19774

Сооружение и ремонт резервуарных парков

Реферат

Производство и промышленные технологии

81. Стальные вертикальные цилиндрические резервуары с плавающими крышами. Для сокращения потерь нефтепродуктов от испарения поверхность жидкости в резервуаре закрывают круглой мембраной – понтоном или плавающей крышей рис.1.. Основное отличие данного типа резервуар...

Русский

2013-07-17

3.72 MB

69 чел.

8-1. Стальные вертикальные цилиндрические резервуары с плавающими крышами.

Для сокращения потерь нефтепродуктов от испарения поверхность жидкости в резервуаре закрывают круглой мембраной – понтоном или плавающей крышей (рис.1.).

Основное отличие данного типа резервуара от ранее рассмотренного заключается в том, что его крыша свободно плавает на поверхности нефтепродукта, практически снижая до минимума объём паровоздушного пространства.

 Зазор между между периферийной частью плавающей крыши и внутренней поверхностью корпуса, равный 100-400 мм, полностью  перекрывается уплотняющим затвором 5, конструкция  которого может быть трех типов: мягкой, жесткой и комбинированной. В мягких уплотняющих затворах основными конструктивными узлами являются оболочка из резинотканевого материала и уплотнение, состоящее из пористых эластичных пластмасс, например, из  нейлоновой ткани, покрытой с двух сторон синтетическим каучуком.

Рис.1. Конструкция резервуара с плавающей крышей

1 – основание; 2 – днище; 3 – центральная часть плавающей крыши; 4 – понтонное кольцо; 5 – уплотняющий затвор; 6 – оболочка корпуса; 7, 8 – кольца жёсткости; 9 – огневые предохранители; 10 – направляющие стойки; 11 – плавающая крыша (верхнее положение); 12 – опорные стойки; 13 – катучая лестница; 14 – переходной мостик с периллами; 15 – шахтная лестница; 16 – смотровой люк; 17 – опорная ферма; 18 – дренажная система труб; 19 – премник ливневых и талых вод.

Материал оболочки должен обладать следующими свойствами: а) достаточной плотностью, чтобы оболочка не деформировалась при колебании температуры окружающей среды от - 40 до +70°С и мало истиралась при движении по стальной поверхности стенки резервуара; на истирание оказывают влияние сила прижатия уплотняющего затвора к стенке резервуара и коэффициент трения; при нормальных условиях сила прижатия для уплотнений из эластичного пористого синтетического материала (пенополиуретана) составляет 250 - 450 Н/м; б) стойкостью против старения из-за окисления резины кислородом воздуха; в) стойкостью к агрессивному воздействию паров нефтепродуктов и ароматических углеводородов; в зависимости от содержания ароматических веществ в нефтепродуктах определяется химический состав резинотканевого материала; г) необходимой поверхностной электропроводностью для устранения опасных зарядов статического электричества;  д) огнестойкостью.

 Для изготовления мягких уплотнений широко применяются пористые пластмассы (пенополиуретан).

Затворы жесткого типа или механические уплотнения представляют собой систему, содержащую скользящий элемент (башмак) из мягкого металла, который крепится с помощью подвесных устройств разнообразных конструкций к коробам плавающей крыши и прижимается с расчётным усилием к внутренней поверхности корпуса под действием: собственного веса, системы противовесов или с помощью пружин. Для защиты нефтепродукта от испарения в кольцевом пространстве между плавающей крышей и корпусом резервуара используются гибкие мембраны из синтетических материалов. Защита затвора от солнечной радиации и осадков осуществляется с помощью специальных кольцевых мембран (козырьков).

В комбинированных уплотняющих затворах используются конструктивные элементы мягких и жестких уплотнений.

Применяемые затворы надежно закрывают пространство между корпусом и плавающей крышей, эластичны, работоспособны при отрицательных (но не очень низких) температурах, долговечны.

На верху корпуса резервуара с плавающей крышей предусматривается кольцевой балкон, соединенный с землей наружной лестницей, а с плавающей крышей - внутренней катучей лестницей, шарнирно прикрепленной к  корпусу резервуара. При сливе и наливе нефтепродукта колеса внутренней лестницы перемещается по плавающей крыше в радиальном направлении по рельсовому пути и не препятствуют изменению положения крыши по высоте.

На нижней стороне плавающей крыши проектируются опорные стойки высотой не менее 2 м, обеспечивающие производство ремонтных работ в пространстве между плавающей крышей и днищем резервуара. Для стока дождевой воды и растаявшего снега наружной поверхности плавающей крыши придается уклон к центру. Воду с крыши удаляют с помощью водозаборного устройства с фильтром, установленного в её центре, и системы труб, снабженной поворотными шарнирами.

Резервуары с плавающей крышей имеют люки, лазы, замерные устройства, предохранительные и вакуумный клапаны, размещенные на крыше. Вакуумный клапан служит для того, чтобы после опорожнения в резервуаре не образовался вакуум, когда крыша устанавливается в низшее положение, опираясь на стойки. Через предохранительные клапаны при заполнении резервуара выходит воздух, заключенный между днищем и крышей в ее нижнем положении.

Конструкции плавающих крыш подразделяются на: однодисковые с бортом; однодисковые с кольцевым коробом (понтоном); однодисковые с понтонным кольцом и центральным коробом; однодисковые с кольцевым коробом и поплавками; двухдисковые с одним и двумя уклонами. Однодисковая крыша со сплошным вертикальным бортом не надежна в эксплуатации, так как появление течи в любой ее части приводит к заполнению ее продуктом и потоплению. Преимущества этих крыш - простота конструкции и незначительный расход металла. Эффективным направлением совершенствования конструкции крыш данного типа может явиться придание им непотопляемости путем заполнения внутренней части легким пористым материалом типа пенополиуретана.

РВС с плавающей крышей хорошо использовать в районах с небольшими дождевыми и снеговыми осадками, где маловероятны снежные и песчаные заносы, которые могут привести к заклиниванию или перевороту крыши. При несоблюдении этих условий целесообразно применять резервуары с понтоном, защищенным от осадков и заносов стационарным покрытием.

8-2. Шаровые резервуары.

Наиболее полно соответствуют требованиям хранения ценных жидких продуктов шаровые (сферические) резервуары (ШР) номинальной вместимостью 600-4000 м3 (рис.1). Они находят все более широкое применение не только для хранения легких фракций бензина, сжиженного бутана и бутилена, но и также в тех отраслях промышленности, где требуется хранить и перерабатывать жидкие и газообразные продукты, находящиеся под избыточным давлением от 0,25 до 1,8 МПа и обладающие повышенной упругостью паров.

Рис.1 Конструкция шарового резервуара

При меньшей вместимости применение ШР нерентабельно, так как они становятся менее экономичными, чем горизонтальные цилиндрические резервуары. Нецелесообразно использовать эти конструкции и при давлении свыше 1,8 МПа, поскольку при таком давлении толщина стенки стальной оболочки достигает большой величины, что приводит к снижению прочностных характеристик стали из-за худшего её обжатия при прокатке и повышению трудоёмкости сварочно-монтажных работ.

Наряду с традиционным применением сферических резервуаров в нефтяной, газовой и химической промышленности в последние годы появилась необходимость разработки и применения специальных резервуаров для предприятий группы "Б", где их используют для хранения и переработки различных легкоиспаряющихся жидкостей, технологические процессы, производства которых связаны с наличием избыточного внутреннего давления. По сравнению с применяемыми в этих отраслях цилиндрическими резервуарами сферические резервуары обладают рядом преимуществ: они позволяют улучшить качество хранения и свести к минимуму объем газовой камеры над жидким продуктом, повысить внутреннее давление и исключить потери от испарения, уменьшить расход стали. Их используют не только как емкости для хранения, но и как корпуса технологических аппаратов. Наименьшая площадь поверхности, свойственная сферической форме резервуара, позволяет уменьшить затраты, необходимые для обработки и защиты внутренней поверхности от коррозии и ее изоляции от хранимого продукта, что для таких сооружений имеет большое значение.

Выбор раскроя стальной оболочки резервуара зависит от протяженности сварных швов и количества отходов листовой стали. Некоторые варианты раскроя оболочки шарового резервуара показаны на рис. 2. Рациональным является вариант а из листов размером 2,67,5 м с отходами стали не более 8,8% и протяженностью сварных швов 616 м. Предпочтительны широкие – 3 м и не очень длинные листы – до 8 м. Листы толщиной до 16 мм хорошо вальцуются по сферической поверхности в холодном состоянии на станке Г.С. Сабирова. Листы большей ширины и толщины штампуются на гидравлических прессах при нагреве стали до 800-8500С.

Рис.2. Схемы раскроя оболочек шаровых резервуаров

1 – донышко; 2 – корпус; а – трехпоясной меридиональный; б – параллельно меридиональный; в - двухпоясной меридиональный; г – меридиональный.

