Download ppt - REZERVOARE

CONSTRUCTII SPECIALE DIN

TABLAREZERVOARE PENTRU DEPOZITATREA LICHIDELOR SAU GAZELOR SUB PRESIUNE; SILOZURI SI BUNCARE PENTRU DEPOZITARE MATERIALELOR PULVERULENTE; CONDUCTE PENTRU TRANSPORTUL GAZULUI SAU PETROLULUI; MANTAUA CUPTOARELOR DE FURNAL IN INDUSTRIA SIDERURGICA; STRUCTURI SPECIALE PENTRU INDUSTRIA PETROCHIMICA; CUPTOARE ROTATIVE PENTRU INDUSTRIA CIMENTULUI

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d5/HK_Shell_depot.JPG

REZERVOARE

ASPECTE SPECIFICE

Sunt folosite pentru depozitarea fluidelor sau gazelor la presiuni foarte joase sau foarte inalte- titei substante chimice, gaze lichefiate dar si apa. Conditiile de exploatare sunt diverse si dificile precum variatii foarte severe de temperatura, presiuni mari sau vacuum, conditii agresive de mediu , regim dinamic din actiunea vantului, seism, etc., asadar la aceste structuri se utilizeaza otelurile speciale, cu rezistente sporite si granulatie fina.

Eforturile din peretii de otel sunt de intindere prin excelenta asadar ei sunt subtiri. Perturbarea starii de mebrana in multe situatii de proiectare conduc la eforturi de compresiune sau incovoiere pura si deci implicit la situatii complexe de instabilitate.

Zonele de concentrari de tensiuni biaxiale la temperaturi foarte joase devin sensibile la rupere casanta.

Comportarea plastica poate fi acceptata insa nu insotita de solicitari dinamice care provoaca oboseala.

Otelurile utilizate precum si prinderile sudate sunt verificate cu metode foarte precise – ultrasunete pentru grosimi mai mari de 15...20 mm iar sudura cu raze X sau gama; deasemenea se testeaza impermeabilitatea de ex., cu lichide penetrante.

TIPURI DE REZERVOARE

• Rezervoarele sunt clasificate dupa urmatoarele considerente:• Forma constructiei: cilindrica verticala, cilindrica orizontala, sferica sau in forma de picatura;• Capacitate (volum): cu volum constant sau variabil;• Pozitie (amplasare): deasupra terenului, in aer sau ingropate.

REZERVOARE VERTICALE CILINDRICE

Rezervoarele cu fund plat sunt utilizate pentru depozitarea produselor petroliere; se calculeaza pentru o suprapresiune de 0.02 at si la o subpresiune de 0.0025 at.Rezervoarele cu fund curbat se utilizeaza la depozitarea lichidelor la presiune normala, ca de ex. apa; sunt dispuse la inaltime pentru asigurarea caderii libere a apei si se utilizeaza in agricultura, in mediul rural, in alte ramuri de activitate.

REZERVOARE ORIZONTALE CILINDRICE

Au capacitati mult mai reduse; se utilizeaza atat pentru produsele petroliere cat si pentru apa. Sunt realizate complet in fabrica si se transporta in santier gata montate, fiind depozitate pe teren si utilizate in agricultura in special, ca parte a sistemului de irigatie, in aviatie, la statiile de alimentare cu carburanti, etc.

REZERVOARE SFERICE SI IN FORMA DE PICATURA

Forma ideala a rezervorului in cazul depozitarii gazelor datorita presiunii interne uniforme. Sunt utilizate in industria chimica, pentru depozitarea gazelor lichefiate etc. Se proiectreza la presiuni mari, de 4…6 at.

