравлическом испытании подвергают нагрузке водой, наполненной до максимального расчетного уровня жидкости, который равен или больше нагрузки во время эксплуатации. Это необходимо учитывать в расчетах.
8.1.4 Если максимальная плотность хранимого продукта W > 1,0 кг/л, то при гидравлическом испытании водой, наполненной до максимального расчетного уровня жидкости, не допускается подвергать стенку резервуара избыточной нагрузке. В этом случае по согласованию (см. A.2 приложения A) необходимо выбирать одну из следующих альтернатив:
a) сооружают временное удлинение стенки, которое при гидравлическом испытании позволяет увеличить уровень заполнения максимального расчетного уровня жидкости.
Примечание - Рекомендуется проектировать временное удлинение таким образом, чтобы была возможной избыточная нагрузка минимум 10%;
b) первое заполнение резервуара жидкостью с максимальной расчетной плотностью проводят под контролем с принятием тех же мер предосторожности, что и при гидравлическом испытании, при этом необходимо соблюдать требования 18.13.
8.1.5 При названных выше условиях для резервуаров из нелегированных сталей следует применять материалы с более высокой ударной вязкостью, т.е. требуется применение марки стали с ударной вязкостью на одну или две ступени выше, чем в иных случаях (см. таблицу 13).
Таблица 13
Стали с более высокой ударной вязкостью
Стали, требуемые согласно 6.1 | Большая на одну ступень вязкость для испытательных напряжений от 100% до 85% расчетного сопротивления | Большая на две ступени вязкость для испытательных напряжений менее 85% расчетного сопротивления |
Тип I | Тип II | Тип III |
Тип II | Тип III | Тип IV |
Тип III | Тип IV | Специальная сталь |
Тип IV | Специальная сталь | Специальная сталь |
Тип V | Тип VI | Тип VII |
Тип VI | Тип VII | Тип VIII |
Тип VII | Тип VIII | Тип IX |
Тип VIII | Тип IX | Специальная сталь |
8.1.6 В расчетах требуемой толщины листа стенки учитывают коэффициент сварного шва 1,0.
8.1.7 Толщина листа стенки не может быть меньше номинальной толщины, установленной в таблице 14.
Таблица 14
Установленная минимальная номинальная толщина листа стенки
Диаметр резервуара D, м | Установленная минимальная номинальная толщина листа стенки e, мм | |
Нелегированные стали | Нержавеющие стали | |
D < 4 | 5 | 2 |
4 <= D < 10 | 5 | 3 |
10 <= D < 15 | 5 | 4 |
15 <= D < 30 | 6 | 5 |
30 <= D < 45 | 8 | 6 |
45 <= D < 60 | 8 | - |
60 <= D < 90 | 10 | - |
90 <= D | 12 | - |
Для резервуаров из нержавеющей стали диаметром >= 45 м минимальная толщина листа стенки должна быть согласована (см. A.2 приложения A). | ||
Примечание 1 - Эти установленные требования к толщине необходимы для конструктивного исполнения и поэтому могут содержать припуски на коррозию при условии, что расчет показывает, что стенка в состоянии после коррозии является устойчивой согласно 9.2. Примечание 2 - Для резервуаров с большим диаметром и малой высотой самый нижний пояс стенки может иметь сравнительно малую толщину, поэтому должна быть проверена устойчивость с учетом вертикальных нагрузок и возможной неравномерной осадки от фундамента. | ||
8.1.8 Установленная толщина листов стенки или усиливающих накладок ни в коем случае не может превышать 40 мм.
8.1.9 Независимо от применяемых материалов ни в коем случае не допускается ситуация, когда толщина пояса стенки меньше толщины расположенного выше пояса; исключением из этого правила является область кольца жесткости крыши.
8.1.10 Минимальный размер листа стенки в направлении периметра стенки должен составлять 1 м (см. рисунок 6).
a - минимальное расстояние между вертикальными швами
в прилегающих поясах стенки (см. 9.4); b - минимальный
размер листа стенки в направлении периметра стенки
Рисунок 6 - Расположение листов стенки
8.2 Нагрузка от хранимого продукта
8.2.1 Расчет толщины стенки должен быть основан на предположении, что резервуар наполнен до верхнего края стенки. Если высота стенки включает в себя ветровое ограждение с переливными устройствами и/или свободный борт над уровнем продукта используется для восприятия вызванных сейсмическими воздействиями колебаний уровня продукта, в расчет в качестве максимального уровня жидкости подставляют высоту перелива или общую высоту за вычетом свободного борта. За основу расчета принимают расчетную плотность хранимого продукта и расчетную плотность испытательной среды.
