Стальные резервуары

Стальные резервуары с плоской крышей

Резервуар с плоской крышей

Резервуары этого вида нашли широкое распространение в регионах с повышенной температурой окружающей среды и небольшими осадками, для уменьшения объема газового пространства и снижения потерь нефти и нефтепродуктов от испарения.

На строительство вертикальных стальных резервуаров с плоской крышей разработаны типовые проекты емкостью РВС-100, РВС-200, РВС-300, РВС-400, РВС-700, РВС-1000, РВС-2000, РВС-3000, РВС-5000, РВС-10000 и РВС-200000 м3. В маркировке буквы означают «Резервуар Вертикальный Сварной», цифра - вместимость в м3.

Общий вид вертикального цилиндрического резервуара показан на рисунке.

Конструкция стального вертикального резервуара рассчитана на нагрузки, указанные в таблице.

Технические характеристики стальных резервуаров с плоской крышей

Показатели

Ед. измерения

Величина

Рабочее избыточное давление

мм вод. ст

20, 120,200

Допустимый вакуум

мм вод. ст

25

Снеговая нагрузка на кровлю

кгс/м2

100-150

Нагрузка от термоизоляции кровли

кгс/м2

45

Скоростной напор ветра для резервуаров вместимостью, м3: 100-700, 1000, 2000-5000, 10000-20 000

кгс/м3

до 100, 55-100, 30, 55, 100, 35, 55

В таблице приведены некоторые показатели резервуаров с плоской крышей, изготавливаемых из рулонных заготовок.

Конструкция резервуаров с плоской крышей позволяет полностью производить сборку из рулонных заготовок заводского изготовления, что позволяет сократить сроки монтажа, повысить качество монтажных работ, обеспечить проектную прочность.

Тип

Вместимость, м3

Диаметр, мм

Высота, мм

Масса, т

Расход стали на 1 м3 объема, кг

РВС-100

104

4730

5920

4,9

47,11

РВС-200

204

6630

5920

1 7,54

35,98

РВС-400

332

7580

7300

10,05

31,6

РВС-400

400

8530

7370

12,39

31

РВС-700

720

10430

8840

8,77

26,1

РВС-1000

1003

12330

8840

24,34

24,27

РВС-2000

2031

15180

11800

41,73

20,54

РВС-3000

3173

18980

11820

61,73

19,52

РВС-5000

4591

22790

11840

88,79

19,34

РВС-10000

10950

34200

11940

194,23

17,7

РВС-15000

15000

39800

11950

237

15,8

РВС-20000

20000

45500

11950

326,16

16,3

Резервуары этой конструкции бывают с плоским и конусным днищем. Конусные днища изготавливаются в основном трех видов:

  • из бетона, укладываемого на стальное плоское днище резервуара, применяется этот способ строительства с углом конусности до 5°;
  • в виде конуса из листовой стали, уложенного на бетонное основание фундамента резервуара, выполненного в виде конуса; применяется этот способ строительства с углом конусности до 15—20°;
  • в виде стального конуса из толстолистовой стали, соединенного с корпусом резервуара, смонтированного на свайном фундаменте с кольцевым железобетонным ростверком; обычно применяется для резервуаров небольшой емкости (расходных мерников) с конусностью днища более 20°.

Резервуары с конусной крышей

Коничевкая крыша резервуараРезервуары с конусной кровлей вместимостью от 100 до 5000 м3 имееют практически те же габаритные размеры корпуса, что и стальные резервуары с плоскими днищами, но больший удельный расход металла на единицу объема корпуса.

Эти резервуары также могут изготавливаться по-листовым способом (из отдельных стальных листов) и из рулонных заготовок заводского изготовления. Стальные резервуары с конусными крышами рассчитаны на большее рабочее давление в газовом пространстве, чем резервуары с плоской крышей и на худшие климатические условия, то есть их крыши выдерживают более высокую снеговую нагрузку. Применяются такие резервуары в различных широтах России.

Резервуары вместимостью 2—5 тыс. м3 этой конструкции, устанавливаемые в районах со напором ветра 55 кгс/м2 и более, внутри на уровне низа стропильных ферм (примерно в начале верхнего пояса) имеют кольца жесткости.