Опоры шаровых резервуаров могут быть различных конструкций. Резервуары вместимостью 600 м 3 обычно опираются на железобетонный цилиндрический стакан (рис.3), диаметр которого равен радиусу сферической оболочки, что соответствует центральному углу охвата 600. При таком конструктивном решении опорное сечение тонкостенной сферической оболочки резервуара в точках контакта с цилиндрическим стаканом  подвергается мощному воздействию реактивных сжимающих усилий и изгибающих моментов, поэтому для более крупных резервуаров широкое применение получила система опирания, состоящая из отдельных вертикальных или наклонных стоек (обычно из горячекатанных труб ст. 20), прикрепленных к шару по экватору или несколько ниже. Число стоек должно быть кратным числу лепестков. Для резервуаров вместимостью 600 и 900 м 3  число стоек равно восьми, при вместимости 2000 м 3 -12, 4000 м 3 16.

Рис.3.Шаровой резервуар вместимостью 600 м3 на цилиндрическом постаменте

Низ стоек приваривается к стальным опорным плитам, которые с помощью анкерных болтов крепятся к кольцевому железобетонному фундаменту. Верх стоек приваривается к оболочке резервуара через промежуточные фасонные пластинки, радиус кривизны которых равен радиусу оболочки резервуара.

Для обеспечения упругого сопряжения сферической оболочки с опорными стойками при действии ветровой нагрузки и выверки вертикальности опорных стоек при монтажно-сборочных работах опорные стойки соединяются между собой в упругую единую систему при помощи диагональных перекрестных связей - стальных тросов или стержней. Связи снабжены натяжными устройствами – талрепами.

Оболочка шаровых резервуаров для хранения жидкостей, не вызывающих коррозии стали, выполняется из низколегированной стали марки 09Г2С с дополнительной гарантией ударной вязкости при отрицательной температуре. Для хранения агрессивных жидкостей, вызывающих коррозию стали, применяется двухслойная сталь с основным слоем из углеродистой стали ВМСт.3сп и плакирующим слоем из нержавеющей стали Х18Н10Т, толщина которого составляет 10 – 20% от общей толщины биметалла.

На купольной части резервуара устанавливается специальное технологическое оборудование, а на днище патрубки для технологических трубопроводов, люки, лазы и т.п. Сжиженный газ подводится в резервуар по трубопроводу через купол почти до дна резервуара. Выпуск газа производится через трубопровод, расположенный на днище.


8-3.Напряженно-деформированное состояние РВС при действии эксплуат
ационной нагрузки

В процессе эксплуатации конструкция резервуара подвергается воздействию целой гаммы различных нагрузок, непосредственно влияющих на прочность, устойчивость и сроки службы резервуара. Основной эксплуатационной нагрузкой, действующей на резервуар, является гидростатическое давление столба жидкости. Помимо отмеченной нагрузки, на резервуар оказывают влияние такие факторы, как: избыточное давление паров в газовом пространстве, вакуум, вибрации при сливе и заливе нефтепродукта, температурные воздействия, сейсмические воздействия, деформации грунта под основанием резервуара, вес снегового покрова при эксплуатации в период зимнего времени. На наружную поверхность резервуара, в процессе эксплуатации также оказывают интенсивное воздействие внешние факторы: относительная влажность воздуха, ветер, осадки, солнечная радиация, коррозионно-активные газы, присутствующие в атмосфере промышленных предприятий возможный облив нефтепродуктами, хранящимися в нефтехранилище.

Согласно «СНиП 2.01.07 - 85*. Нагрузки и воздействия» нагрузки, которым подвергается резервуар в процессе эксплуатации, можно разделить по продолжительности оказываемого на конструкцию воздействия на постоянные и временные (кратковременные; длительные; особые).

К постоянным нагрузкам относятся нагрузки, которые оказывают воздействие на сооружение в течение всего жизненного цикла конструкции, от ее изготовления до демонтажа. К таким нагрузкам относятся собственный вес элементов конструкции резервуара и напряжения, которые сохранились в резервуаре после окончания его строительства.

К кратковременным нагрузкам можно отнести вес людей и строительных материалов в зонах обслуживания, вес ремонтных материалов при ремонтных работах на объекте, нагрузки от временного оборудования, действие ветрового потока во время монтажа резервуара.

К группе длительных нагрузок относятся нагрузки, которым наиболее часто подвергается конструкция резервуара на протяжении своего срока службы: гидростатическое давление хранимой жидкости, температурные воздействия нефтепродуктов, снеговая нагрузка, климатические воздействия, небольшие деформации основания от незначительного оседания грунта, вибрационные воздействия, избыточное давление паров в газовом пространстве, разрежение, возникающие при сливе хранимого продукта.

К особым относятся следующие нагрузки: нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса; нагрузки, которым подвержена конструкция при возникновении неисправности или поломки в оборудовании; нагрузки, обусловленные значительными деформациями в основании или стенке резервуара; взрывные и сейсмические воздействия.

Из всего многообразия представленных здесь нагрузок, существенное влияние на напряженно-деформированное состояние (НДС) резервуарного сооружения оказывают нагрузки, представленные на рисунке.

Металлоконструкция стальных вертикальных цилиндрических резервуаров (РВС) в процессе закачки и опорожнения, подвержена интенсивным вибрационным воздействиям и циклическим знакопеременным нагрузкам. При этом в стенке резервуара, вследствие воздействий заливаемой жидкости, возникают дополнительные динамические напряжения, которые накладываются на статические.

Необходимо отметить, что помимо перечисленных нагрузок и воздействий, оказывающих влияние на НДС резервуара, данные сооружения, как правило, имеют строительные и монтажные дефекты, приводящие к дополнительным напряжениям в металлоконструкции. Кроме этого возможны нарушения технологического режима эксплуатации и технологических процессов, при наполнении резервуаров нефтью с большим содержанием в газовой среде и подтоварной воде сероводорода и других агрессивных веществ.

Как показывает анализ случаев повреждений и разрушений резервуаров, практически все приведенные выше факторы действуют на конструкцию резервуаров одновременно. В результате комплексного воздействия различных комбинаций рассмотренных нагрузок на эксплуатируемую конструкцию, существенно снижается прочность и устойчивость ее конструктивных элементов, что приводит к разрушению резервуарных конструкций.

8-4. Методика расчета на прочность шаровых резервуаров.

Шаровые газгольдеры предназначены для хранения под давлением газов, как в газообразном, так и в сжиженном состоянии. Поэтому нагрузкой для них является избыточное и гидростатическое давление. Расчёт сферической оболочки ведётся в основном по безмоментной теории. Нарушение безмоментного состояния оболочки происходит в зоне опирания её на опорную конструкцию.

Под действием внутреннего избыточного давления в оболочке возникают меридиональные и кольцевые усилия:

Отсюда можно определить толщину оболочки по формуле:

Где n – коэффициент перегрузки ( n = 1,2 ) ; p – избыточное давление; m – коэффициент условий работы ( m = 0,65) ;  - коэффициент прочности сварного шва ( ; с – прибавка к толщине оболочки ( на недокат стали с1 = 0,8 мм и на вытяжку при штамповке с2 = 2,8 мм.

R – расчётное споротивление стали.

Радиальные перемещения оболочки под действием внутреннего давления:

Для отыскания изгибающего момента на опоре воспользуемся уравнениями изгиба цилиндрической оболочки, т.е. будем искать момент для полоски единичной ширины, касательной к сферической оболочке в месте опирания. Уравнение полоски запишем в виде:

Где

- угловая координата;  - коэффициент Пуассона.

Решение этого уравнения представим сразу в виде:

где

- угол, соответствующий длине дуги накладки;  – произвольная постоянная.

Полагая, что оболочка жестко закреплена на опоре, и считая, что перемещения опоры отсутствуют, можно принять следующие граничные условия :

V = 0;

Прогиб

Уравнение для радиального прогиба имеет вид

Подставив в это уравнение граничные условия, получим

Вносим значения произвольных постоянных в уравнение углов поворота сечений

И получаем выражение для изгибающего момента на опоре:

Изгибающий момент в кольцевом направлении

При расчёте оболочки напряжение от изгиба на опоре накладываются на напряжения от внутреннего давления, подсчитанные по безмоментной теории:

Меридиональные напряжения

Кольцевые напряжения

При общей проверке прочности согласно энергетической теории

8-5. Технология строительства шаровых и каплевидных резервуаров.

1. Строительство каплевидных резервуаров

Подготовка основания

Основания под каплевидные резервуары имеют свои специфические особенности. Часть основания под днищем резервуара имеет форму сфереидальной чаши. Другая часть основания под кольцевой опорной плитой представляет собой плоское песчаное кольцо шириной 900 мм, которое примыкает к краям сфероидальной чаши и является ее продолжением (рисунок 1). Песчаную подушку выполняют толщиной 450 мм из песка, послойно утрамбованного и поливаемого водой. Вверху песчаной подушки укладывают изоляционный слой.

