Proiectarea Mecanica A Unui Rezervor Atmosferic Cilindric Vertical Cu Capacitate de 5000 M3 Cu Capac Plutitor Cu Studiul Special Al Sistemului de Etansare A Capacului [PDF]

Zitiervorschau

SE INAINTEAZA SPRE SUSTINERE COMISIEI EXAMENULUI DE DIPLOMA

PROIECT DE DIPLOMA TEMA : „ PROIECTAREA MECANICA A UNUI REZERVOR ATMOSFERIC CILINDRIC VERTICAL CU CAPACITATE DE 5000 M3 CU CAPAC PLUTITOR - CU STUDIUL SPECIAL AL SISTEMULUI DE ETANSARE A CAPACULUI „

SEF CATEDRA , Prof. Dr. Ing. VOICU ION COORDONATOR , Conf. Dr. Ing. NICOLAE V.

Absolvent ,

1

CUPRINS Pag. Introducere..........................................................................................................……………….4 1. Analiza principalelor tipuri de rezervoare utilizate la depozitarea produselor petroliere...........................................................………………..6 1.1 Tipuri constructive de rezervoare...............................................................…………….....6 1.2 Rezervoare atmosferice cilindrice cu axa verticala……………………………………….8 1.2.1 Rezervoare cu capac fix.................................................................………………....9 1.2.2 Rezervoare cu capac plutitor………………………………………………………11 . 1.2.3 Rezervoare cu capac respirator…………………………………… ………….......13 2. Proiectarea mecanica a unui rezervor cilindric vertical cu capac plutitor.....………………………………………........................16 2.1Alegerea justificata a materialelor pentru principalele elemente componente ale rezervorului cu capac plutitor………………………………16 2.1.1 Definirea caracteristicilor mecanice …….............…………………………18 2.1.2 Calculul rezistentei admisibile…….............…………………………..........19 2.1.3 Stabilirea cifrei de calitate a imbinarilor sudate……………………………21 2.2 Elemente constructive…………………………………………………….…………..22 2.2.1 Fundatia rezervorului …………………………………………………………22 2.2. Fundul rezervorului …………………………………………………………….23 2.2.3 Mantaua rezervorului ……………………………………………….…………24 2.2.4 Capacul rezervorului ……………………………………………….………….25 2.3 Elemente de calcul……………………………………………………………..………26 2.3.1 Calculul dimensiunilor optim economice ale rezervorului ……………............26 2.3.1.1 Stabilirea dimensiunilor optim economice dupa ipoteza consumului minim de metal(metoda SUHOV)…………………………26 2.3.1.2 Stabilirea grosimii echivalente de calcul………………………………..27 2.3.1.3 Calculul dimensiunilor optim economice dupa ipoteza costurilor unitare..........................................................................................32 2.4 Calculul de dimensionare si verificare a principalelor elemente componente ale rezervorului cu capac plutitor...........................................………………...35

2

2.4.1 Dimensionarea mantalei..................................................................................35 2.4.2 Verificarea la stabilitate a mantalei rezervorului..............................................38 2.3.3 Dimensionarea fundului rezervorului .....................................………………40 2.4.4 Verificarea sudurii din imbinarea fund-manta..................................................40 2.4.5 Dimensionarea capacului plutitor ....................................................................41 2.4.6 Determinarea adancimii maxime de imersie....................................................42 2.4.7 Calculul greutatii rezervorului...........................................................................46 2.4.8 Calculul de verificare a stabilitatii rezervorului la actiunea presiunii vantului................................................................... ...........................48 2.4.9 Calculul de verificare a stabilitatii rezervorului la sarcini seismice...........................................................................……………...48 3. Analiza principalelor tehnologii de montare a rezervoarelor cu alegerea variantei optime pentru rezervorul proiectat..................................................………………...52 3.1 Tehnologia executarii rezervoarelor cilindrice verticale................................................52 3.1.1 Executarea rezervoarelor cilindrice vericale in metoa clasica.................................53 3.1.2 Executarea rezervoarelor cilindrice vericale prin rulare.......................………..….54 3.2.Prescriptii privind executia,transportul si montajul rezervorului...................................59 3.2.1 Prescriptii tehnice de executie..................................................................………...59 3.2.2 Controlul executiei.........................................................................……….…..…...55 3.2.3 Conditii de vopsire si transport......................................................………….……62 3.2.4 Prescriptii pentru montarea fundului.....................................…………..…….……62 3.2.5 Prescriptii pentru montarea mantalei....................................………….………..…63 3.2.6 Prescriptii pentru montarea capacului plutitor........................................……….…63 3.2.7 Prescriptii pentru montarea sistemului de etansare..........................……….……...63 3.2.8 Prescriptii pentru montarea echipamentului............…………………….….…......64 3.2.9.Tolerante.........................................................................................…………...…..67