DESTINATII SI CONCEPTII MODERNE ALE REZERVOARELOR

Metodele de etansare ale mantalei si fundului rezervoarelor moderne se bazeaza pe utilizarea unor membrane speciale (geomembrane, pe suport plastic sau textil) care impiedica scurgerea si asigura un mediu inert pentru lichidul depozitat in interior ( apa, petrol, divrse lichide sau gaze sub presiune).Izolatia higro-termica a acoperisului si a peretilor (atunci cand este cazul) este asigurata de panouri de tip sandwich de grosimi de min. 60 mm, cu dublu strat izolator de polistiren de densitate mare.La nivelul fundatiei de asigura deasemenea o izolatie termica.Metalele utilizate pentru realizarea rezervoarelor moderne sunt ( ex.):-otel inoxidabil;-aluminiu;-Otel galvanizat S355NCZ350

Rezervoare de apa: transport si montaj

Rezervor orizontal de mici dimensiuni ingropat utilizat pentru tratarea apelor uzate in zone de locuit (4…120 locuitori)

SBR sequencing batch reactor- sistem inglobat de tratare a apelor uzate incorporat rezervorului ingropat

Rezervor orizontal suprateran pentru depozitarea combustibilului lichid la presiune normala sau sub presiune


http://www.eurialtanksystem.ro/pics/prod/big/14.26-Rezervor-10.000-L.jpg


Industria petrolului

Industria gazelor

Put Put

PlatformaTratarea gazului / Uscarea gazului

Transport (retea de conducte, autocisterna)

Transport (retea de conducte, autocisterna)

Rafinarie Rezervor de stocare a gazului

Petrochimie Distributie locala / Odorizare

Statii de imbuteliere



SISTEME CONSTRUCTIVE

MODERNE

Destinatia cea mai importanta a rezervoarelor din tabla este industria chimica si petrochimica precum si industria agricola.In general acestea sunt dispuse in baterii cu volume variabile de 600…2000 cm3 , 5….10.000 m3).


REZERVOARE CILINDRICE VERTICALE

Reprezinta tipul cel mai semnificativ in proiectarea constructiilor din tabla.

Partile principale ale rezervorului sunt:

Peretii verticali de forma cilindrica (mantaua rezervorului) este cea mai importanta parte a acestuia datorita transferului direct asupra sa a actiunilor utile cat si a celor din exploatare (climatice, de temperatura, s.a.).

Solutia clasica a realizarii acestor pereti consta in dispunerea pe verticala a unor inele orizontale de diametru cilindrului (virole) si sudarea sau nituirea lor. Grosimea peretelui rezervorului creste spre fundul rezervorului datorita presiunii statice a coloanei de lichid sau alt tip de material pulverulent.

Capacul rezervorului de forme diferite: conic, hemi-sfera, plan circular. El poate fi desemenea cu capac fix sau mobil. Avand rol de acoperis, capacul rezervorului este expus la ape meteorice, zapada si vant inafara de solicitarile din interiorul rezervorului de presiune sau vacuum.

Fundul rezervorului is este alcatuit deasemenea din placi de tabla groasa de forme diferite sudate intre ele si amplasate pe o suprafata elastica ( de nisip). Fundul rezervorului este intarit de jur imprejur cu profile laminate din otel.

Alcatuirea elementelor structurale ale mantalei depind de tehnologia adoptata pentru executie insa sistemul de sudare cu cordoane de adancime sau in relief este un factor comun; sudura se executa in proportia cea mai mare in santier, cu sisteme specializate de executie si control.

Vedere de ansamblu 1 – mantaua; 2 – fundul; 3 – constructia de sustinere a

capacului; 4 – invelitoarea capacului;

5 – fundatia; 6 – gura de vizitare; 7 – racordul de ventilatie; 8 – racordul pentru luat probe; 9 – racordul echipamentului

respirator; 10 – racordul de tragere (descarcare,

golire); 11 – racordul de impingere (incarcare,

umplere); 12 – racorduri pentru intrare abur;

13 – racorduri pentru iesire condens; 14 – racordul incarcator de spuma

Fundaţidpe pat elastic cu inel de beton1 - rezervorul; 2 - stratul hidroizolator; 3 - stratul de nisip; 4 - terenul de umplutură; 5 - stratul de argilă compactă;6 - inel din beton.

REZERVOR ATMOSFERIC CU CAPAC FIX

Capacul fix este specific rezervoarelor de depozitare atmosferice de construcţie normală, care au fost prevăzute cu anumite amenajări în scopul micşorării la minim a spaţiului de gardă în condiţiile umplerii totale.

Tipuri de semiferme care servesc la susţinerea capacului, confecţionate din profile laminate: a) trapezoidală; b) triunghiulară

Capac fix pentru rezervor cilindric vertical 1. elemente de fixare la manta; 2. învelitoarea capacului; 3. semifermele; 4. pane; 5. contravânturi; 6. căpriori; 7. manta.