Рисунок 1. Схема каплевидного резервуара и песчаного основания.

1 – оболочка резервуара; 2 – сферическое днище; 3 – ребра жесткости; 4 – опорная плита; 5 – песчаное основание; 6 – ферма каркаса; 7 – стержни; 8 – радиальные косынки.

Изготовление элементов оболочки

Наиболее сложный процесс в строительстве каплевидных резервуаров — изготовление элементов оболочки, имеющих двоякую кривизну.

Изготовление элементов оболочки затрудняется не только наличием двоякой кривизны, но и необходимостью получения лепестков  разных   размеров   и   прогибов.

Разработаны предложения по изготовлению элементов оболочек-лепестков   следующими методами:

1)   выбиванием лепестков в специальных деревянных формах с  удержанием   листов   металла   прижимами;                

2)    штамповкой   листов;

3)   вальцовкой лепестков  на  трехвалковых гибочных вальцах с   подкладкой   под   листы   металлических   полос;

4)   вальцовкой лепестков  на  трехвалковых гибочных вальцах насадкой  на   валки   роликов   различных  диаметров;

5)   штамповкой  на  специальных  100-тонных прессах. Штамповка на прессах —наиболее приемлемый метод изготовления элементов оболочки  каплевидных резервуаров на заводах металлоконструкций. В мастерских строительства оболочки-лепестки изготовляют на предложенным Бойцовым винтовом прессе со сменными пуансонами и матрицами.

Пресс состоит из матрицы, пуансона, металлической рамы  и прижимных винтов с подпятниками, закрепленными в верхней части пуансона. Для изготовления всех лепестков каплевидного резервуара емкостью 2000 ж3 требуются восемь комплектов   сменных   матриц   с   пуансонами.

Схема пресса настолько проста, что пресс можно изготовить в мастерских из любой сортовой стали.

Технология изготовления лепестков на прессе Бойцова состоит из следующих операций: правка листов; разметка по инвентарным шаблонам, изготовленным из листовой стали толщиной 2,5мм; резка листов и зачистка кромок; маркировка и складирование по маркам; укладка плоских заготовок на матрицу пресса и прижим пуансоном по продольной оси лепестков; доводка легкими ударами (в шахматном порядке) с обеих сторон пуансона; подъем пуансона и проверка шаблоном правильности кривизны; снятие готовых лепестков и складирование на подкладках с небольшим уклоном.

Монтаж   днища

В центре песчаного основания укладывают центральный лист днища, а затем блоки первого и второго поясов. Собирают и скрепляют  листы   между   собой   на   стяжных   планках.

 После сборки блоков днище выверяют и все соединения закрепляют   прихватками.

Днище  сваривают  по  следующей   технологии:   вначале  заваривают   все   радиальные   стыки,   а   затем   кольцевые.

Монтаж опорного кольца

На песчаную подушку   выкладывают блоки плиты, собирают  их   и   закрепляют  между  собой   планками.

Вначале к опорной плите приваривают радиальные ребра жесткости,   косынки,   подкосы   и   нижний   обвязочный   уголок,   затем стыки кольцевой плиты и в последнюю очередь – стык между радильными ребрами жесткости плиты из полосы 100х8 мм по всей окружности кольца.

Монтаж каркаса и оболочки корпуса резервуара

Монтаж полуферм и оболочки выполняют полноповоротными башенными кранами, мачтами с поворотными укосинами   полноповоротной мачтой и укосиной с автокранами.

Монтаж начинают с установки верхнего центрального кольца на монтажной мачте точно в проектное положение.

Первые два пояса оболочки собирают до начала монтажа полуферм.

Блоки лепестков собирают и скрепляют между собой стяжными планками с последующей прихваткой.

Полуфермы поднимают и устанавливают парами в одной плоскости через 180 градусов. Верхние концы полуферм прикрепляют к нижнему листу центрального опорного кольца на болтах, затем полуфермы устанавливают в проектное положение и ребра полуферм приваривают к листам оболочки первого и второго поясов резервуара.

По окончании монтажа каркаса приступают к сборке оболочки резервуара.

В ходе монтажа корпуса необходимо особо тщательно следить за правильностью его геометрической формы.

Внутреннюю подварку швов оболочки выполняют после окончания работ по сборке корпуса. Последовательность сварки швов такая же, как и при выполнении наружных швов – сначала сваривают меридианальные швы, затем – кольцевые.

2. Строительство шаровых резервуаров.

Монтаж шарового резервуара емкостью 600 м3Барнаульского завода

Корпус шарового резервуара емкостью 600 мг состоит из двух поясов и двух днищ, а каждый пояс из 12 лепестков сферической формы. Лепестки выполнены горячей штамповкой. Всего элементов 26. Наружный диаметр корпуса 10 548 мм, толщина стенки 24 ж. общий вес 65 000 кг.

Шаровой резервуар монтируют из двух частей, предварительно собранных и сваренных на стеллажах и установленных параллельно оси двух фундаментов.

Стеллаж имеет 3 секции: центральную длиной 11,5 м и шириной 2,0 м; боковые длиной 9,8 м и шириной 2,75 м. При помощи крана Э-1004 элементы стеллажей укладывают на дощатые подкладки и соединяют между собой швеллерами при помощи болтов. В центре стеллажа устанавливают трубчатую опору и расчаливают ее вантовыми стеллажами. Затем складывают детали опор и лепестков (в первую очередь) нижних поясов по маркировке завода-изготовителя, предварительно проверив комплектность и качество поставленных лепестков.

СБОРКА И СВАРКА НИЖНЕЙ ПОЛУСФЕРЫ

На стеллаже при помощи крана и сборочных приспособлении собирают нижнюю полусферу из отдельных лепестков.

Нижнее днище размечают и приваривают к нему опорные планки и перевернутую центральную стойку. Затем перевертывают и устанавливают центральную стойку с нижним днищем в гнездо стеллажа.

Лепестки нижней полусферы монтируют согласно заводской маркировке уширенной частью на опорное кольцо стеллажа в упоры, а верхней частью опирают на планки, приваренные к днищу.

Установленные на стеллаж лепестки соединяют между собой сборочными планками и оправками, которые поступают с завода-изготовителя в комплекте с конструкциями шарового резервуара.

При контрольной сборке полусфер к лепесткам приваривают сборочные шайбы, которые остаются на лепестках и используются при окончательной сборке под сварку.

Кромки лепестков должны быть подогнаны так, чтобы зазор стыка был 3 мм, с допуском плюс минус 1 мм.

После окончательной сборки полусферы проверяют наличие овальности. Овальность не должна превышать 50 мм.

Сварку швов корпуса надо выполнять электродами типа Э42А в девять слоев.

Меридианальные швы выполняют одновременно два (или более) сварщика с противоположных сторон пояса, сверху вниз, обратноступенчатым способом.

Установка опорного кольца

Опорное кольцо, состоящее из обечайки и деталей, собирают на стенде и заваривают все швы, кроме шва между кольцом и обечайкой.

На заваренной полусфере с наружной стороны размечают места установки опорного кольца. По разметке устанавливают опорное кольцо и соединяют его на прихватках с полусферой. Опорное кольцо должно быть перпендикулярно вертикальной оси шарового резервуара.

Затем устанавливают нижнюю полусферу, краном – верхнюю. И соединяют их экваториальным швом.

8-6. Нефтебазы, назначение и классификация. Основные сооружения нефтебаз и размещение их по зонам.

Нефтебаза представляет собой комплекс технических сооружений, предназначенных для приема, отпуска и хранения нефти или нефтепродуктов. Поскольку нефть и нефтепродукты в основном представляют собой жидкости, часто содержащие легкоиспаряющиеся фракции, все системы нефтебаз, предназначенных для проведения с ними основных операций (прием, отпуск и др.), герметизированы. Отдельные сооружения систем соединены между собой трубопроводами, а для проведения погрузочно-разгрузочных операций применяют перекачивающие устройства. Помимо основных, на нефтебазах осуществляют также вспомогательные операции: регенерацию отработанных масел, ремонт технического оборудования, очистку и ремонт мелкой тары, эксплуатацию вспомогательных технических устройств (котельных, электроподстанций и др.). Общий состав сооружений нефтебазы зависит от ее назначения и видов производимых на ней операций.

По существующим нормам все склады для хранения нефти и нефтепродуктов подразделяются на две группы:

1) нефтебазы как самостоятельные предприятия, т. е. склады, предназначенные для снабжения потребителей нефтепродуктами, товарно-сырьевые парки нефтеперерабатывающих заводов, сборные пункты нефтепромыслов, перевалочные нефтебазы и парки при нефтеперекачивающих станциях магистральных трубопроводов;

2) склады нефтепродуктов, входящие в состав промышленных, транспортных, энергетических и других предприятий (речные и морские порты, аэропорты, теплоэнергоцентрали и т.п.).