3

4. Principii economice de realizare a montajului prin realizarea graficelor cu apl icarea corecta la tehnnologia de realizare a rezervorului realizat......................................................69 4.1 Principii si metode de planificare-control ale lucrarilor de constructii montaj.............69 4.1.1 Metoda drumului critic………...................................................................……….69 4.1.2 aplicarea metodei drumului critic in planificarea executarii lucrarilor........……...70 4.1.3 elaborarea grafului retea……………………………………………...........……...71 4.1.4 intocmirea graficelor……………………………………………...........…………73 5. Analiza sistemelor de etansare ale capacului plutitor.......................................…………...….77 5.1 Sisteme de etansare primara......................................................................…………….….81 5.1.1 Sisteme de etansare mecanica cu inel metalic tip pantograf.........................….…..82 5.1.2 Sisteme de etansare mecanica cu piese metalice elastice de compresiune tip MESA MPS-3100….………………...........................…………………….…...84 5.1.3 Sisteme de etansare mecanica cu piese metalice elastice de compresiune tip W-G SELAS CHANNEL HANGER ..........................………………….….…..85 5.1.4 Sisteme de etansare cu lichid tip tubseal (cu tub de lichid)………………………...86 5.1.5 Sisteme de etansare cu lichid tip PSS 5………………….………………….…......88 5.1.6 Sisteme de etansare cu spuma………..………………….…………………...…….88 5. 2 .Sisteme de etansare secundare..................................................................………..……....90 5.2.1 Sisteme de etansare dubla tip PSS 50.........................……………………...…….…91 5.2.2 Sisteme de etansare dubla tip PSS DUO.........................……………………..…….92 5.2.3 Sisteme de etansare dubla tip PSS GASKET TITE.......……………………..…….93 5.3 Sisteme de etansare duble.........................................................................…………..……..93 5.3.1 Sisteme de etansare dubla tip PSS 100…………........……………………..…..….93 6.Estimarea pierderilor de produse petroliere prin evaporare in cazul depozitarii in rezervoare cu capac plutitor...........................................…………….….....96 6.1.Pierderile de produse petroliere prin evaporare ........................................………………….97 6.1.1.Presiunea de vapori REID.................................................................…………..….…..97 . 6.1.2.Surse care favorizeaza pierderile de produse prin evaporare............……………...…..97 6.1.3.Factorii care influenteaza pierderile prin evaporare..........................…………..…...…98

4

6.2.Metode de investigare pentru aprecierea pierderilor de produse petroliere prin evaporare...............................................................................................……………..…...99 6.3.Calculul pierderilor de produse petroliere prin evaporare in cazul depozitarii in rezervoare cu capac plutitor................................................................................................100 6.4.Exemplificarea pierderilor de produs prin evaporare la un rezervor cu capac plutitor.........................................................................................................................103 7. Probarea si verificarea rezervoarelor cilindrice vertical.........................................................108 7.1. Probele de etanseitate ale cordonului de sudura........................................................…......108 8. Studii de caz privind incendiile la rezervoare………...............................................................111 8.1 Probleme noi referitoare la stingerea incendiilor aparute in depozitele de hidrocarburi…….113 8.2 Incendii la rezervoare cilindrice verticale cu capac plutitor………………………….…..…114 8.3 Concluzii privind incendiul in depozitele de hidrocarburir……………………….……....…114 9. Instructiuni P.S.I. cu privire la montarea, repararea si exploatarea rezervoarelor................................................................................... ……………....116 10. Acte normative si masuri de securitate si sanatate in munca aplicabile.......... ….………...119 10.1 Acte normative de securitate si sanatate in munca aplicabile……………………….….....119 10.2 Masuri de securitate si sanatate in munca ………………….……………………………..119 Concluzii........................................................................................................................................122 Borderou de desene......................................................................................................................124 Bibliografie............................................................................................................ ……..…..…..124