8.2.2 Требуемая минимальная толщина листов стенки должна соответствовать значению, указанному в 8.1.7, или значениям, рассчитанным по следующим формулам, в зависимости от того, какое значение больше:
(3)
(4)
где c - припуск на коррозию, мм;
D - диаметр резервуара, м;
ec - требуемая толщина листа стенки в расчетных условиях, мм;
et - требуемая толщина листа стенки в условиях испытания, мм;
Hc - расстояние от нижнего края рассматриваемого пояса до высотной отметки, определенной согласно 8.2.1, м;
P - расчетное давление (для резервуаров с расчетным давлением <= 10 мбар допускается пренебречь), мбар;
pt - испытательное давление (равно расчетному давлению; при величине расчетного давления > 10 мбар равно 1,1 от расчетного давления), мбар;
S - допускаемое расчетное напряжение (см. 8.1.1), Н/мм2;
St - допускаемое испытательное напряжение (см. 8.1.1), Н/мм2;
W - максимальная расчетная плотность хранимого продукта в условиях хранения, кг/л;
Wt - максимальная расчетная плотность испытательной жидкости, кг/л.
Примечание - Пояснение к допускам по толщине см. в 5.6.5.
8.2.3 Кольцевое напряжение каждого пояса рассчитывают на высоте 0,3 м над средней линией рассматриваемого горизонтального сварного шва, при условии что пояса стенки над и под рассматриваемым швом состоят из материалов с разными установленными минимальными пределами текучести и минимальной ударной вязкостью и выполняется условие:
(5)
где HL - расстояние от нижнего края нижнего пояса до высотной отметки, определенной согласно 8.2.1, м;
HU - расстояние от нижнего края верхнего пояса до высотной отметки, определенной согласно 8.2.1, м;
SL - допускаемое расчетное напряжение в нижнем поясе, Н/мм2;
SU - допускаемое расчетное напряжение в верхнем поясе, Н/мм2.
Толщину верхнего пояса рассчитывают по следующим формулам
(6)
8.3 Ветровые нагрузки и нагрузки от вакуума
8.3.1 Кольца жесткости
8.3.1.1 Открытые резервуары должны быть оснащены основным кольцом жесткости для обеспечения геометрии резервуара под действием ветровой нагрузки.
8.3.1.2 Основное кольцо жесткости располагают по верхнему краю или вблизи него на самом верхнем поясе, преимущественно на наружной стороне.
8.3.1.3 Для резервуаров со стационарной крышей конструкция крыши рассматривается как достаточный элемент жесткости для верхнего края стенки, поэтому основное кольцо жесткости необязательно.
8.3.1.4 В определенных случаях как для открытых резервуаров, так и для резервуаров со стационарной крышей, которые спроектированы в соответствии с настоящим стандартом, для обеспечения геометрии резервуара под действием ветровой нагрузки или нагрузок под действием вакуума по всей высоте стенки (см. 8.3.2.6) дополнительно требуются промежуточные кольца жесткости.
8.3.1.5 Если основное кольцо жесткости спроектировано таким образом, что оно стабилизирует стенку резервуара по всей высоте, промежуточные кольца жесткости требуются не для восприятия внешних ветровых нагрузок на листы стенки, а в основном служат для предотвращения потери устойчивости стенки резервуара.
8.3.1.6 Кольца жесткости следует изготовлять:
a) из прокатных профилей или листов, усиленных ребрами;
b) сварных профилей;
c) комбинации таких профилей, соединенных сваркой.
Внешняя часть колец жесткости изготовляется круглой или многоугольной.
8.3.1.7 Минимальные размеры уголка, который применяют самостоятельно или как часть составного кольца жесткости, должны составлять 60 x 60 x 5 мм.
8.3.1.8 Минимальная номинальная толщина листов для колец жесткости, изготовленных из швеллера или составного профиля, должна составлять 5 мм при ширине 600 мм и 6 мм для ширины более 600 мм.
8.3.1.9 Кольца жесткости или их части, которые регулярно используются в качестве площадок и переходов для обслуживания, должны иметь ширину минимум 600 мм в свету относительно выступающего опорного кольца из профиля уголкового сечения на верхнем крае стенки резервуара, располагаться на 1 м ниже верхней грани опорного кольца из профиля уголкового сечения, а на внешней стороне и по концам участка, используемого для прохода, - оснащаться перилами.
8.3.1.10 Если проем для лестницы проходит сквозь основное кольцо жесткости, надлежащее усиление должно гарантировать, что момент сопротивления в любом оставшемся сечении по проему соответствует требованиям 8.3.2.1.
Область стенки рядом с такого рода проемом укрепляют горизонтально расположенным уголком или профилем. Оставшиеся края проема укрепляют уголком или вертикально расположенными профилями или листами (пластинами).
