автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Экспериментально-теоретическое исследование новой конструкции плавающего покрытия вертикальных резервуаров

На правах рукописи

МУРТАЗИН Марат Расимович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НОВОЙ КОНСТРУКЦИИ ПЛАВАЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ

Специальность 05.23.01 -Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 2006

Работа выполнена в Саратовском государственном техническом университете

Научный руководитель-

■ доктор технических наук, профессор Денисова Алла Павловна

Официальные оппоненты

■ доктор технических наук, профессор Поповский Богдан Васильевич

1 кандидат технических наук Беляев Борис Федорович

Ведущее предприятие-

ОАО Проектный институт «Нефтеспецстройпроект» (г. Москва)

Защита состоится г. в 1100 часов на заседа-

нии диссертационного совета Д 303.015.01 при ЗАО «ЦНИИПСК им. Н.П. Мельникова» по адресу: 117997, г.Москва, ул. Архитектора Власова, 49, комн. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЗАО «ЦНИИПСК им. Н.П. Мельникова».

Просим Вас принять участие в защите и направить отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, в секретариат совета по указанному адресу. Факс: (495) 960-22-77.

Автореферат разослан 2006 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета Д 303.015.01 кандидат технических наук

Симон Н.Ю.

ДХЮСА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одно из специфических свойств нефти и нефтепродуктов - высокая испаряемость легких наиболее ценных фракций, приводящая к значительным потерям по количественным и качественным характеристикам нефтепродуктов. По статистике, величина потерь от испарения в резервуарах со стационарным покрытием составляет около 2,5-3,0% всего количества хранимого продукта.

Наиболее эффективное средство сокращения потерь от испарения -это ликвидация воздушного пространства между поверхностью нефтепродукта и крышей резервуара, то есть переход к стационарным покрытиям с понтоном и к плавающим крышам.

К 1930-м годам появились первые конструкции плавающих крыш, а в 1940-х годах плавающие крыши начали внедрять в практику резервуаро-строения в массовом порядке. В нашей стране первые исследования по созданию плавающих крыш были начаты в начале 1950-х годов под руководством H.H. Константинова.

Над созданием конструкций плавающих крыш, теоретическим их обоснованием и внедрением в производство работали многочисленные зарубежные фирмы («Чиеда» (Япония), «Карл Шпетер» (ФРГ), «Де Врис Роббе» (Нидерланды), «Байоруф» (США) и др.), научно-исследовательские институты России (ЦНИИПСК, Коксохиммонтаж, НИИСварки им. O.E. Патона, ВНИИМонтажспецстрой и др.), отечественные и зарубежные ученые (Б.В. Поповский, E.H. Лессиг, О.В. Дидковский, М.Г. Каравайченко, М.К. Сафарян, Н.П. Мельников, I. Ziolko, М. Epstein, J. Buzek).

Выбор типа резервуара в зависимости от испаряемости продукта строго регламентируется стандартами. Легкоиспаряющиеся нефтепродукты должны храниться преимущественно в резервуарах с внешним (плавающая крыша) или внутренним (понтон) плавающим покрытием.

Одной из насущных проблем в резервуаростроении является проблема создания плавающего покрытия, обладающего эксплуатационной надежностью, долговечностью, минимальной массой, невысокой трудоемкостью изготовления и монтажа.

В настоящее время запатентовано огромное количество конструктивных решений как плавающих крыш, так и понтонов. Однако некоторые из решений, обладая тем или иным недостатком - невысокой плавучестью; невысокой жесткостью настила; невозможностью обеспечения нормального водоотвода с поверхности; значительной трудоемкостью изготовления и монтажа; большой массой и т.п. - находят иногда только единичное применение в практике строительства.

В нашей стране специалистами резервуаростроения интенсивно ведутся работы по поиску новых рациональных конструктивных решений плавающих крыш и понтонов, отвечающих требпиашгтн иггттгтупгащгонной

надежности.

ГОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

I 114» '*

т

Поэтому задача создания отечественных конструкций плавающих покрытий вертикальных цилиндрических резервуаров остается актуальной и практически необходимой на современном этапе развития отечественного резервуаростроения.

Целью диссертационной работы является разработка новой конструкции плавающего покрытия поплавкового типа для вертикальных цилиндрических резервуаров, экспериментально-теоретическое обоснование его плавучести. Соподчиненной целью является разработка практических рекомендаций по конструированию, технологии изготовления и формообразованию плавающего покрытия.

На защиту выносятся:

• новые конструктивные решения плавающей крыши и понтона поплавкового типа;

• принципы формообразования и конструирования новых конструкций плавающих покрытий поплавкового типа;

• рекомендации по формообразованию, конструированию и технологии изготовления плавающего покрытия поплавкового типа;

• теоретическое обоснование новой конструкции плавающего покрытия поплавкового типа из условия плавучести.

Научную новизну диссертационной работы составляют:

• новые конструктивные решения внешних и внутренних плавающих покрытий;

• принципы формообразования и конструирования новых конструкций плавающих покрытий;

• практические рекомендации по формообразованию, конструированию и технологии изготовления плавающего покрытия;

• экспериментально-теоретическое обоснование плавучести новой конструкции плавающего покрытия.

Практическое значение диссертационной работы заключается в разработке: новой конструкции плавающего покрытия, удовлетворяющего современным требованиям изготовления (как методом рулонирования, так и полистовой сборки) и эксплуатации; практических рекомендаций по конструированию, технологии изготовления и формообразованию плавающего покрытия; конструктивных решений по повышению жесткости центральной части существующих плавающих покрытий на примере плавающей крыши резервуара объемом 10 ООО м3 и рекомендаций по практическому их осуществлению на предприятии ОАО «Саратовский НПЗ» г. Саратова.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научных семинарах кафедры «Промышленное и гражданское строительство» Саратовского государственного технического университета, XXX и XXXI Всероссийских научно-технических конференциях Пензенской государст-

венной архитектурно-строительной академии (Пенза, 1999, 2001), Международном коллоквиуме «Новые решения в проектировании и строительстве металлических резервуаров» (Одесса, 2000), Международной конференции «Перспективы развития резервуаростроения» (Саратов, 2002) II и III Международных научно-технических конференциях Приволжского дома знаний (Пенза, 2003, 2004), IV электронной заочной конференции Ижевского государственного технического университета (Ижевск, 2004), Международной конференции (Уфа, 2005), в ЦНИИПСК (Москва, 2005).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 1 тематический обзор, 4 статьи, получен 1 патент на изобретение Российской Федерации.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка использованной литера уры и приложений. Основное содержание диссертации изложено на 155 страницах машинописного текста и содержит 90 рисунков, 9 таблиц. Список литературы содержит 68 наименований отечественных и зарубежны> источников.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цели и задачи исследования, сформулированы положения, выносимые на защит/.

В первой главе рассмотрены современное состояние конструктивных решений плавающих покрытий для стальных вертикальных цилиндрических резервуаров, перспективные направления их совершенствования

Во второй главе по результатам конструктивного моделирования сформулированы принципы формообразования пространственной конструкции плавающего покрытия поплавкового типа и разработаны практические рекомендации.

В третьей главе приведены конструктивные решения модифицированного поплавкового плавающего покрытия, разработаны рекомендации по изготовлению плоских заготовок, формообразованию проектной формы.

В четвертой главе проведено теоретическое обоснование плавающего покрытия поплавкового типа из плоских заготовок для вертикальных цилиндрических стальных резервуаров из условия его плавучести.

В пятой главе приведены результаты сравнения техллко -экономических показателей новой конструкции плавающего покрытия (на примере плавающей крыши) поплавкового типа с существующими конструкциями плавающих крыш различных типов, а также с известными конструктивными предложениями плавающих крыш.