Capacul rezervorului si elementele de

sustinere ale invelitorii

Grinzi inelare de reazem

Caprior

Rezervorul cu capac plutitor (flotant) aisgura rezolvarea unor cerinte din exploatare, precum diminuarea efectelor vaporizarii lichidului depozitat, astfel: -asigurarea unei bune etanşeităţi între capac şi corpul rezervorului pe toată perioada încărcării şi descărcării rezervorului; -aerul ce se găseşte la nivelul pontoanelor, nefiind bun conducător de căldura, protejează lichidul din rezervor contra încălzirii, datorită razelor solare; -spaţiul liber între suprafaţa lichidului şi capacul rezervorului este mic şi constant.

Rezervorul cu capac plutitor: 1 - fundaţia rezervorului;2 - fundul rezervorului; 3 - mantaua rezervorului;4 - capacul plutitor;5 - scara de acces glisantă;6 - scara exterioară de acces

Rezervor cu capac flotant (plutitor)-vedere

Rezervoarele sferice se utilizează pentru depozitarea sub presiune a produselor petroliere cu presiuni de vapori ridicate, a anumitor lichide volatile, a gazelor comprimate, a gazelor lichefiate obţinute în rafinării. Acestea pot fi: -cu rezemare pe inel continuu; -cu rezemare pe stâlpi verticali; -cu rezemare pe stâlpi inclinaţi tangenţi la mantaua sferică.

Rezervor sferic, cu rezemare pe stâlpi verticali în zona subecuatorială

Rezervoarele de egala rezistenta (sferoidale) se mai numesc şi rezervoare în formă de picătură, deoarece forma mantalei corespunde, în general, formei unei picături aşezata pe o suprafaţă orizontală. Principalele tipuri de rezervoare sferoidale sunt: -rezervoare axial simetrice; -rezervoare torosferoidale; -rezervoare multisferoidale.

Rezervor sferoidal neted sub formă de picătură utilizat pentru depozitarea îndelungată a produselor petroliere.Dimensiunile reduse ale capacului asigura pierderi minime prin vaporizare (respiraţie).

DETERMINAREA TENSIUNILOR IN MANTA PE BAZA TEORIEI MEMBRANEI

Peretele unui rezervor este o suprafata care se obtine prin rotirea unei curbe plane in jurul

unei axe situate in acest plan.

Forma membranei este determinata de suprafata sa mediana.

Tensiunile normale de pe suprafata membranei precum si momentele incovoietoare pot fi

considerate neglijabile pentru inceput, asadar si deformatiile peretilor subtiri ai

membranei.

Expresiile echilibrului tensiunilor se scriu initial pentru starea de panza subtire

nedeformata.

Un punct de pe suprafata mebranei va fi definit de:

r1 – raza curbei meridiane;

r2 – lungimea normalei la suprafata, masurata din punctul respectiv pana la axa de rotatie;

r0 – raza cercului paralel

Sistemul de coordonate al suprafetei de rotatie: C1- centrul de rotatie a planului meridian; C2 – centrul de rotatie in plan paralel fata de axul

vertical; - unghiul de rotatie in planul meridian; - unghiul de rotatie in plan paralel


Element infinitezimal: , + d - , + d

dzr

zn

dzr

zn

t

t

t

t

2

2

1

2

2

2

1

1

dzr

zn

dzr

zn

t

t

t

t

2

2

1

2

2

2

1

1

dzzr

zm

dzzr

zm

t

t

t

t

2

2

1

2

2

2

1

1

dzzr

zm

dzzr

zm

t

t

t

t

2

2

1

2

2

2

1

1

2

2

1

2

2

2

1

1

t

tz

t

tz

dzr

zq

dzr

zq

Forte normale

Momente

Forte de forfecare

Tensiunile normale si tangentiale pe suprafata elementului infinitezimal sunt inlocuite in teoria placilor plane de forte si momente raportate la unitatea de lungime.


