Присоединение к резервуарам

Моделирование штуцеров резервуаров имеет ряд важных особенностей по сравнению с моделированием присоединения к обычным сосудам и аппаратам. Для штуцеров резервуаров СТАРТ-ПРОФ автоматически:

• Учитывает смещение штуцера от температурных расширений резервуара
• Учитывает смещение штуцера от просадки резервуара
• Учитывает смещение и поворот штуцера от выпучивания стенок резервуара под давлением
• Учитывает податливость штуцера
• Проверяет нагрузки на штуцер

Результаты расчета можно посмотреть в таблице нагрузок на штуцера и оборудование.

Штуцер резервуара может быть как концевым элементом, в этом случае температурные расширения и просадки моделируются автоматически, так и промежуточным, когда температурные расширения и просадка резервуара моделируются вручную c помощью жестких вставок и цилиндрических обечаек.

Штуцер резервуара, установленный в концевой узел:

Штуцер резервуара, установленный в промежуточный узел, температурные расширения резервуара смоделированы жесткими вставками, просадка смоделирована смещением мертвой опоры:

Вертикальная жесткая вставка заменена на цилиндрическую обечайку:

Параметры

Смещение штуцера от температурных расширений резервуара

Из-за большого диаметра резервуара, смещение штуцера от его температурных расширений может оказаться существенным и должно учитываться в расчете. Определить величину смещения штуцера вдоль оси можно по формуле: . Также учитывается температурное перемещение штеуера вверх, от нагрева части стенки резервуара длиной L.

Смещение штуцера от просадки резервуара

Поскольку резервуары очень большого диаметра, как правило они не имеют фундамента, который мог бы распределить их вес на большую площадь грунта. Из-за этого после заполнения резервуара происходит его просадка. Величина просадки зависит от свойств грунта, веса и размера резервуара и должна быть рассчитана методами механики грунтов. Наибольшая просадка наблюдается в центре резервуара, а наименьшая по краям.

Трубопровод, присоединенный к резервуару будет испытывать большие перемещения в точке присоединения, что может вызвать его разрушение, сильные деформации и отрыв штуцера.

Чтобы снизить нагрузки на штуцер и напряжений в трубопроводе от просадки резервуара можно:

1. Установить первую опору трубопровода как можно дальше от штуцера

2. Вблизи штуцера резервуара использовать пружинные опоры вместо жестких скользящих

3. Использовать угловые и сдвиговые компенсаторы

4. Полную величину просадки можно разделить на две части. Кратковременную и долговременную. Кратковременная просадка случается быстро, во время заполнения резервуара или во время гидроиспытаний. Долговременная просадка длится годами. Трубопровод может быть присоединен к резервуару уже после того, как кратковременная просадка произошла. В этом случае в расчете следует учитывать только величину долговременной просадки.

Первая рекомендация поможет при не очень больших величинах просадки и при достаточно больших диаметрах трубы, чтобы она могла удерживать свой собственный вес с большим пролетом.

Второй метод может привести к большим нагрузкам на штуцер и проблемы с дренажем трубы из-за больших сил с которыми пружины будут тянуть трубу вверх после окончания просадки, что может быть решено с помощью регулирования пружин для уменьшения этой нагрузки. Пружины должны выбираться вручную, использовать автоматический выбор пружин СТАРТ-ПРОФ нельзя, т.к. он предназначен для других целей. Должны быть выбраны пружины с допустимой деформацией больше, чем величина просадки резервуара. После расчета должны быть проверены нагрузки в рабочем и холодном состоянии на пружины до и после просадки. Они не должны превышать допускаемых величин.

Третий метод приводит к удорожанию и ограничению срока службы из-за наличия компенсаторов.

Смещение и поворот штуцера от выпучивания стенок резервуара под давлением

Резервуары обычно заполнены жидкостью. При полном заполнении гидростатическое давление на стенки вблизи дна резервуара довольно велико. Стенки резервуара выгибаются под действием этого давления, что приводит к смещению штуцера вдоль оси и его повороту вниз в вертикальной плоскости. Обычно этот эффект имеет существенное влияние для резервуаров диаметром более 36 метров.

Согласно приложению P API 650 радиальное смещение штуцера от гидростатического давления равно:

Поворот штуцера равен:

G - объемный вес жидкости;

H - максимальная высота налива, мм;

L - расстояние от дна до оси штуцера, мм;

R  - радиус резервуара, мм;

t - толщина стенки резервуара, мм;

β - параметр, равный 1.285/(R*t)^0.5 (1/мм);

E - модуль упругости, МПа;

DT - разность между монтажной и рабочей температурой, °C;

a - коэффициент температурного расширения, мм/[мм-°C]

Чтобы уменьшить влияние этого эффекта на трубопровод, рекомендуется сделать поворот трубы на 90 градусов как можно ближе к штуцеру.

Податливость штуцера резервуара

Податливости штуцера резервуара вычисляются согласно методике документа API 650 по формулам:

Допускаемые нагрузки на штуцер резервуара

Допускаемые нагрузки на штуцер резервуара можно проверять по двум методикам:

• API 650. Область допускаемых значений момента вокруг вертикальной оси Mc и осевой нагрузки Fp показана на рисунке P.3b, а область для момента вокруг горизонтальной оси ML и осевой нагрузки Fp показана на рисунке P.3a

• СТО-СА-03-002-2009. Область допускаемых значений момента вокруг горизонтальной оси ML и осевой нагрузки Fp показана на рисунке ниже

Методика применима, при условии попадания точки, соответствующей диаметру резервуара D и условного диаметра штуцера Dy в заштрихованную область.