5

INTRODUCERE

Depozitarea titeiului, ca materie prima, si a produselor petroliere obtinute dupa rafinarea, in parcurile de rezervoare din rafinarii sau depozite, reprezinta una din etapele principale din cadrul produselor petroliere

in

economie,

care

trebuie

analizata in vederea reducerii la minimum a pierderilor

de

produse

stocate

in

rezervoare. Pe plan mondial tendinta este de a mari depozitele pentru titei, pentru a asigura un stoc de minimum trei luni. De asemenea, va trebui asigurata depozitarea sezoniera a unor produse, tinind seama de consumul preferential (iarna-combustibil pentru incalziri casnice, iar vara-combustibil pentru motoare) si ca productia rafinariei este constanta si continua, este necesar sa se depoziteze produsele nevandabile pentru sezonul de maxima desfacere. Titeiul si benzinele sunt produse cu volatilitate ridicata, ale caror pierderi prin evaporare trebuiesc minimizate, in special in conditile depozitarii indelungate cand pierderile pot deveni insemnate, ceea ce impune elaborarea unor sisteme de etansare cat mai performante. Principala sursa de pierderi de produs pe timpul depozitarii, considerind ca rezervorul in care se face stocarea produsului prezinta o stare buna de functionare, este tendinta de vaporizare la suprafata (evaporare), in special la depozitarea produselor petroliere cu tendinta ridicata de evaporare (titei, produse albe). Pentru a minimiza aceste pierderi de produse petroliere prin evaporare s-au realizat noi tipuri de rezervoare, cum ar fi: 

rezervoare cu capac fix si capac flotant interior;



rezervoare cu capac plutitor echipate cu sisteme de etansare primara si secundara.

Rezervoarele cu capac fix si capac flotant interior sunt utilizate in special pentru depozitarea produselor finite, care se pot impurifica datorita contactului cu vaporii de apa din atmosfera Rezervoarele cu capac fix au capacitati de depozitare de pana la 50000 m 3. Constructia rezervoarelor cu capac fix cu capacitati mai mari de 20000 m3 nu este rentabila deoarece implica un consum de metal raportat la unitatea de volum depozitat mult mai mare, comparativ cu rezervoarele cu capac plutitor. Rezervoarele cu capac plutitor sunt recipiente cu capacitati mari de depozitare, realizate dintr-o manta cilindrica montata vertical pe un fund plat (usor conic) si un capac aflat in plutire pe

6

suprafata libera a produsului depozitat. Utilizarea rezervoarelor cu capac plutitor in locul rezervoarelor cu capac fix prezinta urmatoarele avantaje: 

reducerea la minimum a spatiului de vapori intre suprafata libera a lichidului si capac, care reprezinta principala cauza a evaporarii fractiilor usoare din produsul depozitat in rezervor;



reducera procesului de coroziune a tablelor capacului ca urmare a eliminarii oxigenului si a vaporilor de apa din zona de contact dintre capac si produs;



comportarea mai buna in caz de incendii, prin reducerea considerabila a suprafetei libere a produsului si a spatiului de vapori.

Din punct de vedere valoric rezervoarele de depozitare reprezinta circa 10-15 % din investitiile aferente industriei petroliere si petrochimice, iar din punct de vedere al consumului de metal reprezinta un procent de 8-12% , justificate de necesitatiile mari de stocare.

7

CAP. 1. ANALIZA PRINCIPALELOR TIPURI DE REZERVOARE UTILIZATE LA DEPOZITAREA PRODUSELOR PETROLIERE Dezvoltarea continua a industriei petroliere, necesitatea maririi capacitatii de prelucrare si stocare a petrolului si aproduselor sale a impus dezvoltarea, modernizarea si automatizarea rezervoarelor din parcurile de depozitare Folosirea otelurilor de mare rezistenta a permis cresterea capacitatii de depozitare si reducera consumului de metal si a grosimii de perete, micsorandu-se in mod corespunzator cheltuielile specifice. Prin introducerea in exploatare a rezervoarelor de mare capacitate s-a redus costul depozitarii industriale in conditiile economiei de material. Deoarece titeiul si produsele petroliere constituie una din principalele resurse ale unei economii, economisirea acestora in timpul depozitarii trebuie sa constituie o problema permanenta. Aceasta a atras dupa sine schimbarea si perfectionarea tehnicii de proiectare, tehnologiei de fabricatie si elaborarea unor noi tehnologii de montaj. In alegerea tipului corespunzator de rezervor pentru o anumita varianta de depozitare trebuie sa se tina cont de o serie de factori ca : 

conditiile de lucru impuse de conditiile climaterice ;



caracteristicile constructive ale diferitelor tipuri de rezervoare ;



indicatorii tehnico-economici ai proiectarii, constructiei, montajului si exploatarii rezervorului.

Datorita celor trei factori mentionati au fost realizate si se propun in continuare noi tipuri de rezervoare diferentiate din punct de vedere dimensional si constructiv.

