Выбор рациональных параметров понтонов из вспененных полимеров для стальных вертикальных резервуаров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.13, кандидат технических наук Лукьянова, Ирина Эдуардовна

• Лукьянова, Ирина Эдуардовна
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лукьянова, Ирина Эдуардовна

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ПЛАВАЮЩИХ ПОКРЫТИЙ РЕЗЕРВУАРОВ.

1.1. Металлические понтоны.

1.2. Понтоны из синтетических материалов.

1.3 Методы расчета понтонов из армированных полимеров.

1.4. Классификация понтонов, используемых в резервуарах со стационарными крышами.

Выводы по разделу 1.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОНТОНОВ.

2.1. Применение численных методов для расчета понтонов на прочность.

2.2. Влияние конструктивных параметров опоры понтона на его прочность.

2.3. Плавучесть, остойчивость и непотопляемость плавающих покрытий в форме сплошного диска.

2.4. Расчет прочности понтонов из синтетических и армированных материалов на опоре в форме многолучевой звезды.

Выводы по разделу 2.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОНТОНОВ ИЗ ППУ.

3.1. Оценка правильности математической модели армированного понтона из вспененных полимеров.

3.2. Определение коэффициентов поперечных деформаций ППУ-308.

3.2.1. Методика проведения эксперимента.

3.2.2. Обработка результатов эксперимента и их обсуждение.

3.3. Исследования напряженно-деформированного состояния пенополиуретанового понтона под нагрузкой.

Выводы по разделу 3.

4. ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОНТОНОВ.

4.1. Расчет прочности внутреннего плавающего покрытия из полимерных вспененных материалов при воздействии на него нагрузок от уплотняющего затвора.

4.2. Выбор оптимальной конструкции плавающего покрытия из полимерных композитных материалов.

Выводы по разделу 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Выбор рациональных параметров понтонов из вспененных полимеров для стальных вертикальных резервуаров»

Актуальность проблемы. В нашей стране, как и во всем мире, существует необходимость хранения нефти и продуктов нефтепереработки, что обусловлено неравномерностью их потребления, сезонностью водного транспорта для большинства районов страны, неравномерностью работы других видов транспорта, возможными срывами работы смежных предприятий и прочими причинами. Чем большее количество нефтепродуктов нужно хранить, тем больше потери их от испарения [82].

Борьба с потерями нефти и нефтепродуктов при их хранении обязательна и предусматривается требованиями ГОСТ 1510-84 и закона "Об охране атмосферного воздуха". Одним из эффективных методов борьбы с потерями от испарения является использование конструкций резервуаров с плавающими крышами, с понтонами, с плавающими экранами, при хранении в контакте с рассолом в подземных соляных куполах. Стальные резервуары в общем объеме хранилищ составляют более 80% [8], а доля потерь от испарения достигает 75% [35]. Анализ показывает, что наиболее эффективный способ устранения потерь от испарения в стальных вертикальных резервуарах - использование понтонов и плавающих крыш [98].

Первые исследования по созданию резервуаров с внутренними плавающими покрытиями были начаты в 50-х годах под руководством H.H. Константинова. Большой вклад в развитие использования плавающих покрытий внесли отечественные ученые и специалисты Ф.Ф. Абузова, И.С. Бронштейн, В.А. Бунчук, С.И. Веревкин, В.Ф. Евтихин, С.Г. Едигаров, М.Г. Каравайченко, Н.М. Фатхиев и другие, а также зарубежные ученые: И. Виггинс, А. Нельсон и др.

Повышением доли резервуаров с плавающими крышами или понтонами в отечественном резервуарном парке до уровня ведущих зарубежных стран потери углеводородов от испарения можно снизить на 90-95% [81].

Эффективность понтонов как средства сокращения потерь достигает 90%. При одинаковой степени герметичности затвора и при одинаковом температурном режиме и испаряемости нефтепродукта, в резервуаре с понтоном потери от испарения меньше, чем в резервуаре с плавающей крышей [85].

Надежность резервуаров с понтонами зависит от многих факторов. Важное значение имеет совершенствование конструкции понтона. Из приводимых в литературе технических показателей резервуаров типа РВС с металлическим понтонами [68] видно, что расход металла в указанных конструкциях заметно возрастает. Так, для резервуара вместимостью 5000м3 расход металла увеличивается на 22%. Поэтому рекомендуется использовать облегченные конструкции понтонов путем применения неметаллических материалов.

