Нефть - главное богатство
России

Изготовлении резервуара для хранения нефти


Стальные вертикальные цилиндрические резервуары строят с плоскими, коническими и сферическими крышами и днищами. Применение различных форм крыши и днищ диктуется свойствами хранимых жидкостей и климатическими условиями.

Резервуары с плоским днищем и конической крышей (типовые).

Наиболее широкое распространение получили стальные вертикальные цилиндрические резервуары с плоским днищем и конической крышей. Конструктивно стальные резервуары представляют собой тонкостенные оболочки, способные сопротивляться внутреннему давлению. Сопротивление внешним нагрузкам значительной величины не свойственно им, в силу недостаточной пространственной жесткости.

Клепаные и сварные резервуары для нефти

Стальные вертикальные цилиндрические резервуары существуют клепаные и сварные.

В связи с развитием электросварки получили наибольшее распространение сварные резервуары, дающие экономию металла до 20% по сравнению с клепаными. Кроме того, сварные резервуары герметичнее клепаных и более просты в проектировании и строительстве. Клепаные резервуары в настоящее время не строятся, но в эксплуатации еще находится значительное их количество.

Строительство сварных резервуаров в настоящее время осуществляется только по типовым чертежам, утвержденным Государственным комитетом Совета Министров СССР по делам строительства. Эти резервуары способны выдерживать внутреннее избыточное давление в газовом пространстве в 200 мм вод. ст.

Корпус и днище резервуаров, сооружаемых в районах с расчетной температурой воздуха — 20° С должны изготовляться из мартеновской спокойной стали марок М16 или М18 (ГОСТ 380—57), а в районах с более низкими расчетными температурами — из мартеновской спокойной улучшенного раскисления или М16, дополнительно раскисленной алюминием. Для изготовления кровли, центральной стойки, лестниц и перил допускается применение кипящей мартеновской стали. При применении стали М16 в районах с расчетной температурой ниже —20° дополнительно должна проверяться ударная вязкость при —40°, которая в этих условиях не должна быть ниже 3 кГ • м/см3.

Максимальная допустимая температура нефтепродукта, хранимого в стандартных резервуарах, составляет 80° С.

По временным техническим условиям на листовую сталь для изготовления вертикальных сварных резервуаров для хранения нефтепродуктов (ЧМТУ 5232—55) она поставляется толщиной от 4 до 12 мм и размерами 1500 х 6000 мм. Стальные листы толщиной 2,5 и 3 мм имеют размеры 1250 х 2500 мм.

При изготовлении корпуса резервуара стальные листы располагают короткой стороной вертикально. Замкнутое расположение листов в одном ряду по окружности резервуара образует пояс резервуара.

Стандартные резервуары изготовляются методом полистовой сборки и методом рулонирования.

Резервуары полистовой сборки

Резервуары полистовой сборки имеют телескопический корпус с соединением поясов внахлестку. Вертикальные сварные соединения листов корпуса выполняются встык.

В резервуарах емкостью от 300 до 700 м3 несущие конструкции покрытия состоят из металлических радиальных балок, закрепленных в центральном кольце и на корпусе резервуара. Несущие конструкции покрытия резервуаров емкостью от 1000 ж3 и выше отличаются тем, что крыша опирается на полуфермы, между которыми расположены прогоны, радиальные балки и связи. Настил кровли резервуара приваривается ко всем поддерживающим его элементам потолочными швами, электрозаклепками или наплавными швами. Днище резервуара собирается непосредственно на песчаном основании.

Первоначально днище выполнялось с сегментным кольцом, к которому при помощи уторного уголка приваривался нижний пояс, а вертикальные швы для соединения листов поясов выполнялись в стык с накладками. Опыт эксплуатации и исследования показали, что сегментные кольца, уторные уголки и внутренние накладки являются источником концентрации напряжений. При низких температурах в сварных швах й возле них возникают трещины, распространяющиеся в зону основного металла. В связи с этим днища стали изготовлять без сегментных колец, а вертикальные швы выполнять встык без накладок и подваривать со стороны корня шва, что существенно улучшило качество швов.

Индустриальный способ сооружения резервуаров для нефтепродуктов

Индустриальный способ сооружения резервуаров, предложенный Институтом Электросварки имени акад. Е. О. Патона Академии наук УССР, заключается в том, что резервуары на месте монтажа собираются из готовых укрупненных элементов (полотнищ и щитов). Сущность этого метода заключается в том, что листы корпуса и днища резервуара свариваются между, собой с применением автоматической сварки на магнитных стендах в полотнища и по мере сварки последние сворачиваются в рулоны диаметром 2,6—2,8 м. Такой диаметр рулонов позволяет их перевозить по железной дороге. Готовые рулоны доставляются на место монтажа и разворачиваются на заранее приготовленном основании. Кровли резервуара по предложению В. М. Дидковского и В. Г. Зильбершмидта выполняются из сборных щитов, изготовленных также на заводе. Щиты состоят из каркасов, покрытых листовой сталью.