Техническая характеристика стального резервуара с конусной крышей

Показатели

Ед.измерения

Величина

Рабочее избыточное давление

мм вод. ст

200

Допустимый вакуум

мм вод. ст

25

Снеговая нагрузка на кровлю

кгс/м3

100

Нагрузка от термоизоляции кровли

кгс/м3

45

Скоростной напор ветра

кгс/м3

30-35

Техническая характеристика вертикального стального резервуара с конусной крышей

Тип

Вмести­мость, м3

Диаметр,

мм

Высота, мм

Масса, т

Расход стали на 1 м3 объема, кг

PBC-100к

104

4730

5920

4,88

46,9

РВС 200к

204

6620

5920

7,55

37

РВС-400к

333

7650

7390

окт.42

31,3

РВС-400к

422

8510

7390

11,97

28,3

РВС-700к

754

10410

8860

17,45

23,14

PBC-1000к

1057

12330

8860

22,74

21,51

РВС-2000к

2139

15180

11780

38,79

18,13

РВС-3000к

3348

18980

11840

57.67

17,12

РВС-5000к

4838

22790

11860

88,77

17,9

Резервуары с конической крышей изготавливаются емкостью до 5000 м3 из-за сложности конструкция крыши, при большей емкости строительство таких резервуаров становится экономически невыгодным.

Резервуары со сферической крышей

obschiy_vid_rezervuara_s_plavayuschey_krysheyb687

Поскольку строительство конических крыш резервуаров емкостью более 5000 м3 становится сложным, институтом Гипроспецнефть были спроектированы стальные резервуары объемом 10000 и 20000 м со сферическим покрытием. Крыши таких резервуаров изготавливаются без центральной стойки ввиду большой прочности и жесткости конструкции перекрытия. Эти резервуары могут устанавливаться в районах с сейсмичностью до 7 баллов и температурой не менее -40 °С.

Типовые проекты резервуаров разработаны емкостью от 10 до 50 тысяч м3.

Резервуары со сферической крышей служат для хранения нефти и нефтепродуктов под повышенном давлении. На рисунке показан обший вид резервуара со сферической крышей.

Характеристика резервуаров со сферической крышей - в таблицах.

Показатели

Ед. измерения

Величина

Рабочее избыточное давление

Мм.вод.ст

200

Допустимый вакуум

мм вод. ст

40

Снеговая нагрузка на кровлю

кгс/м3

100

Допустимая сейсмичность

балл

7

Скоростной напор ветра

кгс/м2

55 м

Характеристика вертикальных стальных резервуаров со сферической конусной крышей из рулонных заготовок

Вмести­мость ­типовая, м3

Вмести­мость фактиче­ская м3

Диа­метр, мм

Высота, мм

Масса, т

Расход стали

на 1 мобъема, кг

10 000

10 950

34 200

11920

203,17

18.55

15 000

14 900

39 900

1 920

278,83

18,71

20 000

19 460

45 600

11920

408.76

21,00

30 000

29 240

47 400

17 900

597,7

20,44

50 000

47 880

60 700

17 900

959,7

20,04

Проектом предусматривается:

  • изготовление дниша и корпуса резервуара в заводских условиях с поставкой на стройплощадку в рулонах. масса кажлого из которых не должна быть более железнодорожную норму 60 т; 
  • покрытие резервуаров также изготавпивается на заводах в виде отдельных щитов, сферической формы, которые при монтаже укрупняются (один монтажный щит монтируется из 3-х заводских щитов);
  • стальные щиты опираются на стальное центральное кольцо и кольцо жесткости, находящееся на корпусе стального резервуара;
  • корпус резервуара опирается на кольцевой плитный железобетонный фундамент;
  • нижние пояса корпуса и края днища производят из низколегированной углеродистой стали обыкновенного качества, остальные элементы — из углеродистой стали по ГОСТ 380-71

Резервуары специальных конструкций

К резервуарам специальных конструкций относятся резервуары с плавающими крышами, плавающими понтонами и резервуары, рассчитанные на повышенное рабочее давление в газовом пространстве.

Резервуар с плавающей крышей

Изображение РВСПК показано выше. Это вертикальный стальной цилиндрический резервуар, внутри которого на поверхности нефтепродукта находится плавающая крыша, выполненная в виде понтона. Уплотнение понтона с внутренними стенками корпуса обеспечивается специальным затвором. В результате площадь испарения доводится до минимальных размеров, что позволяет сократить потери нефти и нефтепродуктов, хранящихся в резервуаре до 98-99%. На рисунках показан вид резервуара с плавающей крышей, а в таблице приведена техническая характеристика некоторых резервуаров с плавающей крышей, применяемых в России.