По требованиям противопожарной безопасности нефтебазы первой группы разделяются на три категории;

1 категория — общая вместимость более 100000 м3;

2 категория — общая вместимость 20 000—100 000 м3;

3 категория — общая вместимость менее 20 000 м3.

В общую вместимость входит объем всех основных резервуарных парков или их групп, исключая объем промежуточных резервуаров у железнодорожных эстакад и водных причалов, а также объемы резервуаров для хранения нефтепродуктов, идущих на собственные нужды (расходные резервуары котельных, электростанций и др.).

На складах второй группы допускается хранить в подземных резервуарах 4000 м3 легковоспламеняющихся и 200 000 м3 горючих нефтепродуктов, а в наземных хранилищах — соответственно 2000 и 10 000 м3.

По назначению нефтебазы подразделяются на перевалочные, призаводские, завозные и распределительные.

Перевалочные нефтебазы осуществляют перегрузку нефти или нефтепродуктов с одного вида транспорта на другой. Эти нефтебазы обычно имеют резервуарный парк с общим объемом, позволяющим компенсировать неравномерность поступления нефтепродукта. Водные перевалочные нефтебазы, расположенные на замерзающих водных путях, имеют значительно больший объем резервуарного парка, позволяющий производить грузовые операции в межнавигационный период. К этому же виду относятся и крупные морские экспортные нефтебазы, объем резервуарных парков которых обусловлен не только объемом реализации нефтепродукта, но и максимальным тоннажем принимаемых судов.

Призаводские нефтебазы представляют собой сырьевые и товарные резервуарные парки при нефтеперерабатывающих заводах. Сырьевые парки предназначены для приема сырой нефти и частичной подготовки ее к переработке. В товарные парки поступают вырабатываемые на нефтезаводе нефтепродукты для дальнейшей отгрузки их потребителям. Товарные и сырьевые базы объединены в одно хозяйство и размещены на специально выделенных площадках в непосредственной близости от нефтезавода или на общей с ним территории. Такие нефтебазы обычно имеют общее с заводом энергетическое хозяйство, системы водоснабжения и промышленной канализации.

Завозные нефтебазы предназначены для распределения нефтепродуктов по сети небольших распределительных нефтебаз. Общий объем резервуарного парка определяется исходя из годовой реализации нефтепродуктов.

Распределительные нефтебазы, непосредственно снабжающие нефтепродуктами мелких потребителей, рассчитаны на ограниченный район обслуживания. Распределительные нефтебазы, получающие продукты по железной дороге, называются линейными, а по водным путям — водными.

Помимо перечисленных нефтебаз, сооружают также крупные резервуарные парки на головных и промежуточных нефтеперекачивающих станциях магистральных трубопроводов для обеспечения непрерывности работы нефтепровода, при перебоях в подаче нефти на головную станцию и при авариях на линии.

Основные сооружения нефтебаз и размещение их по зонам.

В соответствии с правилами пожарной безопасности, а также с эксплуатационными требованиями территорию нефтебазы разделяют на зоны:

1. Зона железнодорожных станций, в которой размещены подъездные железнодорожные пути и тупики,   погрузочно-разгрузочные эстакады и площадки, технологические трубопроводы и пункты размещения задвижек (манифольды), насосные станции, операторная и лаборатория. В этой зоне производят по-грузочно-разгрузочные операции при приеме и отпуске нефти и нефтепродуктов, перевозимых по железной дороге;

2. Зона водных операций, в которой размещены причальные сооружения (причалы, пирсы), насосные, технологические трубопроводы и операторные;

3. Зона хранения, имеющая в своем составе резервуарные парки, технологические трубопроводы, пункты размещения задвижек (малые манифольды), пожарные водоемы и пенопроводы;

 4. Зона оперативная, размещаемая преимущественно на распределительных и отчасти на завозных нефтебазах, служит для отпуска нефтепродуктов мелкими партиями и включает автоэстакады, разливочные для налива нефтепродуктов в бочки, тарные склады и автомобильные весы;

 5. Зона вспомогательных технических сооружений, в которой расположены механическая мастерская, котельная, электростанция (иногда электроподстанция), материальный и топливный склады. Сооружения этой зоны предназначены для обслуживания нефтебазы и снабжения ее объектов тепло- и электроэнергией;

 6. Зона административно-хозяйственная, в которую входят контора, пожарное депо, здание охраны и гараж. Контора, пожарное депо и помещения охраны часто размещают в одном здании;

 7. Зона очистных сооружений, предназначена для размещения сооружений по очистке промышленных стоков и ливневых вод от содержащихся в них нефтепродуктов и нефти. В зоне размещают отстойники, нефтеловушки, иловые площадки, пруды вторичного отстоя, а иногда (в южных районах страны) и пруды-испарители. На нефтебазах с большим числом стоков, зараженных нефтью (морские нефтебазы, базы промысловых сборных пунктов), для очистки воды от нефти сооружают также флотаторы.

Сооружения, входящие в определенную зону не всегда объединены между собой территориально. Так, входящие в зону вспомогательных технических сооружений источники водоснабжения могут быть удалены от остальных объектов на значительное расстояние, электроподстанции могут быть удалены от котельной и т.д.

Все сооружения зон строят по типовым проектам. Имеются типовые проекты котельных, насосных, сливно-наливных эстакад, площадок нижнего слива, резервуаров и др. При проектировании подбирают типовые проекты сооружений исходя из условий нормальной эксплуатации базы и годовой реализации нефтепродукта по объему, производительности, пропускной способности и т.д.

8-7. Конструкции резервуаров вертикальных стальных.

Вертикальные цилиндрические резервуары состоят из следующих основных элементов: днища, корпуса и покрытия. Стационарное покрытие опирается либо только на корпус, либо, кроме того, на центральную стойку, как это показано на рис.1.

Для восприятия ветровой нагрузки тонкостенная цилиндрическая оболочка корпуса резервуара усиливается кольцами жесткости.

Правильная и безопасная эксплуатация резервуара обеспечивается специальным технологическим оборудование, которое устанавливается на корпусе и покрытии.

Рис.1. РВС вместимостью 5000 м 3 с щитовым покрытием.

1 – корпус, 2 – покрытие; 3 – опорная стойка; 4 – шахтная лестница; 5 – днище

Это прибор для замера уровня продукта; сниженный пробоотборник; люки-лазы, вентиляционные патрубки; световой люк; замерный люк; предохранительный клапан; дыхательный клапан; огневой предохранитель; патрубки и усиливающие кольца; приемо-раздаточный патрубок; перепускное устройство: хлопушка и её управление; подъемная труба с шарниром, роликовым блоком и ручной лебедкой; сифонный кран; пенокамера; патрубок для включения резервуара в газоуравнительную систему. На резервуаре также устанавливается ограждение, а рядом с корпусом на специальном фундаменте - шахтная лестница.

Центральная стойка в резервуарах емкостью 1000, 2000, 3000 и 5000 м 3 выполняется кольцевого сечения (трубчатой), а в резервуарах емкостью 300, 400 и 700 м 3 - решетчатой. В резервуарах емкостью 100 и 200 м 3 центральная стойка отсутствует. Фактическая емкость резервуара определяется по внутреннему диаметру нижнего пояса и высоте корпуса от поверхности днища до обушка верхнего обвязочного уголка. С увеличением объема резервуара расход стали на 1 м 3 емкости уменьшается.

Монтажный вертикальный стык развернутого полотнища корпуса может быть нахлесточным с двусторонней сваркой сплошными швами (величина нахлестки 70-80 мм) или стыковым.

Днище крупных резервуаров состоит из двух и более монтажные элементов, соединяемых внахлестку с перекрытием 50-60 мм. Правила изготовления, монтажа и приемки металлоконструкций допускают монтаж днищ также из отдельных листов, собираемых и свариваемых на песчаном основании внахлестку с одной стороны, а в местах опирания корпуса - встык на подкладке.

Покрытие выполняют с коническим  уклоном 1:20 или пологим сферическим. Ввиду трудоемкости изготовления и монтажа конической крыши, несущие конструкции которой состоят из ферм, прогонов, радиальных балок и связей, разработана и применяется кровля, собираемая из крупноразмерных щитов заводского изготовления.

Разнообразные формы покрытий РВС представлены на рис. 2.

 

Рис. 2. Типы стационарных покрытий вертикальных цилиндрических резервуаров:

а – коническое, б – висячее, в – сфероцилиндрическое, г – сфероидальное

Первые два типа конструкции покрытия опираются не только на корпус резервуара, но и на центральную опорную стойку. Остальные конструкции покрытий не требуют опирания в центре.  

