Новая конструкция плавающей крыши поплавкового типа

АРХИТЕКТУРА И СТРОИТЕЛЬСТВО

УДК 622.692.23

А.П. Денисова, А.С. Игнатьев НОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ ПЛАВАЮЩЕЙ КРЫШИ ПОПЛАВКОВОГО ТИПА

Описывается новая конструкция плавающей крыши поплавкового типа для вертикальных стальных цилиндрических резервуаров больших объемов. Рассматривается изготовление проектной формы центральной части плавающей крыши с определением её напряжённо-деформированного состояния на всех этапах формообразования.

A.P.Denisova, A.S.Ignatyev NEW DESIGN OF FLOAT TYPE FLOATING ROOF

The new design of a floating roof of float type for vertical steel cylindrical tanks of great volumes is described in this article. Manufacturing the design form of the central part of a floating roof with definition of its tensely deformed condition at all stages the form of formation is considered as well.

Непрерывный рост добычи, переработки и транспортирования нефти на большие расстояния по трубопроводам выдвигает задачи сооружения резервуарных парков больших объёмов. Обычно такие парки оснащают стальными вертикальными цилиндрическими резервуарами со стационарными покрытиями и понтонами или плавающими крышами.

В резервуарах с плавающей крышей или со стационарным покрытием и понтоном отсутствует газовоздушное пространство между продуктом и крышей, что даёт возможность защитить хранимые продукты (керосин, бензин, сырую нефть и пр.) от испарения.

В средних и южных районах России широкое распространение получили резервуары с плавающими крышами, имеющие при сооружении неоспоримые преимущества по сравнению с резервуарами со стационарной крышей и понтоном: снижение металлоемкости до 20%, большая надёжность и пожаробезопасность.

Плавающие крыши (ПК), применяемые как в России, так и за рубежом, по конструктивным признакам делятся на 2 вида: однодечные и двудечные, в свою очередь однодечные плавающие крыши сооружаются понтонного или поплавкового типа [1, 2].

В Саратовском государственном техническом университете разработана новая конструкция однодечной плавающей крыши поплавкового типа, состоящая из кольцевого понтона, центральной части и линейных радиально расположенных пустотелых поплавков (рис. 1).

Рис. 1. Новая конструкция ПК поплавкового типа: 1 - периферийный кольцевой понтон;

2 - центральная часть ПК; 3 - радиальные поплавки; 4 - опорные стойки

Центральная часть однодечной ПК представляет собой тонкостенную ( = 4-6 мм) пологую оболочку положительной гауссовой кривизны. Радиальные поплавки полого чечевицеобразного сечения имеют линейно переменную ширину (наибольшую - у периферийного кольцевого понтона, наименьшую - в центре настила). Периферийный кольцевой понтон выполнен из отдельных герметичных коробов, имеющих известную конструкцию.

К достоинствам такой плавающей крыши, по сравнению с известными, можно отнести высокую жёсткость настила; использование радиальных элементов полого сечения, как в качестве поплавков, так и рёбер жёсткости настила; повышенные условия для водостока и очистки центральной части настила; использование широко применяемых герметичных коробов для кольцевого понтона.

Рис. 2. Купольное покрытие РВС - 1000 м3

Изготовление новой конструкции плавающей крыши производится в два этапа.

На первом этапе изготавливают плоскую конструкцию (заготовку), которая представляет собой круглую мембрану с наваренными на ней полосами. Мембрану собирают из отдельных листов как днище резервуара. Полосы переменной ширины

располагают в радиальном направлении. В каждой из полос выполняют отверстия под штуцер.

На втором этапе проводят образование проектной формы настила и поплавков. Для этого через штуцер в пространство между полосами и настилом нагнетают сжатый воздух компрессором. Под действием избыточного давления полосы и пластины под ними деформируются с образованием радиальных поплавков полого объемного сечения. При этом за счёт кольцевых и радиальных деформаций настил приобретает проектную форму пологой оболочки положительной гауссовой кривизны. После снятия давления и проявления упругих деформаций, за счёт пластических деформаций и конечной изгибной жёсткости стали, проектная форма настила и радиальных поплавков остаётся неизменной.

Такая технология изготовления была применена для стационарного купольного ребристого покрытия резервуара (рис. 2) [3].

В процессе формообразования настила ПК и радиальных поплавков появляются как пластические, так и упругие деформации. Для оценки остаточных напряжений было проведено исследование НДС на всех этапах формообразования проектной формы ПК для РВС - 10000 м3, с использованием расчётного комплекса «Лира 9.2» (рис. 3-5).

1-й этап. Плоская форма:

- давление Р = 0 МПа;

- стрела подъёма f = 0 м;

- радиальные напряжения Ох = 0 МПа;

- кольцевые напряжения Оу = 0 МПа;

- касательные напряжения Тху = 0 МПа.

Рис. 3. Плоская форма ПК

2-й этап. Создание максимального избыточного давления для формообразования:

- давление Р = 0,6 МПа;

- стрела подъёма f = (1/9)0 м;

- радиальные напряжения Ох = 88,7 МПа;

- кольцевые напряжения Оу = 46,4 МПа;

- касательные напряжения Тху = -15,4 МПа.

Рис. 4. Максимально деформированное состояние ПК

3-й этап. Проектная форма (после снятия давления и проявления упругих деформаций):

- давление Р = 0 МПа;

- стрела подъёма f = (1/11)0 м;

- радиальные напряжения Ох = 65,6 МПа;

- кольцевые напряжения Оу = 64,1 МПа;

- касательные напряжения Тху = -12,9 МПа.

Рис. 5. Проектное состояние ПК

Анализ НДС в процессе формообразования центральной части и поплавков ПК показал, что остаточные напряжения, как в настиле, так и в поплавках, невелики и составляют 25-28% от расчётного сопротивления стали. После снятия давления и проявления деформаций сечение поплавков уменьшилось на 13-15%, а стрела подъёма настила - на 16-18%.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

1. Возможность изготовления и формообразования проектной формы плавающей крыши поплавкового типа подтверждена реальной конструкцией стационарного купольного ребристого покрытия резервуара (рис. 2).

2. Для достижения проектной формы плавающей крыши избыточное давление сжатого воздуха должно превышать расчётное на 12-18% чтобы компенсировать упругие деформации.

3. Напряжения в настиле и поплавках плавающей крыши при максимальном давлении сжатого воздуха и снятии его составляют Оху) = (0,25-0,3)Ду.

ЛИТЕРАТУРА

1. Денисова А. П. Конструкции плавающих крыш для вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов: тематический обзор / А.П. Денисова, М.Р. Муртазин, А.А. Землянский. Саратов: СГТУ, 2001.

2. Применение цилиндрических резервуаров за рубежом. Обзоры зарубежной литературы. М.: ВНИИОЭНГ, 1976. 54 с.

3. А.с. № 1108178 СССР, МКИ Е04 7/08 Купольное покрытие / А.П. Денисова, В О. Берник // БИ. 1984. № 30.

Денисова Алла Павловна -

доктор технических наук,

профессор кафедры «Промышленное и гражданское строительство»

Саратовского государственного технического университета

Игнатьев Алексей Сергеевич -

аспирант кафедры «Промышленное и гражданское строительство»

Саратовского государственного технического университета

Статья поступила в редакцию 03.11.06, принята к опубликованию 05.12.06