1.1. TIPURI CONSTRUCTIVE DE REZERVOARE GENERALITATI In alegerea tipului corespunzator de rezervor pentru o anumita varianta de depozitare trebuie sa se tina cont de o serie de factori ca : -

conditiile de lucru impuse si conditiile climatice ;

-

caracteristicile constructive ale diferitelor tipuri de rezervoare

-

indicatorii tehnico-economici ai proiectarii, constructiei, montajului si exploatarii rezervorului.

8

CLASIFICARE Se dispune de o mare varietate de solutii constructive de rezervoare, clasificarea acestora se poate face dupa numeroase criterii, dintre care se mentioneaza urmatoarele: 1 - Criteriul formei geometrice: 

rezervoare cilindrice verticale sau orizontale;



rezervoare sferice;



rezervoare elipsosferice;



rezervoare sferoidale;



rezervoare conice;



rezervoare paralelipipedice;



rezervoare cu forme speciale.

2 - Criteriul amplasamentului: 

rezervoare supraterane - montate direct pe sol sau pe fundatii, deasupra solului;



rezervoare semiangropate - sunt rezervoare ingropate pe mai mult de jumatate din inaltimea lor, astfel incat nivelul maxim al produsului depozitat sa nu depaseasca inaltimea de 2 m. fata de suprafata solului;



rezervoare subterane - la care nivelul maxim posibil al produsului petrolier depozitat se afla cu cel putin 0,2 sub nivelul solului. Pot fi : caverne salifere, caverne stancoase, pesteri, galerii, etc;



rezervoare subacvatice;



rezervoare plutitoare

Rezervoarele semiangropate si mai ales cele ingropate, fata de cele subterane prezinta urmatoarele avantaje: -

asigura cea mai buna protectie contra incendiilor;

-

reduc sensibil pierderile de produs prin vaporizare;

-

avarierea sau distrugerea prin explozie sau incendiu a unui rezervor nu afecteaza “prin simpatie” celelalte rezervoare invecinate;

-

in cazul avarierii unui rezervor, pierderile de produse se pot reduce la minim prin pomparea lor in alte rezervoare;

-

costurile care sunt implicate in protectia contra incendiilor sunt minime.

3 - Criteriul capacitatatii de depozitare: 

rezervoare de mica capacitate – cu capacitate pana la 100 m 3 , cu capac conic de constructie metalica usoara ;



rezervoare de mijlocie si mare capacitate cu capacitati de depozitare intre 100 si 50.000 m3;

9

-cu capac plat cu constructie metalica pe ferme, pentru 100-1000 m3; -cu capac conic pe grinzi si stalpi de sustinere, pentru 1000-5000 m3; -cu capac bombat sau cu capac plat pe stapli, pentru 10000-50000 m3; 

rezervoare de foarte mare capacitate (gigant), V > 50000 m3

4 - Criteriul presiunii interioare maxima : 

rezervoare de joasa presiune (rezervoare atmosferice), care sunt in general rezervoare atmosferice cu axa verticala;



rezervoare de medie presiune (rezervoare sferoidale, rezervoare cilindrice verticale cu capac bombat, rezervoare cilindrice orizontale ;



rezervoare de presiune ridicata sau rezervoare de presiune (rezervoare sferice pentru depozitarea gazelor petroliere lichefiate, rezervoare in constructie speciala) ;

5 - Criteriul materialului : Dupa natura materialelor din care se executa : 

rezervoare metalice - care cuprind rezervoarele sudate si nituite, cilindrice verticale sau orizontale,sferice, sferoidale etc.;



rezervoare nemetalice cuprinzand rezervoarele din beton, beton armat, piatra, caramida, matriale plastice obisnuite sau armate.

6 - Criteriul sistemului de inchidere a rezervorului : Rezervoarele cilindrice verticale se executa cu capace si funduri plate, conice si bombate. Adaptarea unui anumit tip de fund este impusa de particularitatile si de conditiile de exploatare. In prezent s-a ajuns la elaborarea a numeroase tipuri de rezervoare cilindrice verticale, dintre care cele mai importante sunt : rezervoare atmosferice cu

capac fix, numite si rezervoare standard,

rezervoare cu capace plutitoare, rezervoare cu ecran plutitor, rezervoare cu capac respirator, rezervoare cu spatiu de gaze variabil.