Кровля в центре резервуара опирается на стойку, которая выполняется решетчатой конструкции и в виде трубы. Лестницы для резервуаров применяются одномаршевые, двухмаршевые и многомаршевые, шахтного типа. Решетчатые стойки и шахтные лестницы приспособлены для наворачивания на них рулонов.

Описанный метод изготовления резервуаров значительно повышает качество сварки и надежность корпуса и днища, сокращает объем сварочных работ на строительной площадке до минимума и продолжительность монтажа. Индустриальный метод строительства резервуаров получил широкое распространение.

В резервуарах большой емкости, рассчитанных на избыточное давление в 200 мм вод. ст., в момент их заполнения происходит бурное испарение нефтепродукта, и давление в газовом пространстве достигает расчетного. При таком давлении в газовом пространстве возможно выгибание днища и, вследствие этого, некоторый подъем корпуса. Это может привести к потере устойчивости частично заполненного резервуара, особенно при сильных ветрах. Для предотвращения этого явления к нижнему поясу резервуаров полистовой сборки емкостью 700 м8 и выше подвешивают противовеса из железобетонных плит. Вес противовесов указан в табл. 8. Для резервуаров малой емкости противовесы могут не применяться. Для них допускается в начале залива некоторый подъем корпуса, быстро прекращающийся при дальнейшем заливе резервуара.

Для корпуса резервуара, изготавливаемого из рулонированных полотнищ, противовеса не требуется. В таких резервуарах неуравновешенной является центральная стойка. Для предотвращения подъема трубчатая центральная стойка заполняется песком или бетоном, а решетчатой конструкции — пригружается в нижней части бетонным массивом.

Они могут применяться для хранения нефти и светлых нефтепродуктов c низкой упругостью паров (керосин, дизельное топливо и другие), масел и темных нефтепродуктов. Для хранения нефти, бензинов и других нефтепродуктов с высокой упругостью паров эти резервуары могут применяться, но при наличии автоматизированной газовой обвязки их.

В резервуарах, сооружаемых в районах со скоростным напором ветра, внутри корпуса должно устанавливаться кольцо жесткости.

Резервуары с безмоментной кровлей.

Сварные вертикальные цилиндрические резервуары с безмоментной кровлей отличаются от типовых резервуаров конструкцией кровли. Резервуары этого типа предложены А. С. Арзуняном. Корпус и днише резервуара выполняются по рассмотренным выше типовым проектам. В центре резервуара располагается стойка из трубы диаметром 100— 300 мм в зависимости от размеров резервуара, оканчивающаяся вверху коническим металлическим зонтом из листовой стали толщиной 6 мм. Пространство между зонтом центральной стойки и корпусом перекрыто свободно провисающей под действием собственного веса стальной кровлей, выполняемой из листов толщиной 2,5—4 мм. Кровля работает на растяжение в наивыгоднейших для стали условиях и не испытывает изгиба, за исключением зоны центральной стойки и краевой зоны, примыкающей к корпусу. Поэтому она называется безмоментной.

Корпус по верхнему краю для увеличения жесткости усилен кольцевым коробчатым каркасом. Центральная стойка делается на 1,5—2 м выше корпуса резервуара, благодаря чему обеспечивается уклон кровли для стока атмосферных осадков. В резервуарах с безмоментной кровлей снижается расход металла по сравнению с типовыми резервуарами на 10—15%. Кровлю резервуара при изготовлении сваривают в виде прямоугольника со сторонами, равными одна — радиусу резервуара и другая — половине периметра. Затем прямоугольное полотнище разрезают поперек на равнобедренные треугольники, из которых получаются сектора кровли. Полотнище может свертываться в рулон, сердечником для которого используется центральная стойка.

Резервуары с безмоментной кровлей разной емкости (до 5000 м3) эксплуатируются на многих нефтебазах. Опыт эксплуатации показал, что по своему контуру кровля имеет небольшую жесткость, вследствие чего она прогибается с образованием круговой впадины, которая является местом скопления атмосферных осадков, вызывающих коррозию металла. Кроме того, недостаточная жесткость кровли затрудняет расположение на ней оборудования.

