г. Москва, 1-ый Нагатинский пр-д, дом 4, офис 312
+7 (499) 653-58-14 Отдел газификации +7 (499) 288-84-97 Заправка газом +7 (499) 288-72-19 Отдел отопления

Всплывет ли газгольдер с пустотелой плитой

29.01.2019
Автор: Екатерина Никифорова
Рассказать друзьям:
Время чтения: 15 минут
Нет времени читать?

Тему статьи предложил наш подписчик Николай К. Он спросил, почему мы используем «запрещенные» пустотелые плиты. Бытует мнение, что конструкции с отверстиями в торце являются плохим балластом, емкость может всплыть.

На форуме ForumHouse есть ветка обсуждений о преимуществах полнотелых плит. Сам Николай К. провел «правильный монтаж газгольдера» с монолитной бетонной плитой. Даже компания, продающая емкости, называет наш способ установки недобросовестным.

В нормативах нет указаний, что плита обязана быть сплошной. Важно, чтобы пригруз работал. Выполнить расчеты по пустотелой плите нам помог Сергей Бордовский, выпускник МГИМО (у) МИД России.

Вся статья в 2 пунктах

  • Чтобы резервуар с пустотелой плитой всплыл, грунтовые воды должны быть на глубине 65 см для пустой бочки и 10 см для полной бочки.
  • Подземные воды на глубине 2 м — это уже болотистая местность или берег реки. То есть риск всплытия есть в топкой низине при паводках.

Данные для расчетов

Объекты:

  • Бочка Реал-Инвест 4 600 л с высокими патрубками — самая популярная модель.
  • Пустотелая железобетонная плита 3ПБ-35-12-6 производства Ивантеевского завода ЖБК.
  • Котлован: после установки емкости на 35% заполняется песком, на 65% — грунтом.

Параметры:

  • Размеры плиты: длина — 3 480 мм, ширина — 1 197 мм, высота — 160 мм.
  • Масса плиты (m1) — 1 180 кг.
  • Объем плиты (V1) — 0.7 м3.
  • Размеры газгольдера: длина — 4 280 мм, ширина — 1 200 мм, высота — 1 750 мм (высота бочки без патрубков — 1 200 мм).
  • Масса газгольдера (m2) — 890 кг.
  • Объем газгольдера (V2) — 4.6 м3.
  • Размеры котлована: длина — 5 200 мм, ширина — 2 000 мм, глубина — 1 900 мм.
Кстати
Если уже устали от чисел и формул, попросите инженера помочь с расчетами под ваш участок.

Как будем считать

В грунтовые воды погружается «тело»: плита + пустой газгольдер + верхний слой грунта, которым засыпают емкость. При погружении на «тело» действуют 2 силы:

  1. Сила тяжести: FT = (m1 + m2 + m3) × g, где
  • FT — сила тяжести (H);
  • m1 — масса плиты (кг);
  • m2 — масса газгольдера (кг);
  • m3 — масса грунта (кг);
  • g — ускорение свободного падения (м/с2).
  1. Архимедова сила: FA = ρ × V × g, где
  • FA — сила Архимеда (H);
  • ρ — плотность жидкости (кг/м3);
  • V — объем вытесненной телом воды (м3);
  • g — ускорение свободного падения (м/с2).

Если Архимедова сила больше силы тяжести, «тело» всплывет. Если меньше — не всплывет.

Если Архимедова сила равна силе тяжести, газгольдер «готов всплыть». То есть:

FA = FT

(m1 + m2 + m3) × g = ρ × V × g

(m1 + m2 + m3) = ρ × V

Получаем объем погруженного «тела» (V), при котором вся конструкция начинает всплывать:

V = (m1 + m2 + m3) ÷ ρ.

Чтобы решить уравнение, нужно определить m3 (массу верхнего слоя грунта над емкостью).

Найдем массу грунта

Рассчитаем объем слоя земли над газгольдером. Для оценки объема и массы грунта установим:

  1. Весь грунт принимает форму прямоугольного параллелепипеда с площадью основания, равной площади продольного сечения газгольдера:

S = V2 ÷ h2 где

  • S — площадь продольного сечения газгольдера (м2);
  • V2 — объем газгольдера (м3);
  • h2 — высота газгольдера (м).

S = 4.6 ÷ 1.2 = 3.833 м2.

  1. Весь объем заполняется грунтом из дерново-подзолистой почвы, которая распространена на 70.5% территории Московской области.
  2. Плотность грунта усредненно составляет 1 350 кг/м3. Показатель увеличивается от верхних горизонтов к нижним: верхние — 1150-1300 кг/м3, нижние — 1400-1600 кг/м3.

Первые расчеты были неверны: вместо грунта — речной песок с плотностью 1 500 кг/м3. Песком засыпаем нижнюю часть котлована и создаем подушку безопасности для газгольдера. На верхнем слое грунта можно высадить газон

Объем грунта рассчитаем по формуле V3 = S × h3, где

  • V3 — объем грунта (м3);
  • S — площадь продольного сечения газгольдера / основания подушки грунта (м2);
  • h3 — высота подушки грунта (м).

Высоту подушки грунта определяем следующим образом: из глубины котлована (1 900 мм) вычтем высоту бочки (1 200 мм) и высоту плиты (160 мм). Получаем 540 мм, или 0.54 м.

V3 = 3.833 × 0.54 = 2.07 м3.

Умножим объем подушки грунта (V3) на плотность почвы (1 350 кг/м3). Получаем массу грунта:

m3 = 2.07 × 1350 = 2 795 кг.

