книги / Материалы для сооружения газонефтепроводов и хранилищ

подразделяются на газгольдеры низкого и высокого давления; по кон­ струкции —на цилиндрические, шаровые и т. д. Цилиндрические газголь­ деры по конструкции весьма разнообразны, но все они имеют одинако­ вые конструктивные элементы: однозвенную или многозвенную оболоч­ ку, состоящую из корпуса, днища, плоской или сферической крыши, а также стойки, стропила и распорки, связи из трубчатой или сортовой стали: лестницы и обслуживающие площадки.

Резервуары и газгольдеры - ответственные сооружения. Стоимость хранящихся в них продуктов во много раз превышает стоимость кон­ струкций. Условия их эксплуатации зависят от назначения и климати­ ческих районов страны. Рабочее давление находящихся в вертикальных резервуарах нефти и нефтепродуктов может вызвать значительные напряжения в металле: например, до 140 МПа в резервуарах объемом до 5000 м3 и 593—237 МПа в резервуарах объемом 30 000 м3 от нижнего к верхним поясам соответственно. Избыточное давление в шаровых резер­ вуарах может доходить до Ц8 МПа и более, а в газгольдерах высокого давления до 3 МПа и выше.

Наружная температура воздуха (от -50 до 50 °С в различных районах

СССР), а также ветровая и снеговая нагрузки, особенно па большие сооружения, способствуют возникновению дополнительных напряжений в металле. Например, снеговая нагрузка может доходить до 1 и 2 кПав зависимости от географических районов страны.

Исходя из условий эксплуатации, материал для их изготовления дол­ жен обладать определенным комплексом свойств. Основными из них являются высокая прочность при достаточно высокой пластичности и вязкости стали, минимальная склонность к хрупкому разрушению (хладноломкости) и старению, низкая чувствительность к надрезам. Материал должен хорошо свариваться, обеспечивая полную герметич­ ность резервуара или другой конструкции, во избежание утечек храни­ мых продуктов. Кроме того, он должен иметь достаточную коррозион­ ную стойкость в условиях атмосферы и воздействия хранимых в резер­ вуарах и газгольдерах продуктов, а также быть недефицитным и выпус­ каться массовым производством. Поэтому для резервуаров, газголь­ деров и подобных конструкций применяют сталь, хорошо раскисленную, с низким содержанием углерода, достаточно чистую по содержанию серы, фосфора, кислорода, азота, водорода, с однородным распределением и низким количеством неметаллических включений, мелкозернистую, не склонную к старению, с низким порогом хладноломкости (не выше -4 0 °С ).

Для изготовления шаровых, цилиндрических и других резервуаров и газгольдеров используют сталь по трем группам: обычной, повышенной и высокой прочности. Каждая группа прочности делится на классы по минимальным показателям временного сопротивления и предела теку­ чести. Виды и марки сталей для изготовления резервуаров и газгольде­

91

ров назначают, исходя из рабочих условий их эксплуатации, объема, характера элементов конструкции и климатогеографических районов их сооружения.

Шаровые резервуары и газгольдеры собирают из отдельных элемен­ тов (скорлуп), составляемых обычно из холодновальцованных лепест­ ков. Изготавливают их объемом 600 и 2000 м3 из низколегированной стали марки 09Г2С класса С46/33, а при повышенных давлениях - из высокопрочной стали, например, марки 16Г2АФ класса С60/45.

Основные элементы стальных цилиндрических вертикальных резерву­ аров - корпус (стенка резервуара), днище и кровля. Корпус и днище изготовляют в заводских условиях в виде полотнищ и поставляют в рулонированном виде на монтажную площадку. Кровлю делают в виде отдельных монтажных элементов-щитов, а плавающую крышу - в виде рулона.

У резервуаров со сферической или другой самонесущей крышей одним из важных элементов является кольцо жесткости, служащее для оиирания кровли, которое устанавливают па верхнюю часть корпуса резервуара. Резервуары имеют стойки и колонны для поддерживания кровли, обслуживающие площадки, ограждения и лестницы.

Корпус, днище и кольцо жесткости вертикальных цилиндрических резервуаров объемом 700 —5000 м3, сооружаемых в районах с темпера­ турой воздуха не ниже —20 °С, изготовляют из стали марок ВСтЗсп5, ВСтЗпс5 класса С38/23. Для районов с более низкими температурами (-40 °С и ниже) корпус и днище этих резервуаров делают из хорошо раскисленной стали марки ВСтЗсп5 по группе В с дополнительно гаран­ тированной ударной вязкостью при температуре -40 °С, а также из 09Г2С.

