Конструкция и расчет люков и патрубков резервуара

Количество, параметры и расположение люков и патрубков в крыше и стенки резервуара назначаются Заказчиком в соответствии с требованиями «Правил устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов». Конструкции патрубков должны обеспечивать прочность и герметичность врезок, эквивалентные стенке резервуара.[2]

3.9.1 Конструкция патрубков в стенке резервуара

При размещении патрубков на стенки резервуара должны выполняться условия: [2]

— продольные оси люков и патрубков должны располагаться перпендикулярно к поверхности стенки;

— стенка в местах расположения люков и патрубков должно быть усилена;

— расстояние от вертикального сварного шва стенки до шва приварки обечайки патрубка, не требующего усиления, или усиливающего элемента люка или патрубка должно составлять не менее 250 мм;

— расстояние от горизонтального сварного шва стенки (включая уторный шов) до шва приварки обечайки патрубка, не требующего усиления, или усиливающего элемента люка или патрубка должно составлять не менее 100 мм;

— расстояние между осями сварных швов приварки к стенке обечаек или усиливающих элементов расположенных рядом люков или патрубков должно быть не менее 250 мм.

Конструктивное исполнение патрубков должно соответствовать таблице 3.37 и рисунку 15.

Таблица 3.37 - Параметры патрубков

Условный проход патрубка, мм	Минимальная толщина обечайки патрубка, То, мм	Минимальное расстояние от стенки до фасадной поверхности фланца L, мм	Диаметр усиливающей накладки, Dн, мм	Минимальное расстояние от днища до оси патрубка, Н мм.
С усиливающей кольцевой накладкой	С П-образной накладкой
			-	-
			-	-

Усиливающие элементы выполняются в виде листовых накладок на стенку или утолщенных вставок в листы стенки. Наружный диаметр усиливающей накладки принимается в пределах 1,8D_o ≤ D_н ≤ 2,2D_о, где D_o – диаметр отверстия в стенки, мм.

Рисунок 15. Типы патрубков в стенке резервуара

Минимальная площадь поперечного сечения усиливающей накладки должна быть не менее произведения размера отверстия на толщину листа стенки резервуара. Толщина накладки должна быть не менее толщины соответствующего листа стенки и имеет контрольное отверстие с резьбой М10, расположенное на уровне горизонтальной оси патрубка или люка на расстоянии от 50 до 100 мм от внешнего края накладки. Для усиливающей накладки, доходящей до днища резервуара, катет углового шва крепления накладки к днищу должен быть равен наименьшей толщине свариваемых элементов, но не более 12 мм. Установка патрубков и люков с пересечением сварных швов стенки (горизонтальных и вертикальных) допускается после проведения радиографического контроля на длине не менее трех диаметров отверстия в стенке симметрично относительно вертикальной и горизонтальной оси патрубка или люка. Недопустимо одновременное размещение в одном листе стенки более 4-х патрубков с условным проходом более 300 мм.

Патрубки в стенку резервуара ввариваются сплошным швом с полным проплавлением стенки. [21, 22]

Катет (К) сплошных угловых швов крепления накладки к стенки резервуара в зоне патрубка должен быть равен толщине стенки при t = 4-6 мм, К = t -1 мм; при t = 7-10 мм, К = t -2 мм; при t = 11-15 мм, К = t -3 мм; при t = 16-22 мм, К = t -3мм; при t ≥23, К = t -4 мм.

Толщина усиливающей прокладки должна быть не менее толщины соответствующего листа стенки. Если толщина накладки превышает толщину листа стенки, то кромки накладки должны быть скруглены или выполнен скос под углом 15º по периметру до толщины листа стенки. Параметры накладки и катета углового шва в таблице 3.38.

Таблица 3.38 - Параметры усиливающей накладки и катета углового шва

Параметры	Обозначения	Размеры
Толщина накладки	Т	4-6	7-10	11-15	16-22	≥23
Катет углового шва	Кп

Рисунок 16. Установка патрубков и люков в местах пересечения со сварными швами стенки резервуара

Рисунок 17. Общий вид патрубков в стенке резервуара

Фланцы патрубков в стенке выполняются по ГОСТ 12820 на условное давление 1,6 МПа.