Рассчитаем объем погруженного «тела»

Возвращаемся к формуле: V = (m1 + m2 + m3) ÷ ρ, где

  • V — объем погруженного «тела», при котором оно всплывет (м3);
  • m1 — масса плиты (кг);
  • m2 — масса газгольдера (кг);
  • m3 — масса грунта (кг);
  • ρ — плотность жидкости (кг/м3).

V = (1180 +  890 + 2795) ÷ 1000 = 4.865 м3.

В итоге: всплывет или нет

Погружение «тела» в воду происходит постепенно: сначала плита (V1), потом газгольдер (V2), потом грунт над емкостью (V3), если бочка к этому времени не всплывет.

  • V (4.865) > V1 (0.7), то есть «тело» вытесняет объем воды больший, чем плита. Плита полностью погружается в воду.
  • V (4.865) < V1 + V2 (0.7 + 4.6), то есть «тело» вытесняет объем воды меньший, чем плита + газгольдер. Газгольдер всплывает, вода не доходит до грунта.

Определим, до какого уровня должна дойти вода, чтобы газгольдер всплыл. Возьмем толщину слоя грунта (0.54 м) и добавим высоту газгольдера, которая не погружена в воду:

  1. Непогруженная высота емкости от общей высоты (1.2 м) = непогруженный объем бочки от полного (4.6 м3): h ÷ 1.2 м = непогруженный объем ÷ 4.6 м3.
  2. Погруженный объем бочки = объем вытесняемой «телом» воды (4.865 м3) минус объем плиты, которая погружена полностью (0.7 м3).

Получаем: h = 1.2 × непогруженный объем ÷ 4.6 = 1.2 × (4.6 - (4.865 - 0.7)) ÷ 4.6 = 0.113 м.

Возвращаемся к уровню грунтовых вод: 0.54 + 0.113 = 0.653 м = 65.3 см от поверхности.

Если грунтовые воды не поднимаются выше 65.3 см от поверхности земли, риск всплытия газгольдера не возникает.

Что будет с заправленной емкостью

Резервуар наполняется на 85%. Для газгольдера Реал-Инвест 4.6 м3 объем топлива составляет 3 910 л.

Определим массу сжиженного углеводородного газа (СУГ) — умножим плотность на объем. Пропан-бутан в соотношении 80/20 при температуре +5°C градусов имеет плотность 535 кг/м3. Переводим в кг/л — 0.535 кг/л.

Рассчитаем массу топлива (m4): 0.535 × 3 910 = 2 092 кг.

Тогда по нашей формуле объем погруженного «тела» меняется:

V = (m1 + m2 + m3 + m4) ÷ ρ = (1180 +  890 + 2795 + 2092) ÷ 1000 = 6.96 м3.

Результаты первого расчета: пустой газгольдер, засыпанный песком, не всплывет при уровне грунтовых вод ниже 60 см от поверхности

Сравним, как будет проходить всплытие. Объем топлива в емкости 3 910 л = 3.91 м3.

  • V (6.96) > V1 (0.7). Плита полностью погружается в воду.
  • V (6.96) > V1 + V2 (0.7 + 4.6). Заправленный газгольдер полностью погружается в воду.
  • V (6.96) < V1 + V2 + V3 (0.7 + 4.6 + 2.07). Подушка грунта частично находится под водой.

В этом случае из общего объема «тела» 7.37 м3 под водой находятся 6.96 м3. То есть полностью погружаются плита и бочка с СУГ. Частично — 0.41 м3 грунта.

Определим толщину слоя грунта (h), который не погружен в воду. Непогруженная толщина слоя грунта от общей толщины (0.54 м) = непогруженный объем грунта (0.41 м3) от полного (2.07 м3): h ÷ 0.54 м = 0.41 м3 ÷ 2.07 м3.

Получаем: h = 0.54 × 0.41 ÷ 2.07 = 0.10 м = 10 см.

Если на участке грунтовые воды не повышаются до 10 см от поверхности, то заполненный газгольдер не всплывает.

Что происходит на самом деле

На территории России распространено залегание подземных вод на небольшой глубине от 2 до 10 м. Уровень 2 м и меньше встречается в низинных и заболоченных местностях, у берегов озер или рек.

  • Если у вас пустой газгольдер Реал-Инвест 4 600 л, вам не нужно опасаться грунтовых вод ниже полуметра.
  • Для заправленной емкости не страшны грунтовые воды ниже 10 см. Как если один раз капнули лопатой — и вот вода.

С 2012 по 2019 год не было ни одного всплытия установленного нами газгольдера. Приводим 5 отзывов клиентов, которым монтировали емкости в 2013 году:

Анатолий Борисович

Владимир Алексеевич

Олег Александрович

Сергей Васильевич

Сергей Владиславович

Если вы все равно хотите полнотелый якорь, мы установим его для резервуаров 2700–6600 л. Цена монтажа увеличится: плита — плюс 3–5 тысяч рублей, вызов крана — от 15 тысяч рублей. Иногда проезд грузоподъемной машины невозможен из-за особенностей участка.

Читайте также:
Подключение к центральному газопроводу = регистрация = настоящая головная боль. Газгольдер тоже оформляют? Нет, ведь автономная система — не магистраль!
Сжиженный газ хранится в емкости под давлением. Значит, есть риск взрыва или утечки. Рассмотрим 5 сценариев и докажем, почему они далеки от реальности.
Сжиженный газ — полноценная замена природного метана. Собственная емкость с годовым запасом топлива выручает, когда магистраль находится слишком далеко.
Предыдущий материал Следующий материал