Tensiuni in volumul elementar a-b-c-d: a-membrana solicitata la intindere; b- panza subtire solicitata la intindere si forta taietoare;

c- momente incovoietoare si forte taietoare pe elementul de panza groasa

DETERMINAREA TENSIUNILOR

IN MANTA PE BAZA TEORIEI MEMBRANEI

PRIMUL STADIU - STADIUL DE MEMBRANA

Simplificarile relatiilor anterioare generalizate se bazeaza pe ipoteza ca elementul infinitezimal are o

forma rectangulara (placa plana) si ca termenii z/r1 si z/r2 sunt foarte mici. Aceasta conduce la

concluzia ca tensiunile si variaza linear pe grosimea peretelui.

Observatie : In anumite situatii se considera ca aceste tensiuni sunt uniforme pe grosimea peretelui,

adica sunt independente de z .

tn

tn

Conditiile de echilibru tensiunile de forfecare q si q sunt nule deci pana la urma se vor

determina trei forte din conditiile de echilibru-proiectie (X = 0;Y = 0; Z = 0): n , n si n.

tnn 0mmmm

Cele trei ecuatii de proiectie care se pot scrie sunt urmatoarele:

Zr

n

r

n

rrYrn

rnrn

rrXrnrn

rn

12

100

11

1010

1

0cos

;0cos

Tensiuni rezultante din proiectii dupa axele x, y, z de pe suprafata elementului infinitezimal de membrana


Simplificarea situatiei corespunde starii de membrana si este valabila pentru grosimi inifinitezimale, la care nu exista moment rezistent la incovoiere. Cu aceeasi perfomanta, aceste relatii pot fi aplicate in cazul indeplinirii urmatoarelor conditii:

suprafata mediana are curbura continua; forta se aplica continuu constant;grosimea membranei este constanta sau uniform variabila; actiunile exterioare sau reactiunile sunt aplicate tangent la suprafata mediana.


Incarcarea fiind simetrica dupa axa de rotatie, diferentialele (variatia) fata de unghiul sunt nule. In cazul rezervoarelor si diferentialele dupa axa x sunt nule asadar rezulta ca ecuatiile se vor simplifica astfel in vederea determinarii fortelor elementare de intindere:

Zr

n

r

n:2

0rrYrn

cosrn:1

12

100

1

Rezolvarea sistemului: I- se inlocuieste valoarea n in (1):

si: sinrr 20

II:

sin0rrYrn

cosrn:1 100

1

sincosZsinYrrsinrnd

d21

22

CdsincosZsinYrrsinr

1n 212

2

coscos 2110

0

2

rrZrrYd

rndrn

0 nnsi:

1

22 r

rnrZn

Constanta C se deduce din aplicarea conditiilor de margine. Forta n se determina direct din impunerea conditiei de echilibru scrisa pentru sectiunea orizontala

care se face prin partea inferioara a fundului curb. Componenta verticala a fortei unitare n insumata pe toata lungimea cercului paralel trebuie sa

egalizeze greutatea acestei parti:

Grn 02sin

sin2 0

r

Gn

Determinarea directa a fortei n

AL DOILEA STADIU-DE PLACA CURBA INCOVOIATA

Conditiile impuse pentru echilibru nu sunt respectate cu strictete astfel ca la marginile panzei, in zonele de rezemare apar perturbari importante ale tensiunilor de membrana. Fie ca este cazul fundului rezervorului vertical sau grinda circulara de sustinere a unui rezervor sferic, reactiunile nu mai sunt tangente la suprafata mediana, doua suprafete de panza se regasesc in contact si deci curbura nu mai este continua.

Situatiile mentionate anterior determina perturbarea starii de membrana, apar momente de incovoiere si forte de forfecare si desi ele scad la distante relativ reduse de margine influenta acestora nu poate fi neglijata.

Elementul infinitezimal de contur a-b-c-d este supus la fortele n si n insa daca grosimea acestuia este suficient de mare, vor apare atat momente de incovoiere m si m , cat si forte taietoare, qy=q.

Ecuatiile de proiectie trebuie sa fie insotite de efectul fortei taietoare asupra echilibrului de ansamblu. Astfel, ecuatiile de proiectie pe y si pe z vor prelua influenta lui q; a treia va fi o ecuatie de momente fata de tangenta la linia de paralele a sferei. Se va obtine deci:

0cos

0sin

;0cos

100

1

100

01

1000

1

rrqd

rmdrm

rrZd

rqdrnrn

rrYrqd

rndrn

PERTURBAREA STARII DE MEMBRANA

Starea de placa incovoiata si eforturile unitare corespunzatoare incovoierii

In imaginea de mai jos se pot recunoaste simplificat tensiunile din starea de membrana in peretele curb precum si proiectiile acestor tensiuni pe directiile paralelei respectiv meridianei.