а) Понтонного типа С радиальными ребрами

Резервуар с плавающей с понтоном

крышей

Без элементов усиления

С ребрами и центральным понтоном

б) Поплавкового типа

В отечественном резервуаросгроении конструкций поплавковых плавающих крыш не существует

Поплавкового типа «Байоруф»

г) Поплавкового типа «Арпал»

е) Из синтетических материалов

в) Поддонного типа

д) Поплавкового типа «Ультрафлот»

ж) Поплавкового типа «ЦНИИПСК»

Рис. 1. Современные конструкции плавающих крыш и понтонов в отечественном и зарубежном резервуаростроении

1. Хранение легкоиспаряющихся нефтепродуктов осуществляется в резервуарах с плавающими покрытиями (плавающие крыши и понтоны). Плавающее покрытие представляет собой круглую в плане, герметичную конструкцию, состоящую из одинарного или двойного настила и дополнительных конструктивных элементов, находящуюся непосредственно на поверхности хранимого в резервуаре продукта (рис. 1).

Плавающие крыши конструктивно разделяются на два вида: одно-дисковые и двухдисковые. Двухдисковые плавающие крыши характеризу-> ются непотопляемостью и высокой жесткостью, однако из-за большой ме-

таллоемкости и трудоемкости изготовления они имеют определенные ограничения в применении.

Однодисковые плавающие крыши, в сваю очередь, разделяются на два основных типа: понтонные, состоящие го центрального настила в виде мембраны и кольцевого понтона из сборных коробов (рис. 1, а), и поплавковые, состоящие из центрального настала в виде мембраны, сосредоточенных или распределенных поплавков на настиле и кольцевого понтона из сборных коробов меньшей, чем у плавающей крыши понтонного типа, ширины (рис. 1, б).

Для резервуаров объемом до 100 ООО м3 широкое применение получили однодечные плавающие крыши понтонного и поплавкового типов за рубежом и понтонного типа в России. В настоящее время, по мнению специалистов ре-зервуаростроения из компании «Chicago Bridge & Iron Со» на основе проведенного ими мониторинга существующих в мировой практике конструкций плавающих крыш, наиболее надежной плавающей крышей из условия плавучести, остойчивости и жесткости является конструкция плавающей крыши поплавкового типа. В России плавающих крыш поплавкового типа нет.

Доля резервуаров с плавающим покрытием постоянно увеличивается не только за счет строительства новых резервуаров с плавающими крышами, но и за счет оснащения резервуара со стационарной кровлей внутренним плавающим покрытием, имеющим более низкую стоимость по сравнению с плавающими крышами.

Понтоны конструктивно разделяются на два основных вида: поддонного (рис. 1, в) и поплавкового (рис. 1, г; д; ж).

В нашей стране было построено большое количество стальных понтонов поддонного типа с коробами по периметру. Однако большинство этих понтонов вышли из строя.

Применение алюминиевых сплавов и синтетических материалов при , изготовлении понтонов для резервуаров весьма эффективно. При этом алю-

миниевые сплавы отличаются от стали меньшей объемной массой, большей коррозионной стойкостью, высокой ремонтопригодностью, а от синтетических материалов - большей прочностью и долговечностью.

В резервуарах со стационарной крышей широко применяют понтоны типа «Арпал» (рис. 1, г) или «Ультрафлот» (рис. 1, д) за рубежом и модификации их конструкций в России.

2. Для разработки новой конструкции поплавкового плавающего покрытия принят новый подход к конструированию поплавков и кольцевого понтона (для плавающей крыши), новый принцип их формообразования.

При конструировании плавающего покрытия поплавкового типа были использованы элементы сварногнутого профиля (СГП), предложенные в 1970-х годах профессором А.П. Денисовой, что дало возможность автору разработать новую конструкцию поплавков и кольцевого понтона на основе высоких технологий, применяемых в резервуаростроении, и сформулировать новый принцип формообразования плавающих покрытий.

Принцип формообразования плавающего покрытия поплавкового типа предусматривает создание проектной пространственной формы настила, поплавков, кольцевого понтона из двухслойных заготовок с одновременным обеспечением жесткости настила.

Экспериментальные исследования на основе конструктивного моделирования показали возможность создания поплавкового плавающего покрытия. При этом технология изготовления и образования проектной формы моделей покрытия была предопределена методом рулонирования и состояла из трех этапов: изготовления плоской заготовки, сворачивания ее в рулон и образования пространственной формы. При проведении экспериментов было предусмотрено строгое выполнение 1 (изготовление) и 3 (формообразование) этапов метода рулонирования. Этап сворачивания плоской заготовки в рулон и последующего разворачивания был опущен в связи со сложностью его исполнения на масштабных моделях в настоящее время. Однако, используя результаты ранее проведенных профессором Денисовой А.П. исследований, можно утверждать, что сворачивание плоской заготовки в рулон и последующее разворачивание ее на строительной площадке возможно. Это доказано изготовлением и монтажом стационарных купольных с радиальными ребрами сварногнутого профиля покрытий резервуаров объемом 1000 м3 (1)= 10,43 м) и 5000 м3 (Э = 22,9 м).

Рис. 2. Купольное покрытие после разворачивания рулона, формообразования и установки в проектное положение

В рамках конструктивного моделирования было запланировано изготовление моделей поплавкового плавающего покрытия:

1) без кольцевого понтона с ортогональной сеткой поплавков (рис.3); без кольцевого понтона с треугольной сеткой поплавков (рис.4, а); с кольцевым понтоном и ортогональной сеткой поплавков (рис.4, б);

2) без кольцевого понтона с равномерно распределенными поплавками для определения минимального расстояния между поплавками из условия формообразования их объемного сечения (рис.3; 4, в);

3) с распределенными поплавками и кольцевым понтоном из плоских заготовок для определения максимального сечения кольцевого понтона и узла сопряжения поплавков с кольцевым понтоном из условия формообразования (рис.4, б; 7);

4) с равномерно распределенными поплавками из плоских заготовок и кольцевым понтоном из сборных (трубчатых или коробчатых) элементов (рис.4, г; 12).

Это позволило сформулировать подпринципы для формообразования различных модификаций поплавковых плавающих покрытий. Было изготовлено 7 моделей.

МОДЕЛЬ 1. Модель поплавкового плавающего покрытия с ортогональной сеткой поплавков без кольцевого понтона, с отбортовкой.

1 этап (изготовление). На круглую металлическую пластину диаметром й = 800 мм и толщиной (м - 0,25 мм была наложена ортогональная сетка из металлических полос шириной И„ = 40 мм и толщиной Хм = 0,25 мм. Скрепление сетки полос с пластиной осуществлялось пайкой.

Концы полос были выведены за пределы пластины на подкладки толщиной ¡м = 0,25 мм и длиной т — 80 мм (рис. 3).

3 этап (формообразование). В одном из узлов пересечения полос был устроен штуцер, через который в пространство между полосами и пластиной нагнетали сжатый воздух компрессором.

Под действием избыточного давления Р = 0,24 МПа полосы и пластина под ними изогнулись по дуге в поперечном для полос направлении и заняли новое устойчивое положение с образованием распределенных поплавков полого чечевицеобразного или круглого поперечного сечения. После снятия давления полосы и пластина остались в новом устойчивом положении. Концы поплавков, выходившие за пределы контура круглой пластины, были срезаны и заглушены (рис. 3).

В процессе конструктивного моделирования определялись геометрические параметры плавающего покрытия: минимальный шаг поплавков (модель 5) (рис. 4, в), максимальный размер кольцевого понтона (модель 6) (рис. 4, б) из условия их формообразования и плавучести. Результаты данных исследований были использованы при разработке алгоритма расчета

Рис. 3. Модель 1

параметров плавающего покрытия поплавкового типа из условия минимизации его массы.