Характеристика вертикальных стальных резервуаров с плавающей крышей из рулонных заготовок

Вместимость типовая, м3

Вместимость фактическая м2

Диаметр, мм

Высота, мм

Масса, общая/крышв т

Расход стали на 1 м3 объема, кг

100

86

4730

7390

6,51/1,2

75,6

200

169

6630

5920

8,79/2,23

51,5

300

288

2580

7390

12,4/2,93

42,2

400

364

8530

7390

14,23/3,69

39,1

700

667

10430

8860

21,87/5,49

33

1000

936

12330

8860

28,41/7,62

32

2000

1920

15180

11820

47,2/11,1

24,6

3000

3000

18980

11840

69,57/16,73

23,2

5000

4320

22790

1)860

96,61/21,45

22,4

10000

10900

34200

11940

198,18

18,2

15000

14800

39900

11940

256,16

17

20000

22230

39900

17900

395,4

19,1

30000

31260

47400

17900

531,3

18,25

40000

44960

56900

17900

736,7

17,35

50000

51113

60700

17900

828,1

17,35

Лидерами строительства резервуаров с плавающими крышами большой вместимости являются Япония, США, Нидерланды, Франция, Германия.

Плавающая крыша при предельном нижнем положении опирается на кронштейны, приваренные к корпусу или на специальные стойки. Высота установки понтона в рабочем состоянии 1,1 —1,5 м, в ремонтном - не менее 1,8 м.

Для обеспечения строго вертикального перемещения понтона крыши в некоторых конструкциях предусматриваются одна центральная направляющая стойка или несколько смещенных от центра.

По верхнему поясу корпуса резервуара строится кольцевая обслуживающая площадка. Подъем на площадку предусматривается по спиральной наружной лестнице, а спуск на понтон - по внутренней катающейся лестнице, верхний конец которой закреплен на шарнирах к корпусу резервуара, а нижний перемещается на роликах по горизонтальным направляющим.

Расстояние от верхней кромки корпуса резервуара до верхнего крайнего положения понтона не превышает 0,3 м. Толщина стального настила понтона составляет 4,5—6 мм.

В мировой практике строительства и эксплуатации резервуаров с плавающими крышами применяется около 200 типоразмеров уплотняющих затворов, которые можно подразделить на два вида: жесткие и мягкие.

На рисунке показана схема трех вариантов конструкций затвора.

Схема механической конструкции уплотняющего затвора

Механический (жесткий) затвор выполняется из листовой стали и соединяется с понтоном посредством мягкой ткани. Конструкция затвора прижимается к корпусу резервуара посредством рычажной системы.

Схема механической конструкции жесткого затвора

Мягкие, или их еще называют эластичные, затворы выполняются из прорезиненной ткани, пенополиуретана и других материалов. В зависимости от конструктивного решения и материала мягкие затворы можно подразделить на губчатые, жидкостные и воздушные. В губчатом затворе уплотнение происходит за счет заполнения внутренней полости затвора упругими губчатыми материалами (пенополиуретаном), в жидкостном — за счет массы жидкости, находящейся в мягком мешке, в воздушном — за счет упругих свойств воздуха, находящегося под определенным давлением в замкнутом пространстве.

Применение мягких затворов независимо от заполнения требует тщательного наблюдения за постоянством давления среды, находящейся в мягком мешке. Без этого не может быть обеспечена надежная герметичность затвора.

Жесткие затворы также недостаточно надежны и требуют частого осмотра. Некоторые детали затвора подвержены коррозии и заменяются через несколько лет службы.

Из всех разработанных конструкций затворов наиболее простой и достаточно надежной является конструкция петлеобразного затвора (рис. 16.6, а). Затвор изготовляется из хлопчатобумажной ткани — бельтинга, обрезиненной с двух сторон бензостойкой, морозостойкой резиной. Для герметизации между лепестками затвора располагается прокладка, обычно из полиамидной пленки.

Ливневые воды с плавающей крыши резервуара удаляются с помощью дренажной системы, которая выполняется из облегченных труб с шарнирами или из рукавов. Один конец системы соединен с поверхностью понтона, второй с патрубком, врезанным в нижний пояс резервуара.

Достоинством резервуаров с плавающей крышей является почти полное отсутствие газового пространства, что позволяет сократить потери до минимальных размеров (как сказано выше — до 98—99%); возможность строительства резервуаров большой вместимости; отсутствие испарения и снижение пожарной опасности.

К недостаткам относятся:

  • сложность конструкции, большая металлоемкость и высокая стоимость;
  • невозможность применения в условиях большой оборачиваемости резервуара, не более 40 раз в год, так как по причине частой смачиваемости нефтепродуктом внутренней поверхности корпуса резервуара и испарения обрющейся нефтяной пленки теряется эффективность плавающей крыши;
  • невозможность применения в регионах с большими снеговыми осадками и пыльными бурями по причине сложности удаления снега и песка с поверхности крыши;
  • отсутствие возможности закачки резервуара с высокой производительностью (для резервуаров небольшой вместимости), так как она ограничивается скоростью подъема (опускания) плавающей крыши и другие.