8.3.1.11 Площадь поперечного сечения краевых элементов жесткости должна как минимум быть равна площади поперечного сечения пояса стенки, которую используют в расчетах момента сопротивления кольца жесткости (см. 8.3.2.2).
8.3.1.12 Элементы жесткости или дополнительные детали должны быть спроектированы и расположены таким образом, чтобы они образовывали подходящую бортовую полосу вокруг проема.
8.3.1.13 Элементы жесткости должны заходить за края проема на длину, которая как минимум равна минимальной глубине основного кольца жесткости.
8.3.1.14 Концы элементов жесткости должны быть соединены таким образом, чтобы они обеспечивали жесткость по всему периметру (см. рисунок 7).
8.3.1.15 Если размер горизонтальной полки уголка или стенки более чем в 16 раз превышает его толщину, должны быть предусмотрены опорные крепления для всех частей основного кольца жесткости.
8.3.1.16 Расстояние между опорными креплениями выбирают таким образом, чтобы они могли выдерживать собственный вес и вертикальную полезную нагрузку, которая может воздействовать на кольцо, но не превышали 24-кратную ширину расположенного снаружи сжатого пояса.
8.3.1.17 На кольцах жесткости, на которых может собираться вода, должны быть предусмотрены соответствующие сточные отверстия.
8.3.1.18 Кольца жесткости приваривают к стенке резервуара непрерывным угловым швом по верхнему краю.
8.3.1.19 Выполнение сварного шва с нижней стороны, как непрерывного, так и прерывистого, должно быть согласовано.
8.3.1.20 Непрерывные швы применяют для всех соединений, для которых вследствие их расположения существует риск коррозии из-за попадающей в шов влаги.
8.3.1.21 Концы участков колец (см. 15.7.7) соединяют стыковым швом с полным проплавлением.
Примечание 1 - Площадь каждого из поперечных сечений a, c, d и e должна составлять 32es2. Для сечения, обозначенного буквой a, речь может идти о профиле или уголке, большая полка которого расположена горизонтально. Для других сечений речь может идти о профиле или уголке, большая полка которого расположена вертикально.
Примечание 2 - Детали c, d и e могут располагаться на верхней стороне элемента жесткости, если они не создают опасности споткнуться.
Примечание 3 - Моменты сопротивления в сечениях A - A, B - B, C - C и D - D должны соответствовать требованиям 8.3.2.1.
Примечание 4 - Лестница может проходить через кольцо жесткости или располагаться со смещением таким образом, что образуется площадка.
Примечание 5 - Требования относительно бортовой полосы см. в 8.3.1.9.
Рисунок 7 - Лестница, проходящая сквозь кольцо жесткости
8.3.2 Расчет основного кольца жесткости (ветровое кольцо)
8.3.2.1 Требуемый минимальный момент сопротивления Z, см3, основного кольца жесткости [см. деталировочные чертежи на рисунке 8 d) и e)] следует рассчитывать по формуле
(7)
где D - диаметр резервуара (начиная с диаметра 60 м при определении момента сопротивления следует подставлять D = 60), м;
Hf - высота стенки резервуара, включая при наличии имеющийся свободный борт над максимальным уровнем жидкости (см. 8.2.1), м;
Vw - скорость порыва ветра согласно 6.2.10, м/с.
8.3.2.2 Момент сопротивления основного кольца жесткости следует рассчитывать на основании геометрии применяемых элементов. При расчете момента сопротивления кольца необходимо учитывать участок стенки резервуара под (при необходимости - над) соединением кольца жесткости и стенки шириной, равной максимум 16 толщинам листов стенки, без припуска на коррозию.
8.3.2.3 Если основное кольцо жесткости лежит ниже 600 мм от верхнего края стенки, на резервуаре должно быть предусмотрено опорное кольцо из профиля уголкового сечения в соответствии с деталировочными чертежами на рисунке J.1 a) или b).
8.3.2.4 Минимальные размеры опорного кольца из профиля уголкового сечения должны быть следующими:
- 60 x 60 x 5 мм при толщине самого верхнего пояса стенки <= 5;
- 80 x 80 x 6 мм при толщине самого верхнего пояса стенки >= 6;
8.3.2.5 Если опорные кольца из профиля уголкового сечения применяют в качестве основного ветрового кольца и приваривают стыковым швом к верхнему краю пояса стенки, оболочку резервуара при расчете момента сопротивления учитывают только до участка, включенного в поперечное сечение кольца шириной, равной 16 толщинам листа стенки, за вычетом длины вертикальной полки уголка.
8.3.2.6 Расчет промежуточных колец жесткости (дополнительных ветровых колец) выполняют по 8.3.2.7 - 8.3.2.20.