• Модель 5 г. Модель 7

Рис. 4. Модели плавающего покрытия

Ж-Р

N

и_4 ,м_4

а б

Рис.5. Плавающая крыша для резервуара объемом 10 ООО м3 а - до формообразования; б - после формообразования

Как показали экспериментальные исследования, формообразование проектной формы плавающего покрытия происходит за счет пластической деформации полос и части настила под ними и деформации растяжения настила между полосами. Экспериментально оценить напряженно-деформированное состояние плавающегб покрытия при формообразовании на малых моделях не удалось, поэтому были проведены численные экспе-

рименты для центральной части плавающей крыши РВС 10 ООО м3 (рис.5). Давление при формообразовании 10 атм. Узел пересечения полос выполнен с использованием фасонки (рис. 6).

линейных поплавков го понтона и линейных поплавков

Таблица 1

Параметры плавающей крыши РВС 10 ООО м3_

До формообразования После! юрмообразования

Толщина листов tM = 0,004 (м) t* = 0,004 (м) Толщина листов

Радиус заготовки плавающей крыши R5-1S.1 (м) R„K =14,05 (м) Радиус плавающей крыши

Шаг полос /„*/„ =6,87(м) dxd = 6,23 (м) Шаг поплавков

Длина вута с = 0,4 (м) с = 0,4 (м) Длина вута

Ширина плоской заготовки поплавка Ь„ = 0,8(м) 2ап = 0,64(м) 2Ь„ = 0,4 (м) Ширина поплавка Высота поплавка

Ширина плоской заготовки кольцевого понтона 1>кп = 2,0 (м) 2аст= 1,6 (м) 2Ь«л=1,02(м) Ширина и высота кольцевого понтона

С помощью программного обеспечения "Lira 9.0" было установлено, что наибольшие напряжения возникают в настиле в точках сопряжения его с поплавками: в середине длины поплавка нормальные напряжения Опах ~ (0,8-0,9)0,, (рис. 8, а) и по контуру вута в углах пересечения поплавков касательные Ттах ~ 202 МПа (рис. 8,6). Значительные касательные напряжения показали несовершенство принятой конструкции узловых сопряжений и необходимость поиска их рационального конструктивного решения:

1) Увеличение размера вута показало, что величина касательных напряжений снизилась до допустимых значений (рис. 8, в).

2) Использование криволинейного очертания вутов также дало положительные результаты.

3) Численные эксперименты позволили найти новый путь, учитывающий не только компоновку узлового сопряжения, но и геометрические параметры его элементов.

Учитывая полученные результаты численного эксперимента, была изготовлена модель 5 (рис. 4, в), узел сопряжения поплавков в которой был выполнен в виде криволинейного вута, что привело к ликвидации заломов в пределах узла, т.е. снижению концентрации касательных напряжений.

148 171 202 касательное напряжение (МГТа)

Рис. 8. Результаты численного эксперимента: а - изополя касательных напряжений; б - изополя нормальных напряжений; в - график зависимости касательных напряжений от размеров вута

3. На основе экспериментальных исследований автором предложена конструкция модифицированного плавающего покрытия поплавкового типа, которая может быть использована как в качестве плавающей крыши (рис. 9, а, б), так и в качестве понтона (рис. 9, в, г).

Центральная часть плавающего покрытия обеих модификаций представляет собой настил с соосным расположением системы линейных поплавков, образованных из двухслойных плоских заготовок путем подачи сжатого воздуха с легким заполнителем в пространство между ними, результатом чего является пластическое деформирование верхнего слоя заготовок и участков настила, находящихся под ними (рис. 9). Отличие модификаций состоит в различном решении контура настила, наличием (рис. 9, а, б) или отсутствием (рис. 9, в, г) кольцевого понтона. Кольцевой понтон может быть выполнен в виде сварногнутого профиля (рис. 9, а) либо из сборных (трубчатых или коробчатых) элементов (рис. 9, б). В модификации понтона по контуру настила выполняется отбортовка (рис. 9, в, г). Наличие кольцевого понтона обеспечивает более высокую плавучесть и остойчивость. Эти качества в наибольшей степени присущи плавающим крышам, так как на плавающую крышу, кроме собственного веса, воздействуют также и внешние нагрузки, основными из которых являются снеговые и ветровые. А для понтонов, эксплуатирующихся в резервуарах со стационарным покрытием, достаточно обеспечения плавучести при прямой посадке, то есть от собственного веса. Поэтому конструкции поплавкового плавающего покрытия без кольцевого понтона, но с отбортовкой (рис. 9, в, г) рекомендуется применять в качестве понтона в резервуарах со стационарным покрытием, а конструкции поплавкового плавающего покрытия с кольцевым понтоном (рис. 9, а, б) - в качестве плавающей крыши.

Для возможности использования предложенной конструкции разработаны практические рекомендации по ее конструированию, изготовлению и формообразованию, которые могут бьгть использованы при проектировании.

Рис.9. Модификации плавающих покрытий: а - поплавковая плавающая крыша с кольцевым понтоном из плоских заготовок; б - поплавковая плавающая крыша с кольцевым понтоном из сборных элементов, в - поплавковый понтон с ортогональной сеткой поплавков; г - поплавковый понтон с треугольной сеткой поплавков

Результаты исследования были предложены руководству ОАО «Саратовский НПЗ». В решении технического совета завода было предложено автору выполнить эскизный проект-предложение поплавковой плавающей крыши с распределенными поплавками и сборным кольцевым понтоном для резервуара объемом 10 ООО м3.

4. Теоретическое обоснование новой конструкции плавающего покрытия поплавкового типа заключается в обеспечении его жизнеспособности из условий плавучести, непотопляемости и остойчивости.

Плавающая крыша. Обеспечение плавучести поплавковой плавающей крыши рассматривается при прямой посадке от равномерно распределенной нагрузки и при посадке с креном от неравномерно распределенных атмосферных нагрузок.

По результатам проведенного анализа известных отечественных и зарубежных рекомендаций по определению нагрузок на плавающие крыши автором были приняты наиболее невыгодные схемы распределения атмосферных нагрузок по поверхности плавающей крыши поплавкового типа (рис. 10; 11).

Было принято, что при действии постоянной и равномерно распределенной снеговой нагрузок максимальная осадка составит ТМАХ (1), при этом ватерлиния (ВЛ) будет расположена под нижней поверхностью настила, а

при действии только постоянной нагрузки проходит по нижней грани поплавков (рис. 10). На основе принятого расположения ватерлинии и рекомендаций по формообразованию были получены основные формулы определения геометрических параметров кольцевого понтона и поплавков из условий плавучести.

мах

Рис.10. Расчетная схема характеристик плавающего покрытия поплавкового типа:

Т =

мах

тр

ПОП „

(1)

где: рж - плотность жидкости;

Ып - собственная масса плавающей крыши;

- масса снегового покрова от равномерно распределенной снеговой нагрузки;

ЫТР - сила трения уплотняющего затвора о стенку резервуара; 7.П0П - аппликата нижней части поплавков; Ькп - высота полусечения кольцевого понтона; г„ - аппликата настила;

= 8поп + 8КП + , (2) где: 8Кп - площадь кольцевого понтона; Бпоп - площадь поплавков; 8н - площадь настила.

При действии неравномерно распределенных атмосферных нагрузок плавающая крыша не только имеет равномерную осадку, но и получает крен. Угол крена (5) определяется из отношения между кренящим и восстанавливающим моментами (рис. 11).

Кренящий момент от снеговой нагрузки

М™=0,125ц8оК3пк. (3)

Кренящий момент от ветровой нагрузки МКР = 0,4 \¥0Я Угол крена плавающей крыши

ПК-

(4)

а =

МКР~МТР

МА

Мо=0,0175УРржЬо.

