Приложение М. Требования к резервуарам, используемым при повышенных температурах

М.1 Содержание приложения

М.1.1 В данном приложении определяются дополнительные требования, предъявляемые к резервуарам, указанным в стандарте Американского нефтяного института (API 650). Максимальная рабочая температура для этих резервуаров составляет более 200^оФ, но не превышает 500°Ф.

М.1.2 При температурах выше 200^оФ не допускается использовать следующее:

1. Открытые сверху резервуары (см. раздел 3.9).
2. Резервуары с плавающей крышей (см. приложение С).
3. Дверные листовые панели на болтах (см. А. 10 и А. 11).
4. Алюминиевые куполообразные крыши на опорах (см. раздел G.1.1 и примечание ниже).
5. Внутренние плавающие крыши из алюминия (см. раздел Н.3.2 и примечание ниже). Внутренние плавающие крыши из пластмассы (см. раздел Н.3.4).

Примечание: Для пунктов d и е покупатель может сделать исключение в случае соблюдения следующих условий:

1. При определении снижения допустимого напряжения на элементы конструкции из алюминиевых сплавов в соответствии с документом ANSI/ASME В9б. 1-1993, “Сварные резервуары из алюминиевых сплавов”, и проведении оценки сплавов для установления возможности отслаивания.
2. При проведении оценки соответствия прокладок и уплотнений рассчитаны на использование при повышенных температурах.

М.1.З Внутренние плавающие крыши в соответствии с приложением Н могут использоваться прн температурах выше 200°Ф при условии выполнения соответствующих требований, изложенных в этом приложении. Необходимо учитывать давление паров жидкости. Уплотняющие устройства, в особенности из ткани и неметаллических материалов, должны соответствовать рабочей температуре.

М.1.4 Резервуары для небольших внутренних давлений в соответствии с приложением F могут использоваться прн температурах выше 200°Ф при условии выполнения требований разделов М.З.6, М.3.7 и М.3.8.

М.1.5 Резервуары заводской сборки в соответствии с приложением J могут использоваться при температурах выше 200°Ф при условии выполнения соответствующих требований, изложенных в этом приложении.

М.1.б На паспортной табличке резервуара должно быть указано, что резервуар соответствует настоящему прнложениею, т. е. к данным, приведенным в п. 8.1.1, должна быть добавлена буква М. Кроме того, паспортная табличка резервуара в позиции, указанной на рис. 8-1 должна содержать значение максимальной рабочей температуры

М.2 Тепловое воздействие

Данное приложение не содержит подробных инструкций по ограничению нагрузок и напряжений, возникающих из-за воздействия температуры, таких как дифференциальное тепловое расширение и цкклическиое воздействие температуры, которые могут иметь место в резервуарах, работающих при повышенных температурах. При значительных тепловых воздействиях использование данного приложения позволит заказчику установить такие явления.

По согласованиию с заказчиком изготовитель должен предоставить подробные данные о прочности и пригодности резервуара о дополнение к данным, указанным в настоящем стандарте для случая отсутствия таких эффектов.

При рабочих температурах, превышающих 200°Ф, особое внимание следует уделить следующим условиям, связанным с температурными эффектами:

1. Разница температур днища резервуара и нижней части его корпуса. Такие различия температур могут быть связаны с такими факторами, как способ и последовательность наполнения, нагревания или охлаждения, внутренней циркуляции, а также отвода тепла через фундамент и через корпус в атмосферу. При наличии такой разницы температур может потребоваться увеличение гибкости трубопроводов, усиление соединения днища и корпуса и увеличение толщины кольца илн донных плит для компенсации увеличения поворота соединения днища и корпуса (см. раздел М.4.2).
2. Возможность теплового расширения днища (может быть уменьшена с помощью выбора способа наполнения и нагрева). В этом случае в дополнение к изложенному в пункте а может потребоваться усиление сварного шва днища.
3. Различия и градиенты температур между различными элементами, например, между корпусом и крышей или лестницей, корпусом и ребрами жесткости, крышей или корпусом и опорами крыши и местами образования зазоров в изоляционном покрытии илн нарушения изоляции.
4. Будет ли содержимое резервуара затвердевать и затем нагреваться для разжижения, включая воздействие этого процесса на опоры, балки и стропила. Также необходимо учитывать возможеюсть нарастания твердого вещества на этих элементах и закупорки вентиляционной системы.
5. Число и амплитуда температурных циклов, которым подвергается резервуар в течение срока службы.

