Теоретические основы совершенствования методов расчета стальных вертикальных резервуаров с понтонами (04.10.2010)

Автор: Лукьянова Ирина Эдуардовна

Рассмотрев идеальную систему «понтон – жидкость» без температурного воздействия и влияния окружающей среды, для определения восстанавливающего момента учли все силы (рисунок 10), действующие на накрененный на малый угол ? понтон и на успокоители в двух позициях:

наибольшая величина подъема понтона находится на месте успокоителя:

наибольшая величина подъема понтона находится между успокоителями:

Рисунок 10 – Силы, действующие на понтон с успокоителями:

векторы сил, действующих на успокоители; h – расстояние между понтоном и успокоителем; b – расстояние от оси симметрии понтона до центра успокоителя. Остальные обозначения те же, что на рисунке 1

, возникающее при наклонении понтона и представленное в виде суммы сопротивления трения RF и сопротивления формы RVP. Коэффициент вязкостного сопротивления определен по формуле:

где k – коэффициент формы.

Приближенно этот коэффициент находится с помощью эмпирической зависимости Ватанабе:

коэффициент общей полноты,

– наружный диаметр трубы успокоителя,

– его длина.

объем успокоителя.

Исследованы вопросы статической и динамической остойчивости понтонов с успокоителями. Впервые разработаны научные основы получения и применения диаграмм статической и динамической остойчивости понтонов. Показано, что динамический кренящий момент всегда более опасен, чем статический.

Мерой статической остойчивости является восстанавливающий момент, а мерой динамической остойчивости служит работа этого момента. Из (14) ясно, что искомая работа – суть площадь диаграммы статической остойчивости в указанных выше пределах. Отсюда практический метод графического определения динамического угла крена – приравнивание площадей, соответствующих работам кренящего и восстанавливающего моментов.

Проведены расчеты, показавшие эффективность применения предлагаемых устройств для увеличения остойчивости понтонов.

при расчетах остойчивости покрытий с устройствами для обеспечения остойчивости для стальных понтонов было выявлено, что эффект повышения остойчивости проявляется в меньшей степени, чем при использовании успокоителей алюминиевых понтонов, что обусловлено большей массой стальных понтонов.

Результаты экспериментов, проведенных на установке с моделью понтона, выполненной в масштабе 1/30 натуральной величины, позволили получить зависимости плеча статической остойчивости модели понтона от угла его крена. Погрешность при сравнении экспериментальных данных понтона с учетом нефтепродукта, находящегося в успокоителях и расчетных данных понтона с успокоителями составляет 15,2%, а при сравнении экспериментальных данных алюминиевого понтона без использования устройств, повышающих остойчивость, и расчетных данных алюминиевого понтона составила 14,7%.

На рисунке 11 представлена диаграмма восстанавливающего момента для РВС-5000 м3 со стальным понтоном по проекту 704-1-57 с количеством труб в успокоителе n=10. Видно, что применение успокоителей для стальных понтонов приведет к увеличению восстанавливающего момента на 18–20% в зависимости от расположения кренящего момента.

Были проведены расчеты и получены графические зависимости влияния на остойчивость понтонов количества, диаметра и длины труб устройств для обеспечения остойчивости.

Рисунок 12 – Диаграмма восстанавливающего момента для стального понтона

Проведено численное сравнение расчетных величин остойчивости при увеличении массы понтона за счет его дополнительного утяжеления и при использовании предлагаемых успокоителей. Показано, что для улучшения характеристик остойчивости применение успокоителей эффективнее увеличения массы понтона. При той же дополнительной массе восстанавливающий момент алюминиевого понтона с устройством для обеспечения остойчивости увеличивается на 9%, но материалоемкость и глубина погружения понтона увеличиваются незначительно.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

На основании выполненного анализа современного оборудования стальных вертикальных резервуаров определены наиболее актуальные направления исследований для повышения надежности эксплуатации РВС, предложена классификация понтонов с учетом влияния конструктивных параметров понтонов стальных вертикальных резервуаров на характеристики плавучести, остойчивости, непотопляемости.

Впервые, на основе теории корабля, разработана методика расчета понтона в форме диска с дополнительными элементами для расчета плавучести, остойчивости, непотопляемости понтонов с учетом их конструктивных особенностей, что позволяет определить характеристики остойчивости новых конструкций. Разработан комплекс программ для расчетов плавучести, остойчивости, непотопляемости понтонов с дополнительными устройствами, повышающими остойчивость.

На основе разработанной обобщенной математической модели понтона, описывающей напряженно-деформированное состояние понтона при установке на опорную конструкцию в форме многолучевой звезды, теоретически решена проблема определения прочности понтона из изотропного, монотропного и армированного материала, что было подтверждено экспериментально. Выполненное численное моделирование напряженно-деформированного состояния армированного пенополиуретанового понтона позволило обоснованно рекомендовать модификацию конструктивных параметров понтона.

