Ахметов и др. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа (2006)

стационарной крышей, предназначенные для хранения нефти и нефтепродуктов под внутренним избыточным давлением в газовом пространстве 1960Па; вертикальные цилиндрические резервуары с понтоном, предназначенные для хранения нефти и бензинов без избыточного давления;резервуары,предназначенныедляместностисрасчетнойтемпературой окружающей среды до 208 К и для сейсмических районов.

Основные расчетные положения при проектировании:

—относительная плотность нефтепродукта 0,9…1;

—внутреннее избыточное давление в газовом пространстве 1960 Па;

—вакуум 245 Па (аварийный 392 Па);

—нагрузка от теплоизоляции на крыше 341 Па;

—снеговая нагрузка 1960 Па;

—ветровая нагрузка 980 Па;

—расчетная температура наружного воздуха до –40°С;

—максимальная температура продукта +80°С;

—сейсмичность района до 9 баллов.

Для избежания разрушения покрытия в сейсмических районах максимальное наполнение резервуаров объемом 20000м3 не должно превышать 17м, а резервуаров объемом 30000м3 — 16,5м.

Днищеицилиндрическуюстенкуизготавливаютназаводахметаллоконструкцийввидеполотнищ,которыетранспортируюткместумонтажа свернутыми в рулон. При изготовлении полотнищ все соединения выполняютвстыкдвухстороннейавтоматическойсваркойподслоемфлюса. Кромкилистов,собираемыхвстык,должныбытьобработаныпрострожкойилиобрезанынагильотинныхножницахсдопуском±1мм(рис.2.126).

Стальнаяпроволока,флюсыиприсадочныематериалыдолжныобеспечиватьравнопрочностьсварногошвавстыкосновномуметаллу.Сварныешвы,выполняемыевручную,втомчислеимонтажныестыки.Должны выполняться электродами типа Э42Л ГОСТ 9467. Толщину сварных швов принимают по наименьшей толщине свариваемых элементов.

К типовым резервуарам, работающих в газовом пространстве под избыточнымдавлением1960Павходятрезервуарыобъемом100…400м3 безопор,сконическимпокрытием,опирающимсянастенкурезервуара; объемом 2000 и 3000м3 с коническим покрытием, опирающимся на центральную стойку — опору и стенку резервуара; объемом 1000… 30000м3 со сферическим покрытием, опирающимся на стенку резервуара.

Конструкциирезервуаровобъемом100,200,300и400м3,имеютплоское днище, вертикальную цилиндрическую стенку, щитовое покрытие с ограждением и кольцевую лестницу, расположенную по окружности стенки резервуара.

211

Рис. 2.126. Резервуар объемом 400 м3:

а — фасад; б — кровля; в — днище; 1 — начальный щит; 2 — кольцевая лестница; 3 — стенка резервуара; 4 — монтажный стык днища

Полотнище днища изготавливают из двух половин, которые соединяют на песчаном основании путем нахлестки и сварки. Минимальная величинанахлесткимонтажногостыкаднищадолжнасоставлять30мм. Полотнище стенки резервуара изготавливают с припуском 140мм для образования нахлесточного монтажного стыка. Для изготовления днища и стенки резервуаров объемом 100…400 м3 используют листовую сталь размером 4×1500×5000 и 4×1500×6000мм.

Монтажный шов стенки резервуара с понтоном предусмотрено сваривать встык с контролем шва по всей его длине. Если резервуар без понтона, то монтажный шов стенки резервуара можно выполнять путем нахлестки и сварки. Расстояние между смежными стыками должно быть не менее 500 мм.

Покрытие резервуара сборное, распорной конструкции состоит из плоских щитов, укладываемых с уклоном (i = 1:10) на центральное

212

кольцо и стенку резервуара. Между собой щиты соединяются путем нахлестки и сварки. Величина нахлестки в монтажных стыках покрытия не менее 20мм.

Щитыпокрытиясостоятизжесткогокаркаса,изготовленногоиздвутавра,швеллераиугловойстали.Каркасщитовпокрытлистовойсталью толщиной 2,5мм. Для резервуаров объемом 100 и 200м3 покрытие состоит из двух щитов в виде полукруга, а для резервуаров объемом 300 и 400м3 — соответственно из шести и восьми щитов в виде секторов.

