ГОСТ Р 58032-2017/EN 14620-2:2006. Национальный стандарт Российской Федерации. Проектирование и производство на месте вертикальных цилиндрических стальных емкостей с плоским дном для хранения охлажденных сжиженных газов с рабочей температурой от 0 °C до -165 °C. Часть 2. Металлоконструкции
5.2 Первичный и вторичный контейнеры для жидкости
5.2.1 Одинарные, двойные и двухоболочечные резервуары закрытого типа
5.2.1.1 Днище
5.2.1.1.1 Кольцевые окрайки днища
Кольцевые окрайки должны иметь минимальную толщину (без учета допуска на коррозию), eа
eа = (3,0 + e1/3), но не менее 8 мм,
где e1 - толщина стальных листов днища, мм.
Минимальное расстояние lа между кромкой фасонного листа и внутренней стороной оболочки, как показано на рисунке 1 c), должна быть равна большему из следующих значений:
a) по формуле
(2)
где eа - толщина кольцевой окрайки, мм;
H - максимальная расчетная высота жидкости, м;
b) lа = 500 мм,
должны выполняться следующие дополнительные требования:
1) радиальные соединения между кольцевыми окрайками должны свариваться встык;
2) соединение оболочки с кольцевой окрайкой должно быть:
- сварено встык,
- сварено угловым сварным швом с обеих сторон при максимальном размере катета углового шва, равном 12 мм. Минимальный размер катета углового шва следует принимать меньшим из значений толщины оболочки или кольцевой окрайки, или
- сварено швом с разделкой кромок плюс угловым сварным швом для кольцевой окрайки более 12 мм. Глубина разделки кромок плюс катет углового шва должны быть равны толщине кольцевой окрайки;
3) в пределах 300 мм от вертикального шва оболочки не должно быть радиальных соединений кольцевой окрайки;
4) минимальное расстояние от внешней поверхности листовой оболочки до наружной кромки кольцевой окрайки должно составлять 50 мм.
Примечание - Ширина и толщина кольцевой окрайки могут определяться также сейсмическим воздействием.
5.2.1.1.2 Листы днища
Минимальная толщина листов днища без учета допуска на коррозию должна составлять 5 мм.
Должны выполняться следующие требования:
- минимальная длина прямой кромки фасонного листа должна составлять 500 мм;
- листы днища должны соединяться сваркой угловым или стыковым сварным швом;
- соединения внахлест должны иметь минимальное перекрытие, равное пятикратной толщине листа;
- угловые сварные швы должны выполняться минимум в два прохода;
- листы днища должны заходить поверх кольцевых окраек и привариваться. Минимальное перекрытие должно составлять 60 мм;
- стыковочные сварные швы листов днища должны выполняться с обеих сторон или с одной стороны с использованием плоской металлической подкладки;
- минимальное расстояние между отдельными соединениями трех листов должно составлять 300 мм.
При использовании усиливающих накладок на днище должны применяться непрерывные угловые сварные швы.
Схема и детали днища резервуара и кольцевой листовой окрайки должны соответствовать рисунку 1.
a) С кольцевыми окрайками по периметру
b) Разрез A-A, нахлест листов днища
Рисунок 1, лист 1 - Типовая схема днища
c) Сечение B-B
1 - оболочка; 2 - кольцевая окрайка; 3 - фасонный лист;
4 - плоская металлическая подкладка
Рисунок 1, лист 2
5.2.1.2 Оболочка
5.2.1.2.1 Минимальная толщина листовой оболочки
Минимальная толщина листовой оболочки должна соответствовать таблице 6.