М. З Изменения напряжений нагрузки и толщина металла

M.3.1 Для рабочих температур, не превышающих 200°Ф, изменять значения допустимого напряжения, приведенные в 3.6.2 (табл. 3-2) для расчета толщины корпуса, не требуется.

М.3.2 Для рабочих температур выше 200°Ф значения допустимого напряжения, приведенные в разделе 3.6.2, необходимо изменить следующим образом: величина допустимого напряжения должна либо составлять две трети от минимального заданного предела текучести материала, умноженного на соответствующий коэффициент, приведенный в табл. М-1, либо равняться значению, приведенному в табл. 3-2 для расчетного наряжения для данного изделия, в зависимости от того, какое из этих значений меньше.

M.3.3 Значение допустимого напряжения, равное 21000 фунтов на кв. дюйм в уравнении для расчета толщины обечайки корпуса в разделе А.4.1 следует умножить на соответствующий коэффициент, приведенный в табл. М-1.

М.3.4 Необходимо внести изменения в состав требований пункта 3.7.7 для прочистиых люков (выполненных заподлицо) и 3.7.8 для соединений корпуса (выполненных заподлицо). Толщину плиты усиления днища, болтового фланца и закрывающей плиты необходимо изменить, разделив требуемую толщину на коэффициент снижения предела текучести, приведенный в табл. М-1.

Таблица М-1. Коэффициенты снижения предела текучести

Минимальный заданный предел текучести (фунты на кв. дюйм)

Примечание: Для промежуточных значений следует использовать линейную интерполяцию.

М.3.5 Значения допустимого напряжения для элементов конструкции, указанные в разделе 3.10.3, включая допустимые напряжения, зависящие от модуля упругости, необходимо умножить на отношение предела текучести материала при максимальной рабочей температуре к 30000, если это отношение меньше 1,0 (коэффициенты снижения предела текучести см. в табл. М-1).

М.3.6 Значение 30800 в двух уравнениях в F.4.1. и F.5 необходимо умножить на отношение предела текучести материала при максимальной рабочей температуре к 30000, если это отношение меньше 1,0 (коэффициенты снижения предела текучести см. в табл. М-1).

М.3.7 Значение допустимой нагрузки, указанное в F.7.2, необходимо умножить на отношение предела текучести материала при максимальной рабочей температуре к 27300, если это отношение меньше 1,0 (коэффициенты снижения предела текучести см. в табл. М-1).

M.3.8 В случае применения изолированных анкеров значение допустимого напряжения, указанное в табл. F-1, необходимо умножить на отношение предела текучести материала прн максимальной рабочей температуре к 30000, если это отношение меньше 1,0 (коэффициенты снижения предела текучести см. в табл. М-1).

М.4 Дниша резервуаров

М.4.1 Резервуары диаметром более 100 футов должны иметь сваренные встык кольцевые плиты днища (см. 3.1.5.6).

М.4.2 Для резервуаров, используемых при повышенных температурах в случае, когад, предполагается наличие значительной разности температур между днищем резервуара и нижней частью корпуса предложена следующая упрощенная методика расчета. Эта методика не является обязательной. Учитывается, что могут быть применены и другие аналитические методы, а также что в определенньгх условиях не будет необходимости в применении этой методики.

Соединение днища и корпуса в резервуарах, работающих при повышенных температурах, можно рассчитать для высоты столба жидкости и температурных циклов с помощью приведенных формул, методов и указанных ниже исключений. (Условия, при которых исключается проведение такого анализа для резервуаров, изложены ниже в пунктах а и b примечания).

Примечание: Оценка срока службы при циклической смене условий эксплуатации не требуется, если выполняются все критерии одного из следующих положений:

1. Расчетная разность температур (7) меньше или равна 400^оФ, значение К меньше нли равно 2,0 и С меньше или равно 0,5.
2. Напор столба нагретой жидкости в резервуаре (в футах) обычно поддерживается больше ал и равной 0,3 исключением случайных охлаждений до температуры окружающего воздуха (примерно раз в год); значение  Т меньше или равно 500°Ф; значение К меньше или равно 4,0. (Исходная информация к выводу формул для определения напряжений, расчетного срока службы и коэффициентов С и В приведена в работе Г. Г. Карчера (G. G. Karcher) “Напряжения в соединениях между днищем и корпусом резервуаров, работающих при повышенных температурах” ).

