ВКР_Техн. сооружения РГС. Техническое задание на проектирование горизонтального резервуара, правила эксплуатации и обслуживания горизонтальных резервуаров
 Скачать 1.15 Mb.
|
|
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт нефти и газа «Технологические машины и оборудование нефтегазового комплекса» УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой ______ Э. А. Петровский «______» __________2016 г. БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА направление 15.03.02 «Технологические машины» профиль 15.03.02.01 «Проектирование технических и технологических комплексов» Разработка инженерной методики оптимального проектирования горизонтальных резервуаров Руководитель к.т.н., доцент В. Б. Ясинский Выпускник В. В. Котельников Красноярск 2016 brought to you by CORE View metadata, citation and similar papers at core.ac.uk provided by Siberian Federal University Digital Repository 2 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт нефти и газа Кафедра Технологические машины и оборудования нефтегазового комплекса УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой ______________ Э. А. Петровский « _____» ___________ 2016 г. ЗАДАНИЕ НА ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ в форме бакалаврской работы Красноярск 2016 3 Студенту_____________ Котельникову Владиславу Викторовичу _________ Группа НБ 12-02 Направление 15.03.01, профиль 15.03.01.01 «Технологические машины и оборудование» , профиль «Проектирование технических и технологических комплексов» Тема выпускной квалификационной работы «Разработка инженерной мето- дики оптимального проектирования горизонтальных резервуаров» Утверждена приказом по университету № _________ от _________________ Руководитель ВКР В.Б. Ясинский, доцент кафедры ТМиОНГК, Институт нефти и газа Сибирского федерального университета Исходные данные для ВКР: Стандарты на резервуары и емкостное оборудо- вание, техническое задание на проектирование горизонтального резервуара, правила эксплуатации и обслуживания горизонтальных резервуаров. Перечень рассматриваемых вопросов (разделов ВКР): Введение. Актуальность темы и современное состояние проблемы. 1 Анализ конструкций резервуаров 1.2 Классификация резервуаров 1.3 Горизонталь- ные резервуары. 2 Анализ методов проектирования горизонтальных резервуаров. 2.1 Требования к проектированию 2.2 Изготовление конструкций резервуаров. 3 Проектирование и расчет резервуара. 3.1 Техническое задание на резервуар. 3.2 Расчет и оптимизация конструкции резервуара. Перечень графического и иллюстративного материала: Чертёж общего вида горизонтального резервуара., сборочный чертеж сепаратора, презентация. Руководитель ВКР ____________ В. Б. Ясинский Задание принял к исполнению ____________ В.В. Котельников «___» ___________ 2016 г. 4 РЕФЕРАТ Выпускная квалификационная работа по теме «Разработка инженерной методики оптимального проектирования горизонтальных резервуаров» со- держит 66 страниц текстового документа, 9 рисунков, 6 таблиц, 30 использо- ванных источников, 2 листа графического материала. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ, МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВА- НИЯ, ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ, РАСЧЕТНЫЕ ТРЕБОВА- НИЯ, ОПТИМАЛЬНАЯ МЕТОДИКА Цель выпускной квалификационной работы: Разработка метода опти- мизации горизонтальных резервуаров, с учетом конструктивных параметров - толщина стенки, длина сварных швов по критерию минимальной стоимо- сти. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: -анализ методик проектирования резервуаров -анализ конструкций резервуаров -анализ требований к проектированию -анализ методов проектирования -разработка метода оптимизации конструкции горизонтального резер- вуара -проведение расчета конструктивных параметров горизонтального резервуара. 