Конструкциирезервуаровобъемом2000и3000м3 отличаютсяотдругихконструкцийналичиемцентральнойстойки(рис.2.127)ицентральногощита.Вданныхконструкцияхщитыпокрытияопираютсянастенку резервуара и центральный щит, установленный на стойку. На крыше резервуараимеютсяплощадкииограждениядляобслуживанияоборудования.Дляподъеманакрышуустановленастационарнаяшахтнаялестница.

213

по поясам зависит от снеговой и ветровой нагрузок. Полотнища стенок таких резервуаров изготавливают цельными. В качестве барабана для наворачивания и транспортировки их используют шахтную лестницу. Рулон полотнищ стенки имеет длину 12м и диаметр (согласно требованиям железнодорожного габарита) 3…3,25м.

Толщина полотнищ стенки резервуаров объемом 2000 и 3000 м3 по поясам при различных снеговых и ветровых нагрузках приведена в таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Зависимость толщины стенок по поясам

от ветровой и снеговой нагрузки

Покрытие резервуаров объемом 2000 и 3000 м3 состоит из сегментных плоских щитов и центрального круглого щита, который укреплен на вершине центральной стойки. Центральная стойка изготовлена из стальной трубы диаметром 426 мм и высотой 12000мм.

У основания стойки имеется опора в виде двух колец диаметром 2660 и 430 мм, соединенных между собой восемью радиально расположенными уголками. Кольцевая опора крепится у основания центральной стойки распорками на сварке. Такая же конструкция опорного кольца закреплена на вершине центральной стойки. Между верхним и нижним опорными кольцами установлены на равных расстояниях три съемных кольца.

Все опорные кольца имеют одинаковый диаметр. Для предотвращения подъема стойки от избыточного давления в газовом пространстве ее пригружают бетоном соответственно массой 5,9 и 12,6т.

214

Центральный круглый щит покрытия представляет собой жесткий кольцевой каркас диаметром 2390мм с шестью распорками из угловой стали (рис. 2.128). В центре щита установлен патрубок из трубы размером 159×4 мм с фланцем. Кольцевой каркас покрыт листовой сталью толщиной 2,5мм. Диаметр центрального щита с выступающей частью кровли равен 2800 мм. Центральный щит при монтаже резервуара устанавливают на вершину стойки.

Рис. 2.128. Центральный щит покрытия:

1 — крепление заглушки; 2 — заглушки; 3 — фланец патрубка; 4 — патрубок; 5 — настил щита покрытия; 6 — кольцо жесткости патрубка; 7 — монтажная петля

Щитыпокрытияпредставляютсобойплоскийжесткийкаркасвформе сектора с усеченной вершиной и дугообразным основанием. Главные несущие элементы щита — радиальные балки двутаврового профиля, которые соединены шестью поперечными распорками. Покрытие всего резервуара состоит из одного начального щита, соответственно 12 и 16 промежуточных и одного замыкающего щита. Жесткий каркас щитов покрывают листовой сталью толщиной 2,5мм. Начальный щит покрывают в пределах его контура. Промежуточные щиты должны быть

215

снапуском со стороны ранее установленных щитов, чтобы образовать нахлесточное соединение с ними. Замыкающий щит имеет напуск

сдвух сторон, чтобы образовать нахлесточные соединения с последним промежуточным и начальным щитами покрытия. Щиты покрытия укладывают с уклоном 1:20 на цилиндрическую стенку резервуара и центральный кольцевой щит с нахлесткой монтажных стыков. Лестница для таких резервуаров – многомаршевая шахтной конструкции.

Конструкциирезервуаровобъемом5000м3,отличаютсяотконструкции резервуаров объемом 2000 и 3000м3 отсутствием центральной стойки. Покрытие сборное, распорной конструкции, которое состоит из 20 плоских щитов секторной формы, укладываемых с уклоном 1:8 на центральное кольцо и стенку резервуара.