3.9.2 Конструкция патрубков в крыше резервуара

Если патрубок используется для вентиляции крыши, то нижний торец

обечайки (трубы) должен повторять форму внутренней поверхности крыши. Фланцы патрубков в крыше должны выполняются по ГОСТ 12820 на условное давление 0,25 МПа. Патрубки в крыше резервуаров без понтонов, эксплуатируемых при избыточном давлении в газовом пространстве, комплектуются временными заглушками на условное давление 0,25 МПа, предназначенных для герметизации резервуара во время прочностных испытаний после монтажа. [2, 3]

Рисунок 18. Типы патрубков в крыше резервуара

Таблица 3.37 - Конструктивное исполнение патрубков

Условный проход патрубка, Dy	То, не менее	Dн	L
		-

3.9.3 Определение допускаемых нагрузок на патрубки, врезаемые в стенку резервуара

Определение допускаемых нагрузок на патрубки, врезаемых в стенку резервуара производится в соответствии с требованиями. [3]

Нагрузки на патрубок задаются в виде комбинаций трех усилий (рисунок 20):

— радиальной силы вдоль оси патрубка F_R;

— изгибающего момента в вертикальной плоскости М_L;

— изгибающего момента в горизонтальной плоскости М_С.

Допускаемыми являются такие комбинации нагрузок, которые обеспечивают несущую способность сварных швов по предельным состояниям и попадают внуть области, получаемой для врезки с соответствующими размерами. Область допускаемых нагрузок определяется в результате расчета на конечно-элементной модели, включающей стенку, окрайки днища, патрубок, усиливающий лист и все швы в зоне врезки. Размеры области допускаемых нагрузок определяются по формулам:

, (3.156)

(3.157)

(3.158)

где R_у определяется при _с =1.

Параметр λ определяется в зависимости от величины момента М_с (кН·м) по формуле:

<

(3.159)

Значения безразмерных коэффициентов е_1i – e_3i определяются по таблице 3.38.

Область допускаемых значений условного диаметра патрубков D_у и нагрузки на патрубок врезки в стенку резервуара на рисунке 19.

Таблица 3.38 - Значения безразмерных коэффициентов

i	Dy 100	Dy 300	Dy600
	e1i	e2i	e3i	e1i	e2i	e3i	e1i	e2i	e2i
	0,057	0,027	0,283	-0,992	11,63	-17,78	0,104	6,482	-2,175
	0,487	-0,294	4,843	-6,735	63,77	-90.80	-0,173	10,32	36,06
	-0,103	-2,547	-3,489	8,404	-84,96	127,6	2,256	-44,19	43,54
	0.171	-0,400	0,618	-0,763	10,98	-18,08	0,346	4,702	1,979
	-0,185	0,518	0,741	1,377	-14,12	20,86	-0,462	-1,150	-16,21

Рисунок 19. Область допускаемых значений условного диаметра патрубков, D _у

Рисунок 20. Нагрузки на патрубок врезки в стенку резервуара (положительные направления усилий)

Если предусмотрена термообрабатка узла врезки, то _р1 = 1, в противном случае = 0,95.

Для учета циклического характера приложения нагрузок используется коэффициент , который зависит от условного количества циклов (n_c) налива (слива) продукта и определяется соотношением:

(3.160)

Единичным наливом (сливом) продукта считается технологическая операция, при которой уровень налива (слива) изменяется не менее чем на 0,5 Н.

По результатам расчетов значения а₀, а_i, а₅ наносятся на график. Комбинация фактических нагрузок на патрубок F_R, M_L, M_c, является допускаемой, если точка с координатами F_R, M_L, построенная на графике располагается внутри многоугольника. Комбинация фактических нагрузок на патрубок F_R, M_L, Mc является не допускаемой при выполнении любого из условий:

— точка с координатами F_R M_L построенная на графике располагается снаружи многоугольника;

многоугольник вырождается в точку (а₁=а₂=а₃=а₄=0)

Рисунок 21. Область допускаемых нагрузок на патрубки

Допускаемые нагрузки на патрубки с условными диаметрами, отличающимися от приведенных в таблице, могут быть получены методом интерполяции. Для врезок с параметрами, выходящими за пределы указанной области, допускаемые нагрузки на патрубки определяются расчетом с применением метода конечных элементов.