Резервуары с плавающими понтонами

резервуар с плавающим понтоном

Недостатки, которые присутствуют при эксплуатации резервуаров с плавающими крышами, удалось во многом устранить при разработке конструкции резервуара со стационарной крышей и плавающим понтоном. В этом проекте резервуара зеркало нефти или нефтепродукта покрывается плавающим понтоном, который находится на поверхности нефти или нефтепродукта внутри резервуара. Принцип работы плавающего понтона такой же, как и плавающей крыши, и эффект снижения потерь от испарения нефти и нефтепродукта почти такой же (до 90%).

Однако эта конструкция резервуара имеет ряд существенных преимуществ:

  • плавающий понтон расположен внутри резервуара и защищен от осадков стационарной крышей;
  • плавающий понтон не несет больших нагрузок, его конструкция рассчитывается только на плавучесть, поэтому понтоны имеют облегченную конструкцию;
  • при изготовлении плавающего понтона могут применяться различные материалы (стальной прокат; алюминиевый прокат, синтетические материалы);
  • конструкция понтона может изготавливаться в цеховых условиях в разобранном виде, подаваться частями в резервуар через люк-лаз и собираться на месте;
  • конструкция понтонов позволяет оснащать ими действующие резервуары, практически без изменения его конструкции и без замены внутреннего оборудования, за исключением изменения привода хлопушек и необходимости врезки дополнительного люка-лаза на втором поясе резервуара с установкой площадки обслуживания. Дополнительный люк необходим для проникновения на поверхность понтона для проведения его осмотра и проведения профилактических работ.

Недостатком применения плавающих понтонов являются:

  • низкая эффективность при высокой оборачиваемости резервуара (также при оборачиваемости свыше 35—40 раз понтоны применять нецелесообразно);
  • ограничение производительности закачки технологических операций по закачке и выкачке нефти или нефтепродукта, которая ограничивается допустимой скоростью подъема или опускания понтона в пределах 2-2,5 м/час.
  • При больших скоростях при закачке резервуара понтон может затонуть, а при выкачке «зависнуть» за счет сил трения между затвором и корпусом резервуара. Оба случая считаются аварийными. Особенно опасен второй, так как при последующем падении понтон может получить сильную деформацию, вызвать искрение при трении корпуса и понтона «сталь по стали» и тяжелые последствия;
  • образование и накопление статического электричества при синтетическом ковре понтона.

В России широкое внедрение резервуаров с понтонами и оснащение действующих резервуаров понтонами началось в 60-х годах прошлого столетия. В результате проведенных научно- исследовательских и экспериментальных работ конструкция первых понтонов претерпела значительные изменения и была усовершенствована.

Первые понтоны в большей степени копировали конструкцию плавающих крыш. То есть в основу конструкции было заложено металлическое плавающее кольцо жесткости, которое собиралось из отдельных коробов.

Дополнительная жесткость кольцу придавалась установкой облегченных полуферм, по которым настилался ковер из листовой стали толщиной 2 мм. Зазор между кольцом понтона и корпусом резервуара герметизировался петлевым мягким затвором. Короба изготавливались сечением 450x450 мм и длиной около 2-х метров и были разделены перегородкой на две герметичные секции. Размер сечения короба принимался с учетом возможности протаскивания его через Люк-лаз резервуара.

Однако практика эксплуатации таких понтонов вскрыла ряд серьезных недостатков этой конструкции. Во-первых, в случае коррозии коробов или нарушении герметичности их по другим причинам они заполнялись продуктом и тонули. При проведении ремонтных работ, несмотря на их дегазацию, они часто взрывались. Поэтому закрытые короба были заменены на короба с открытыми деками. Это позволило снизить расход металла на изготовление понтона и обеспечить надежный контроль герметичности коробов.

Дальнейшим направлением было снижение массы понтона путем замены металлического ковра на ковер из синтетических материалов. Однако при этом возникла другая проблема — это образование и накопление статического электричества на понтоне, что потребовало разработки устройства по его отводу. Решение этой проблемы позволило решить и другую задачу, связанную с необходимостью облегчения ферм понтона.

В результате фермы были заменены сеткой из стальной оцинкованной проволоки диаметром 4 мм. Сетка выполнялась натяжением проволоки в виде струн параллельно диаметру ребра жесткости с шагом ячеи 400x400 мм. Сетка прочно удерживала от провисания синтетический ковер и обеспечивала отвод статического электричества через два гибких заземлителя, соединенных с заземленным корпусом резервуара.