В настоящее время имеется тенденция к увеличению использования понтонов из неметаллических материалов в резервуарах типа РВС. В качестве материалов для изготовления понтонов используются резино-тканевые материалы, полиэтилен высокой плотности, полиамидная пленка и пенополиуретан (ППУ). Как показала отечественная и зарубежная практика промышленного производства и эксплуатации понтонов из ППУ, этот материал обладает удачным сочетанием механических, технологических и других свойств [52]. Из эксплуатационных характеристик понтонов из ППУ, по сравнению с понтонами из других неметаллических материалов, можно выделить простоту обслуживания и ремонта, достаточно надежную герметизацию [33]. Однако опыт применения понтонов из неметаллических материалов, в том числе из ППУ, в основном ограничивается резервуарами вместимости не более 5000 м3. Применение понтонов из ППУ для резервуаров большего объема ограничивается отсутствием методов их расчета на прочность, плавучесть и остойчивость. Рассмотрению различных аспектов прочности пластин при их использовании посвящено множество работ, как и исследованиям армированных полимеров и пластмасс, но не встречен случай тонких упругих пластин из армированных вспененных полимеров с граничными условиями, соответствующими возникающим при эксплуатации пенополиуретановых понтонов.

Целью работы является разработка методов расчета и оптимизации конструктивных параметров понтонов из армированных сеткой ячеистых полимеров для стальных вертикальных цилиндрических резервуаров.

Основные задачи исследований:

1. Классификация понтонов для резервуаров, позволяющая систематизировать многообразие их конструкций с учетом характеристик плавучести, остойчивости, непотопляемости. Исследование влияния конструктивных параметров понтонов на указанные характеристики.

2. Построение и изучение математической модели, позволяющей оценить напряженно-деформированное состояние понтона из армированного вспененного полимера.

3. Изучение влияния физико-механических свойств вспененного полимера, величин толщины, жесткости понтона на его напряженно-деформированное состояние.

4. Разработка комплекса программ, позволяющего проверить работоспособность конструкции понтона из армированного вспененного полимера и оптимизировать конструктивные параметры понтона при проектировании.

В диссертации получены следующие новые результаты:

1. На основании анализа теории и практики применения различных типов понтонов для резервуаров предложена классификация понтонов на основе оценки параметров остойчивости, плавучести, непотопляемости.

2. Построена математическая модель синтетического армированного сеткой понтона при расчете его на прочность.

3. На базе теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния пенополиуретановых понтонов получены формулы для определения напряженно-деформированного состояния понтонов из ячеистых армированных сеткой полимеров как тонких упругих пластин из монотропного материала.

4. Экспериментально установлены значения коэффициентов поперечных деформаций пенополиуретана, используемого в конструкции понтонов.

5. Разработан комплекс программ и рекомендации по выбору конструктивных параметров понтонов из вспененных полимеров.

На защиту выносятся оценка параметров расчетов остойчивости, непотопляемости, плавучести; построение математической модели синтетического понтона при расчете его на прочность; разработка программного обеспечения для расчета конструкций понтонов; исследование напряженно-деформированного состояния понтонов на плаву и опорной конструкции.

Теоретическая и практическая ценность работы. В работе предложены формулы для расчета прогибов, величин изгибающих моментов в радиальном и в тангенциальном направлении, крутящих моментов, возникающих в тонких монотропных пластинках в виде сектора при граничных условиях, соответствующих свободному опиранию, а также сектора, свободно опирающегося на прямолинейных краях и свободного на дуговом краю.

Научные результаты, полученные в работе, нашли применение при разработке конструкций плавающих покрытий, внедренных в АО УНПЗ, ОАО НУНПЗ.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях:

1) 46 научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 1995);

2) Всероссийская научно-техническая конференция "Проблемы нефтегазового комплекса России" (Уфа, 1995);

3) 47 научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 1996);

4) 48 научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 1997);

5) научный семинар "Проблемы гидродинамики, надежности и прочности в современном трубопроводном транспорте" (Уфа, 1997);

6) 49 научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 1998);

7) Международный Конгресс "Защита-98" (Москва, 1998).

8) Третья Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности"(С.-Петербург, 1998).

9) Международная конференция "Проблемы нефтегазового комплекса России" (Уфа, 1998).

10) Новоселовские чтения (Уфа, 1998).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 научных работ.

Введение содержит обоснование актуальности избранной темы, общую характеристику диссертационной работы, приведены научная новизна, практическая ценность, апробация работы, основные положения, выносимые на защиту, сформулированы цель и основные задачи проведенных исследований.