5 Содержание Введение…………………………………………………………………………6 1 Анализ конструкций резервуаров……………………………………….....8 1.1 Классификация резервуаров …………………………………………...8 1.2 Горизонтальные резервуары ………………………………………….18 1.2.1 Основные типы и параметры…………………………………… 18 1.2.2 Корпуса резервуаров……………………………………………...........19 1.2.3 Конструктивные решения днищ резервуаров……………………20 1.2.4 Межкамерные перегородки…………………………………………...20 1.2.5 Оборудование резервуаров……………………………………............21 2 Анализ методов проектирования горизонтальных резервуаров ………..22 2.1 Требования к проектированию…………………………………………….22 2.1.1 Основные требования……………………………………………………22 2.1.2 Расчетные требования ………………………………………………..…23 2.1.3 Требования к выбору стали…………………………………………….24 2.1.4 Требования к сварочным материалам ……………………………..26 2.2 Изготовление конструкций резервуаров……………………………….26 2.2.1 Общие требования……………………………………………………...26 2.2.2 Сварка конструкций…………………….……………………………...27 2.2.3 Сварные соединения и швы…………………………………….……..28 2.2.4 Испытания резервуаров ……………………………………………….38 3 Проектирование и расчет резервуара…………………………………….50 3.1 Техническое задание на резервуар……………………………………..50 3.2 Расчет и оптимизация конструкции резервуара………………………51 Заключение …………………………………………………………………..63 Список использованных источников……………………………………64 6 Введение Современная стратегия экономическойреформы и перехода к рыноч- ным отношениям ставит перед машиностроением задачу эффективного ис- пользования основных фондов, изготовления оборудования с наименьшими затратами. Появляется конкуренция на рынке сбыта, что заставляет пред- приятия искать новые сферы производства,определяет новый этап в разви- тии машиностроения, связанный с настоятельной необходимостью быстрого совершенствования технических характеристик изделий, повышения их ка- чества. Одним из важнейших типов оборудования, широко распространен- ным в химической, нефтехимической, пищевой и ряду других отраслей про- мышленности является емкостная аппаратура горизонтального типа резер- вуары сборники, химические реакторы, газгольдеры и т д. Такое оборудова- ние предназначено для хранения, переработки и транспортировки химиче- ских, пищевых и других жидких продуктов под достаточно высоким избы- точным давлением [1]. Удовлетворение потребностей народного хозяйства в емкостной аппа- ратуре при непрерывном повышении качества изделий может быть обеспе- чено на основе выполнения ряда мероприятии по исследованию, разработке и освоению новых конструкций. Одним из факторов, определяющих реализа- цию условий успешного решения этих задач при обеспечении работоспособ- ности и надежности оборудования, является разработка и внедрение новых прогрессивных методов и алгоритмов расчета на прочность и оптимальное проектирование. Сложность конструктивных форм, специфические условия эксплуатации предъявляют к расчетам аппаратуры своеобразные и повышен- ные требования. Необходимость обеспечения работоспособности и надежно- сти изделий определяет актуальность проблемы расчетной оценки несущей способности элементов оборудования, работающего в сложных условиях эксплуатации [2]. 7 При проектировании аппаратуры основной задачей является выбор конструктивных параметров изделий, обеспечивающих их высокую эффективность (минимальную материалоемкость, достаточный запас прочности и жесткости, низкую себестоимость и т.д.). Разработка любого изделия представляет собой циклический итерационный процесс, при котором конструктор рассматривает ряд вариантов изделия, сравнивает их по выбранным критериям эффективности, выполняет оценочные расчеты. При разработке достаточно сложных изделий на практике обычно рассматривают не более 2-3 вариантов конструкции ввиду ограничений по времени при выполнении трудоемких расчетов. Наиболее трудоемкими являются расчеты, связанные с оценкой работоспособности конструкций. Выполняя расчеты на прочность, в большинстве случаев используются упрощенные расчетные схемы. Так при расчете на прочность горизонтальных цилиндрических сосу- дов и аппаратов в практике проектирования часто используют балочную