Следующим направлением в совершенствовании конструкции понтона была замена металлического плавучего кольца жесткости на синтетический из пенополиуретана, жесткость которого обеспечивалась облегченными радиальными фермами из облегченных стальных или алюминиевых труб.

В советское время были разработаны неметаллические понтоны типа «колесо» для резервуаров со щитовой кровлей и центральной стойкой и типа «ковер» для резервуаров со сферической кровлей.

Военным ведомством разработана конструкция понтона с применением облегченной сборно-разборной конструкции поплавков, выполненных из алюминиевых труб с синтетическим ковром.

Строгое вертикальное перемещение понтона в резервуаре обеспечивается установкой одной или двух диаметрально расположенных стоек. Число стоек зависит от размера резервуара. Выполняются стойки из стальных труб, диаметром 300—500 мм. Верхняя часть стоек выходит через крышу резервуара и заканчивается фланцем с крышкой, которая крепится к фланцу на болтах через прокладку. На крышке устанавливается замерный люк для замера уровня нефтепродукта в резервуаре и для отбора проб.

Внизу и в верху труба-стойка делается перфорированной, чтобы уровень нефтепродукта в резервуаре и в стойке был одинаковый, чтобы они работали по принципу сообщающихся сосудов. Если будет отсутствовать вверху трубы-стойки перфорация, то за счет давления или вакуума в газовом пространстве уровень нефтепродукта в ней будет соответственно больше или меньше уровня в резервуаре. По этой причине нельзя будет точно определить действительное количество нефтепродукта, находящегося в резервуаре.

Герметичность понтона в местах прохождения вертикальных стоек обеспечивается установкой мягких петлевых затворов. Понтон соединяется с мерной лентой уровнемера и заменяет его штатный поплавок.

При оснащении понтоном действующего резервуара необходимо сначала выполнить нивелировку его днища и устранить уклон резервуара, если обнаружена его неравномерная осадка. Затем установить места вмятин на корпусе резервуара и величину их стрелы прогиба, и нанести их в масштабе на план днища резервуара. Диаметр понтона определяется свободным его перемещением по вертикали с кольцевым зазором от наибольших выступающих мест не менее 100 мм.

Резервуары повышенного давления

Резервуары с торосферической кровлей

Резервуары типа «гибрид» представляют собой вертикальный цилиндрический резервуар с торосферической кровлей. Этот резервуар имеет плавное сопряжение корпуса резервуара, осуществленное за счет образования торовой вставки двоякой кривизны, со сферической кровлей. Такая конструкция узла сопряжения кровли с корпусом создает наилучшие условия в работе, снижая дополнительные напряжения, так как в месте плавного перехода возникают только осевые усилия и отсутствуют напряжения изгиба.

Корпус и днище резервуара типа «гибрид» монтируется из заводских рулонных заготовок. Кровлю можно монтировать отдельными лепестками, включающими торовую вставку. Корпус резервуара по периметру крепится к кольцевому железобетонному основанию анкерными болтами. Количество, размер и щаг расстановки анкерных болтов определяются при проектировании.

Каплевидные резервуары

kaplevidnyy_i_rezervuar_gibridКаплевидные резервуары применяются для хранения нефтепродуктов, обладающих большой упругостью паров. Резервуары рассчитаны на рабочее давление до 0,4 кгс/см2 и более и на вакуум до 500 мм вод. ст. На рисунке 4.9 показан вид каплевидного резервуара.

Каплевидные резервуары средней емкости монтируются на земляном фундаменте с бетонным кольцом. Сферическая форма фундамента выполняется с помощью вращающегося вокруг оси, установленной в центре фундамента, копира, профиль нижней режущей кромки которого соответствует проектному профилю днища резервуара. Последовательность монтажа каплевидного резервуара:

  • по периметру фундамента укладывают металлические опорные плиты резервуара;
  • сваривают между собой опорные плиты и приваривают к ним ребра жесткости. Кривизна косынок ребер жесткости со стороны корпуса должна соответствовать кривизне первого пояса резервуара;
  • по ребрам жесткости собирается первый пояс корпуса резервуара из заранее отштампованных с двоякой кривизной сферических листов;
  • после сборки первого пояса расстилается и сваривается днище резервуара;
  • устанавливается центральная стойка с верхним монтажным кольцом;
  • собирается каркас резервуара из сферических вертикальных полуферм и горизонтальных связей;
  • обшивка корпуса резервуара из заранее отштампованных сферических с двоякой кривизной листов.

Монтаж каплевидного резервуара можно вести индустриальным методом (метод изготовления оболочки из рулонов).

На каплевидных резер

Техническим специалистам