(5)

где Мо - момент, кренящий ПК на 1°;

Мтр - момент от трения уплотняющего затвора о стенку резервуара; Ь0 - возвышение метацентра над центром тяжести.

1 1 1 1 .1111

>.в

Рис. 11. Схемы распределения нагрузок (а) - снеговой, (б) - ветровой

При оценке эксплуатационной надежности плавающей крыши от действия неравномерно распределенных атмосферных нагрузок необходимо руководствоваться двумя критериями: недопустимость крена крыши на максимальный угол, при котором происходит заклинивание крыши на стойках, и критический угол, при котором жидкость, хранимая в резервуаре, перельется через отбортовку и попадет на центральную часть крыши.

Условия обеспечения остойчивости Условия обеспечения плавучести

а <10° Ь„>0

2мах = ТМАХ + Кпк8та < Ью

2шш = ТМАХ - Япк^ша > 0

(6) (7)

'МАХ "-ПК"""* " "

Условия ограничения крена а < аМАХ; а<акр (8)

Понтон. Обеспечение плавучести понтона ввиду отсутствия внешних атмосферных воздействий рассматривается только при прямой посадке от собственной массы.

На основе принятых условий плавучести и формообразования поперечного сечения поплавков были получены основные формулы геометрических параметров поплавков, которые явились основой алгоритма определения оптимальных параметров плавающего покрытия поплавкового типа из условий минимизации его массы. В работе приведены основные геометрические параметры плавающих покрытий для резервуаров различных объемов.

Для подтверждения полученных условий плавучести и непотопляемости плавающего покрытия поплавкового типа был проведен эксперимент на модели плавающей крыши из плоских заготовок, параметры которой приведены в таблице 2, подобной плавающей крыше резервуара объемом 10 ООО м3.

Таблица 2

Параметры Обозначения Данные

Радиус модели плавающей крыши Япк (см) 27,8

Толщина листов Ъ (см) 0,025

Количество поплавков в одном направлении п 4

Шаг поплавков (1 (см) 10,5

Ширина поплавка 2ап(см) 2,7

Высота поплавка 2Ьп(см) 1,8

Ширина кольцевого понтона 2аи, (см) 5,4

Высота кольцевого понтона внутренняя 2Ьт (см) 2,5

Высота кольцевого понтона внешняя 2Ь„ (см) 2,8

Собственный вес модели плавающей крыши Сиж (кг/см2) 0,0008

Снеговая нагрузка (равномерно распределенная часть) в! (кг/см2) 0,0004

Снеговая нагрузка (снеговой «мешок») вг (кг/см2) 0,0002

Ветровая нагрузка \Vmax (кг/см2) -0,0004

Коэффициент постели = уж (т/м3) 1,0

Был принят следующий подход к моделированию таких конструкций:

1) отношение массы плавающей крыши (Р) к максимальной величине равномерно распределенных нагрузок (Ы) одинаково для модели и натуры:

кпк = (Рпк / Ипк) = кмод = (Р^ / Ымод) (9)

2) отношение диаметра плавающей крыши (О) к максимальной осадке плавающей крыши Тмах при прямой посадке одинаково для модели и натуры:

С = (Опк / Т®к) = 1С = (Омод /Щ (10)

3) отношение диаметра плавающей крыши (Б) к шагу поплавков плавающей крьгпти (<1) одинаково для модели и натуры:

.шаг _ Рпк _ 1_шаг _ ^мод

*пк - . -*■»««,- , ; (11)

иПК моя

4) отношение площади плавающей крыши (Б) к площади поплавков (Бпоп) одинаково для модели и натуры:

ив __8гас__.$ _ ^мод

КПК - „ПК ~ мод - „НОЛ • (14)

апоп апоп

После проведения ряда поисковых экспериментов было решено на данном этапе при выполнении модели критерий (9) не учитывать, так как

смоделировать продукт, на поверхности которого должна находиться модель плавающей крыши, не представлялось возможным.

Параметры, входящие в критерии подобия

ПК РВС 10 ООО м

Рпк = 55,3(т) МПк = 0,16(т/м2) Опк = 28,1 (м)

Т™х = 1,28(м) Опк = 28,1 (м) ¿пк = 6,225 (м) 8ПК = 619,84 (м2) 8™п=113,47(м2)

кпк = 345,6

С =21,84

кшаг =4 51 Кпк

к8пк=5,46

кмоя ~ 1187,5 С = 19,86 СИ =4,41

^=5,46

Модель ПК Рчод=1,9 (кг)

Ымод = 0,0016 (кг/см ) Омод = 55,6 (см) Т"-Х=2,8(см) Омод = 55,6 (см) ¿мод = 12,6 (см) 8М0Д = 2426,72 (см2)

ОМОД

°поп

= 444,45 (см )

в г

Рис. 12. Схемы загружения модели плавающей крыши

В процессе эксперимента модель плавающей крыши загружалась на все виды возможных нагрузок (таблица 3), причем определялись как максимальные значения нагрузок, при которых модель оставалась на плаву, так и значения нагрузок, при которых происходил отказ в работе модели. Результаты исследования приведены в таблице 3.

Результаты эксперимента подтвердили высокую эксплуатационную надежность плавающей крыши из условия плавучести. При этом полученная величина запаса плавучести дала возможность изменить для расчетов на плавучесть схему расположения ватерлинии при нагрузке от собственного веса плавающего покрытия, приняв положение ватерлинии под нижней гранью настила, что приводит к ликвидации воздушных карманов под плавающим покрытием. С учетом этих изменений в положении ватерлинии были откорректированы требуемые по условию плавучести размеры кольцевого понтона (рис. 13).

Таблица 3

И »Ьгт * * * Рис.12, а * **1 Рис. 12,6 } г Рис.12, в 01 Рис.12, г

Описание нагрузки, действующей на модель плавающей крыши

собственный вес и равномерно распределенная снеговая нагрузка, Чо = 0,0008 кг/см2 Яа, = 0,0004 кг/см2 собственный вес, равномер. распределенная снеговая нагрузка и нагрузка от жидкости, Яо= 0,0008 кг/см2 Яо, = 0,0004 кг/см2 си = 0,0004 кг/см2 собственный вес, не равномерно распределенная снеговая нагрузка, Яо= 0,0008 кг/см2 Яся = 0,0006 кг/см2 собственный вес и не равномерно распределенная аварийная нагрузка, Яо= 0,0008 кг/см2 Я« = 0,0004 кг/см2

Результаты испытаний

максимальная осадка Тмях = 16,9 мм Отказа нет максимальная осадка Тмю = 24 мм Отказа нет максимальная осадка Тии = 27 мм угол крена о = 2°51' Отказа нет максимальная осадка Тмю = 24 мм угол крена а = 2 32' Отказа нет

Параметры, при которых происходит отказ в работе конструкции

нагрузка, Я = 0,0024 кг/см2 максимальная осадка Тмш =» 28 мм Отказ нагрузка, Я = 0,0024 кг/см2 максимальная осадка Тмах = 28 мм Отказ нагрузка, я = 0,0017 кг/см2 максимальная осадка Тми - 28 мм +2 мм угол крена а = 4° Отказ нагрузка, Я = 0,0013 кг/см2 максимальная осадка Тмш = 28 мм угол крена а = 3° Отказ

Шарит налитою понтом (В, ы)

Рис.13. График зависимости ширины кольцевого понтона от положения настила относительно ватерлинии

5. Для оценки технико-экономических показателей новой конструкции плавающего покрытия поплавкового типа было проведено сравнение новой конструкции плавающей крыши с существующими конструкциями

1У

плавающих крыш различных типов, а также с известными конструктивными предложениями плавающих крыш.

Сравнение показало, что предложенная конструкция поплавковой плавающей крыши обладает основными положительными характеристиками поплавковых плавающих крыш: устойчивостью форм, высокой плавучестью и непотопляемостью, и в то же время обладает сравнительно низкой трудоемкостью изготовления и монтажа.