Резервуары с понтоном для хранения нефти и бензинов без избыточного давления представляют собой обычную конструкцию типовых вертикальных цилиндрических резервуаров со стационарной крышей, внутри которых расположен плавающий понтон (рис. 2.129). При заполнении емкости понтон поднимается до верхнего предела, а при опорожнении опускается на опоры. Плавающий на поверхности понтон значительно сокращает испарение легких фракций. Такие резервуары получили широкое распространение в нашей стране. Во всех резервуарах с понтоном вертикальный монтажный шов цилиндрической стенки должен быть сварен встык с последующим просвечиванием его по всей длине. Для избежания поворота понтона при его вертикальном перемещении используют две диаметрально расположенные трубы, служащие одновременно для пропуска резервуарного оборудования.

При сливе нефти и бензина из малых резервуаров понтон в нижнем положении опирается на кронштейны, закрепленные к стенке, а из больших резервуаров — на стойки трубчатого сечения двух конструкций — плавающие стойки и стойки, закрепленные на днище резервуаров. Плавающие стойки крепятся на болтах к патрубкам, приваренным к радиальным ребрам и днищу понтона, и следуют с понтоном при его движении.Вэтомслучаенаднищерезервуаровпривариваютподкладку под плавающие стойки. Стойки, закрепленные на днище резервуаров, рекомендуется применять только при хранении парафинистых нефтей, дающих большие осадки парафина.

Кронштейны,атакжеплавающиеизакрепленныенаднищерезервуара стойки фиксируют нижнее положение понтона на высоте 1800мм от днища резервуара, чтобы не мешать работе хлопушек на приемно-раз- даточных патрубках. При выносных хлопушках кронштейны и плавающие стойки фиксируют нижнее положение понтона на высоте 900 мм.

216

Рис. 2.129. Резервуар с понтоном объемом 400м3:

1 — высшее положение понтона; 2 — положение понтона на кронштейнах; 3 — оси кронштейна

Для свободного вертикального перемещения понтона устраивают зазор между внутренней стенкой резервуара и понтоном. В малых резервуарах этот зазор принимают равным 150, а в больших — 200мм. Пространство зазора перекрывают уплотняющим затвором. В мировой практике имеется большое число разных конструкций затворов. В типовых проектах предусмотрен петлевой затвор (рис. 2.130), который изготавливают из технической ткани — бельтинга — обрезиненной с двух сторон бензостойкой и морозостойкой резиной. Толщина бельтинга должна быть не менее 3,2мм.

Днищепонтонаизготавливаютназаводахметаллоконструкцийввиде полотнищаитранспортируюткместумонтажасвернутымврулон.Вертикальные кольцевые ребра поступают к месту монтажасвальцованнымипосоответствующим радиусам отдельными элементами или свернутыми в рулон.

Бортовой уголок размером 50×4 мм поставляют наместомонтажасвальцованным и с нанесенными на нем отверстиями для крепления затвора. Число стыков бортового уголка принимают кратным числуотверстийдлякреп-

ления затвора. Разбивку Рис. 2.130. Петлевой затвор:

1 — внутренняя петля; 2 — прокладка; 3 — наружная петля отверстий на элементах затвора; 4 — стенка резервуара; 5 — понтон

217

уголка начинают и заканчивают половиной шага. Разметку и образованиеотверстийпроводятнасвальцованномуголке.Числорадиальныхреберпринятократнымчислуотверстий.Расстановкуихпроводятначиная с половины шага отверстий.

Для снижения потерь углеводородов широкое применение нашли резервуары с плавающей крышей. Плоское днище и цилиндрическая стенка корпуса ничем не отличаются от днища и стенки типовых конструкций резервуаров с понтоном. Для придания жесткости цилиндрической стенке устраивают кольцевой каркас на верхнем срезе наружной стороны стенки.

Плавающая крыша может быть трех конструкций: дисковая, одно- и двухслойная (рис. 2.131).

Рис. 2.131. Схемы конструкций плавающей крыши

Дисковая крыша (рис. 2.131а) представляет собой сваренный из листовой стали диск с бортами по периферии и жесткими связями для поддержания формы обода на крыше. Устойчивость такой крыши меньшепосравнениюсустойчивостьюкрышдругихконструкций,апоэтому она не получила широкого распространения в нашей стране.

Однослойная крыша (рис. 2.131б) имеет кольцевой понтон по периметру. Центральная часть ее представляет форму диска. Кольцевой понтон занимает 20...50% всей площади крыши и разделен на герметические отсеки, что придает такой крыше хорошую плавучесть. Ветровая нагрузка воспринимается радиальными ребрами жесткости, приваренными на дисковую часть крыши.

