МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ РЕЗЕРВУАР ДЛЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 2004 года по МПК E04H7/06 E02D27/38 

Изобретение относится к области строительства, в частности к конструкциям вертикальных цилиндрических резервуаров.

Известен вертикальный цилиндрический резервуар, включающий кровлю, вертикальную стенку и плоское днище с окрайками и кольцевыми гофрами по периметру днища [1].

Недостатком указанного резервуара является возможность возникновения в вертикальной стенке и днище дополнительных больших напряжений, обусловленных неравномерной деформацией грунтового основания под резервуаром, что приводит к снижению общей эксплуатационной надежности сооружения.

Наиболее близким техническим решением является вертикальный металлический резервуар, включающий кровлю, свайный фундамент с кольцевым ростверком, плоское днище с окрайками и жестко соединенную с окрайками вертикальную стенку, анкерные устройства, закрепленные в основании, и растяжки [2].

Недостатками данного технического решения являются общая низкая прочность и устойчивость резервуара вследствие того, что в ходе его возведения нельзя добиться равномерного распределения усилий в многочисленных растяжках между анкерами и днищем, что приводит к высоким локальным напряжениям материала днища в отдельных местах сопряжения с окрайками. Кроме того, в рассматриваемом конструктивном решении возникают местные высокие напряжения в вертикальной стенке в местах крепления к ней растяжек и одновременно в результате вытягивания всей системы растяжек по длине, из-за процессов ползучести и релаксации, в ходе эксплуатации резервуара возникнет недопустимо большой прогиб днища и, как следствие, начнет неотвратимо разрушаться зона сопряжения днища с окрайками даже в случае абсолютно равномерной осадки кольцевого свайного фундамента.

Целью изобретения является повышение общей эксплуатационной надежности резервуара с максимальным уменьшением изгибающих моментов краевого эффекта и дополнительных напряжений в вертикальной стенке резервуара при эксплуатации сооружения в условиях слабых грунтов.

Поставленная цель достигается тем, что металлический резервуар для нефтепродуктов, включающий кровлю, вертикальную стенку, окрайки, кольцевой гофр, плоское днище и свайный фундамент с кольцевым ростверком, законструирован так, что днище резервуара и стволы свай выполнены полыми и с обеспечением возможности деформации, а рабочие полости в днище и в сваях заполнены несжимаемой жидкостью. Причем полости соединены между собой системой гибких несжимаемых трубопроводов, оборудованных запорными клапанами, обеспечивающими прохождение рабочей жидкости только в одном направлении - из полости днища в рабочие полости свай.

На фиг.1 представлена конструктивная схема металлического резервуара в полузагруженном состоянии;

на фиг.2 представлена конструктивная схема металлического резервуара в максимально загруженном состоянии с созданием полного преднапряжения свайных фундаментов относительно окружающего грунта.

Металлический резервуар для нефтепродуктов содержит кровлю 1, вертикальную стенку 2, окрайки 3, кольцевой гофр 4, полое днище 5, свайный фундамент 6 с кольцевым ростверком 7. При этом днище резервуара 5 и рабочие стволы свай 6 выполнены полыми и заполнены несжимаемой жидкостью 8 с обеспечением возможности деформации указанных несущих элементов в направлении сжатия у днища 5 и в направлении растяжения у сваи 6. Рабочие полости днища и свай соединены между собой гибким несжимаемым трубопроводом 9, оборудованным запорными клапанами 10, обеспечивающими прохождение рабочей жидкости от днища 5 к сваям 6.

Металлический резервуар для нефтепродуктов работает следующим образом. Резервуар на половину высоты заполняется нефтепродуктом, и в результате днище займет положение, показанное на фиг.1. После стабилизации осадки грунта под днищем рабочие полости днища и свай заполняются несжимаемой дегазированной жидкостью под давлением около 0,1-0,12 МПа, и только после этого резервуар заполняется до полного объема, что приведет к полному преднапряжению кольцевого свайного фундамента относительно окружающего слабого водонасыщенного грунта, т.к. давление на днище от гидростатического столба нефтепродуктов высотой 15 м (для типового резервуара) будет равно около 0,13 МПа.

В результате преднапряжения свай относительно окружающего грунта произойдет осушение грунта за счет миграции влаги от свай либо на поверхность грунта, либо в зону с меньшим напряженным состоянием, а также повышение всех физико-механических характеристик грунта с увеличением в несколько раз несущей способности предлагаемого кольцевого свайного фундамента по сравнению с типовым кольцевым забивным свайным фундаментом. Последнее объясняется тем, что несущая способность "висячих" свайных фундаментов на 70-80% обусловлена величиной касательных сил по боковой поверхности свай.

На практике несущая способность указанных свай зависит от площади боковой поверхности (А), интенсивности нормального напряжения (σ) или давления преднапряжения по боковой поверхности сваи, равного в данном случае 0,13 МПа, и коэффициента трения ƒ=tgϕ, что отражено в нижеприведенной формуле:

N=A·σ·tgϕ,

где ϕ - угол внутреннего трения грунта,

τ=σ·tgϕ - касательное напряжение по боковой поверхности сваи, препятствующее погружению рассматриваемой сваи в грунт.