У цилиндрических вертикальных резервуаров объемом 10 000. 20 000 м3 нижние пояса корпуса, днище изготовляют из низколегирован­ ной стали класса С46/33 (09Г2С, 14Г2 и др.). а верхние пояса корпуса, кольцо жесткости - из стали марки ВСтЗсп5. Причем толщина стенки от пояса к поясу корпуса резервуара постепенно уменьшается (от днища к кровле) согласно расчету. Для изготовления нижних поясов корпуса и днища цилиндрических вертикальных резервуаров объемом 30 000 и 50 000 м3 применяют высокопрочную строительную сталь класса С60/45, например, марки 16Г2АФ. Для верхних поясов корпуса этих резервуа­ ров используют углеродистую сталь марки ВСтЗсп5 класса С38/23 или низколегированную сталь класса С46/33 по расчету.

У резервуаров объемом 100 000 м3 и более корпус разбивают на ниж­ ние. средние и верхние пояса.

Нижние и средние пояса этих резервуаров изготовляют из высоко­ прочной стали класса С60/45, а верхние - из углеродистой стали марки ВСтЗсп5 класса С38/23 или низколегированной стали 09Г2С класса С46/33.

92

Для резервуаров объемом 100 000 м3 с двухслойной стенкой, состо­ ящей из наружной и внутренней оболочек, выполняемых методом рулонирования, наружную оболочку можно делать из высокопрочной стали класса С60/45, нижние пояса внутренней оболочки — также из высокопрочной стали класса С60/45, а верхние пояса внутренней обо­ лочки - из низколегированной стали класса С46/33.

Если нижние пояса корпуса резервуаров объемом 30 000. 50 000 м3 и более изготовлять не из высокопрочной, а из низколегированной стали, то толщина нижнего пояса корпуса будет много выше, чем максимально допустимая при рулонировании (свыше 20 мм). Монтаж тогда осущест­ вляют полистовым методом. Для резервуаров объемом менее 700 м3 допускается применять кипящую углеродистую сталь марки ВСтЗкп2 группы В.

Листовую оболочку цилиндрических газгольдеров объемом 700 - 3000 м3 (корпус, крыша и днище толщиной от 4 мм и более) изготов­ ляют из углеродистой стали обыкновенного качества марки ВСтЗсп5 класса С38/23. Для газгольдеров объемом менее 700 м3, сооружаемых в районах с температурой -20 °С и выше, допускается применять сталь марок ВСтЗис5 и ВСтЗкп2.

Для цилиндрических газгольдеров вместимостью 3000 —30 000 м3 и более листовую оболочку нижнего пояса корпуса изготовляют из низко­ легированной стали марок 15ХСНД, 14Г2 класса С46/33 или из высоко­ прочной строительной стали класса С60/45. Для верхних поясов обо­ лочки газгольдеров применяют спокойную сталь марки ВСтЗсп5 класса С38/23. Оболочки цилиндрических газгольдеров объемом до 30 000 м3 выполняют методом рулонирования. Для лестниц, обслуживающих площадок газгольдеров и резервуаров, а также несущих элементов газгольдеров, таких, как стойки, стропила, распорки для кровли резер­ вуаров и несущих элементов их покрытия (центральная стойка, колонны и другие). применяют углеродистую сталь обыкновенного качества марок ВСтЗсп5, ВСтЗпс5. ВСтЗкп2; для настила площадок и ступеней лестниц допускается использование углеродистой стали обыкновенного качества марки БСтО.

Углеродистую сталь обыкновенного качества ВСтЗкп2 применяют* обычно для элементов толщиной 3 мм, ВСтЗпс5 - толщиной от 4 до 9 мм и ВСтЗсп5 - толщиной более 9 мм.

Для изготовления резервуаров, предназначенных для изотермичес­ кого хранения аммиака при температуре —34 °С, используют сталь марки 09Г2; для хранения жидкого этилена при температуре —102 °С и жидкого природного газа при температуре -162 °С —никелевые стали марок ОН6 и ОН9 с ав > 600 МПа и ат ^ 450 —480 МПа, содержащие менее 0,08 % С, 6 и 9 % Ni соответственно. Для хранения жидкого кисло­ рода при температуре — 196 °С внутреннюю оболочку делают из аустенитной стали марки ОХ18Н9Т с ав > 520 МПа и ат > 210 МПа, содержащей менее 0,08 %С, 18 % Сг, 9 % Ni, 0,4 - 0,8 % Ti.

93

не учитывают в расчетах (распределительная арматура), а также специ­ альные напряжения - усадочные, термические (специальная арматура).

