Приложение F. Проектирование резервуаров с малым внутренним давлением

1. Объем

1.1 Максимальное внутреннее давление для резервуаров с закрытой крышей согласно стандарта API 650 может быть увеличено до максимально допустимого значения внутреннего давления при соблюдении дополнительных требований настоящего приложения. Настоящее приложение применяется к хранилищам неохлаждаемых жидкостей (см. также стандарт API 620, Приложения «Q» и «R»). Для температур свыше 200°F, см. Приложение М.

1.2 Если внутреннее давление, умноженное на площадь поперечного сечения номинального диаметра резервуара не превышает номинальный вес металла оболочки, крыши и других элементов каркаса, опирающихся на оболочку или крышу, см. требования к проектированию, изложенные в пп. 2-6. Устойчивость к опрокидыванию согласно сейсмических условий должна быть определена независимо от взвешивающего внутреннего противодавления. Сейсмическое проектирование должно соответствовать требованиям Приложения Е.

Значения внутреннего давления, превышающие вес оболочки, крыши и каркаса, но не превышающее эталонного давления 2% фунта на квадратный дюйм, где оболочка закреплена за анкер, такой как кольцевая бетонная стена, приведены в п.7.

1.3 Резервуары, спроектированные в соответствии с настоящим приложением, должны отвечать всем применяемым правилам настоящего стандарта, за исключением правил, заменяемых требованиями п.7.

1.4 На паспортной табличке резервуара (см. Рис. 8-1) должно быть указано, был ли резервуар спроектирован в соответствии с п. 1.2 или п.

1.5 С помощью рисунка Р-1 определяется применимость различных разделав настоящего приложения.

2. Вентиляционные каналы

2.1 Эксплуатационные режимы

Вентиляционные каналы должны иметь размеры и быть установлены так, чтобы при их номинальной пропускной способности внутреннее давление при любых нормальных эксплуатационных режимах не превышало ни внутреннее проектное давление, Р, ни максимальное проектное давление Р_max (см. п.4 и примечание к п.6).

2.2 Аварийные режимы

1. Если конструкция компрессионного кольца отвечает, но не выходит за рамки минимальных требований подпункта «е» п.п. 3.1.5.9, 3.10.2 и 3 10.4, характеристика хрупкости кольца сохраняется и дополнительных вентиляционных устройств для аварийных режимов не требуется.

2. Если размер сварного шва превышает 3/16 дюйма, если угол уклона крыши превышает 2 дюйма на 12 дюймов, если площадь поперечного сечения стыка крыши и оболочки. Л, превышает значение, рассчитанное в п. 3.10.2.5.3 или, если угловой сварной шов задан с обеих сторон, вентиляционные устройства для аварийных режимов в соответствии со стандартом API 2000 должны предусматриваться покупателем. Изготовитель должен предусмотреть в резервуаре необходимые соединительные патрубки для таких устройств.

3. Элементы крыши

Элементы стыка крыши и оболочки должны соответствовать Рис.2, на котором общая площадь, противостоящая сжимающей силе, заштрихована диагональными линиями.

4. Максимальное проектное давление и процедура испытаний

4.1 Проектное давление Р, для резервуара, который был изготовлен или который находится в стадии детального проектирования, может быть рассчитано по следующему уравнению (лри условии соблюдения ограничений Р_max в п.4.2):

Р = [(30800)(A)(tanθ)] / D²+8t_h

Где:

Р = внутреннее проектное давление, в дюймах водяного столба

А = площадь, противостоящая сжимающей силе, как показано на Рис. 2,в квадратных дюймах

θ- угол между крышей и горизонтальной поверхностью на стыке крыши и оболочки, в градусах

tan θ — уклон крыши, выраженный в десятичном значении

D = диаметр резервуара, в футах

t_h — номинальная толщина крыши, в дюймах

4.2 Максимальное проектное давление, ограниченное гидростатическим противодавлением в основании оболочки не должно превышать значение, рассчитанное по следующему уравнению, за исключением случаев дальнейших ограничений согласно п. 4.3:

P_max = 0,245W/D² + 8t_h + 0,735M/D³

Где:

Р_max — максимальное проектное давление, в дюймах водяного столба

W = общая масса оболочки и других элементов каркаса (но не листы крыши), опирающихся на оболочку или крышу, в фунтах