Ввиду существенной трудоемкости изготовления и монтажа конического покрытия на строительно-монтажной площадке, несущие элементы которого состоят из ферм, прогонов, радиальных балок и связей разнообразного сортамента, его конструкция может быть собрана из отдельных взаимозаменяемых щитов заводского изготовления. Каждый щит представляет собой каркас из проката (двутавров и швеллеров), покрытый сверху листовым железом  толщиной 2,5 мм. Для удобства монтажа к криволинейному краю щита привариваются специальные монтажные скобы-ловители.

Сфероцилиндрическая кровля отличается от сферической и сфероидальной тем, что состоит из цилиндрических лепестков (секторов), вписанных в сфероидальную поверхность, и не имеет каркаса. Это упрощает ее изготовление и монтаж. Центральная стойка в этом случае при эксплуатации резервуара не нужна, а используется только при монтаже как инвентарное оборудование.

На нефтепромыслах и крупных нефтебазах целесообразно применять вертикальные резервуары емкостью 10 – 20 тыс. м3  со сферическим покрытием без стоек; это снижает капитальные затраты на 20—30%. Сферическое покрытие резервуара представляет собой купол, секторные щиты которого опираются на верхнее обвязочное кольцо корпуса. Для возможности рулонирования оболочки корпуса резервуара и с целью экономии нижние пояса резервуаров емкостью 10000 - 100000 м 3  следует проектировать из низколегированной стали или из термоупрочненной высокопрочной стали.

Низколегированные и низкоуглеродистые стали обладают хорошей свариваемостью, поэтому они широко используются в отечественном резервуаростроении при сооружении РВС. При строительстве резервуаров вместимостью до 10 тыс.м3 обычно применяются только низкоуглеродистые стали отечественного сортамента. Для нижних поясов корпуса РВС вместимостью до 20 тыс.м 3 и для верхних поясов более крупных резервуаров используется низколегированная сталь 09Г2С. Нижние же пояса резервуаров вместимостью 30000 и 50000 м 3 изготавливают из высокопрочной стали 16Г2АФ.

8-8. Технология монтажа РВС. Индустриальный и полистовой методы монтажа.

1) полистовой метод.

В настоящее время полистовым способом сооружают только крупные резервуары (объемом 50 000 м3 и более), причем днища и плавающие крыши изготовляют на заводах и поставляют на площадку в виде рулонных заготовок. Из отдельных листов монтируют только стенку резервуара, так как толщина поясов стенки в этом случае не позволяет свернуть ее в рулон.

Листы для монтажа стенки резервуара поступают на площадку с заводов вальцованными по проектному радиусу. По краям листов приварены монтажные шайбы. Маркировка листов ведется по поясам, т. е. каждый пояс состоит из листов одной марки.

Перед началом монтажа стенки днище, собранное и сваренное как и при индустриальном способе монтажа, размечают, нанося на него из центра кольцевые риски, соответствующие окружности наружного края стенки, коробов понтонного кольца и центральной части плавающей крыши. Кроме того, методом засечек или с помощью теодолита размечают места приварки опорных плит стоек плавающей крыши. На днище закатывают рулоны центральной части плавающей крыши, но не разворачивают их до установки первого пояса стенки. По риске, соответствующей наружной поверхности стенки резервуара, приваривают ограничители из отрезков уголка, а в намеченных местах приваривают опорные плиты.

Листы первого пояса устанавливают с использованием крана (СКГ-20 или СКГ-30) на окрайки  днища   по   намеченной риске вплотную к ограничителям, причем положение листов  должно точно соответствовать проекту. Под ручную электродуговую сварку между листами устанавливают зазор 4+1 мм чтобы обеспечить возможность усадки металла, при сварке зазор устанавливают через стык. Половину стыков собирают без зазора, зазор в них образуется от усадки при сварке первых стыков. Для компенсации усадки верхнюю кромку листа отклоняют также на 10—12 мм наружу. Листы собирают на сборочных приспособлениях — на клиновых замках. С окрайками днища листы пояса соединяют угловыми клиновыми замками. Соединение листов на клиновых замках обладает некоторой подвижностью, чего лишены электроприхватки. По окончании сборки всего пояса производят проверку цилиндричности его формы шаблоном длиной 4 м. Сварку вертикальных швов пояса ведут вручную. Обычно эту операцию выполняют 4—6 сварщиков, которые перемещаются в одном направлении (по часовой стрелке).

Для автоматической сварки с принудительным формированием шва вертикальные стыки первого пояса собирают с зазором 12±1 мм. Сначала соединение между листами выполняют на клиновых замках, а затем фиксируют П-образными скобами, позволяющими проходить сварочному автомату. Клиновые замки перед сваркой снимают. Швы сваривают вручную на высоту 300 мм от днища и затем приступают к автоматической сварке. Сваренный участок шва используют как вводные технологические планки, т. е. автоматическую сварку начинают на готовом участке шва. В конце шва, т. е. на верхней кромке листов, приваривают выводные технологические планки. Для движения автомата   вдоль   стыка   приваривают   направляющий стальной уголок. При автоматической сварке могут возникнуть деформации пояса в районе стыка (провал сварного шва внутрь резервуара). Для ликвидации этих деформаций применяют винтовые домкраты, которыми выжимают деформированные участки пояса наружу в сочетании с подогревом и подбивкой стыков. По окончании сварки вертикальных швов в первом поясе приступают к сварке уторного кольцевого шва, соединяющего стенку с окрайками днища. Сварку ведут вручную или полуавтоматическим способом с применением порошковой проволоки. При этом сварщики работают парами — один изнутри, другой снаружи. После сварки кольцевого уторного шва производят сварку окраек между собой (от периферии к центру), причем в участках, попадающих под нахлестку центральной части днища, усиление шва снимают абразивным кругом. Следующая операция — сварка кольцевого шва, соединяющего центральную часть днища с кольцом окраек. Сварку ведут полуавтоматами или вручную. Усадочные деформации компенсируются самопроизвольным изменением величины нахлестки на недоваренных участках монтажных швов между полотнищами центральной части днища. В последнюю очередь заканчивают сварку недоваренных швов между полотнищами днищами

После приварки подкладных плит под стойки плавающей крыши разворачивают полотнища ее центральной части и раскладывают короба понтонного кольца. Рулоны плавающей крыши разворачивают тракторами, причем тяговые канаты проводят через отверстия боковых люков-лазов или в неудобных местах, через отводные ролики, подвешенные на козлах на высоте, превышающей высоту смонтированного первого пояса.

Перед началом монтажа второго пояса замеряют длину окружности первого пояса, проверяют длину листов и их геометрическую форму, особенно в концевых участках, где возможны недовальцовка и наличие плоских участков. Первый лист второго пояса устанавливают краном на проектное место и закрепляют клиновыми замками. Зазор между поясами образуется с помощью заранее установленных зазорников-пластин с толщиной, равной величине зазора (4±1 мм). Лист при помощи клиньев закрепляют таким образом, чтобы не было смещения кромок между поясами на внутренней поверхности стенки. На наружной поверхности стенки смещение кромок равно разнице толщин поясов. После установки и выверки положения первого листа дальнейшую сборку второго пояса ведут аналогично сборке первого. Листы второго пояса закрепляют с отклонением верхней части на 15 мм от вертикали наружу для компенсации усадки наплавленного металла в вертикальных и горизонтальных швах. Горизонтальный шов между первым и вторым поясами сваривают полуавтоматической сваркой порошковой проволокой в среде углекислого газа. Сварку ведут одновременно с двух сторон не менее чем двумя парами сварщиков. Сварочные посты размещены в навешиваемых на пояс стенки самодвижущихся кабинах. Сборку и сварку остальных поясов выполняют аналогично.

2) индустриальный метод. В настоящее время для подъема рулонов чаще приименяют самоходные краны при условии их достаточной грузоподъемности. Для этого в исходном положении рулон укладывают так, чтобы его верхний конец находился вне днища резервуара. Общее расположение рулона должно быть таким, чтобы кран на протяжении всего подъема мог перемещаться параллельно его оси Во избежании перекоса при неравномерных осадках грунта дла перемещения крана выкладывают дорожку из плит. Таким образом, вся операция осушествлаетса путам попеременных подъемов рулона и передвижения крана. Величины подъемов и передвижек рассчитывают заранее. Для контроля величины подъема на шарнире закрепляют угловой сектор с указателем, а для контроля передвижек вдоль пути движения крана устанавливают контрольные реперы. Рулон поднимают так, чтобы угол отклонения полиспаста крана от вертикали не превысил допустимой величины (2-30). Затем кран передвигается вперед, компенсируя угол отклонения. После этогo оперяцию повторяют. Перед окончанием подъема для плавного опускания нижнего торца рулона на днище трактором натягивают страховочный (тормозной) канат. По окончании подъема рулонов стенки в резервуаре, в центре днища устанавливают центральную (или монтажную) стойку и закрепляют ее растяжками.