Исходя из условий работы, сталь для армирования железобетонных конструкций должна иметь гарантированные минимальные прочностные характеристики (ав и стт); гарантированные минимальные величины, характеризующие пластичность (5, угол изгиба или число перегибов в холодном состоянии); гарантированные пределы изменения геометри­ ческих характеристик (размеры профиля поперечного сечения, длины стержней и др.), хорошую свариваемость, а также в необходимых случаях гарантированные характеристики исходного материала (хими­ ческий состав, свойства материала для прядей и сеток).

Наиболее важные характеристики арматурной стали - пределы упру­ гости и текучести. При напряжениях, превышающих предел текучести, быстро растет относительное удлинение стали, в результате чего наруша­ ется сцепление арматуры с бетоном, в котором появляются трещины. Повышения предела текучести можно достигнуть легированием, при по­ мощи термической обработки, а также за счет наклепа - волочением, сплющиванием или вытяжкой.

В зависимости от способов изготовления арматура подразделяется на стержневую и проволочную.

Стержневую арматуру изготовляют горячей прокаткой. Она подразделяется на горячекатаную, не подвергающуюся после прокатки упрочняющей обработке; подвергнутую после горячей прокатки упро­ чнению вытяжкой в холодном состоянии, подвергнутую после горячей прокатки упрочняющей термической или термомеханической обработке.

Горячекатаная арматура в зависимости от механических свойств подразделяется на классы с условным обозначением буквой „А” —арма­ туры и римскими цифрами —номера класса: I —первый класс, II —вто­ рой класс и т. д. ( A-I; А-Н и т. д.).

Упрочненная вытяжкой арматура подразделяется на классы по ис­ ходной горячекатаной арматуре, при этом к обозначению класса добав­ ляют индекс ”в” (А-11в).

При обозначении класса термически упрочненной арматуры добавля­ ют индекс ”т” (Ат-V).

В обозначении классов термически и термомеханически упрочненной стержневой арматуры с повышенной стойкостью к коррозионному раст­ рескиванию под напряжением добавляют букву ,,К” (например, Ат-IVK); свариваемой - букву ,,С” (например, Ат-IVC), свариваемой и повышенной стойкости к коррозионному растрескиванию под напря­ жением - буквы СК (например, Ат-VCK). В обозначении горячекатаной стержневой арматуры может быть буква „с” (например, Ас-Н), когда она имеет специальное назначение (гарантируется KCLL^o ^ 0,5 МДж/м2 ).

Арматуру, поставляемую в горячекатаном состоянии, изготовляют

95

следующих классов: A-I, А-П, Ас-П, A-III, A-IV, A-V и A-VI. Минимальные характеристики свойств зависят от марок применяемой стали (СтЗспЗ, ВСтЗспЗ, ВСт5сп2, 18Г2С, 25Г2С, 35ГС, 20ХГ2Ц и др.) - стт > 235 ч- 980 МПа.

Упрочненная вытяжкой арматура в зависимости от механических свойств подразделяется на два класса: А-Нв и А-Шв - стт > 450 и 540 МПа. Упрочнение вытяжкой арматуры приводит к повышению стт при­ мерно на 30 %. Вытяжку осуществляют с контролем удлинения и напря­ жений или только удлинений.

Термически упрочненная арматура представляет собой стержни пери-, одического профиля и подразделяется в зависимости от механических свойств на классы: Ат-Ш, Ат-IV, AT-V и A T-VI - <то,2 ^590 -f 1175 МПа. Термическая обработка арматуры состоит из закалки и отпуска при температуре 3 5 0 - 500 °С.

Профиль и размеры стержневой арматуры зависят от ее класса: стерж­ ни арматуры класса А-1 изготовляют круглыми гладкими, стержни классов А-П, A-III, A-IV, A-V и A-VI - периодического профиля, причем каждому классу должен соответствовать определенный внешний вид и размеры периодического профиля. Арматура периодического профиля представляет собой круглые стержни с двумя продольными ребрами и выступами, идущими по двух или трехзаходной винтовой линии.

Термином „стержень” обозначают арматуру любого диаметра, вида и профиля независимо от того, поставляют ее в прутках или мотках (бунтах). Стержневую арматуру поставляют по номинальным диаметрам

чненной арматуры периодического профиля соответствует номиналь­ ному диаметру круглых гладких стержней, равновеликих по площади поперечного сечения: для арматуры, упрочненной вытяжкой —номиналь­ ному диаметру стержней до вытяжки.

Холоднотянутая проволочная арматура подразделяется на арма­ турную проволоку и арматурные проволочные изделия.

Арматурная холоднотянутая проволока делится на классы: В-I обык­ новенная гладкая; Вр-I (сто,2 ^ 410 -г 395 МПа) —обыкновенная пери­

локу классов В-I и Вр-I изготовляют с номинальными диаметрами 3,4 й 5 мм. Она имеет разрывное усилие не менее 39, 68 и 104 гН и относи­ тельное удлинение 2, 2,5 и 3 % соответственно.