Основные выводы и результаты:

Анализ современного состояния конструктивных решений плавающих покрытий показал, что наиболее распространенными в мировой практике ре-зервуаростроения являются однодечные плавающие крыши понтонного и поплавкового типов; понтоны поплавкового типа. За последнее время наметалось актуальное направление в резервуаросгроении - создание рациональной конструкции плавающего покрытия контактного типа, характеризующейся высокой эксплуатационной надежностью.

Предложенная в работе конструкция плавающего покрытия поплавкового типа может быть использована в резервуарах в качестве внутреннего или внешнего покрытия, центральная часть которого представляет собой настил с соосным расположением системы линейных поплавков, образованных из двухслойных плоских заготовок путем подачи сжатого воздуха с легким заполнителем в пространство между ними, результатом чего является пластическое деформирование верхнего слоя заготовок и участков настила, находящихся под ними.

Конструктивное моделирование, проведенное автором, подтвердило возможность формообразования пространственной формы плавающего покрытия из плоских заготовок.

Оценка плавучести предложенной конструкции плавающего покрытия проведена на моделях. Параметры натурной конструкции определялись по алгоритму, разработанному для определения геометрических параметров плавающего покрытия, а модели - по критериям подобия, предложенным автором.

Результаты эксперимента показали высокий (почти в 2 раза) запас плавучести, что позволило предусмотреть положение ватерлинии при нагрузке от собственного веса плавающего покрытия под нижней гранью настила и,как следствие, ликвидировать воздушные карманы под плавающим покрытием и осуществить полный контакт нижней плоскости плавающего покрытия с продуктом, хранящимся в резервуаре.

Для возможности использования предложенной конструкции разработаны практические рекомендации по ее конструированию, изготовлению и формообразованию, которые апробированы при производстве эскизного проектного предложения плавающей крыши поплавкового типа для резервуара объемом V = 10 ООО м3 на нефтебазе ОАО «Саратовский НПЗ» г. Саратова.

- 6979

ЛОР £ 6373

Основное содержание диссертации отражено в работах:

1 МуртазинМР Стационарные и плавающие крыши из рулонных заготовок /АП Денисова, А.П. Смольков, М.Р. Муртазин // Новые решения в проектировании и строительстве металлических резервуаров: Международный коллоквиум. -Киев, Одесса, 2000 С. 30-31.

2 Муртазин М.Р Конструкции плавающих крыш для вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов / А. П. Денисова, М Р. Муртазин, А А. Землянский: тематический обзор. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2001. 58 с.

3 МуртазинМР. Конструктивное моделирование плавающих крыш из рулонных заготовок на основе сварногнутого профиля / А.П. Денисова, М.Р. Муртазин II Совершенствование методов расчета строительных конструкций и технологии строительства: межвуз. науч. сб. - Саратов: (Л ТУ: 2001. С. 184-188.

4. Патент РФ № 2200120 С2 Способ изготовления плавающей крыши / А.П. Денисова, М.Р. Муртазин //БИ. № 7. 2003.

5. Муртазин М.Р. Основы расчета новой конструкции плавающей крыши поплавкового типа из рулонных заготовок / АП. Денисова, М.Р. Муртазин // Эффективные строительные конструкции: теория и практика: материалы П Международной научно-технической конференции. - Пенза: ПДЗ, 2003. С 117-120.

6 Муртазин М.Р Сравнительный анализ конструкции плавающей крыши поплавкового типа из рулонных заготовок с существующими плавающими крышами /МР Муртазин// Совершенствование методов расчета строительных конструкций и технологии строительства, межвуз науч сб. - Саратов: СГТУ, 2004. С. 7073.

7. МуртазинМР. Экспериментальное исследование конструкции рулонируемой плавающей крыши поплавкового типа / М.Р. Муртазин // Эффективные строительные конструкции, теория и практика, материалы Ш Международной научно-технической конференции. - Пенза: ПДЗ, 2004. С 421-424.

8. Муртазин М.Р. Новая конструкция поплавковой плавающей крыши из рулонных заготовок / АП. Денисова, МР. Муртазин// Совершенствование проектирования, строительства и эксплуатации металлических резервуаров: Международная конференция. -Уфа, 2005. С 15-17.

Лицензия ИД № 06268 от 14 11.01

Подписано в печать 10.02.06 Формат 60x84 1/16

Бум. тип. Усл. печ. л. 1,1 Уч.-изд.л. 1,0

Тираж 120 экз. Заказ 49 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77 Отпечатано в РИЦ СГТУ. 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Введение.

Глава 1. Современные конструкции плавающих ПОКРЫТИЙ в отечественном и зарубежном резервуаростроении.

1.1. История создания, развития и классификация плавающих крыш.

1.2. Однодисковые плавающие крыши понтонного типа.

1.2.1. Однодисковая плавающая крыша с периферийным кольцевым понтоном и пригрузом в центральной части настила.

1.2.2. Однодисковая плавающая крыша с периферийным кольцевым понтоном и ребрами жесткости.

1.2.3. Однодисковая плавающая крыша с периферийным кольцевым понтоном и вертикальными дугообразными пластинами.

1.2.4. Однодисковая плавающая крыша с периферийным кольцевым понтоном и нисходящими от него к центральному понтону ребрами жесткости.

1.2.5. Однодисковая плавающая крыша с периферийным кольцевым понтоном и восходящими от него к центральному понтону ребрами жесткости.

1.3. Однодисковые плавающие крыши поплавкового типа.

1.3.1. Однодисковая плавающая крыша с точечными поплавками по всей поверхности настила и периферийным кольцевым понтоном.

1.3.2. Однодисковая плавающая крыша с линейными поплавками и периферийным кольцевым понтоном.

1.3.3. Однодисковая плавающая крыша с периферийным кольцевым понтоном и с линейными поплавками в виде ортогональной сетки.

1.4. Понтоны для вертикальных цилиндрических резервуаров со стационарным покрытием.

1.4.1. Алюминиевый понтон с линейными поплавками.

1.4.2. Алюминиевый понтон с линейными и периферийными поплавками.

1.4.2. Понтон из алюминиевых сплавов с точечными поплавками.

1.4.3. Алюминиевый понтон с балочно-поплавковой системой.

1.4.4. Понтон с радиальными и кольцевыми отсеками.

1.4.5. Понтон с радиальными и кольцевыми отсеками.

I 1.4.6. Понтон с периферийным кольцом и линейными поплавками.

1.4.6. Понтоны с применением алюминиевых сплавов и синтетических материалов.

Глава 2. Принципы формообразования новой конструкции поплавковоГО плавающеГО ПОКРЫТИЯ.

2.1. Современное состояние формообразования плавающих покрытий из рулонных заготовок.

2.2. Принцип формообразования поплавкового плавающего покрытия из плоских заготовок.

2.3. Конструктивное моделирование формообразования поплавкового плавающего покрытия.

2.3.1. Конструктивное моделирование формообразования поплавкового плавающего покрытия с ортогональной сеткой поплавков без кольцевого понтона.

2.3.2. Конструктивное моделирование формообразования поплавкового плавающего покрытия с треугольной в сеткой поплавков без кольцевого понтона.

2.4. Конструктивное моделирование формообразования поплавкового плавающего покрытия с распределенными , поплавками и кольцевым понтоном из плоских заготовок.

2.5. Определение соотношений геометрических параметров кольцевого понтона и линейных поплавков из условия формообразования.

2.5.1. Определение зависимости между размерами поплавков и их шагом из условия формообразования.

2.5.2. Определение зависимости между размерами кольцевого понтона и радиусом плавающего покрытия из условия формообразования.