Перед   началом   монтажа   стенки   рулон   подтягивают   так,   чтобы освобождаемая кромка полотнища совпадала  с  осью монтажного стыка. После этого наверху рулона закрепляют канат, обматывают его вокруг рулона по спирали, а нижний конец натягивают при помощи трактора. Удерживающие планки разрезают сверху монтажной лестницы. Свернутое в рулон   полотнище обладает   некоторой   упругой   энергией,   поэтому   при ослаблении удерживающего каната рулон увеличивает свой диаметр на 1,5-2 м в зависимости от толщины стенки и марки стали.

Монтаж щитов покрытия одновременно с разворачиванием рулонов стенки резервуара позволяет расширить фронт работ. Кроме того, система стенка резервуара — щит покрытия — монтажная стойка, обладая некоторой дополнительной жесткостью, позволяет развернутой части полотнища лучше противостоять ветровой нагрузке.

При разворачивании рулона средняя часть полотнища на расстоянии 3—3,5 м от обеих вертикальных кромок находится в состоянии чистого изгиба, т. е. разворачивание происходит под действием изгибающего момента, равного усилию на канате, умноженному на плечо (0,5—1,0 диаметра рулона). Области полотнища, примыкающие к начальной и конечной вертикальным кромкам, не могут быть развернутыми таким же образом, так как в них не удается создать состояние чистого изгиба. Поэтому перед замыканием монтажных стыков концевые участки полотнищ приходится выправлять различными способами. Эта операция и носит название «формообразование концов полотнищ». Одним из способов выправления концов до недавнего времени был способ с применением вертикальных опорных труб.

По окончании формообразования концов полотнища приступают к замыканию монтажных стыков. Поскольку завод обычно дает припуск по длине каждого полотнища, кромки их вначале соединяют внахлестку, а затем прижимают при помощи клиньев или винтовых прижимов. В первом случае на каждом поясе приваривают скобы, в которые закладывают опорные балки для клиньев. Во втором случае вдоль монтажного стыка устанавливают вертикальную трубу жесткости с винтовыми прижимами. После подгонки кромок их слегка разжимают и обрезают так, чтобы образовалось соединение встык. Одновременно на кромках снимают фаску. Разделка кромок выполняется V-образной с раскрытием внутрь. Такое направление разделки кромок обусловливает большее количество наплавленного металла с внутренней стороны стенки при сварке. Это, в свою очередь, приводит к после сварочным деформациям, изгибающим стенку наружу. Поскольку монтажный шов вследствие остаточных напряжений при формообразовании и некоторой перевальцовки кромок при сворачивании имеет тенденцию к изгибной деформации, направленной внутрь резервуара, то деформации после сварки при такой разделке кромок являются полезными.

Готовый шов проверяют керосином на плотность для чего шов очищают от грязи и шлака и покрывают меловым раствором. С наружной стороны соединение обильно смачивают керосином с помощью кисточки или пульверизатора. Шов выдерживают летом 12 ч, зимой 24 ч. При наличии брака керосин благодаря способности проникать через малейшие поры (ползучесть) проходит через шов и образует на меловой обмазке-жировые пятна. При удовлетворительном качестве шва усиливающий «воротник» прижимают и приваривают сначала к наружной поверхности стенки резервуара, а затем к обечайке-люка-лаза.

При монтаже приемо-раздаточного патрубка все операции ведут в том же порядке, что и при монтаже люка-лаза, за исключением того, что после установки на место на внутренний конец патрубка надевают фланец (ответный для установки хлопушки или размывающей головки и пр.). Фланец приваривают сначала с рабочей стороны, а затем со стороны, обращенной к стенке резервуара. Порядок установки и приварки деталей остального оборудования примерно такой же. Усиливающие «воротники» предназначены для компенсации ослабления стенки резервуара вырезанным отверстием. Оборудование, устанавливаемое на крыше резервуара, крепится к фланцевым патрубкам, врезанным и приваренным к настилу покрытия. Усиливающий «воротник» в этом случае играет роль ужесточающего соединения фланца.

8-9. Расчет стенки РВС на прочность и устойчивость.

1) Расчёт стенки резервуара на прочность сводится к подбору её толщины по поясам по безмоментной  теории и последующей проверке её на устойчивость от действия боковых и осевых нагрузок. Основной эксплуатационной нагрузкой на стенку вертикального цилиндрического резервуара является гидростатическое давление столба жидкости (нефти, нефтепродукта) и избыточное давление, при котором продукт хранится.

Определение толщины стенки ведётся по формуле:

где  n1 - коэффициент перегрузки при действии гидростатического давления (n1=1,1);

n2 - то же, при действии избыточного давления  (n2=1,1);

- удельный вес продукта; обычно принимается 0,0009 кг/см3;

H – высота резервуара, см;

х – расстояние по вертикали от днища до начала расчитываемого пояса;

ризб – избыточное давление в газовом пространстве резервуара, кгс/см2;

r – радиус резервуара, см;

k -  коэффициент безопасности по материалу, k=0,9;

m – коэффициент условий работы;

R – расчётное сопротивление стали или сварного шва.

2) Расчет на устойчивость выполняется с помощью проверки следующего соотношения:

     ,    (1)

        (2)

       (3)

     (4)

Коэффициент С принимается по таблице или вычисляется по формулам:

при

при  

Где - первое (меридиональное) критическое напряжение, Па; - второе (кольцевое) критическое напряжение, Па; - расчетная толщина самого тонкого пояса стенки (обычно верхний пояс); - редуцированная высота резервуара, а при постоянной толщине стенки для резервуара со стационарной крышей  равно полной высоте стенки резервуара .

Определяем меридиональные напряжения, вычисляемое по нижней кромке участка стенки постоянной величины:

 (5)

(6)

Где - нормативное значение ветровой нагрузки, Па;  - нормативный скоростной напор, зависящий от района расположения сооружения; - аэродинимаческий коэффициент для кровли; - коэффициент перегрузки для ветрового отсоса; - величина относительного разряжения в резервуаре (вакуум).

При расчете на устойчивость кольцевое напряжение в резервуаре со стационарной крышей зависит от  и эквивалентного ветрового давления  :

 (7)

Для резервуаров с плавающей крышей вместо  учитывается разряжение от ветра:

(7а)

Где - аэродинамический коэффициент, определяемый в зависимости от отношения высоты резервуара к его диаметру.

При невыполнении условия (1) для обеспечения устойчивости стенки можно увеличить толщину верхних поясов, или становить промежуточные кольца жесткости, или и то и другое вместе.

8-10. Расчет сферического покрытия РВС

Суммарная нагрузка, действующая на сферическое покрытие резервуара определяется по следующей формуле:

где qсумм – суммарная нагрузка на единицу площади щита, Н/м2;

     n – количество поясов;

     Wm – площадь между двумя соседними кольцами, м2;

     Rm – радиус m-ого кольца, м.

,

где n – коэффициенты (n2=1,2; n3=1,1; n4=1,2; n5=1,4);

     q – распределенная нагрузка («сн» - снеговая, «изб» - от избыточного давления, в случае РВСП равна нулю, «и» - от изоляции, пренебрежимо мала, принимаем равной нулю), Н/м2.

Сжимающее усилие в стропильной ноге: ,

где n – количество стропильных ног;

     αm – угол между касательной к оси стропильной ноги и горизонталью, град.

,

где D – диаметр резервуара, м.

Длины граней соседних колец:

где rц.щ – радиус центрального щита, равный 3м;

Нагрузка, от которой участок стропильной ноги испытывает местный изгиб:

где bm – расстояние между кольцами, равное 3м.

Максимальный изгибающий момент: .

Полное напряжение в стропильной ноге:

,

где Fпл – площадь поперечного сечения стропильной ноги, м2;

     φ – коэффициент, учитывающий запас устойчивости при сжатии, равный 0,93;

     W – момент сопротивления сечения стропильной ноги, м3.

Полное напряжение должно быть меньше или равно допустимого напряжения в стропильной ноге (расчетного сопротивления стали).

8-11. Расчет плавающей крыши РВСПК.

Условие плавания крыши: Gm=gV,

где Gm-масса крыши; V-объём погружённой части.

Центр тяжести сечения кольца:

. ,

где hнар и hвн - высота нар. и вн. стенки короба кольца,

b-ширина понтонного кольца.

Радиус окр-ти, проходящей через центры тяжести сечений: rc= rцчс, 

где rцч- радиус центральной части крыши.

Объём погр. части понтонного кольца:

;

или

где  hнар и hвн- глубины погружения нар. и вн. стенок короба кольца.