М = ветровой момент, в футах на фунты

4.3 Для больших резервуаров, которые имеют минимальный верхний угол и крышу с маленьким уклоном, значение регулировки вентиляционных устройств должно быть меньше значения Р_max (см. примечание к п.6)

4.4 По завершении строительства резервуара он должен быть заполнен водой до верхнего угла или до проектного уровня жидкости. Закрытое пространство над уровнем воды должно в течение 15 минут находиться под давлением воздуха со значением внутреннего проектного давления. Затем давление воздуха должно быть уменьшено на половину от проектного давления и все сварные соединения, расположенные выше уровня жидкости должны быть проверены на течь с помощью мыльной пленки, льняного масла или другого пригодного материала. Вентиляционные устройства резервуара должны быть проверены в процессе настоящих испытаний или после них.

5. Необходимая площадь сжатой зоны на стыке крыши и оболочки

Если максимальное проектное давление было уже рассчитано (не выше допустимого значения согласно п. 4.2 или п, 4.3), то общая необходимая площадь сжатой зоны на стыке крыши и оболочки может быть рассчитана по следующему уравнению:

А = D² (P — 8t_h) / 30800 (tan θ)

Где:

А = общая необходимая площадь сжатой зоны на стыке крыши и оболочки, в квадратных дюймах

А основывается на номинальной толщине материала минус допуск на коррозию.

Для крыш несущей конструкции площадь сжатой зоны не должна быть меньше, чем площадь поперечного сечения, рассчитанная в п.п. 3.10.5 и 3.10.6,

6. Расчетное разрушающее давление

Есть вероятность возникновения разрушения в резервуарах, отвечающих критериям п.3.10.2.5.1. если нагрузка в зоне компрессионного кольца достигнет предельного значения. На основании этого, примерная формула давления, при котором появляется вероятность разрушения верхнего компрессионного кольца, может быть выражена с точки зрения максимально допустимого проектного давления, указанного в п. 4.1, согласно нижеследующему:

P_f= 1.6P-4.8t_h

Где:

P_f= расчетное разрушающее давление, в дюймах водяного столба

Примечание: Эта формула основывается на разрушении, возникающем при критической нагрузке 32,000 фунтов на квадратный дюйм. Опыт фактических разрушений показывает, что потеря устойчивости стыка крыши и оболочки локализуется и вероятно происходит, когда в зоне компрессионного кольца превышается предел текучести материала. Избыточное давление в резервуаре с крышей с пологими скатами обычно приводит к разрушению хрупкого соединения стыка крыши и оболочки. Результатом применения данной формулы к большим резервуарам, имеющим минимальный верхний угол и крышу с пологим скатом будет значение расчетного разрушающего давления, которое будет не намного превышать максимальное проектное давление. В таким необычных случаях настройка вентиляционных клапанов должны быть задана таким образом, чтобы они, в зависимости от характеристик, обеспечивали безопасный запас между максимальным рабочим давлением и расчетным разрушающим давлением. Предлагаемым ограничением является значение Р_max не превышающее 0.8 Р_f.

7. Закрепленные резервуары с проектным давлением до 2,5 фунтов на кв.дюйм

1. При расчете толщины оболочки резервуаров по Приложению F, которые должны быть закреплены за противовес с целью сопротивления гидростатическому противодавлению, возникающему в результате внутреннего давления, И должно быть увеличено значением R/(12G) — где Н расчетная высота жидкости (в футах), Р- расчетное давление (в дюймах водяного столба), a G — расчетный удельный вес.
2. Необходимая компрессионная зона стыка крыши и оболочки несущей конической крыши должна быть рассчитана согласно п. 5.1, а дополнительная компрессионная зона на стыке должна определяться согласно Рис. 2, Объем необходимой и дополнительной компрессионных зон куполообразных и несущих конических крыш должен рассчитываться в соответствии с п.3.12.4 стандарта API 620, за исключением того, что допустимое сжимающее давления должно быть увеличено до 20,000 фунтов на квадратный дюйм.
3. Проектирование и сварка крыши и усиление и сварка смотровых отверстий и выпускных отверстий крыши должно производиться в соответствии со стандартом АРI 620. Толщина крыши несущей конструкции должна быть не менее значения, указанного в 3.10.5. или 3.10.6, в зависимости от применимости.
4. Проектирование анкерного устройства и его присоединения к резервуару должно быть предметом соглашения между производителем и покупателем и должно отвечать следующим уcловиям:

• Расчетные нагрузки должны соответствовать условиям, перечисленным в Таблице 1.
• Если существует возможность коррозии, необходимо предусмотреть дополнительную толщину анкеров и креплений. Если используются анкерные болты, их номинальный диаметр должен быть не менее 1 дюйма плюс допуск на коррозию по меньшей мере ЛА дюйма на данный диаметр.
• Все анкерные болты должны быть равномерно затянуты до плотной посадки, а все анкерные планки должны быть сварены в процессе заполнения резервуара водой для испытаний, но до того, как в зоне над водой будет создано какое-либо давление. Для предотвращения раскручивания гаек необходимо принять соответствующие меры, такие как, расклепка резьбы или установка фиксирующих гаек.
• Крепление анкерных болтов к оболочке должно осуществляться с помощью жестких фиксирующих устройств или анкерных колец достаточного размера и высоты. Процедура приемки проекта фиксаторов анкерных болтов приведена в AISI Е-1, том II, часть VII, «Фиксаторы анкерных болтов». Если приемлемо для покупателя, анкерные планки могут быть использованы при креплении к оболочке с помощью фиксирующих устройств или анкерных колец достаточного размера и высоты
• Оценка анкерных креплений к оболочке с целью обеспечения адекватного контроля над локализованными нагрузками в оболочке. Технология приемлемой оценки с использованием допустимой нагрузки согласно API 650, замененной на S_m, дана в ASME, параграф VIII, раздел 2, дополнение 4. Метод крепления и оценки должен учитывать состояния гидростатического противодавления, перечисленные в Таблице 1 и должен учитывать деформацию и вращение оболочки резервуара.

Таблица 1. Расчетные нагрузки анкерных устройств резервуаров со значениями проектного давления до 2.5 фунтов на квадратный дюйм.

^аСм. Приложение Е, требования сейсмического проектирования.

^bДля этого состояния действительный вес жидкости в нижней части резервуара не должен допускать снижения анкерной нагрузки. Давление разрушения должно рассчитываться при использовании значения толщины согласно исполнительной документации.

^cУказанный минимальный предел текучести.

5. Вес анкерного устройства, такого как кольцевая бетонная стена, должен быть спроектирован так, чтобы сопротивление гидростатическому противодавлению в нижней части оболочки являлось наибольшим из следующих:
6. Гидростатическое противодавление, составляющее 1,5 значения проектного давления пустого резервуара (минус указанный коррозионный допуск), плюс противодавление от расчетной скорости ветра на резервуар.
   • Гидростатическое противодавление, составляющее 1,25 значения испытательного давления, применяемого к пустому резервуару (при толщине согласно исполнительной документации).
   • Гидростатическое противодавление, составляющее 1,5 значения рассчитанного давления разрушения (P_f в п.6), применяемого к резервуару, заполненному расчетным количеством жидкости. Действительный вес жидкости должен быть ограничен внутренней выступающей частью кольцевой стенки (Приложение В) из оболочки резервуара. Сила трения между почвой и кольцевой стенкой может считаться как сопротивление. Если основание включено в проект кольцевой стены, фактический вес почвы также может быть включен в расчет,
7. После заполнения резервуара водой оболочка и анкерное устройство должны подвергнуться визуальному контролю на степень затяжки. Заполненный до расчетной высоты водой резервуар подвергается давлению воздуха, составляющему 1,25 значения проектного давления. Давление воздуха должно быть понижено до значения проектного давления и резервуар должен быть проверен на герметичность. В дополнение, все швы, расположенные выше уровня воды, должны быть проверены с помощью мыльной пленки или другого материала, пригодного для обнаружения утечек. После того как вода из резервуара была удалена (и резервуар находится под атмосферным давлением), анкерные устройства должны быть проверены на плотность. Расчетное давление воздуха должно затем быть использовано в резервуаре для окончательной проверки анкерного устройства.
8. Вентиляционные клапаны должны быть предоставлены покупателем в соответствии со стандартами API 2000, Изготовитель должен предоставить подходящие соединительные детали. Вентиляционные клапаны должны быть проверены в процессе и после испытаний резервуара.

Рисунок F-1. Древовидная схема принятия решения по приложению F