Таблица 6
Минимальная толщина листовой оболочки
Диаметр резервуара, м | Минимальная толщина, мм |
D <= 10 | 5 |
10 < D <= 30 | 6 |
30 < D <= 60 | 8 |
60 < D | 10 |
Примечание - Требование минимальной толщины необходимо в целях изготовления и может включать любой допуск на коррозию, при условии, что будет подтверждена расчетом надежность оболочки в коррозийных условиях. | |
5.2.1.2.2 Толщина листа оболочки должна быть большим из следующих значений: et, e или минимальная толщина:
a) для условий эксплуатации
(3)
где c - допуск на коррозию, мм;
D - внутренний диаметр резервуара, мм;
e - расчетная толщина листа, мм;
H - высота от днища рассматриваемого слоя до максимального расчетного уровня жидкости, м;
P - расчетное давление, мбар. Ноль для внутреннего резервуара с открытым верхом;
S - допускаемое расчетное напряжение, Н/мм2;
W - максимальная плотность жидкости в условиях хранения, кг/л;
b) для условий гидростатического испытания
(4)
где D - внутренний диаметр резервуара, м;
et - расчетная толщина листа, мм;
Ht - высота от днища рассматриваемого слоя до испытательного уровня жидкости, м;
Pt - давление испытания, мбар. Ноль для внутреннего резервуара с открытым верхом;
St - допускаемое напряжение в условиях испытаний, Н/мм2;
Wt - максимальная плотность воды для испытаний, кг/л.
Ни один пояс не должен проектироваться с толщиной меньшей, чем выше расположенный слой, независимо от материалов изготовления, за исключением области сжатия.
5.2.1.2.3 Дополнительные требования к оболочке
a) Все вертикальные и горизонтальные сварные швы должны выполняться встык, с полным проваром и полным проплавлением.
b) Расстояние между вертикальными соединениями в смежных слоях должно быть не менее 300 мм.
c) В случае установки арматуры должны использоваться листовые усиливающие накладки. Они не должны располагаться ближе 300 мм от вертикального сварного шва или 150 мм от горизонтального сварного шва. Листовые подкладки и усиливающие накладки должны иметь скругленные углы с минимальным радиусом 50 мм.
d) При внешнем нагружении оболочки внутреннего резервуара, должны учитываться следующие нагрузки:
- давление изоляции;
- вакуум внутреннего резервуара;
- давление между внутренним и внешним резервуарами.
Расчет оболочки должен учитывать сочетание тангенциального сжимающего и осевого (продольного) напряжения.
Допускаемое напряжение сжатия кольца (сопротивление) при отсутствии осевого напряжения должно быть уменьшено для любого одновременного осевого сжимающего или растягивающего напряжения.
Допускаемое осевое сжимающее напряжение (сопротивление) при отсутствии кольцевого напряжения должно быть соответственно уменьшено для любого одновременного кольцевого сжимающего напряжения.
Допускаемое осевое сжимающее напряжение (сопротивление) при отсутствии кольцевого напряжения должно быть увеличено для компенсации стабилизирующего влияния любого одновременного внутреннего радиального давления.
Для определения интервала между промежуточными уголками жесткости для оболочек с непостоянной толщиной следует использовать метод приведенной оболочки. Эквивалентная высота (интервал) между уголками жесткости рассчитывается по формуле
(5)
где e - расчетная толщина каждого слоя в витке, мм;
emin - расчетная толщина верхнего слоя, мм;
He - эквивалентная высота каждого слоя при emin, м;
h - высота каждого слоя в витке, м.
Все промежуточные горизонтальные уголки жесткости звена должны рассчитываться на нагружение панели, связанное с данным звеном, с учетом вклада этой части рассматриваемой оболочки в жесткость данного звена.
Характеристики нижнего уголка оболочки и верхнего уголка жесткости резервуара с открытым верхом должны соответствовать требованиям к крайним уголкам жесткости или перемычкам.
Уголок жесткости должен соединяться с оболочкой непрерывным угловым сварным швом с обеих сторон.
На стыковочных сварных швах промежуточных уголков жесткости и в местах пересечения уголком жесткости вертикального сварного шва следует применять шпур.
Уголки жесткости должны располагаться минимум в 150 мм от горизонтального сварного шва.
e) Внешнее ветровое (вакуумное) нагружение оболочки внешнего резервуара
Оболочка должна рассчитываться на устойчивость при сочетании тангенциального и осевого (продольного) сжимающего напряжения [см. 5.2.1.2.3 d)].
Оболочка должна противостоять радиальному давлению, вызываемому суммой внешнего ветрового давления и вакуума (внутреннего отрицательного давления).
Расчетное ветровое давление, применяемое в расчетах сопротивления радиальному давлению, должно основываться на нормативном локальном ветровом давлении согласно ЕН 1991-1-4.