2.6. Конструктивное моделирование поплавкового плавающего покрытия с распределенными поплавками из плоских заготовок и кольцевого понтона из сборных элементов.

2.7. Определение напряженно деформированного состояния поплавкового плавающего покрытия при формообразовании поперечного сечения поплавков.

Выводы по второй главе.

Глава 3. Конструкции поплавковых N плавающих ПОКРЫТИЙ.

3.1. Плавающие покрытия для вертикальных стальных резервуаров.

3.2. Конструкции поплавкового плавающего покрытия из плоских заготовок.

3.2.1. Поплавковое плавающее покрытие с сеткой поплавков и кольцевым понтоном.

3.2.2. Поплавковое плавающее покрытие с сеткой распределенных поплавков и отбортовкой.

3.3. Изготовление плоских заготовок для

I модифицированного поплавкового плавающего покрытия с сеткой распределенных поплавков.

3.3.1. Изготовление плоских заготовок для поплавкового плавающего покрытия с сеткой поплавков и отбортовкой.

3.3.2. Изготовление плоских заготовок для поплавкового плавающего покрытия с сеткой поплавков и кольцевым понтоном.

3.4. Формообразование поплавкового плавающего покрытия с сеткой распределенных поплавков.

Выводы по третьей главе.

Глава 4. Теоретическое обоснование новой конструкции плавающеГО ПОКРЫТИЯ поплавкового типа.

4.1. Определение нагрузок и воздействий на плавающее покрытие.

4.1.1. Постоянная нагрузка.

4.1.2. Снеговая нагрузка.

4.1.3. Ветровая нагрузка.

4.1.4. Силы трения уплотняющего затвора о стенку резервуара.

4.1.5. Выталкивающая сила жидкости (Архимедова сила).

4.2. Обоснование жизнеспособности плавающего покрытия поплавкового типа из плоских заготовок.

4.2.1. Расчет поплавкового плавающего покрытия из плоских заготовок на плавучесть при прямой посадке.

4.2.2. Оценка остойчивости плавающего покрытия поплавкового типа из плоских заготовок при прямой посадке.

4.2.3. Определение оптимальных параметров поплавкового плавающего покрытия из условия плавучести.

4.2.4. Расчет поплавкового плавающего покрытия из плоских заготовок на непотопляемость при прямой посадке.

4.2.5. Расчет плавающего покрытия поплавкового типа из плоских заготовок на плавучесть и непотопляемость при наличии крена.

4.2.6. Экспериментальное исследование плавучести и непотопляемости плавающего покрытия поплавкового типа из плоских заготовок.

4.2.7. Оптимальные параметры плавающего покрытия поплавкового типа из плоских заготовок из условия плавучести.

4.2.8. Проверка плавучести, остойчивости и непотопляемости плавающей крыши из плоских заготовок.

4.3. Определение напряженно деформированного состояния поплавковой плавающей крыши из плоских заготовок.

4.3.1. Проверка прочности плавающей крыши из рулонных заготовок.

4.4. Сравнение конструкции поплавковой плавающей крыши из плоских заготовок с существующей конструкцией плавающей крышей понтонного типа.

Выводы по четвертой главе.

Глава 5. Технико-экономическое обоснование новой конструкции плавающего покрытия поплавкового типа. и ^ 5.1. Сравнительный анализ плавающей крыши поплавкового типа из плоских заготовок с существующими плавающими крышами.

Одним из специфических свойств нефти и нефтепродуктов является высокая испаряемость легких наиболее ценных фракций, что приводит к значительным потерям нефтепродуктов как по количественным, так и по качественным характеристикам. При хранении нефти и нефтепродуктов в резервуарах со стационарным покрытием, как показала статистика, величина потерь от испарения составляет около 2,5-3,0 % всего количества хранимого продукта.

Наиболее эффективное средство сокращения потерь от испарения - это ликвидация воздушного пространства между поверхностью нефтепродукта и крышей резервуара, то есть переход к резервуарам со стационарным покрытием и понтоном и к резервуарам с плавающими крышами.

К 1930-м годам появились первые конструкции плавающих крыш, а в 1940-х годах плавающие крыши начали внедрять в практику резервуаростроения в массовом порядке. В нашей стране первые исследования по созданию плавающих крыш были начаты в 1950 году под руководством Н.Н. Константинова.

Над созданием конструкций плавающих крыш, теоретическому их обоснованию и внедрению в производство работали многочисленные зарубежные фирмы («Чиеда» (Япония), «Карл Шпетер» (ФРГ), «Де Врис Роббе» (Нидерланды), «Байоруф» (США), и др.), научно-исследовательские институты России (ВНИИМонтажспецстрой, ЦНИИПроектстальконструкция, НИИСварки им. О.Е. Патона, Коксохиммонтаж и др.), отечественные и зарубежные ученые (Б.В. Поповский, Е.Н. Лессиг, О.В. Дидковский, М.Г. Каравайченко, М.К. Са-фарян, Н.П. Мельников, I. Ziolko, М. Epstein, J. Buzek).

Выбор типа резервуара в зависимости от испаряемости продукта строго регламентируется стандартами. Легкоиспаряющиеся нефтепродукты должны храниться преимущественно в резервуарах с внешним (плавающая крыша) или внутренним (понтон) плавающим покрытием.

Одной из насущных проблем в резервуаростроении является проблема создания плавающего покрытия, обладающего эксплуатационной надежностью, долговечностью, минимальной массой, невысокой трудоемкостью изготовления и монтажа.

В настоящее время запатентовано огромное количество конструктивных решений, как плавающих крыш, так и понтонов. Однако каждое из решений, обладая тем или иным недостатком - невысокой плавучестью; невысокой жесткостью настила; невозможностью обеспечения нормального водоотвода с поверхности; значительной трудоемкостью изготовления и монтажа; большой массой и т.п. находит иногда только единичное применение в практике строительства.

В нашей стране эта проблема также не нашла пока должного решения. Специалисты интенсивно ведут поиски новых рациональных конструкций плавающих крыш и понтонов, отвечающих требованиям эксплуатационной надежности.

Поэтому задача создания отечественных конструкций плавающих покрытий вертикальных цилиндрических резервуаров остается актуальной и практически необходимой на современном этапе развития отечественного резервуаро-строения.

Целью диссертационной работы является разработка новой конструкции плавающего покрытия поплавкового типа для вертикальных цилиндрических резервуаров, экспериментально-теоретическое обоснованию его плавучести. Соподчиненной целью является разработка практических рекомендаций по конструированию, технологии изготовления и формообразованию плавающего покрытия.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ конструктивных решений плавающих покрытий, технологий их изготовления и монтажа для определения актуального направления в создании рациональной конструкции отечественного плавающего покрытия;

- сформулировать принципы формообразования новых конструкций плавающих покрытий;

- разработать рекомендации по конструированию, технологии изготовления, формообразованию и монтажу плавающих покрытий;

- провести экспериментально-теоретическое обоснование новой конструкции плавающего покрытия из условия плавучести.

Достоверность полученных результатов, проведенных автором исследований по разработке новых конструкций плавающих покрытий, подтверждается:

• использованием метода конструктивного моделирования при создании новых конструкций плавающих покрытий поплавкового типа;

• получением патента РФ № 2200120 С2 Способ изготовления плавающей крыши/ Денисова А.П., Муртазин М.Р. // БИ. № 7. 2003;

• решением ряда тестовых задач по определению оптимальных из условия плавучести геометрических параметров поплавков для резервуаров объемом 10-50 тыс м с применением программного обеспечения;

Научную новизну диссертационной работы составляют:

• принципы формообразования и конструирования новых конструкций плавающих покрытий;

• модификации новых конструктивных решений плавающих покрытий;

• практические рекомендации по формообразованию, конструированию и технологии изготовления плавающего покрытия;

• экспериментально-теоретическое обоснование плавучести новой конструкции плавающего покрытия.