Резервуары рекомендуются для применения в районах с небольшим снеговым покровом.

Предпочтительнее в резервуарах хранить нефтепродукты с низкой упругостью паров, чтобы не иметь внутреннего избыточного давления. Для хранепия светлых нефтепродуктов при избыточном давлении до 200 мм вод. ст. резервуары выполняются с «дышащей» кровлей и телескопической (скользящей) центральной стойкой. Нижняя часть стойки но прикрепляется к днищу резервуара, а вставляется в направляющий стякан, изготовленный из трубы большего диаметра. Телескопическое основание дает возможность стойке и кровле свободно перемещаться по вертикали. Повышение избыточного давления внутри резервуара не сопровождается выпуском паров через клапаны, а вызывает подъем кровли и увеличение объема газового пространства. При охлаждении газового пространства внутреннее давление уменьшается, и кровля принимает первоначальное положение.

Резервуары со сфероцилиндрической кровлей.

Хранение логконспаряющихся светлых нефтепродуктов в резер- вуарнх, рассчитанных на внутреннее давление до 200 мм вод. ст,., вызывает большие потери и ухудшение качества нефтепродукта из-за испарения цепных легких фракций. Повышением внутреннего избыточного давления в резервуарах до 2000 —3000 мм вод. ст. можно значительно сократить потерн легконспаряющихся нефтепродуктов (авиабензина, автобензина н др.) при сливе —наливе и полностью ликвидировать при изменении температуры.

Днепропетровским инженерно-строительным институтом (ДИСИ) по предложению М. И. Ашкинаан разработаны резервуары со сфероцилиндрической кровлей емкостью 400, 700, 1000 и 2000 л3 на различное внутреннее избыточное давление до 2500 мм вод. ст. Эти резервуары повышенного давления отличаются простотой конструкции.

Цилиндрический корпус резервуара и плоское днище обычных конструкций аналогично типовому резервуару сооружаются из рулонных заготовок. Кровля резервуара состоит из цилиндрических лепестков, изогнутых в меридиональном направлении двумя сопряженными радиусами по коробовой кривой с плавным переходом к'корпусу. Большое количество цилиндрических лепестков (36 лепестков в резервуаре емкостью 2000м3), будучи сваренными между собой, образуют кровлю в виде поверхности вращения. Строго говоря, эта оболочка представляет собой многогранник, стремящийся при большом числе граней к сферической форме. С корпусом кровля соединяется через горизонтальный лист, являющийся обвязочным кольцом жесткости.

Кольца жесткости резервуара

Кольцо жесткости  дает возможность сваривать лепестки кровли внахлестку, что облегчает монтаж и уменьшает сварочные деформации в кольцевом направлении. Предложение М. И. Агокннази значительно удешевляет и упрощает изготовление покрытия, так как все криволинейные элементы выполняются простой холодной вальцовкой. Корпус резервуара усилен изнутри кольцевыми ребрами жесткости для устойчивости ори вакууме, В центре резервуара установлена стойка, являющаяся опорой для кровли. Внизу стойка входит в стакан, приваренный к днищу, который дает возможность стойке совместно с кровлей свободно перемещаться вверх при увеличении давления в газовом пространстве. Низ корпуса резервуара закрепляется анкерными болтами к фундаменту. Это необходимо для того, чтобы при малом количестве жидкости в резервуаре периферийная кольцевая зона днища вместе с корпусом не поднималась под действием внутреннего избыточного давления.

Существенным недостатком конструкции является наличие узлов с повышенной концентрацией напряжений в месте примыкания сфероцилиндрической кровли к корпусу и в местах приварки вертикальных ребер.

Резервуары со сферической кровлей

Резервуары со сферической кровлей («гибрид»). Вертикальные цилиндрические резервуары со сферическим покрытием конструкции института «Проектстальконструкция» выполняются на внутреннее давление в газовом пространстве до 2500 мм вод. ст. или вакуум 100 мм вод. ст. и предназначаются для хранения светлых нефтепродуктов и нефти с целью значительного снижения потерь от испарения. Эти резервуары состоят из цилиндрического корпуса, торосферической самонесущей кровли и плоского днища. Для предотвращения выпучивания днища от сил внутреннего давления резервуары прикрепляются анкерами, состоящими из вертикальных крупных стержней, к горизонтальным железобетонным плитам, заложенным в грунт. Оболочка кровли имеет толщину 2,5 мм. Она укладывается на каркас купола и сваривается внахлестку. К стенкам резервуаров привариваются горизонтальные кольца жесткости для придания устойчивости оболочке, при вакууме. На уровне верхней точки крепления анкеров также расположено кольцо для восприятия сил горизонтальных пар, образующихся от эксцентриситета крепления анкеров.