In conditiile acelorasi ipoteze exprimate anterior (proiectiile tensiunilor pe normala la suprafata si observand ca tensiunile tangentiale dau proiectii nule; deasemenea, termenii de ordin II se neglijeaza) se obtine:

211

122

21 22

2sin2 dsdspdstddst n

sind d 2 2

2 2 si

dds

r 1

1

1

dds

r 2

2

2

tr

ds ds trds ds p ds dsn

2

21 2

1

11 2 1 2

1

1

2

2r r

p

tn

EVALUAREA SIMPLIFICATA A TENSIUNILOR IN PERETELE CURB

A doua relatie se obtine prin taierea unei sectiuni perpendiculare pe axul de rotatie si considerand ca tensiunile normale 2 sunt in echilibru cu greutatea partii inferioare a membranei curbe. Astfel se obtine:

2 0 2 2 r t Gsin

2

0 22

G

r t sin

EVALUAREA SIMPLIFICATA A TENSIUNILOR IN PERETELE CURB

EFECTUL DE LEGATURA DINTRE DOUA SUPRAFETE CURBE IN CONTACT

Perturbarea starii de echilibru in membrana are loc datorita impiedicarii deformatiilor in combinatie cu aparitia unor tensiuni suplimentare (din momente de incovoiere si forte taietoare).

Impunerea unei stari de echilibru implica egalarea deformatiilor la nivelul peretelui cu cele de la nivelul fundului rezervorului.

Se ia in consideratie un moment incovoietor M si o forta de forfecare T, uniform distribuite in partea inferioara a peretelui.

Peretele se considera perfect rigid pe directia radiala.

Efecte de legatura la rezervoare verticale cu fundul plat


Schema de calcul a tensiunilor pe ultima fasie inelara (in zona de perturbare)

Izoland un element de latime unitara si de inaltime dx solicitat precum in figura, proiectiile pe axa normala la suprafata ale altor solicitari vor fi:

N

r

dT

dxpx

1

1

Alungirea specifica a unei fasii inelare functie de deplasarea dupa raza w si efortul N1 este:

11

1

1 r

wtEN

tE

N

r

w

Relatia dintre moment si deformatie fiind: 22

2

2

112;

tE

Ddx

wdDM rezulta ca forta taietoare este:

4

4

2

2

;dx

wdD

dx

Md

dx

dT

dx

dMT

D

pw

rD

tE

dx

wd x

21

4

4

Solutia w are doua parti: una provenind din ecuatia omogena si cea de-a doua o solutie particulara. Derivatele de ordin I si II exprima eforturile M si N1. Pentru incastrare, x=0 si momentul se poate scrie:

trhM 13,0

La distanta x0 momentul anulandu-se: trx 10 6,0


Datorita elasticitatii materialului, si a aparitiei unor rotiri la nivelul incastrarii, momentul este mai redus :

trhM 11,0

• Fundul si peretii verticali ai rezervorului sunt obtinuti din elemente prefabricate de mari dimensiuni asamblate in uzina prin sudarea bucatilor de tabla de dimensiuni si forme diferite transportate in santier.

• O metoda foarte simpla de a transporta aceste tronsoane (fasii) in santier este de a le rula din fabrica in jurul unui pilon in vederea transportului. Pilonul se plaseaza pe verticala in centrul fundului rezervorului, iar fasiile se deruleaza una cate una si se pozitioneaza la locul lor, unindu-se apoi prin sudura.

• Ultima fasie inelara (virola) se sudeaza direct pe fundul rezervorului si in multe situatii se dispun o serie de rigidizari pe interiorul rezervorului, pentru a evita aparitia voalarii peretelui.

• Capacul rezervorului poate avea diferite forme: cupola conica, cupola sferica, forma concave sau nervurate obtinute din tronsoane de arce si inele prefabricate asamblate la fata locului. In principiu, gradul inalt de prefabricare asigura un consum mai redus de material si de manopera de asamblare la fata locului.