Распределённая нагрузка, действующая на центральную  часть крыши:

,

где GЦЧ и GСТ – масса центральной части крыши и одной стойки, n-число стоек, rЦЧ- радиус центральной части крыши; GB-масса воды, заливающей центр. часть крыши, GН-масса нефти в доп. объёме при возрастании величины погружения крыши.

Прогиб центр. части крыши:

;

 D-цилиндрич. жёсткость центр. части:;

х-текущая координата радиуса с началом в центре крыши.

Максимальный прогиб в центре крыши будет (при х=0):

;

или при коэффициенте Пуассона  (для стали)

,

где  - толщина центральной части крыши.

Конструктивный прогиб для стока воды к водоприёмникам в центре крыши: fk=0,01rЦЧ.  

Суммарный прогиб: f=fq+fк.=0,17 +0,01rцч

Составим уравнение равновесия :

Усилие

;     Fсек=0,5х2;   хс=0,36х

Усилие, вызывающее сжатие понтонного кольца: ;

Условие устойчивости понтонного кольца: ,

IZ-момент инерции сечения кольца относительно верт. оси проходящей через центр тяжести.

rC- радиус окр-ти проходящей через центр тяжести сечения кольца.

8-12. Технологические схемы изотермического хранения. Стальные изотермические резервуары. Льдогрунтовые изотермические хранилища.

А                                                 Б                                                         В

А- технологическая схема с комплексной холодильной установкой

Б- технологическая схема с буферной емкостью

В- технологическая схема с промежуточным хладоносителем

1-линия отвода паров; 2-компрессорно-холодильная установка;  

3-дроссельный вентиль на линии возврата СУГ (сжиженного углеводородного газа); 4-резервуар (изотермический); 5 - дроссельный вентиль на линии подачи СУГ; 6- линия слива СУГ; 7-буферная емкость; 8-промежуточный хладоноситель; 9 – теплообменник.

Схема Б по сравнению со схемой А имеет меньшую производительность заполнения по сравнению с производительностью приема в емкости, что приводит к меньшей мощности и снижению энергозатрат. Схема В позволяет снизить мощность холодильной установки.

Хладолит- химически нейтрален по отношению к хранимому продукту. Хранится вместе с ним.

Кол-во тепла поступающего в резервуар:

-массовая скорость заполнения;

-массовая теплоемкость;

-температуры жидкой фазы подаваемой и хранящейся.

Кол-во тепла, отбираемого от жидкой фазы за счет испарения и хранения:

F-внутренняя поверхность резервуара;

tp – температура хранящегося в резервуаре;

tн – температура наружного воздуха

k- коэф. теплопередачи от наружного воздуха в СУГ.

Q- необходимая мощность холодильной установки

Q=+

Технология хранения сжиженного газа заключается  в следующем: газ находится в теплоизолированном резервуаре при давлении, близком к атмосферному, за счет притока тепла извне часть жидкого газа в резервуаре испаряется, отнимая тем самым тепло у остающейся части газа. Поэтому в резервуаре сохраняется постоянная температура (отсюда название «изотермическое хранилище»). Испарившаяся часть газа поступает в, холодильную установку, сжижается и вновь закачивается в резервуар. При выборе технологической схемы изотермического хранилища стремятся максимально снизить затраты мощности на повторное охлаждение газа, однако при этом следует помнить, что повышение эффективности теплоизоляции, приводящее к снижению холодильной мощности, одновременно ведет к возрастанию капитальных вложений в строительство. В изотермический резервуар тепло может поступать как через ограждающие конструкции, так и при заливе в него «горячего» СУГ, доставляемого неизотермическим транспортом. Поэтому требуется повышать мощность холодильных установок, работающих периодически. С целью экономии энергии разработаны различные технологические схемы хранилищ, выбираемые в зависимости от годового грузооборота хранилища и среднегодовой интенсивности залива продукта. Все схемы предусматривают промежуточное охлаждение заливаемого СУГ с отбором испарившегося газа из ресивера или из промежуточной (буферной) емкости. Существуют также технологические схемы хранилищ с подачей испарившейся части СУГ из резервуара в энергетические установки.

Изотермические хранилища используют также для хранения сжиженного природного газа (СПГ), содержащего 92—99% метана. Температура хранения в этих хранилищах составляет —162 °С при давлении 2000—3000 Па.  Для создания таких хранилищ требуются материалы с низким порогом хладноломкости, что в значительной мере удорожает строительство. Однако то, что метан при сжижении уменьшает свой объем более чем в 590 раз, и то, что строительство хранилищ мало зависит от геологических и прочих условий той или иной местности, делает сооружение и эксплуатацию таких хранилищ экономически оправданным. В дальнейшем, когда будет решен вопрос трубопроводного транспорта СПГ, изотермические хранилища для жидкого метана найдут еще более широкое применение.

Конструкция металлического    изотермического резервуара

1.Анкерное устройство

2.Стенка резервуара

3.Тепловая изоляция

4.Кровля

5.Дыхательный клапан

6.Предохранительный клапан

7.ТП отбора газовой фазы

8.Лестница

9.ТП отбора жидкой фазы

10.Днище

11.Блоки теплоизоляции; 12.Система обогрева грунта

Льдогрунтовые хранилища.

Известно, что потребление газа никогда не бывает равномерным — даже в течение суток в его расходе возникают существенные колебания. Но расход газа колеблется и в течение года, что приводит к необходимости хранить его в довольно больших количествах. Для хранения газа в его естественном состоянии потребовались бы огромнейшие емкости. Поэтому сжижение газа (уменьшение его объема примерно в 600 раз) дает большой экономический эффект и получает широкое распространение во всем мире.

В зависимости от использования конструктивного материала, контактирующего с продуктом хранения, резервуары подразделяются на:

  •  льдогрунтовые
  •  стальные
  •  железобетонные
  •  смешанной конструкции.

 Льдогрунтовые резервуары сооружают в грунте, геологическое строение которых при наличии высокого уровня грунтовых вод обеспечивает создание сплошной льдопородной стенки в период строительства, ее устойчивость и газонепроницаемость при эксплуатации резервуара. Низкая температура продукта хранения используется для замораживания грунтовой воды и создания таким образом герметичного хранилища. Резервуары такого типа оборудуют стальным или железобетонным газонепроницаемым покрытием, которое опирается на кольцевой бетонный фундамент. На покрытие укладывают теплоизоляцию и пароизоляционный слой. По затратам на строительство льдогрунтовые резервуары наиболее экономичны, однако их применение ограничивается только хранилищами малой вместимости, так как с увеличением внутренней поверхности резервуара повышаются потери продукта хранения, вследствие его испарения под действием большого притока тепла из почвы.

Предназначены для хранения пропана, пропилена, пропан-бутановой смеси при давлении насыщенного пара Pн.п.=0,12-0,1мПА.

Бывают ледопородные, или ледовогрунтовые хранилища, цилиндрической трашейности, или прямоугольной формы и образуются методом предварительного замораживания грунтов.

 Подземные низкотемпературные хранилища делятся на 2 класса:

  1.  от 50 до 100 тысяч м3
  2.  до 50 тысяч м3

 Сооружают ледопородные резервуары методом замораживания, т.е. бурят скважины, опускают в них трубы для хладогента.

8-13. Методы и технические средства диагностики РВС. Классификация методов ремонта.

Физические методы диагностирования:

- радиографический контроль;

- ультразвуковая дефектоскопия;

- цветная дефектоскопия;

- магнитография;

- метод проникающих жидкостей;

- инфракрасная спектроскопия;

- акустический эмиссионный метод.

1. Измерения геометрической формы и положения стенки и днища резервуара.

При измерениях геометрической формы резервуара определяются отклонения образующей стенки от вертикали и размеры местных локальных деформаций стенки. Горизонтальность наружного контура и действительный профиль поверхности днища проверяются нивелированием. При этом измеряются местные деформации днища.

Измерения отклонений образующих корпуса от вертикали проводятся теодолитом для каждого пояса в местах пересечения  горизонтального шва с вертикальными швами данного пояса. Рекомендуется также дополнительно выполнять измерения в середине каждого пояса. Для измерения геометрии корпуса с большими прогибами внутрь резервуара применяются специальные измерительные устройства. Использование для этих целей теодолитов без дополнительных устройств запрещено.

Число вертикалей, вдоль которых измеряются отклонения, принимаются равным числу вертикальных швов нижнего пояса (при длине листа б м) или через каждые б м по периметру резервуара, но не менее 9 м.

Измерения геометрической формы и положения стенки нужно проводить при максимально заполненном и пустом резервуарах для определения мест расположения наиболее опасных деформаций.