Радиальные жесткости могут быть выполнены в виде уголков, швеллеров или коробов. Иногда в центральной части однослойной крыши устраивают дополнительный понтон (рис. 2.131в).

Двухслойная крыша (рис. 2.131г) состоит из верхнего и нижнего настилов, разделенных на ряд герметических отсеков. Воздушная прослойка между настилами обеспечивает не только плавучесть, но и теплоизоляцию, которая предохраняет нефтепродукт от нагревания

218

иинтенсивного испарения. Верхний настил имеет уклон к центру крыши для сбора и отвода дождевых вод через дренажную систему. Крыша выдерживает нагрузку от слоя воды толщиной 25см и сохраняет плавучесть при появлении течи в 85% отсеков.

Внижнем положении плавающая крыша фиксируется опорными стойками, как и понтоны. Для обеспечения проектного положения плавающейкрыши используют направляющие противоповоротныестойки из труб, как и в резервуарах с понтоном. Для обслуживания оборудования на плавающую крышу спускают наклонную лестницу, которую шарнирно присоединяют к стенке резервуара и плавно перемещают по плавающей крыше при помощи колес по рельсам во время налива

ислива нефтепродуктов. Независимо от изменения положения крыши ступенькилестницыостаютсягоризонтальными,таккаксделаныввиде поворотных площадок.

Из-за больших ветров, песчаных буранов, снегопадов и низких температур в некоторых климатических зонах страны ограничена возможность строительства резервуаров с плавающей крышей. Несмотря на это, ониполучаютширокоераспространениеприсооружении резервуаров объемом 50000...100000м3 и более.

Впервые дисковые плавающие крыши стали применять в США с 1922г., а понтонные с 1928г. Наиболее крупные резервуары с плавающей крышей построены в ФРГ (121000м3), Иране (160000м3), Японии

(200000м3).

Другой конструкцией является резервуар с «дышащей» крышей. Такиерезервуарыимеютплоскоеднищеивертикальнуюцилиндрическую стенку (рис. 2.132). Крыша резервуара представляет собой стальную мембрану, которая при повышении давления паров бензина в резервуаре поднимается и увеличивает объем газового пространства.

Резервуар с безмоментной «дышащей» крышей (2.132а) имеет плоское днище и цилиндрический вертикальный корпус, который по верхнемуобвязочномууголкуоборудовансвнутреннейстороныкольцевым коробчатым каркасом (2.132б). В центре днища установлена телескопическая опорная колонна. На верху колонны имеется металлический зонт (2.132в). Безмоментная «дышащая» крыша представляет собой висячую оболочку. В такой оболочке практически нет изгибающих моментов, а поэтому ее несущей способности при малых толщинах стали (2,5...3мм) достаточно, чтобы без жестких конструкций перекрытия обеспечить ее прочность, устойчивость и герметичность. Оболочка крыши в центре ложится на металлический зонт, а по периферии — на кольцевой коробчатый каркас.

219

Рис. 2.132. Резервуар с безмоментной «дышащей» крышей:

а — схема резервуара; б — кольцевой коробчатый каркас; в — металлический зонт на опорной колонне; г — телескопическая опора при максимальном избыточном давлении паров бензина в резервуаре и при отсутствии избыточного давления

Оболочка такой крыши может быть изготовлена на заводах металлоконструкций в виде полотнищ, длина которых равна половине периметра резервуара, а ширина — радиусу. Полотнища кровли разрезают на секторы. Высота сектора равна радиусу резервуара (ширина полотнищ), а основание — периметру резервуара, деленному на число секторов. В резервуаре объемом 5000м3 полотнища крыши разрезают на 20 секторов.

Перед разрезкой полотнища на секторы нужно в начале и конце полотнищ вырезать два полусектора с катетами, равными ширине полотнищ и половине основания сектора.

Периферийный каркас монтируют в процессе разворачивания рулона стенки. Монтаж секторов выполняют попарно с противоположных сторон, поднимая их при помощи легких кондукторов с днища резервуара и укладывая вершиной на зонт и основанием на периферийный каркас. Все соединения секторов с зонтом, периферийным каркасом и между собой выполняют внахлестку, что значительно упрощает процесс строительства.

220