ма- тематическую модель, в которой не учитывают реальную геометрию конст- рукции, не осесимметричный характер ее нагружения и ряд других факторов. Большой практический опыт разработки изделий этого типа позволяет созда- вать работоспособные конструкции, однако вопрос о возможности повыше- ния их эффективности остается открытым. Ввиду отсутствия точных и дос- тупных широкому кругу пользователей методов расчета на прочность гори- зонтальных резервуаров конструктор вынужден назначать завышенные ко- эффициенты запаса прочности, что приводит к увеличению металлоемкости конструкции, перерасходу дефицитных материалов, повышенным энергети- ческим затратам. Поэтому наряду с проблемой обоснования несущей способ- ности и ресурса оборудования особое значение приобретают вопросы, свя- занные с постановкой и решением задач оптимального проектирования на основе применения уточненных методов расчета на прочность для система- тического исследования характерных особенностей работы конструкций [3]. 8 1. Анализ конструкций резервуаров 1.1 Классификация резервуаров Резервуар(лат. resvo - сберегаю) - емкость для приема, хранения, учета, обработки и отпуска различного рода жидкостей - воды, нефти, нефтепро- дуктов, щелочей, кислот, сжиженных газов и т.д. Различные условия эксплуатации резервуаров, зависящие от района размещения, а также индивидуальные требования к объему обрабатываемого и хранимого продукта приводят к необходимости проектирования и изготов- ления резервуаров из различных материалов и с различными геометрически- ми и конструктивными параметрамих [4]. Резервуары классифицируются по: - назначению; - основному используемому материалу; - генеральному конструктивному решению; - расположению; - группам; - типам; - видам; - режиму эксплуатации; - степени опасности и т.д. Классификация «по назначению» строится на основании вида хранимо- го продукта. Согласно данной классификации выделяют следующие группы резер- вуаров: - водяные; - нефтяные; - для сжиженных газов; - для химических продуктов и др. 9 Внутри данных групп также существует деление на подгруппы. В группе нефтяных резервуаров выделяют следующие подгруппы: - для нефти и светлых нефтепродуктов (лвж); - для темных нефтепродуктов (мазут, битум, масла); - для нефтесодержащих жидкостей (отходы нефтепеработки, нефтеш- ламы, подтоварная вода и др.). Классификация по основному, используемому для изготовления материалу включает в себя следующие резервуары: - металлические; - неметаллические (резинотканевые, стеклопластиковые, железобетон- ные и др.); - подземные емкости глубокого заложения. Резервуары последней группы создаются по специальной технологии и располагаются в солевых отложениях, пластах крупнообмоточных пород и в тугопластичных пластах [5]. По генеральному конструктивному решению выделяют следующие типы резервуаров: - цилиндрические; - прямоугольные и многоугольные; - шаровые; - сложных конструктивных форм - каплевидные, таровидные и т.д. Резервуары последней группы изготавливались в очень малых количе- ствах для проведения экспериментальных исследований и практического применения не нашли. По расположению относительно планировочной высотной отметки резервуарного парка различают: - надземные резервуары, днище которых расположено выше планиро- вочной высотной отметки; - наземные резервуары, днище которых находится на поверхности ес- тественного основания; 10 - подземные резервуары-емкости, удовлетворяющие следующему усло- вию: разница между максимальным уровнем хранимого продукта и планиро- вочной высотной отметкой не превышает 0,2 м; - существуют даже подводные резервуары. Изготавливаются они из стали или железобетона и могут быть как подвижными так и стационарными. Следует выделить еще одну группу - полуподземные (полузаглублен- ные) резервуары. Днище емкостей данной группы располагается ниже вы- сотной отметки, при этом расстояние между максимальным уровнем жидко- сти и уровнем высотной отметки находится на расстоянии