Практическое значение диссертационной работы заключается в разработке: новой конструкции плавающего покрытия, удовлетворяющего современным требованиям изготовления (как методом рулонирования, так и полистовой сборки) и эксплуатации; практических рекомендаций по конструированию, технологии изготовления и формообразованию плавающего покрытия; конструктивных решений по повышению жесткости центральной части существующих плавающих покрытий на примере плавающей крыши резервуара объемом 10 ООО м3 и рекомендаций по практическому их осуществлению на предприятии ОАО «Саратовский НПЗ» г. Саратова.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научных семинарах кафедры «Промышленное и гражданское строительство» Саратовского государственного технического университета, XXX и XXXI Всероссийских научно-технических конференциях Пензенской государственной архитектурно-строительной академии (Пенза, 1999, 2001), Международном коллоквиуме «Новые решения в проектировании и строительстве металлических резервуаров» (Одесса, 2000), Международной конференции «Перспективы развития резервуаростроения» (Саратов, 2002) II и III Международных научно-технических конференциях Приволжского дома знаний (Пенза, 2003, 2004), IV электронной заочная конференция Ижевского государственного технического университета (Ижевск, 2004), Международной конференции (Уфа, 2005), ЦНИИПСК (Москва, 2005).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 1 тематический обзор, 4 статьи, получен 1 патент на изобретение Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы и приложений. Основное содержание диссертации изложено на 155 страницах машинописного текста и содержит 90 рисунков, 9 таблиц. Список литературы содержит 68 наименований отечественных и зарубежных источников.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

Анализ современного состояния конструктивных решений плавающих покрытий показал, что наиболее распространенными в мировой практике ре-зервуаростроения являются однодечные плавающие крыши понтонного и поплавкового типов; понтоны поплавкового типа. Плавающие крыши понтонного типа проще по конструкции и изготовлению, но характеризуются малой жесткостью настила и неравномерностью распределения временных нагрузок из-за большой ширины кольцевого понтона, что значительно снижает их эксплуатационную надежность. Поплавковые понтоны характеризуются более высокой эксплуатационной надежностью, чем поддонного типа, однако и они имеют ряд недостатков, основным из которых является несовершенство конструкций узлов сопряжения поплавков с настилом.

Поэтому создание отечественной конструкции поплавкового плавающего покрытия лишенного этих недостатков - задача актуальная и практически необходимая.

Для решения этой проблемы был использован новый подход к конструированию и формообразованию проектной формы плавающего покрытия, теоретическому обоснованию его плавучести, что позволило получить следующие результаты:

1. На основе метода конструктивного моделирования сформулированы принципы формообразования пространственной формы поплавковой плавающего покрытия, состоящего из настила, распределенных поплавков, кольцевого понтона или отбортовки. При этом экспериментально была доказана возможность создания четырех модификаций конструктивных решений поплавковых плавающих покрытий: с поплавками, распределенными по настилу в виде ортогональной и треугольной сеток, с отбортовкой или кольцевым понтоном по контуру.

2. Для возможности практического использования предложенных конструкций плавающих покрытий разработаны рекомендации, позволяющие использовать их на стадиях проектирования, изготовления и монтажа.

3. Предложенная конструкция поплавков позволила повысить по сравнению с существующими плавающими покрытиями не только плавучесть всей конструкции, но и жесткость центральной части настила, поэтому, представление ее в виде жесткого диска при расчете на плавучесть более корректно и полностью отвечает нормативным рекомендациям.

4. Ввиду отсутствия в нормативной литературе рекомендаций по распределению временных нагрузок по поверхности плавающих крыш поплавкового типа проведен анализ существующих в технической литературе рекомендаций и предложены схемы распределения снеговой и ветровой нагрузок на плавающую крышу поплавкового типа, что позволило провести оценку жизнеспособности предложенной конструкции плавающей крыши поплавкового типа.

5. На основе экспериментального конструирования и теоретических исследований плавучести и остойчивости поплавкового плавающего покрытия разработан алгоритм по определению оптимальных геометрических параметров и шага поплавков, ширины кольцевого понтона. Численные эксперименты позволили разработать варианты конструктивных решений поплавковых плавающих крыш и понтонов для резервуаров различных объемов, которые можно использовать при проектировании.

6. Впервые проведен эксперимент по определению плавучести и непотопляемости плавающей крыши на моделях, а также предложена методика определения размеров модели для возможности соблюдения условий подобия натурной конструкции.

7. Научная новизна, приоритетность и практическая ценность выполненной работы подтверждена патентом России и использованием практических рекомендаций для конструирования и изготовления плавающей крыши У поплавкового типа для резервуара объемом V= 10000 м и ликвидации хлопунов на существующей плавающей крыше понтонного типа резервуара объемом V = 50000 м на нефтебазе ОАО «Саратовский НПЗ» г. Саратова.

8. Проведенные сравнения эксплуатационных характеристик предложенной и существующих плавающих крыш показали, что при одинаковой их металлоемкости новая конструкция плавающей крыши поплавкового типа характеризуется более высокой надежностью конструктивного решения и стабильностью ее работы при воздействии неравномерно распределенных нагрузок за счет повышения плавучести (на 30 %), жесткости и прочности (> 3 раза).

1. Ковельман Г.М. Творчество инженера Шухова. М.: 1961.

2. Раевский Г.В. Изготовление стальных вертикальных цилиндрических резервуаров методом сворачивания. М, Л.: ГНТИНиГТЛ, 1952.

3. Сафарян М.К. Металлические резервуары и газгольдеры. М,: Недра, 1987.-201 с.

4. ГОСТ 1510-76. Нефть и нефтепродукты. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение. М.: Изд-во стандартов, 1977.

5. Резервуары с плавающими крышами и понтонами. Обзор зарубежной литературы. М.: ВНИИОЭНГ, 1971. - 56 с.

6. Евтихин В.Ф., Федоров В.К. Хранение нефти и нефтепродуктов в резервуарах с плавающими крышами. М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1975. - 61 с.

7. Денисова А.П., Муртазин М.Р., Землянский А.А. Конструкции плавающих крыш для вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов: Тематический обзор. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2001, 58 с.

8. Суворов А.Ф., Лялин К.В. Сооружение крупных резервуаров. М.: Недра, 1979.-223с.

9. Применение цилиндрических резервуаров за рубежом. Обзоры зарубежной литературы. И.: ВНИИОЭНГ, 1976. - 54 с.

10. Денисова А.П. Плавающие крыши вертикальных стальных резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов. Обзор, информ. сер. «Транспорт и хранение нефти». М.: ВНИИОЭНГ, 1989. - 60 с.

11. А.с. 563469 СССР, МКИЗ Е04Н 7/02, В65Д 87/18. Плавающая крыша резервуара / Н.А. Ушаков, Ф.Н. Рабинович, Л.А. Волонихин // БИ. №24, 1977.-С.79.

12. Проект резервуара V = 150 тыс. м3. 10-340-81. М.: ЦНИИПСК, 1981.

13. Патент 2137689 Россия. МПК B65D88/34. Плавающая крыша резервуара / В.А. Кузнецов, A.M. Шаммазов, О.А. Макаренко, А.В. Кузнецова. 1999.

14. А.с. 537904 СССР. МКИЗ В66Д 87/18. Однодечная плавающая крыша / Б.В. Поповский, В.М. Никиреев, Н.А. Даниляк, Г.С. Чолонян, М.К. Сафа-рян, С.И. Зеревкин, М.И. Лукиенко, Ю.С. Летников // БИ. № 45, 1976.-С.69.

15. Евтихин В.Ф. Транспорт и хранение нефтепродуктов за рубежом. Тематический обзор. -М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1977. 67 с.