1.2 REZERVOARE ATMOSFERICE CILINDRICE CU AXA VERTICALA GENERALITATI Rezervoarele cilindrice cu axa verticala servesc la depozitarea lichidelor la presiunea hidrostatica, putand admite suprapresiune interioara maxima de 200 mm col.H 2O si vacuum pana la 40 mm col. H2O si temperaturi intre –30 si 120° C Acest tip de rezervor este foarte raspandit, executandu-se si usor, fiind economic, pastrandu-si forma geometrica sub actiunea solicitarilor date de presiunea interioara. Componentele de baza ale acestui tip de rezervor, sunt : -fundul; -mantaua; -capacul; - constructia metalica de sustinere a capacului; - armaturile.

10

Principalele tipuri de rezervoare cilindrice verticale sunt: 

rezervoare atmosferice cu capac fix;



rezervoare cu capac plutitor;



rezervoare cu capac respirator;



rezervoare cu presiune ridicata;



rezervoare cu capac sferic;



rezervoare cu capac si funduri bombate;



rezervoare cu spatiu de gaze variabil.

1.2.1 Rezervoare cu capac fix Sunt rezervoare des utilizate datorita simplitatii constructiei si a problemelor de montaj usor rezolvabile. Constructia rezervoarelor cu capace fixe se clasifica astfel : A - dupa forma capacului : rezervoare atmosferice cu capac sferic (fig.1.1)

h

1

2 H



D

3

Fig.1.1 - rezervor atmosferic cu capac sferic 1-capac sferic; 2-manta; 3-fund plat

11

Forma de segment sferic se prefera formei conice, deoarece este mai avantajoasa din punct de vedere static. Inaltimea “h” a capacului se alege astfel incat unghiul de inclinare al capacului la margine sa fie 15° < α

H⋅R S 1= α V= H⋅π⋅R deci:

2

2

v 21=

V⋅H α

, unde:

v '22 - volumul de metal din portiunea de manta inactiva,de sectiune constanta

v}22} } { ¿¿ ¿

- volumul de metal din portiunea de manta inactiva, de sectiune variabila

33

v '22=2⋅π⋅R⋅α 2 v '22=2⋅π⋅R S n=

H 1⋅S n 2

=π⋅R⋅H 1⋅Sn

H 1⋅R α => H 1 =S n α R

v '22=π⋅S 2n⋅α v ''22=2⋅π⋅R⋅k

e⋅h 2

unde: k - numarul virolelor de grosime variabila e – saltul de la o virola la alta (se considera constant) h – inaltimea unei virole

v ''22=π⋅R⋅e (H −H 1 ) e=

h⋅S 1 H

S 1=

H⋅R α

h v ''22=π⋅R 2 ( H −H 1 ) α v T =v 1 +v 21+v '22 +v ''22 Inlocuind in relatia de mai sus expresiile volumelor de metal determinate si aplicind criteriul de minim va rezulta:

vT =

V⋅λ V⋅H V⋅h + + π⋅S2n⋅α + H α α

dv T V⋅λ V =− 2 + =0 dH α H Inaltimea si diametrul optim al rezervorului, va fi:

34

ϕσaλ

√√

4V Hopt=√α⋅λ=¿ ¿¿¿¿Dopt= ¿ γb πHopt Date de calcul: 

materialul pentru manta, fund si capac este (OL 37.4K), echivalent S235J2G3 conf. SR EN 10025/2-2004, avind σa = 150 N/mm2



grosimea tablei care formeaza invelitoarea capacului rezervorului:



grosimea panoului central al fundului: Spc = 7 mm



grosimea inelului periferic al fundului: Sip = 9 mm



densitatea benzinei: ρb = 800 Kg/ m3

St = 4 mm

greutatea specifica a benzinei: γb = 7,848·10-6 N/mm.3 Grosimea echivalenta a fundului se calculeaza astfel: S f =S ip +(S pc −S ip ) 0 0

Se alege aria procentuala a panoului central:

A pc =80 0 0⋅A=0,8⋅A S f =S ip +(S pc −S ip )⋅0,8 S f =0,9+(0,7−0,9 )⋅0,8=7,4 mm Greutatea constructiei metalice se calculeaza cu relatia:

Gcm =(3 . .. 4 )V =3⋅5000=15000 N Grosimea echivalenta a constructieie metalice de sustinere a capacului se calculeaza cu relatia:

35

S cm =

4⋅Gcm 103 mm π⋅D 2⋅ρ0⋅g

ρ0 =7850 kg /m3 D=25000 mm , D=25 m S cm =

4⋅15000 103 => S cm =0 , 39 mm 3 π⋅25 ⋅7850⋅9 , 81

Grosimea de calcul echivalenta a capacului se calculeaza astfel:

S ec=S t +S cm S ec=0,4+0 , 039=4 , 39 mm Grosimea de calcul cumulata a fundului si a capacului se calculeaza cu relatia:

λ=S f +Sec λ=0 ,74+0,439=11,79mm Se calculeaza coeficientul α :

ϕσ a

0 , 82⋅150 =15 , 672⋅106 mm −6 γ b 7 , 848⋅10 Inaltimea si diametrul optim al rezervorului va fi: α=

=

H opt =√ αλ=√ 15 ,672⋅10 6⋅11 ,76 H opt =13575 , 81mm=13 ,575 m Dopt =

√

4⋅V 4⋅5000 = =21 ,66 m π⋅H opt 13 ,575⋅π

√

2.3.1.3 Calculul dimensiunilor optim economice dupa ipoteza costurilor unitare Dimensiunile optime ale rezervorului sunt dependente atat de costurile de confectionare a principalelor elemente componenete (manta,fund,capac) cat si de costurile de montaj. Dimensiunile optime ale rezervoarelor se stabilesc in functie de costurile unitare (costurile pe unitatea de suprafata), atat pentru cele de confectionare a rezervoarelorin uzina, cat si in functie de costul constructiei fundatiei si al costului de revenire al terenului.

36

Metoda nu considera costurile de montaj si in special influenta factorilor de exploatare, pierderile de produse si consumurile pentru incalzire, care exercita si ele o influienta semnificativa asupra stabilirii dimensiunilor rezervoarelor. Pentru rezervoarele de mare capacitate, costurile unitare pentru fund si capac sunt constante, grosimile lor nevariind cu diametrul (D) si inaltimea (H), in timp ce costul unitar pentru manta este in functie de diametrul si inaltime rezervoarelor, deoarece grosimea mantalei variaza cu inaltimea si diametrul. Pentru un rezervor de depozitare atmosferica, pe baza de considerente geometrice, intre componente se pot scrie relatiile:

V=

π⋅D2 H =π⋅R2⋅H [ m3 ] 4

H=

4⋅V V = [ m] 2 π⋅D π⋅R 2

4⋅V [m] π⋅H π⋅D 2 A 0= =π⋅R2 [ m2 ] 4 D=

√

A M =π⋅D⋅H =2⋅R⋅H⋅π [ m2 ] Termenii din relatiile de mai sus au urmatoarea semnificatie: AM suprafata mantalei cilindrice; A0- suprafata fundului, respectiv a capacului; R - raza rezervorului; V - volumul rezervorului; H - inaltimea rezervorului D - diametrul rezervorului; Costul total al rezervorului montat, fara costul montajului, se poate exprima in functie de elementele dimensionale si costurile unitare cu relatia: C = AM · C1+ A0(C2 + C3 + C4 + C5) , unde : C = costul total al rezervorului (lei) C1 = costul unitar de fabricatie al mantalei (lei/m2) C2 = costul unitar de fabricatie a fundului (lei/m2) C3 = costul unitar de fabricatie a capacului,inclusiv constructia metalica (lei/m2) C4 = costul unitar de constructie a fundatiei (lei/m2) C5 = costul unitar al terenului de constructie (lei/m2)

37

Determinarea dimensiunilor si a raportului optim economic, teoretice: Pentru rezolvarea acestei probleme se recurge la urmatorul artificiu: se exprima costul unitar C1 in functie de H, D si constanta C 6, care in desfasurarea calcului dispare, conform ipotezei si se determina cu relatia:

C1 =C 6⋅H⋅D=>

C1 H⋅D

(lei/m2)

Costul total se poate scrie:

C=

4⋅V⋅H⋅D⋅C6 π⋅D2 + (C2 + C3 + C4 +C 5 ) D 4

C=4⋅V⋅C 6

4⋅V π⋅D + (C 2 +C3 +C 4 +C 5 ) 2 4 π⋅D

Aplicind functiei definite mai sus criteriul de minim rezulta:

32⋅C 1

π⋅D 4⋅H 2 π⋅D ⋅ = ( C 2 +C3 +C 4 +C 5 ) 2 π⋅H⋅D4 16 D opt D C = =4⋅ 1 H opt H C2 +C3 +C 4 +C 5 Determinarea raportului dimensiunilor optim teoretice, reale In acest caz, facind anumite ipoteze specifice asupra costurilor unitare, se obtin valori particulare ale raportului dimensiunilor, care devin rapoarte ale dimensiunilor optim economice reale. Specific rezervoarelor de medie si mare capacitate, avem ipotezele: C4 = C5 = 0 si C1 = C3 = 2 C2 Pe baza acestor ipoteze, obtinem relatia:

D opt 2C 8 =4 2 = H opt C2 +2C 3 +0+0 3 8 D opt = H opt ( m ) 3 Calculul dimensiunilor optim economice

38

3 H opt = Dopt 8 π⋅D V= 4 Dopt =

√ 3

2

Opt

H opt

32⋅V 3 32⋅5000 = => Dopt =25 , 705(m) 3π 3⋅π

√

3 3 H opt = Dopt = ⋅25 , 705=9 , 639(m) 8 8 Inaltimea si diametrul rezervorului se aleg in jurul valorilor optime calculate, tinind cont de latimea tablelor utilizate, de suprapuneri (in cazul virolelor sudate prin suprapunere) si considerind un numar intreg de virole. Tinind cont de aceste recomandari si de dimensiunile optim economice calculate prin metoda costului unitar, pentru rezervorul proiectat se aleg urmatoarele dimensiuni constructive: 

inaltimea rezervorului: H = 10000 mm = 10m



diametrul rezervorului: D = 25000 mm = 25m

In aceste conditii, volumul geometric al rezervorului cu capac plutitor va fi:

V g=

π⋅D 2 ⋅H 4

V g=

π⋅25 2 ⋅10=4908 , 73(m 3 ) 4

2.4.Calculul de dimensionare si verificare a principalelor elemente componente ale rezervorului cu capac plutitor 2.4.1.Dimensionarea mantalei Calculul de dimensionare almantalei rezervorului cilindric vertical este independent de solutiile constructive si de montaj adoptate. Grosimea virolelor mantalei rezervorului se determina cu relatia;

S vi =

Pci⋅D 2⋅ϕ⋅σ a

+c ( mm ) ,unde:

Sνi - grosimea virolei de rang ‘i’ D – diametrul rezervorului c – adaosul de coroziune

39

Pci-presiunea de calcul a virolei de rang ‘i’ Pci = Phi + Pdi

,unde:

Phi - presiunea hidrostatica de calcul pentru virola de rang ‘i’ Pdi - presiunea hidrodinamica datorata efectelor seismice Phi = γb (H – Zi – he) γb - greutatea specifica a benzinei H – inaltimea rezervorului Zi – distanta de la fundul rezervorului pana la baza virolei curente he = H – Hu = 800 (mm.) , unde: Hu- inaltimea de umplere a rezervorului In figura urmatoare este reprezentata variatia triunghiulara a presiunii hidrostatice pe inaltimea

Hu

he

rezervorului.

H

Sv1

Z1

Ph

Fig. 2.6 - variatia triunghiulara a presiunii hidrostatice pe inaltimea rezervorului Presiunea hidrodinamica datorata acestor efecte seismice se calculeaza cu relatia:

1 Pdi = D⋅γ b⋅K s⋅K 1 2

,unde:

Ks- raportul dintre acceleratia seismica de calcul si acceleratia gravitationala Ks = 0.08 K1 - coeficient de forma depinzind de n0

=

2H Z si D H

ajutorul diagramei din figura urmatoare:

40

Coeficientul de forma K1 se alege cu

K1 n1 =2

1,0

n1 =3,5

0,8 n1 =1,5 n1 =1 0,6 n1=0,5 0,4

n1 =0,75

0,2 0,1 0

0,2

0,4

0,6

n1 =0,35

0,8

1,0

Z/H

Fig. 2.7 - diagrama Grosimile tablelor se determina pentru fiecare virola in parte conform STAS 437-87. Grosimile minime se vor alege tinind seama de normativele si prescriptiile in vigoare privind amplasarea si exploatarea rezervoarelor de depozitare. Calculul de dimensionare a virolelor se conduce tabelar conform tabelului 2.3 Dimensionarea virolelor

Tabelul 2.3

Nr. crt.

Denumirea marimii de calcul

Unitate de masura

Simbol sau expresie

1 2

Cota curenta Inaltimea coloanei de lichid Greutatea specifica a benzinei Presiunea hidrostatica

mm mm

Zi H - Zi - he

N/mm3

νb

N/mm3

Phi

3 4 5 6 7 8 9 10

Raportul de zveltete

_

Raportul caracteristic Coeficientul de corectie

_

Coeficientul seismic Presiunea hidrodinamica

_

Presiunea de calcul

K1 N/mm2 N/mm2

5 8000 1200

7,848 ∙ 10-6

n0 Zi H

_

Valorile marimilor curente 1 2 3 4 0 2000 4000 6000 9200 7200 5200 3200

=

72,2 56, 5 40,8 −3 −3 −3 10 10 10 0,8

2⋅H D

0

=f (n0 ,

Zi H

)