Расчетное ветровое давление, применяемое в расчетах сопротивления осевому напряжению в оболочке, вызываемому ветровым опрокидывающим моментом и подсосом ветра на крыше, должно основываться на общем ветровом давлении, определяемом с использованием соответствующих аэродинамических коэффициентов и поверхности согласно ЕН 1991-1-4.
Требования к сварке см. в 5.2.1.2.3 d).
5.2.2 Мембранные резервуары
5.2.2.1 Общие положения
Мембрана должна выполняться из металлического листа с минимальной толщиной 1,2 мм. Мембрана должна иметь двойное рифление, обеспечивающее свободу движения при любых условиях нагружения. Гофры выполняются способом фальцовки или глубокой вытяжки. Мембрана должна полностью опираться на систему изоляции резервуара.
Мембрану следует крепить анкерными болтами к системе изоляции или железобетонному внешнему резервуару таким образом, чтобы она оставалась на своем месте, на протяжении всего срока эксплуатации.
В верхней части резервуара мембрана должна располагаться таким образом, чтобы получился паро- и влагонепроницаемый контейнер (называемый изолирующим паровоздушным пространством).
Все элементы мембраны должны проектироваться таким образом, чтобы они могли выдерживать все возможные статические и динамические воздействия на протяжении срока эксплуатации резервуара.
Примечание - Данные типовых воздействий указаны в приложении A.
Мембрана и все элементы должны сохранять свою форму при плавной деформации или смещении. Должно быть обеспечено отсутствие прогрессирующей деформации при циклическом нагружении и исключено коробление (смятие) на гофрах, как при усталостном разрушении.
Расчет металлической мембраны выполняется с использованием модельных испытаний и (или) численного анализа (см. рисунок 2). При любом используемом подходе мембрана должна проектироваться таким образом, чтобы обеспечивалась ее надежность с учетом следующих требований:
- мембрана должна оставаться устойчивой при расчетных нагрузках;
- мембрана должна иметь достаточную усталостную прочность для рассматриваемого числа циклических нагрузок.
Рисунок 2 - Технологическая схема расчета для мембран
Численный анализ следует выполнять с учетом физической и геометрической нелинейности, при этом должно учитываться следующее:
- возможное асимметричное поведение мембраны при тепловых нагрузках, вызываемых системой крепления в изоляции или железобетоне;
- эквивалентные напряжения должны оцениваться с помощью теории Треска или теории фон Мизеса как при статическом, так и усталостном расчете;
- по возможности деформация, вызываемая тепловой нагрузкой, должна использоваться в качестве предельного условия;
- максимальные напряжения или деформации всегда должны рассчитываться по главным осям;
- необходимо обратить внимание на моделирование (то есть определение размеров элементов) всех элементов мембраны;
- необходимо добиться хорошей корреляции между результатами модельных исследований и результатами расчетных проверок.
Мембрана должна рассчитываться на сейсмические воздействия. Модель должна включать конструкцию резервуара и жидкость, в том числе взаимодействие жидкости (конструкции).
Система крепления мембраны в изоляции или железобетоне должна выдерживать все расчетные усилия, включая усилия от сейсмических воздействий.
5.2.2.2 Численный анализ
5.2.2.2.1 Кривая напряжений (деформаций)
При численном анализе кривая напряжений (деформаций) должна быть определена с учетом следующих соображений:
- она должна быть создана для выбранного материала;
- часть кривой с участком, на котором происходит уменьшение напряжений (то есть появление на испытываемом образце шейки поперечного сужения) должна быть исключена;
- коэффициент поперечной деформации 
для упругого и пластического поведения материала будет разным.
5.2.2.2.2 Устойчивость при статической нагрузке
Расчетом необходимо показать, что мембрана сохраняет свою форму при заданных статических нагрузках (коэффициент запаса по прочности 1,25 для давления жидкости).
Деформация рифленых частей должна соответствовать пределам, установленным посредством кривой напряжений (деформаций). Необходимо использовать главные напряжения и деформации.
5.2.2.2.3 Нестабильное разрушение/нестабильность коробления
Необходимо исключить потерю местной устойчивости.