меньшем 0,2 м. Изготавливаются в виде цилиндрических горизонтальных резервуаров из стали либо железобетона [6]. Характеристика резервуаров по технологическому режиму эксплуата- ции строится на анализе таких параметров, как рабочее давление (избыточ- ное и вакуума), рабочий температурный режим, и оперативное использова- ние. Выделяют следующие группы резервуаров по оперативному использо- ванию: - резервуары длительного хранения; - емкости для смешения; - емкости для непрерывного выполнения технологических операций и др. По величине рабочего избыточного давления выделяют следующие ти- пы резервуаров: - атмосферные, где избыточное давление равно нулю; - низкого давления, где рабочее давление не превышает 2Кпа; -повышенного избыточного давления, где рабочее давление лежит в пределах от 2 до 7 Кпа; - высокого избыточного давления, где рабочее избыточное давление больше 7 Кпа; 11 Значение рабочего вакуумметрического давления лежит в пределах от 0,2 до 2,5 Кпа и зависит от вида хранимого продукта и конструкции резер- вуара. По температурному режиму хранения и эксплуатации резервуары под- разделяют на: - используемые при температуре окружающего воздуха; - эксплуатируемые с дополнительным подогревом хранимого продукта. Данный вид резервуаров используется в основном для высоковязких нефте- продуктов; - изотермические резервуары, используемые для хранения продукта при отрицательных температурах. В первую очередь это различные сжижен- ные газы (метан, пропан, этан и др.) В зависимости от объема хранимого продукта резервуары делятся на 4 класса опасности: - 1 класс опасности - резервуары объемом свыше 50 000м3; - 2 класс опасности - это емкости объемом от 20000 м3 до 50 000м 3, а также объемом 10000 м3 до 50 000м3, если они расположены по берегам крупных водоемов и рек, либо в черте городе; - 3 класс опасности - резервуары объемом от 1000 м3 до 20 000м 3; - 4 класс опасности - резервуары менее 1000 м3. Класс опасности оказывает значительное влияние на проектирование, изготовление и монтаж резервуаров. Расчет прочности стенки резервуара при выборе коэффициентов надежности, требования к методам изготовления и монтажа, методы и объем контроля качества материалов, сварных соедине- ний и монтажа всецело зависят от класса опасности данного резервуара [7]. Резервуары для хранения и обработки нефти и нефтепродуктов, поми- мо прочего, относят к 1 повышенному уровню ответственности сооружений. 12 Рисунок 1 - Системная классификация причин разрушения РГС 1.2 Резервуары горизонтальные стальные Резервуар горизонтальный стальной предназначен для приема, хране- ния и выдачи продукта. По виду хранимого продукта производятся: - РГС для светлых и темных нефтепродуктов; - РГС для воды (питьевой, пожарной, технической); - РГС для масел и смазочных материалов; - РГС для спиртов; - РГС для жидких минеральных удобрений; - РГС для пищевого сырья (пищевых жидких продуктов). Горизонтальные резервуары находят широкое применение на нефтеба- зах, автозаправочных станциях (АЗС), складах ГСМ, в системах ТЭС и ко- тельных, как наиболее экономически и технологически эффективный вид то- пливного хранилища. Эффективность данного вида резервуаров обеспечена, 13 в первую очередь, разнообразием их объемов и конфигураций, адаптируемых под специфику предприятия [8]. Классификация резервуаров Горизонтальные резервуары классифицируются по нескольким основ- ным параметрам: По количеству стенок: - одностенные РГС; - двустенные РГС. Двустенное исполнение позволяет сохранить продукт в случае протекания одной из стенок. Иногда между стенками заливают тосол для контроля изменения межстенного давления. По размещению относительно поверхности территории горизон- тальные стальные резервуары бывают двух типов: - РГСн - наземного исполнения; Также в отдельных случаях резервуары вкапывают в грунт час- тично, либо размещают его над уровнем поверхности территории, но создают над ним искусственный холм [9]. При необходимости защиты от замерзания среды в резервуаре устанавливается нагревательное оборудование: пароводяной либо электриче- ский подогрев кабелем. Для сохранения температурного режима устанавли- вается термоизолирующая рубашка (теплоизоляция). Элементы конструкции Основными элементами горизонтальных резервуаров являются: - опорная часть; - стенка корпуса и узлы жесткости; - торцевые части корпуса (днища); - горловина (в случае подземного исполнения); - навесное оборудование. 