Величины неравномерной осадки наружного контура днища устанавливаются путем нивелирования в тех же местах, в которых измеряется отклонение корпуса от вертикали и которые совпадают с положением сварных швов первого пояса. Точки нивелирования должны быть отмечены на внешней поверхности стенки резервуара несмываемой краской красного цвета с указанием номера точки. Нумеруют точки по часовой стрелке от приемо-раздаточных патрубков.

Нивелирование полотнища днища резервуара должно производиться по радиусам, проведенным из точек нивелирования наружного контура к центру резервуара, с шагом 1,0 — 1,5 м. Дополнительно проводится нивелировка фундаментов под запорной арматурой, газоуравнительной системы и шахтной лестницы.

Для оценки осадки оснований резервуаров за длительный период эксплуатации необходимо установить постоянные точки нивелирования и привязывать отметки точек нивелирования к постоянному реперу. Для получения достоверных величин осадки резервуара необходимо перед нивелированием обязательно проводить поверки геодезического инструмента, систематически следить за состоянием реперов, а также за разметкой точек нивелирования на резервуаре.

  1.  Физические методы контроля сварных соединений.

Рентгенографический контроль и ультразвуковая дефектоскопия сварных соединений проводятся в соответствии с требованиями НТД.

Сварные швы предварительно должны подвергаться внешнему осмотру. В случае обнаружения подрезов, пор, незаваренных кратеров и других видимых дефектов они подлежат устранению до проведения контроля.

При обнаружении трещин необходимо принять меры к обязательному определению их границ любым доступным способом (ультразвуковые и магнитные методы, засверловка, шлифовка, травление); предпочтение следует отдавать ультразвуковому методу.

    Метод ультразвуковой дефектоскопии обеспечивает выявление внутренних и поверхностных дефектов в сварных швах и околошовной зоне основного металла углеродистых и низколегированных конструкционных сталей без расшифровки характера выявленных дефектов по типам (например, шлаковые включения, трещины, газовые поры и т.д.).

При ультразвуковом контроле определяются условная протяженность, высота, глубина залегания и координаты расположения дефекта.

Полученные в результате ультразвукового или радиографического контроля данные, ставятся под сомнение, то окончательный контроль следует проводить путем металлографических исследований.

В отдельных случаях допускается применять магнитопорошковый или цветной методы с последующим контролем дефектных участков ультразвуковым или радиографическим методами.

При определении толщины листовых конструкций и глубины коррозионных язв приборами или средствами линейных измерений точность должна быть не менее ±0,1 мм.

Для определения толщины металла применяются ультразвуковые толщиномеры с точностью измерений до 0,1 мм. В допустимых местах возможны прямые измерения толщины металла штангенциркулем.

При частичной диагностике РВС также используется акустико-эмиссионный метод неразрушающего контроля и оценки состояния металлоконструкций. Он основан на обнаружении упругих волн, генерируемых деформацией напряженного материала в момент роста дефекта. Эти волны регистрируются датчиками, преобразующими их в электрические сигналы. На основе получаемой информации оценивается состояние и поведение материала конструкции под напряжением.

Магнитографический метод используется как дополнительный. Обнаружение дефекта этим методом основано на явлении рассеивания магнитного потока. Участок конструкции намагничивается с помощью мощных магнитов (постоянные магниты или электромагниты), дефект вызывает локальное искажение конфигурации магнитного поля, которое фиксируется электромагнитными датчиками. Обычно используются датчики двух типов — индукционные катушки и датчики Холла. Катушки определяют скорость изменения магнитного поля, а датчики Холла его фактическую напряженность.

  1.  Контроль герметичности сварных соединений.

Контролю вакуум-методом подвергают сварные соединения днища, центральной части плавающей крыши и понтона.

Для контроля герметичности сварных соединений используются вакуум-камеры и пенные растворы (индикаторы) следующих составов:

  1.  при положительных температурах — мыльный раствор (из расчета 50 г мыла на 1 дм3 воды);
  2.  при отрицательных температурах — раствор лакричного корня (из расчета 15 г экстракта на 1 дм воды). Введение в раствор хлористого кальция (СаС12) или хлористого натрия (NaCl) позволяет вести работы по испытанию на герметичность при температуре наружного воздуха до —20 °С.

Контролируемый участок сварного соединения и основного металла шириной до 150 мм с обеих сторон от шва очищают от шлака, масла, грязи, пыли и льда, смачивают индикаторным раствором. Индикаторный раствор, нанесенный на шов, должен быть свободен от пузырьков воздуха.

На контролируемый участок плотно устанавливают вакуум-камеру, которую подключают к вакуум-насосу.

Разрежение в камере должно составлять не менее 66,5 кПа (498,8 мм рт. ст.) для сварных соединений листов толщиной 4 мм и не менее 80,0 кПа (600,1 мм рт. ст.) для соединений листов большей толщины. Перепад давления контролируют при помощи вакуум-манометра. В местах сквозных дефектов возникают пульсирующие (лопающиеся, вновь возникающие и снова лопающиеся) пузырьки. В местах мельчайших сквозных дефектов обнаруживаются скопления мелких нелопающихся пузырьков. При контроле протяженного шва камера переносится на новый участок, чтобы ее рабочая поверхность перекрывала ранее проверенный участок шва.

Сварные соединения стенки с днищем проверяют на герметичность специальной угловой вакуум-камерой или керосином. В последнем случае сварное соединение с внутренней стороны резервуара окрашивается водной суспензией мела или каолина, и после ее высыхания сварные соединения с наружной стороны опрыскивают керосином. Шов обрабатывают керосином не менее 2 раз с перерывом 10 мин. На поверхности, окрашенной меловым раствором, после смачивания керосином не должно появляться пятен в течение 12 ч, а при температуре воздуха ниже 0 °С — в течение 24 ч.

В зимних условиях для ускорения процесса контроля разрешается смачивать сварные соединения керосином, предварительно нагретым до температуры 60 — 70 °С. В этом случае процесс контроля герметичности сокращается до 1 ч.

Радиографический контроль, ультразвуковая дефектоскопия, цветная дефектоскопия, магнитография, метод проникающих жидкостей, инфокрасная спектроскопия, акустический эмиссионный метод.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19502. Программные средства для операторских станций в системе автоматизации управления производством (SCADA – системы) 28 KB
  Программные средства для операторских станций в системе автоматизации управления производством SCADA – системы Программные системы и пакеты прикладных программ обеспечивающие работу компьютерных операторских станций в литературе получили наименование SCADAпрогра...
19503. Характеристики SCADA – систем 34.5 KB
  Характеристики SCADA – систем 1. Общие данные SCADAпрограмм: фирмаразработчик; год первого выпуска и общий тираж характеристика опыта фирмы отработанности и популярности SCADAпрограммы; распространители в России и СНГ: примеры предприятий в России эксплуатирующ...
19504. Выбор SCADA – программы для конкретной системы автоматизации производства 33 KB
  Выбор SCADA – программы для конкретной системы автоматизации производства При выборе SCADAпрограммы для конкретного проекта необходимо вначале четко определить набор требований к характеристикам операторских станций. На их основе определяются требования к SCADAпрограмм...
19505. Этапы построения локальных систем автоматизации. Краткая характеристика этапов 24.5 KB
  Этапы построения локальных систем автоматизации. Краткая характеристика этапов. 1.Анализ технологического процесса как объекта управления выявление его существенных особенностей важных с точки зрения задач автоматизации. На этом этапе: – Определяется производ
19506. Методологические принципы проектирования АСУТП 27.5 KB
  Методологические принципы проектирования АСУТП Разработка проекта заключается в координации всей работы головной организацией несущей ответственность за внедрение АСУ в целом. Проект АСУТП – это модель будущей системы в терминах некоторых языков схемы т...
19507. Что называется автоматическим управлением? Структурная схема замкнутой системы автоматического управления 34 KB
  Что называется автоматическим управлением Структурная схема замкнутой системы автоматического управления Управление каким либо объектом это воздействие на него в целях достижения требуемых процессов или состояний. В качестве объекта можем рассматриваться люба...
19508. Принципы управления 51 KB
  Принципы управления Основные принципы автоматического управления. Рассмотрим 3 принципа. разомкнутое управление Принцип конденсации. Принцип обратной связи Разомкнутое управление Принцип разомкнутого управления. Обеспечивает достаточно в...
19509. Переходная характеристика объекта. Кривая разгона 25.5 KB
  Переходная характеристика объекта. Кривая разгона. Переходная характеристика обозначается ht и представляет собой переходный процесс изменения во времени выходного сигнала при подаче на вход объекта единичного ступенчатого воздействия. Единичное воздействие – э
19510. Импульсная переходная ункция 23.5 KB
  Импульсная переходная ункция. Импульсная функция обозначает ωt представляет собой реакцию объекта на единичный импульс. Единичный импульс – это сигнал высота которого равна бесконечности при ширине равной 0. Площадь единичного импульса равна 1 Связь между переходн