16. Евтихин В.Ф., Новое в проектировании, строительстве и эксплуатации резервуаров для нефти и нефтепродуктов. Тематические обзоры. М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1980. - 56 с.

17. Патент 1457006. Великобритании, МКИЗ EIT В65Д 87/18. 1976.

18. Патент 4036394. QUA, МКИЗ В65Д 87/20. 1977.

19. Патент 1395240 Великобритании, МКИЗ EIT В65Д 89/18. 1975.

20. Патент 1191461 Великобритании, МКИЗ EIT Е04Н 7/12. 1973.

21. Резервуарные металлоконструкции, изготавливаемые заводами ВПО «Со-юзстальконструкция»: Каталог. М.: Минмонтажспецстрой СССР, 1987.- 118 с.

22. Арзунян А.С., Афанасьев А.А., Прохоров А.Д. Сооружение нефтегазохра-нилищ. М.: Недра, 1986. - 330с.

23. Афанасьев В.А., Бобрицкий Н.В. Сооружение резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов. -М.: Недра, 1981. 191 с.

24. Билецкий С.М. Индустриальное изготовление негабаритных сварных листовых конструкций. Киев: Наукова думка, 1983. - 271 с.

25. Лессиг Е.Н., Лилеев А.Ф., Соколов А.Г. Листовые металлические конструкции.-М.: Стройиздат, 1970.-217 с.

26. Денисова А.П. Исследование напряженно-деформированного состояния горизонтальных цилиндрических резервуаров: Автореферат дис. канд. техн. наук. Л., 1975. - 20 с.

27. Денисова А.П. Легкие металлические конструкции повышенной транспортабельности. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1989. - 76 с.

28. Денисова А.П. Рулонируемое покрытие вертикальных металлических резервуаров // Экспресс-инф. / Серия Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ, 1986. Вып 3, С. 6-12.

29. Денисова А.П., Смольков А.П., Муртазин М.Р. Стационарные и плавающие крыши из рулонных заготовок // Новые решения в проектировании и строительстве металлических резервуаров: Международный коллоквиум. -Киев, Одесса, 2000. С. 30-31.

30. Денисова А.П., Муртазин М.Р. Плавающие крыши с распределенными поплавками и понтонами для РВС // Актуальные проблемы современного строительства: Материалы Всероссийской XXX научно-технической конференции. Пенза: ПГАСА, 1999. С. 36-37.

31. Муртазин М.Р., Денисова А.П. Плавающие крыши вертикальных стальных резервуаров // Совершенствование конструктивных решений и методов расчета строительных конструкций: Межвуз. науч. сб. Саратов, 1999. С. 29-36.

32. Каравайченко М.Г., Бабин Л.А., Усманов P.M. Резервуары с плавающими крышами. М.: Недра, 1992. - 236 с.

33. Патент РФ № 2200120 С2. Способ изготовления плавающей крыши / А.П. Денисова, М.Р. Муртазин // БИ. № 7, 2003.

34. ВСН 311-89. Монтаж стальных вертикальных цилиндрических резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов объемом от 100 до 50000 м . М.: Минмонтажспецстрой СССР, 1990.

35. Каравайченко М.Г., Бабин Л.А., Гаделыпин Р.З., Шнейдер Г.Б. / Индустриальные методы монтажа резервуаров с плавающими крышами // Обзор, информ. Сер. Монтаж оборудования и трубопроводов-1990. -Вып 1.-38 с.

36. ПБ 03-381-00. Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов. М.: Госгортехнадзор России, 2000.

37. Бобрицкий Н.В., Куренин Б.Н, Строительство объектов нефтяной и газовой промышленности. -М.: Недра, 1983. -223 с.

38. Поповский Б.В., Дикун В.Н. Изготовление и монтаж крупногабаритных листовых конструкций. -М.: Стройиздат, 1983. 110 с.

39. Галюк В.А. Эксплуатация и ремонт резервуаров большой вместимости. -М.: ВНИИОЭНГ, 1987.

40. Евтихин В.Ф., Каравайченко М.Г., Бабин Л.А., Шнейдер Г.Б. /Опыт сооружения и эксплуатации резервуаров // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. М.: изд. ЦНИИТЭНефтехим, 1990. — 67 с.

41. Каравайченко М.Г., Краснов В.И., Валитова Г.М. Модели отказов резервуаров с плавающей крышей // Современные машины и аппараты химических производств. Ташкент: ТПИ, 1983. С. 11 - 13.

42. РД-39-0147103-385-87. Правила технической эксплуатации резервуаров магистральных нефтепроводов. Уфа, 1988.

43. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, - 1986. - 96с.

44. Бабин JI.A., Каравайченко М.Г., Жданов Р.А. Основы теории и расчет плавающей крыши резервуара: Учеб. пособие; Нефт. ин-т, Уфа, 1990. - 88 с.

45. Каравайченко М.Г., Гадельшин Р.З. Методика оценки воздействия снеговой нагрузки на работоспособность резервуаров с плавающей крышей // Совершенствование технологии и оборудования процессов переработки и транспорта нефти. -Новополоцк: НПИ, 1989. С. 29.

46. Вертикальные цилиндрические стальные резервуары для нефти и нефтепродуктов. Информационный справочник. Самара - Саратов, 2002.

47. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для ВУЗов / Е.И. Бе-леня, В.А. Балдин, Г.С. Веденников и др.; Под общ. ред. Е.И. Беленя. 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1986 - 550 е., ил.

48. Ziolko I. Modelluntersuchugen der Windeinwirkung auf Stalbehalter mit Schwimmdach. Berlin: Der Stahlban 47 (1978), H. 11, S. 321 - 329.

49. Симиу Э., Сканлан P. Воздействие ветра на здания и сооружения: Пер. с англ; Под ред. Б.Е. Маслова. М.: Стройиздат, 1984. - 360 с.

50. Горлин С.М., Коренберг JI.H. Аэродинамические исследования моделей резервуаров большой емкости // Строительная механика и расчет сооружений, 1968.-№4. С. 11-13.

51. Palmer S.C. Desing of floating roofs on oil storage tanks to withstand wind load-ing-areview with recommendations Mimeche. Departament of Engineering, Cambridge University. 1986. p.p. 321 329.

52. Holroyd R.I. On the behavior of open topped oil storage tanks in high winds. Part. 1. Aerodynamic aspects. Journal of wind Engineering, and Industrial Aerodynamics, 1983, H. 12, p.p. 329 352.

53. Holroyd R.I. On the behavior of open topped oil storage tanks in high winds. Part. 11. Structural aspects. Journal of wind Engineering, and Industrial Aerodynamics, 1985, 18/ 1, p.p. 53 73.

54. СНиП П-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, - 1990. - 96 с.

55. Муртазин М.Р., Денисова А.П. Основные аспекты расчета новой конструкции рулонируемой поплавковой плавающей крыши // Молодежь, студенчество и наука XXI века. IV электронная заочная конференция. Ижевск: ИГ-ТУ, 2004. С 117.

56. Муртазин М.Р. Экспериментальное исследование конструкции рулонируемой плавающей крыши поплавкового типа // Эффективные строительные конструкции: теория и практика: Материалы III Международной научно-технической конференции. Пенза: ПДЗ, 2004. С 421-424.

57. Денисова А.П., Муртазин М.Р. Новая конструкция поплавковой плавающей крыши из рулонных заготовок // Совершенствование проектирования, строительства и эксплуатации металлических резервуаров: Международная конференция. Уфа, 2005. С. 15-17.

58. Aluminum floating screen // Petroleum Times, 1967, v 71, № 1814, 299.

59. Патент 1191461 Великобритании, НКИ EIT МКИ E04H 7/12, 1970.

60. А. с. СССР № 1294712, МКИ В65Д 88/34, опубл. в Б.И. 1987, № 9, С. 89.155