8.3.2.7 Размеры уголков дополнительных колец жесткости зависят не от расчетных нагрузок и должны определяться в зависимости от диаметра резервуара в соответствии со значениями, указанными в таблице 15.
8.3.2.8 Расположение и крепление дополнительных колец жесткости см. рисунок J.1 c) приложения J.
Таблица 15
Минимальные размеры уголков
Диаметр резервуара D, м | Минимальные размеры уголков, мм |
D <= 20 | 100 x 65 x 8 |
20 < D <= 36 | 120 x 80 x 10 |
36 < D <= 48 | 150 x 90 x 10 |
48 < D | 200 x 100 x 12 |
Примечание - Допускается другое исполнение при эквивалентном моменте сопротивления. | |
8.3.2.9 Стыковые соединения деталей дополнительных колец жесткости должны иметь такую же прочность, как и поперечное сечение кольца. Предпочтительно применение стыковых швов с полным проплавлением.
8.3.2.10 Независимо от того, выполняется ли полное проплавление или нет, допускается сваривать только стыкующиеся детали кольца жесткости, но не приваривать кольцо жесткости к оболочке. Должны быть предусмотрены сточные отверстия (радиус примерно 20 мм).
8.3.2.11 Расположение дополнительных колец жесткости по высоте выполняют после определения полной высоты стенки резервуара с эквивалентной устойчивостью, таким же диаметром и такой же толщиной, что и самый верхний пояс стенки.
8.3.2.12 Из расчета эквивалентной стенки резервуара в сочетании с учитываемыми при проектировании ветровой нагрузкой или нагрузкой под действием вакуума определяют требуемое число дополнительных колец жесткости, которые должны быть расположены на самом верхнем поясе стенки или на поясе с той же толщиной.
8.3.2.13 Если кольца располагают не на одном из этих поясов стенки, их фактическую длину определяют, снова пересчитывая эквивалентные значения высот поясов стенки в фактические значения.
Примечание - Общий расчет приведен в приложении J.
8.3.2.14 Дополнительные кольца жесткости не допускается устанавливать на расстоянии менее 150 мм от кольцевого шва резервуара.
8.3.2.15 В расчетах используют значения для скорости ветра в соответствии с 6.2.10.
8.3.2.16 Для вакуумного давления pv при расчете дополнительных колец жесткости используют следующие значения:
a) открытый резервуар - 5 мбар независимо от расчетной скорости ветра;
b) резервуар со стационарной крышей - расчетный вакуум (см. таблицу 1).
8.3.2.17 Для расчета дополнительных колец жесткости в резервуарах с расчетным вакуумом <= 5 мбар применяют следующие формулы
(8)
(9)
(10)
(11)
где D - диаметр резервуара, м;
emin - толщина самого верхнего пояса (при необходимости в состоянии после коррозии), мм;
e - толщина отдельных поясов (при необходимости в состоянии после коррозии), мм;
h - высота отдельных поясов под основным кольцом жесткости, м;
He - эквивалентная по устойчивости высота каждого пояса при emin, м;
HE - эквивалентная по устойчивости общая высота стенки при emin, м;
Hp - максимально допустимое расстояние между дополнительными кольцами жесткости на стенке с минимальной толщиной, м;
K - расчетный коэффициент;
pv - расчетный вакуум, мбар (см. таблицу 1);
Vw - скорость порыва ветра согласно 6.2.10, м/с.
Примечание - Примеры расчетов согласно этим формулам приведены в J.4 и J.5 приложения J.
8.3.2.18 Для резервуаров, предназначенных для эксплуатации при повышенной температуре (выше 100 °C), Hp умножают на соотношение модуля упругости стали при повышенной температуре и модуля упругости при температуре окружающей среды.
8.3.2.19 Для резервуаров с расчетным вакуумом выше 5,0 мбар метод расчета должен быть согласован (см. A.2 приложения A).
8.3.2.20 Если комбинация снеговых и полезных нагрузок или вакуума превышает 1,2 кН/м2, что приводит к повышенным вертикальным и меридиональным напряжениям, стенку резервуара проверяют на устойчивость. Метод расчета и комбинации нагрузок должны быть согласованы (см. A.2 приложения A).
8.4 Листы стенки
8.4.1 Резервуар должен быть спроектирован таким образом, чтобы все пояса были расположены вертикально.
8.4.2 Вертикальные сварные швы в соседних поясах располагают со следующим минимальным расстоянием [см. рисунок 6 a)]:
- лист стенки толщиной <= 5 мм - 100 мм;
- лист стенки толщиной > 5 мм - 300 мм.
8.4.3 Все вертикальные и горизонтальные швы стенки выполняют как стыковые швы, в соответствии с разделами 16 и 17.
Подписаться на обновления