Впервые разработана методика решения задачи о течении в резервуаре в процессе перемешивания нефти с донным осадком с использованием винтового оборудования. разработаны методы исследования напряженно-деформированного состояния стальных вертикальных резервуаров при размыве донных отложений. исследование возможностей программных продуктов на основе сеточных методов и численное моделирование напряженно-деформированного состояния стальных вертикальных резервуаров показало недостаточную прочность РВС-10000 высотой 18м при размыве уплотненных отложений и позволило обосновать модификацию конструкции РВС. Доказано, что для исключения недопустимых вибраций понтона РВС необходимо запретить работу винтовых перемешивающих устройств в резервуаре с понтоном, находящемся над днищем резервуара на расстоянии меньшем, чем 4 м. Исследована возможность и получены конкретные результаты применения программного комплекса для гидродинамических расчетов FlowVision для моделирования сейсмических воздействий на резервуары.

Результаты представленных теоретических и экспериментальных исследований явились основанием для предложенной новой конструкции металлических понтонов с устройствами, повышающими остойчивость. Разработана математическая модель понтона с успокоителями, позволившая исследовать вопросы статической и динамической остойчивости указанных понтонов. Впервые разработаны научные основы получения диаграмм статической и динамической остойчивости понтонов. Проведены расчеты, показавшие эффективность применения предлагаемых устройств для увеличения остойчивости понтонов. Показано, что для улучшения характеристик остойчивости применение успокоителей эффективнее увеличения массы понтона. В зависимости от материала понтона и места приложения кренящего момента остойчивость увеличивается как минимум на 18–20% . Для алюминиевых понтонов при той же дополнительной массе, как в случае дополнительного утяжеления, восстанавливающий момент понтона с устройством для обеспечения остойчивости увеличивается на 9%.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ИЗЛОЖЕНО

В СЛЕДУЮЩИХ ПЕЧАТНЫХ РАБОТАХ АВТОРА:

Лукьянова И.Э. Применение теории изгиба круглой пластинки для проверки прочности плавающих понтонов для резервуаров / И.Э. Лукьянова // Проблемы нефтегазового комплекса России: Материалы всероссийской научно- технической конференции. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 1995. – С.132.

Лукьянова И.Э. Использование ППУ для улучшения эксплуатационных свойств металлических понтонов / И.Э. Лукьянова, М.Г. Каравайченко // Проблемы нефтегазового комплекса России: Тезисы докладов всероссийской научно- технической конференции. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 1995. – С.133.

Лукьянова И.Э. Исследование прочности плавающих покрытий для резервуаров / И.Э. Лукьянова // Нефтепромысловое дело. – 1996. – №5. – С.25-28.

Лукьянова И.Э. Влияние на остойчивость понтонов для резервуаров их конструктивных параметров / И.Э. Лукьянова, Л.А. Бабин // Материалы 47-й межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – Уфа: Изд-во УГНТУ,1996. – С. 70.

Лукьянова И.Э. Понтоны для резервуаров со стационарной крышей / И.Э. Лукьянова // Нефть и газ: Межвузовский сборник научных статей. Вып.1. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 1997. – С. 173-174.

Зарипов Р.М. Оценка прочности плавающего понтона для резервуара / Р.М. Зарипов, И.Э. Лукьянова // Проблемы гидродинамики, надежности и прочности в современном трубопроводном транспорте: Материалы научного семинара. – Уфа: Транстэк, 1997. – С. 35-36.

Зарипов Р.М. Анализ напряженно-деформированного состояния синтетического понтона для резервуаров / Р.М. Зарипов, И.Э. Лукьянова // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – 1997. – №5. – С. 89-93.

Бабин Л.А. Повышение надежности плавающих покрытий для резервуаров / Л.А. Бабин, Р.З. Гадельшин, И.Э. Лукьянова // тезисы докладов III Международного конгресса «Защита-98». – Москва: ГАНГ, 1998. – С.4-5.

Лукьянова И.Э. Методика расчета напряженно-деформированного состояния полимерных армированных плавающих покрытий для резервуаров / И.Э. Лукьянова, Л.А. Бабин // Проблемы нефтегазового комплекса России. Транспорт и хранение нефти и газа: Материалы Международной научно-технической конференции. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 1998. – С. 91.

Гадельшин Р.З. Повышение экологической безопасности стальных вертикальных резервуаров с внутренними плавающими покрытиями / Р.З. Гадельшин, И.Э. Лукьянова // Материалы 3-ей Всероссийской научно-практической конференции c международным участием “Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности”. – С.-Пб. – 1998. – С. 494.

Лукьянова И.Э. Влияние конструктивных параметров на напряженно-деформированное состояние полимерных внутренних плавающих покрытий стальных вертикальных резервуаров / И.Э. Лукьянова // Сборник научных трудов, посвященный 50-летию Уфимского государственного нефтяного технического университета. – М.: ИРЦ Газпром. - 1998. С.33-43.


загрузка...