На глубине, например, 5 м, вертикальное давление от собственного веса песчаного грунта не превышает 0,09 МПа, соответственно, горизонтальное давление на указанной глубине составляет лишь малую долю указанного вертикального давления - в зависимости от коэффициента бокового давления грунта, определяемого как функция коэффициента Пуассона песчаного грунта, в частности, коэффициент Пуассона песчаного грунта равен 0,2, а коэффициент бокового давления грунта можно определить по формуле:

В результате нормальное горизонтальное давление от собственного веса песчаного грунта, обжимающее ствол стандартной сваи, в типовых условиях будет равно

σ_x=σ_z·ξ=0,09·0,25=0,0225 МПа,

что значительно меньше, чем в предлагаемом способе искусственного повышения горизонтального давления обжатия ствола полых свай до 0,13 МПа. Указанное преднапряжение боковой поверхности сваи относительно окружающего грунта в несколько раз увеличит несущую способность всего кольцевого свайного фундамента с одновременным увеличением физико-механических характеристик слабого переувлажненного грунта за счет его обжатия и частичного осушения в результате миграции влаги в менее нагруженные области грунтового основания.

Кроме того, предложенное решение позволяет поддерживать общее напряженное состояние системы "боковая поверхность сваи - окружающий грунт" относительно постоянным, так как любое потенциальное обжатие окружающего грунта уменьшает давление в рабочем стволе сваи за счет увеличения диаметра и объема рабочей полости сваи. Одновременно за счет перепада давления в полости днища и в полости сваи запорный клапан откроется (так как в рассматриваемом случае давление в полости днища при полностью заполненном резервуаре будет всегда больше, чем в полости свай), и жидкость переместится под давлением из полости днища в полость сваи. Это приведет к выравниванию нормального бокового давления в сваях, и вся система займет первоначальное равновесное состояние.

Следует отметить, что указанный процесс протекает во времени очень медленно, поэтому никаких ощутимых абсолютных, либо неравномерных относительных деформаций у рассматриваемого резервуара происходить не будет.

После опорожнения резервуара от нефтепродуктов кольцевой свайный фундамент будет оставаться под заданным давлением преднапряжения, равным 0,13 МПа, так как запорные клапаны 10 не позволят жидкости из полости свай перейти в полость днища, что позволяет сохранять несущую способность системы неизменной.

Наличие кольцевого гофра 4 у полого днища позволяет днищу свободно деформироваться как в радиальном, так и вертикальном направлении без перенапряжения элементов сопряжения вертикальной стенки 2 с окрайками 3 и окраек с днищем 5.

Предлагаемое решение металлического резервуара для нефтепродуктов представляет собой сооружение, напряженное состояние которого автоматически поддерживается на расчетном уровне. При этом с увеличением времени эксплуатации сооружения окружающий грунт самоупрочняется и вся общая система "резервуар-грунт" переходит во все более устойчивое и надежное состояние.

Источники информации

1. Авт. св. СССР №1263787, кл. Е 04 Н 7/00. Вертикальный цилиндрический резервуар, 1982.

2. Авт. св. СССР №907199, кл. Е 04 Н 7/02. Вертикальный цилиндрический резервуар, 1982.

Изобретение относится к области строительства, в частности к конструкциям вертикальных цилиндрических резервуаров. Металлический резервуар для нефтепродуктов включает кровлю, вертикальную стенку, окрайки, кольцевой гофр, плоское днище, свайный фундамент с кольцевым ростверком. Новым является то, что днище резервуара и стволы свай выполнены полыми и с обеспечением возможности перемещений, а рабочие полости в днище и сваях заполнены несжимаемой жидкостью, причем полости соединены между собой системой гибких несжимаемых трубопроводов, оборудованных запорными клапанами, обеспечивающими прохождение рабочей жидкости только в одном направлении - из полости днища в рабочие полости сваи. Технический результат изобретения состоит в повышении общей эксплуатационной надежности резервуара с максимальным уменьшением изгибающих моментов краевого эффекта и дополнительных напряжений в вертикальной стенке резервуара при эксплуатации сооружения в условиях слабых грунтов. 2 ил.

Металлический резервуар для нефтепродуктов, включающий кровлю, вертикальную стенку, окрайки, кольцевой гофр, плоское днище, свайный фундамент с кольцевым ростверком, отличающийся тем, что днище резервуара и стволы свай выполнены полыми и с обеспечением возможности перемещений, а рабочие полости в днище и сваях заполнены несжимаемой жидкостью, причем полости соединены между собой системой гибких несжимаемых трубопроводов, оборудованных запорными клапанами, обеспечивающими прохождение рабочей жидкости только в одном направлении - из полости днища в рабочие полости сваи.