0,2

0,63 0,60

25,11 −3 10

9,41 −3 10

0,4

0,6

0,8

0,56

0,50

0,36

0,08

Ks Pdi

4,94 4,7 4,39 3,92 2,82 −3 −3 −3 −3 −3 10 10 10 10 10 77,14 61,2 45,19 29,03 12,23

Pci

41

10 11 12 13

Adaos de coroziune Grosime de proiectare a virolei

mm

Grosime standardizarta a virolei

mm

−3

10

−3

10

c

mm

−3

10

−3

10

−3

1

=c + Sνp Sν,STAS

P ci D 8,839 7,219 2⋅ϕ⋅σ a 9

8

5,592 3,95

2,242

6

6

6

2.4.2. Verificarea la stabilitate a mantalei rezervorului Verificarea la stabilitate radiala : Calculul presiunii critice de valoare radiala a mantalei P CM se executa in functie de zveltetea mantalei pentru urmatoarele cazuri limita: 

Pcm =6 , 67

¿ 1,5⋅S2 m

D β1⋅v 20⋅√ v 0 ( N /m2 ) H ; (a) 

Pcm =6 , 75

pentru cazul S1m

pentru cazul S1m

D 2 ⋅v m⋅√ v m (N /m2 ) H

¿ 1,5⋅S2 m : ; (b)

S1m - media aritmetica a grosimilor virolelor pentru jumatatea inferioara a mantalei, (mm) S2m - media aritmetica a grosimilor virolelor pentru jumatatea superioara a mantalei, (mm)

9+8 =8,5 mm S1m= 2 S2m

=

6+6+6 =6 mm 3

1.5 ∙ S2m =>

=1,5⋅0,6=9 mm>S 1m

PCM se calculeaza conform relatiei (b)

42

2

Vm

2⋅10 ⋅S m 2⋅102⋅0 , 725 = = =5,8 D 25

Sm =0,5⋅( S1 m+S 2m ) Sm =0,5⋅(0 , 85+0,6 )=7 ,25 mm Presiunea critica de valoare radiala a mantalei este: PCM

25 =6 , 75⋅ 5,8 3⋅√ 5,8=1367 ,14 N /m2 10

Conditia de stabilitate radiala a mantalei este: PCM

¿ 1. 5⋅P E

, unde :

1 = K 1⋅g v 2 PE gV - valoarea presiunii dinamice de baza a vantului la sol in zona in care este amplasat rezervorul; gV = 500 N/mm2 - pentru zona Ploiesti K1 = 1,6 - pentru rezervoare cu capac plutitor PE

1 = ⋅1,6⋅500=400 N /m2 σ aL N /m

,

deci conditia de stabilitate axiala a mantalei este indeplinita. 2.4.3. Dimensionarea fundului rezervorului Fundul rezervorului se realizeaza dintr-o zona centrala (table intregi) si o zona periferica inelara (table decupate) de grosime mai mare. In zona centrala fundul se considera solicitat numai axial. Grosimea minima admisibila a fundului este Sfl = 4mm. Se adopta construciv Sfl = 7mm Grosimea tablelor zonei periferice inelare se alege in functie de grosimea primei virole a mantalei. In cazul cand SV1 >6,5mm, grosimea tablelor inelului periferic se alege Sf2 = 9mm Se adopta constructiv Sf2 = 9mm. 2.4.4. Verificarea sudurii din imbinarea fund-manta Modulul de rezistenta al suprafatei cordonului de sudura trebuie sa satisfaca relatia: 2

W≥0. 25⋅S f 2

, unde :

W - modulul de rezistenta al sectiunii formate din doua dreptunghiuri asezate la o distanta intre ele egala cu grosimea tablei virolei inferioare, cu inaltimea de calcul a cordonului ‘a’ si cu lungimea de 10mm Sf2 - grosimea tablelor inelului periferic

44

3

3

|(S v 1 +2 a) −S v 1| 3 W= mm /mm 6 (S v 1 +2 a)

a=0,7⋅S vi=0,7⋅9=6,3 mm Elementele de calcul sunt prezentate in figura urmatoare:

Sf2

10m m.

Sv 1

a Sv 1 a

Fig. 2.8 - verificarea sudurii fund-manta

( 9+ 2⋅6,3 )3 −93 W= =72, 135 6⋅( 9+ 2⋅6,3 )

mm3/mm

W =0 ,25⋅S 2f 2 =0 , 25⋅9 2=20 , 25