• Pilonul central este utilizat la rezervoarele cu diametre mari, functia sa dupa ce se asambleaza peretii verticali fiind cea de a sustine arcele radiale (capriori)


Fundul rezervor ului cu asezarea tablelor in fasii

Fundul rezervor ului cu asezarea tablelor pe

inel exterior

VERIFICARI LA REZERVOARELOR VERTICALE

Rezistenta tablei care intra in constitutia peretilor verticali ai rezervorului se verifica cu relatia:

t

p

rrn

2

2

1

1

r2= ∞

t

rh

t

ppn

111

In cazul verificarii efectelor datorate vacuumului, se poate utiliza o grosime medie a peretilor provenind de la virolele de grosimi crescatoare pornind cu partea de sus spre partea inferioara a rezervorului:

ie tn

t1

Voalarea peretilor in perioada cand rezervorul este gol din perturbarea starii de tensiune (intindere) si aparita unor tensiuni negative (de compresiune) din exercitarea presiunii capacului rezervorului, a zapezii pe capac , a vacuumului sau a efectelor din actiunea vantului. Astfel pot apare tensiuni critice longitudinale:

r

tE

r

tcr

35.22

Tensiunile critice inelare provocate de presiunea radiala in membrana se determina cu relatia:

r

t

h

tE ee

cr 55.01

Voalarea din compresiune plana se verifica cu relatia :

12

2

1

1 crcr

Masuri de impiedecare a aparitiei fenomenului de voalare:

Utilizarea unor grosimi sporite de tabla la proiectarea virolelor;Sudarea rigidizarilor pe interiorul peretilor .

Se verifica peretii la contactul cu fundul rezervorului. La legatura cu fundul, pe ultima fasiei de perete (virola) efortul pe zona unitara este:

6

1;

6,0 211 tW

t

rp

W

M

VERIFICARI LA REZERVOARELOR VERTICALE

Valorile tensiunilor si deformatiilor la baza rezervorului in cazul unei imbinari rigide intre fund si pereti

Forte radiale si momente perturbatoare

PARTICULARITATI DE PARTICULARITATI DE CALCULUL LA STĂRI LIMITĂCALCULUL LA STĂRI LIMITĂ ALE CONSTRUCTIILOR DIN TABLA ALE CONSTRUCTIILOR DIN TABLA

ACTIUNI ASUPRA REZERVOARELOR

ACTIUNI PERMANENTEGreutatea elementelor componente, structurale si nestructurale

ACTIUNI VARIABILE Actiuni utile: materialul depozitat in rezervor; supra-presiuni si vacuum Actiuni climatice:- Zapada pe capacul rezervorului- Vant - pe capac si pe pereti- Temperatura

SEISM

OBSERVATIIDistributiile de presiune a vantului pe suprafata constructiilor se adopta in calculul anvelopei si in toate cazurile in care joaca un rol esential considerarea actiunii locale a vantului .Coeficientul cn2 se considera in cazul absentei acoperisului sau in ipoteza acoperisului plutitor.Numarul Reynolds se calculeaza cu relatia:

refqd

4

Re

In care:d – diametrul constructiei (m); – coeficientul partial de siguranta;qref – presiunea dinamica de referinta;- vascozitatea cinematica a aerului (la 150C si presiune atmosferica de 760 mm col Hg, = 0,145 x 10-4 m2/s)

Coeficienti de presiune aerodinamici (conf . Euronorme) la un rezervor cu si fara bazin de retentie

Diametru bazin de retentie

Diametru rezervor

PLĂCI CURBE SUBŢIRI NERIGIDIZATEPLĂCI CURBE SUBŢIRI NERIGIDIZATE

DISTRIBUTIA PRESIUNILOR PE PERETI DIN ACTIUNI PERMANENTE SI VARIABILE

DETALII DE EXECUTIE SI MONTAJ

Fundul rezervorului: detalii constructive

Fundul rezervorului- detalii constructive

Zona comprimată a acoperișului.Inelul marginal la îmbinarea dintre manta și acoperiș

Inelul de rigidizare la vânt

REZERVOARE CILINDRICE REZERVOARE CILINDRICE CU AX ORIZONTALCU AX ORIZONTAL

REZERVOARE SFERICEREZERVOARE SFERICE

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/68/MiRO4.jpg