14 Опорная часть исполняется в нескольких вариантах: - стальные опоры (опорные стойки); - опоры седловидные из железобетона; - основания из уплотненного песка с гидрофобным слоем. Корпус РГС состоит из цилиндрической и торцевых частей. Цилиндри- ческую часть корпуса также принято называть стенкой, а торцевые части - днищами. Цилиндрическая часть корпуса или стенка РГС состоит из определен- ного проектом количества обечаек, которые выполняются из металлопроката и в диаметре достигают 3,25 м. Толщины металлопроката определяют расче- тами на устойчивость и прочность. Обечайки свариваются встык (монтажный шов при этом может быть выполнен внахлёст). Корпус РГС часто комплекту- ется кольцами жесткости [10]. Днища РГС бывают трёх видов: - плоские днища (безреберные или ребристые) - применяются в резер- вуарах с избыточным давлением до 40 кПа; - конические днища - применяются в резервуарах с избыточным давле- нием от 40 кПа до 70 кПа; - эллиптические - применяются в резервуарах с высоким избыточным давлением (более 70 кПа). Резервуары обычно снабжают заземлением, лестницами, люками- лазами, оборудованием приёма-раздачи, вентиляции и КИПиА. По необхо- димости резервуар РГС оборудуется устройствами подогрева. Также резер- вуары горизонтальные подвергаются антикоррозийной защите и теплоизоля- ции. Резервуары горизонтальные стальные РГС исполняются из стали Ст3, легированной стали 09Г2С или нержавеющей стали, например, для хранения пищевых продуктов или химических сред. Варианты исполнения резервуаров согласно ГОСТ 17032-2010 «Резервуары стальные горизонтальные для неф- тепродуктов»представлены в таблице 1 – вариант 1, в таблице 2 – вариант 2. 15 Таблица 1 – вариант 1 исполнения РГС Наименование Длина (мм) Внутр. диам. (мм) РГС - 3 м3 2150 1400 РГС - 5 м3 2150 2000 РГС - 10 м3 2600 2000 РГС - 15 м3 4600 2190 РГС - 20 м3 6010 2190 РГС - 25 м3 4300 2800 РГС - 50 м3 8800 2800 РГС - 60 м3 11000 2780 РГС - 75 м3 9300 3200 РГС - 100 м3 12350 3200 Таблица 2 – вариант 2 исполнения РГС Объём (литры) Параметры резервуара (могут меняться зависимо от заказа) Диаметр внеш- ний (мм) Длинна (мм) Толщина сте- нок (мм) 5 000 1500 3000 4 6 000 1900 2720 4 10 000 1900 4000 5 15 000 1900 5775 5 20 000 2500 4700 5 25 000 2500 5668 5 30 000 2500 6700 5 35 000 2500 7750 6 40 000 2500 8755 6 50 000 2500 10880 6 60 000 2500 12885 6 75 000 2500 15950 6 85 000 3000 12200 6 100 000 3000 14500 6 16 - Резервуары горизонтальные стальные двухстенные подземного ис- полнения для хранения нефтепродуктов, применяются при строительстве блочных и традиционных АЗС. - Резервуары горизонтальные стальные одностенные подземного ис- полнения для сбора аварийного пролива нефтепродуктов, дренажных стоков, а так же для эксплуатации на химическом производстве. - Резервуары горизонтальные стальные двухстенные надземного ис- полнения для хранения нефтепродуктов, применяются при строительстве контейнерных, модульных автозаправочных станций, складах ГСМ на терри- тории населенных пунктов. - Резервуары горизонтальные стальные одностенные надземного ис- полнения для хранения нефтепродуктов (рисунок 2) применяются при строи- тельстве модульных АЗС, нефтебазах и складах нефтепродуктов, эксплуата- ция которых осуществляется за пределами населенных пунктов. Так же дан- ный вид резервуаров можно использовать в других различных областях на- родного хозяйства [11]. 17 Рисунок 2 – Горизонтальный резервуар А - Люк уровнемера; Б - Зачистная труба; В - Люк замерный; Г - Патрубок приема |