Примечание - Проверку местной устойчивости можно выполнять с помощью коэффициентов устойчивости. В таком случае можно принять следующие коэффициенты запаса:
1) моделирование с применением лазерного или эквивалентного метода измерения: SF = 2,0;
2) моделирование, основанное на идеальной форме: SF = 4,0. Температурную деформацию можно считать как устойчивое состояние, и коэффициент запаса определяется только от сжимающей силы.
5.2.2.2.4 Прогрессирующая деформация
Необходимо обеспечить отсутствие прогрессирующей деформации в любой части мембраны как при температурных воздействиях, так и при нагрузках от давления жидкости.
5.2.2.2.5 Усталостное поведение
5.2.2.2.5.1 Общие положения
Необходимо привести двухосное напряженное состояние к эквивалентному напряжению или деформации, рассчитанным с использованием главных значений напряжений или деформаций соответственно по критериям Треска или фон Мизеса.
Примечание - Кривая усталости (кривая Веллера) часто определяется на основании испытания на усталость при одноосном напряженном состоянии.
5.2.2.2.5.2 Диапазон деформации
Необходимо оценить амплитуду эквивалентных деформаций для всех цикличных нагрузок, включая их сочетания. Амплитуда эквивалентной деформации 
для указанных цикличных нагрузок рассчитывается исходя из условия плоского напряженного состояния, так как мембрана рассматривается как тонкий лист.
Фактические напряжения и деформации определяются главными напряжениями, 
, 
, 
или главными деформациями 
, 
, 
соответственно, принимаемыми в порядке 
и 
соответственно. Таким образом, в цикле нескольких нагрузок , , и , , должны располагаться соответствующим образом.
Поскольку мембрана является тонким листом, принимается плоское напряженное состояние 
. Необходимо отметить, что даже при 
, 
.
Эквивалентная амплитуда деформации на основании критерия Треска рассчитывается следующим образом
(6)
Эквивалентная амплитуда деформации по критерию фон Мизеса рассчитывается следующим образом
(7)
Коэффициент C принимает следующие значения:
- в пластической области, 
: 
;
- в упругой области, 
: C = 0,544.
5.2.2.2.5.3 Кривая усталости (кривая Веллера)
При выборе расчетной кривой усталости (кривая Веллера) необходимо учитывать тот факт, что мембрана подвержена низкоцикличной усталости при низкой температуре и что она подвергается местами пластическим деформациям.
При отсутствии кривой усталости, полученной по результатам усталостных испытаний на самих элементах мембраны, кривой усталости, используемой при оценке усталостного поведения, должна быть кривая для избранного материала, которая должна быть представлена на утверждение заказчиком.
В качестве метода суммирования повреждений для определения усталостного сопротивления используется закон Майнера.
Примечание 1 - Примеры кривых усталости смотрите в "Рекомендуемой практике для СПГ в наземных хранилищах", [4].
Примечание 2 - Кривые усталости часто основываются на следующих положениях:
- "кривая наилучшего приближения". Она основывается на статистической интерпретации экспериментальных результатов испытаний на усталость. Эта интерпретация дает средние экспериментальные кривые;
- "расчетная кривая". Она основывается на "кривой наилучшего приближения", включающей поправочный коэффициент, определяемый как наименее благоприятное из значений напряжения, деленное на два или число циклов, деленное на 20.
Эти коэффициенты нельзя считать коэффициентами запаса, однако они должны учитываться как коэффициенты неопределенности, охватывающие разброс данных и пренебрегаемые эффекты (то есть шероховатость, результаты обработки и т.п.). Эти коэффициенты не учитывают локальные неоднородности (то есть коэффициент концентрации напряжений), и, следовательно, важно учесть этот эффект в расчетной интенсивности напряжения.
Примечание 3 - На практике усталостное разрушение обычно возникает в местах концентрации напряжений. Поэтому эти эффекты следует оценить для всех условий, используя соответствующие коэффициенты концентрации напряжений, определенные в теоретических, экспериментальных исследованиях, расчетном анализе напряжений с конечным числом элементов.
5.2.2.2.6 Устойчивость при сейсмической нагрузке
Железобетонный внешний резервуар должен выдерживать сейсмические нагрузки землетрясений рабочего уровня и максимального расчетного уровня в условиях эксплуатации.