N = (1,4 x 10⁶ / KS)^2,44

(Если N больше или равно 1300, циклическое изменение не является определяющим фактором для соединения днища и корпуса).

Где:

N = расчетное число циклических изменений уровня жидкости и температуры, которое по оценке соответствует сроку службы резервуара (обычно меньше 1300). Данная методика расчета предусматривает достаточный коэффициент запаса. Контролировать фактические эксплуатационные циклы температуры и напора жидкости не требуется.

К = коэффициент концентрации напряжений для плиты днища у основания внутреннего углового сварного шва, соедиЕиющего днище и корпус.

= 4,0 для угловых сварных швов между днищем и корпусом и сваренных внахлест плит днища.

= 2,0 для сваренных встык кольцевых плит в случае (100%) контроля углового сварного шва между днищем и корпусом магнитной дефектоскопии (см. 6.2). Метод магнитной дефектоскопии должен применяться для проверки при заварке корня шва через каждые 1/2 дюйма наплавленного металла во время выполнения сварки, а также после окончательного наложения шва. Контроль должен выполняться перед гидравлическими испытаниями (опрессовной).

S = 0,033D²t_b^0,25/l x [6,3HG/(Dt)^0,5 + 436CT_l^0,5 / D^1,5 – BS_yc_b² / (Dt)^1,5 – G]

= половина максимального значения напряжения, приходящего на кольцевую плиту в области сварного шва между днищем и корпусом ( в фунтах на кв. дюйм). Значения Н и СT должны бьпъ достаточно велики для того, чтобы S было положительным. Отрицательное значение S указывает на то, что условия приложения нагрузки не удовлетворяют исходным положениям, принятым при выводе формулы. Строго говоря, при использовании уравнения для расчета значения S должно выполняться следующее неравенство:

[6,3HG / (Dt)^0,5 + 436CTl^0,5 / D^1,5 – G] > BS_yt_b² / (Dt)^1,5

При использовании уравнения для 5 толщина корпуса t должна бьггь больше или равна толщине кольцевой плиты

Т – разность между минимальной температурой окружающего воздуха и максимальной рабочей температурой резервуара (в градусах Фаренгейта).

S_y – заданный минимальный предел текучести плиты днища при максимальной рабочей температуре резервуара (в фунтах на кв. дюйм).

D = номинальный диаметр резервуара (в футах).

Н – разность высот между максимальным и минимальным уровнями наполнения (в футах). G – расчетная плотность жидкости.

t – номинальная толщина нижней части корпуса резервуара (в дюймах).

t_b = номинальная толщина нижней кольцевой плиты (в дюймах).

С – коэффициент, учитывающий наличие радиального ограничения соединения днища и корпуса резервуара с учетом условий свободного теплового расширения (С_max – 1,0, Сmin – 0,25). Фактическое расчетное значение С выбирается с учетом условий эксплуатации и нагрева резервуара, а также процесса теплопередачи с отводом тепла к подстилающему слою, обнаруженному после грунта. (См. сноску 16).

= 0,85, если покупатель не предоставляет значения коэффициента С.

В – коэффициент, соответствующий типу основания. (См. сноску 16).

= 2,0 для резервуаров на естественных основаниях.

= 4,0 для резервуаров на естественных основаниях с бетонной кольцевой стенкой.

М.5 Свободно опертые крыши

М.5.1 Следует внести изменения в состав требований, изложенных в п.п. 3.10.5 и 3.10.6, которые относятся к свободно опертым крышам, изменяются. Для рабочих температур выше 200°Ф рассчитанная в соответствии с 3.10.5 и 3.10.6 минимальная толщина плит крыши должна быть увеличена в соотношении 28800000 к значения модуля упругости материала при максимальной рабочей температуре.

М.5.2 Для определения модуля упругости материала при максимальной рабочей температуре используется табл. М-2.

М.6 Ветровые фермы

В уравнении для определе ния макс нмальной высоты корпуса, без дополнительных элементов жесткости, которое приведено в пункте 3.9.7.1, максимальная высота (H_l) должна быть уменьшена в соотношении модуля упругости материала при максимальной рабочей температуре к 28800000, если это отношение меньше 1,0 (значения модуля упругости приведены в табл. М-2).