Арматурные проволочные Изделия представляют собой арматурные канаты —спиральные семипроволочные класса К-7 и девятнадцатипро­ волочные класса К-19 Показатели свойств зависят от диаметра каната:

9 6

Сортамент проволочной арматуры строится также по номинальному диаметру dH. Номинальный диаметр арматурной стальной проволоки периодического профиля соответствует номинальному диаметру прово­ локи до придания ей периодического профиля. Номинальный диаметр арматурных канатов соответствует диаметру их описанных окружностей.

Арматуру выбирают в зависимости от типа конструкции, наличия предварительного напряжения, а также от вида нагрузки (статическая или динамическая и многократно повторяющаяся) и температурных условий эксплуатации (табл. 13).

В конструкциях, находящихся под давлением газов, жидкостей и сыпучих тел (для ненапрягаемой арматуры), преимущество имеет стер­ жневая арматура классов А-Н и A-I. Допускается также использовать стержневую арматуру класса А-Ш и арматурную проволоку класса Вр-I. Для предварительно напряженных железобетонных элементов в качестве напрягаемой арматуры применяют арматурную проволок> классов В-Н, Вр-П, арматурные канаты классов К-7, К-19 и стержневую арматуру классов A-V и A-VI. Возможно использование для них стер­ жневой арматуры классов A-IV и А-Шв. В условиях воздействия агрес­ сивной среды применяют стержневую горячекатаную арматуру класса A-IV и термомеханически упрочненную арматуру классов AT-VIK; AT-VCK, A-IVK. За нормативные сопротивления Rsn стержневой арма­ туры, высокопрочной проволоки и арматурных канатов принимают наименьшие контролируемые значения предела текучести ат или а0>2- для обыкновенной арматурной проволоки Rsn = 0,75 ав.

Для бетонных и железобетонных конструкций применяют конструк­ ционные бетоны: тяжелый средней плотности 2200 — 2500 кг/м3; мелкозернистый средней плотности свыше 1800 кг/м3 легкий плотной и поризованной структуры; ячеистый автоклавного и неавтоклавного твердения; специальный бетон —напрягающий. В зависимости от назна­ чения и условий работы бетоны различают по следующим основным показателям: классу по прочности на сжатие В (например, марки В1 ; В 1,5: В2: В2,5; В5—В60); классу по прочности на осевое растяжение Вг,

нительным требованием теплоизоляции Д (Д 500; Д 600— Д 2000) и марке по самоиапряжению напрягающего бетона Sp (Sp 0,6; Sp 0,8— Sp 4).

В марке бетона по прочности на сжатие и осевое растяжение цифры обозначают значение гарантированной прочности бетона; в марке бетона по самоиапряжению —значение предварительного напряжения в бетоне, создаваемого при его расширении в процессе твердения. Буквенные ин­ дексы ,,В, Вt ,Sp ' указывают соответствующие классы.

97

7 - 6682

^ Таблица 13.

Область применения основных видов арматуры в железобетонных конструкциях в зависимости от условий эксплуатации конструкций на открытом воздухе и в неотапливаемых объектах при различных расчетных температурах Т и нагрузке.

Ч&

чО

Таблица 14

Выбор класса бетона предварительно напряженных элементов в зависимости от вида и класса арматуры

Для железобетонных элементов из тяжелого и легкого бетонов, под­ вергающихся воздействию многократно повторяющейся нагрузки, и для железобетонных сжатых стержневых элементов из тяжелого, мел­ козернистого и легкого бетонов назначают классы бетона по прочности на сжатие не ниже В15, а для силыюнагруженных железобетонных сжа­ тых стержневых элементов - не ниже В25. Для предварительно напря­ женных элементов из тяжелого, мелкозернистого и легкого бетонов принимают класс бетона в зависимости от вида и класса арматурной стали (табл. 14).

Сталь для деталей строительно-монтажных машин

Конструкционная легированная сталь. Легирующие элементы позво­ ляют получать у легированных сталей широкий диапазон механических свойств после термической и других видов их обработки. Это объясня­ ется влиянием легирующих элементов на все виды превращений в стали: на аллотропические превращения в железе, па карбидную фазу, па фазо­ вые превращения при нагреве и охлаждении.

Все легирующие элементы преимущественно растворяются в основ­ ных фазах железоуглеродистых сплавов - в феррите, аустените, цементи­ те. Ряд легирующих элементов (Mn, W, V, Ti, и др.) образуют специаль­ ные карбиды. Не образуют карбидов Ni, Si Процесс растворения в этих

100