Для землетрясения рабочего уровня необходимо показать, что:
- мембрана и анкеры в состоянии воспринимать сейсмические воздействия;
- давление на мембрану является приемлемым;
- давление на изоляцию является приемлемым.
Для землетрясения максимального расчетного уровня внешний резервуар с системой защиты днища (уголков) должен быть в состоянии удерживать жидкость.
Примечание - Мембрана может быть разрушена.
5.2.2.3 Испытание методом моделирования
5.2.2.3.1 Общие положения
При использовании моделирования испытания выполняются на всех элементах системы. Каждый элемент должен испытываться в его полном размерном виде.
Примечание - Испытание можно выполнять при комнатной температуре.
Количество образцов для испытания должно быть таковым, чтобы обеспечить достоверность результатов. Размещение измерительных устройств определяется расчетным анализом, методами "фотоупругости" и т.п.
Датчики деформаций следует закреплять на клеях, обеспечивающих надежность закрепления на поверхности заданного материала в выбранном их расположении. Кроме того, они должны позволять рассчитывать напряжение (деформации) по главным площадкам <*>.
--------------------------------
<*> На главных площадках напряжение сдвига равно нулю.
Расчет эквивалентного напряжения или деформации всегда должен определяться по главным направлениям. Соответственно, амплитуда эквивалентной деформации на основании критерия Треска рассчитывается следующим образом
(8)
Амплитуда эквивалентных деформаций на основании критерия фон Мизеса рассчитывается по формуле (7).
Значения коэффициента C:
- в пластичной области, : ;
- в упругой области, : C = 0,544.
5.2.2.3.2 Устойчивость при статическом нагружении
Необходимо показать отсутствие коллапсирующего разрушения в мембране. Если мембрана рассчитывается на заданные нагрузки, при расчете должен приниматься коэффициент запаса по несущей способности 1,25.
5.2.2.3.3 Прогрессирующая деформация
При действии циклической нагрузки, моделирующей действительные условия эксплуатации, необходимо показать, что все элементы мембраны остаются устойчивыми, без возникновения прогрессирующей деформации после десяти циклов.
5.2.2.3.4 Усталостное поведение
Все элементы мембраны резервуара-хранилища должны быть испытаны на усталость посредством:
- циклического изменения температурного режима;
- циклического изменения гидростатического давления (для полноценного моделирования рабочих условий мембраны все элементы, испытываемые под циклическим давлением, должны быть предварительно загружены до значения, соответствующего как минимум максимальному относительному удлинению).
"Кривая наилучшего приближения" должна основываться на статистической интерпретации согласно описанию в предложенном стандарте ИСО "Рекомендации по усталостному расчету сварных соединений и элементов", май 1996 г., экспериментальных результатов определения усталости. Данная интерпретация дает срединные экспериментальные кривые.
Экспериментальные результаты усталостных испытаний должны основываться на главных значениях напряжения или деформаций.
"Расчетная кривая" определяется по кривой "максимальных приближений", принимая уровень доверительной вероятности 
, а вероятность неразрушения p = 95%.
Расчетные точки должны основываться на следующем расчете
где m - среднее значение совокупности результатов испытаний;
- стандартно погрешности совокупности;
k - коэффициент, определяемый из таблицы 7.
Примечание - Данный подход также представлен в приложении B.
В качестве метода суммирования повреждений для определения усталостного сопротивления используется закон Майнера.
Таблица 7
Коэффициенты k для кривых Веллера
(для нормального распределения)
Количество образцов | k |
3 | 3,152 |
4 | 2,680 |
5 | 2,463 |
6 | 2,336 |
7 | 2,250 |
8 | 2,190 |
9 | 2,141 |
10 | 2,103 |
11 | 2,073 |
12 | 2,048 |
13 | 2,026 |
14 | 2,007 |
15 | 1,991 |
16 | 1,977 |
17 | 1,964 |
18 | 1,951 |
19 | 1,942 |
20 | 1,933 |
21 | 1,923 |
22 | 1,916 |
23 | 1,907 |
24 | 1,901 |
25 | 1,895 |
Уровень доверительной вероятности - 0,75. Вероятность неразрушения - 95%. | |
Подписаться на обновления