Основное преимущество резервуаров с торосферической кровлей заключается в том, что плавная форма кровли и переход от нее к цилиндрической стенке допускают применять повышенное внутреннее давление.

Удельный расход стали на 1 м3 емкости в этих резервуарах выше, чем в стандартных, на 5—20%. Однако он может компенсироваться в ряде случаев экономией в результате сокращения потерь нефтепродуктов от испарения.

Резервуары со сферической кровлей и днище («полусфероиды»). Вертикальные стальные резервуары со сферическими крышами и днищами могут выдерживать внутреннее давление больше, чем цилиндрические с коническими крышами и плоскими днищами.

Разработанные институтом «Гидротрубопровод» конструкции резервуаров рассчитаны на давление в газовом пространстве 0,3 кГ/см2 (3000 мм вод. ст.) и вакуум в 0,015 кГ/см2 (150 мм вод. ст.).

Отличительными особенностями конструкции (фиг. 14) резервуаров являются бесстропильная сферическая крыша и сферическое днище.

Конструкции этих резервуаров отличаются уменьшенным расходом металла на 1 мл емкости, по сравнению с типовыми, и дают значительный экономический эффект в результате уменьшения потерь нефтепродуктов от испарения. Недостатком резервуаров является усложнение и удорожание строительства вогнутого фундамента.

Сферическая оболочка купола, имея коэффициент запаса на устойчивость 4,6, выдерживает внешнюю равномерно распределенную нагрузку в 370 кГ/м2.

В целях применения одинаковых шаблонов для изготовления оболочек кровли и днища расположение поясов корпуса принято ступенчатое.

Резервуары аналогичной конструкции имеются емкостью до 9000 м3.

Разборные стальные резервуары.

Наряду со стационарными применяются и разборные стальные резервуары, листы которых соединяются друг с другом болтами при посредстве прокладок.

Основным достоинством разборных резервуаров является возможность скоростного монтажа и демонтажа, что позволяет производить их переброску из района в район.

Разборные резервуары выполняются вертикальными цилиндрическими. Они изготовляются емкостью от 16 до 1600 м3 из стальных листов толщиной от 2 до 5 мм, с крышами из стали толщиной 2—2,5 мм. Заготовка деталей резервуаров производится на заводах или в оснащенных мастерских.

Некоторой особенностью разборных резервуаров является расположение листов длинной стороной вдоль образующей резервуара, что позволяет делать резервуары из 1—3 поясов.

Герметичность швов резервуаров обеспечивается бензостойкими прокладками, а жесткость —накладками таврового профиля. Стропила кровли опираются на центральную колонну.

Разборные резервуары могут выдерживать внутреннее избыточное давление в 700 мм вод. ст. и вакуум в 40 мм вод. ст.

Резервуары с алюминиевыми крышами.

Хранение в стальных резервуарах сернистых нефтей и нефтепродуктов приводит к преждевременному, через 1,5—3 года после начала эксплуатации, поражению коррозией верхних поясов и кровли резервуаров, часто с образованием сквозных разъеданий. А наличие в резервуарах пирофорных образований может привести к воспламенению и взрыву паров нефтепродукта.

Большей стойкостью к воздействию сернистой среды, по сравнению со сталью, обладают алюминий и алюминиево-магниевые сплавы. Скорость коррозии их меньше в 2—5 раз. Превосходство в антикоррозийном отношении алюминия и его сплавов с магнием обусловило их использование в строительстве резервуаров; из алюминиевых сплавов сооружают верхний пояс и кровлю. Резервуары с кровлей из алюминиевого сплава, содержащего 1—4% магния, в которых находятся сернистые нефти, хорошо сохраняются в течение 15—20 лет эксплуатации. Сооружение алюминиевых покрытий получает широкое развитие. Корпуса резервуаров и днища сооружаются из обычной углеродистой стали методом рулонирования, а верхний пояс и покрытие толщиной 5 мм — из алюминиевомагниевого сплава АМГ-2 в виде отдельных монтажных элементов. Элементы щитовой кровли и пояса свариваются автоматическим способом в среде аргона. Соединение стального пояса с алюминиевым осуществляется оцинкованными болтами на бензостойкой полихлорвиниловой прокладке. 

Резервуары института Гидроспецпромстрой имеют емкость: 700 1000, 2000, 3000 и 5000 л3.

Сокращение ремонтов кровли и верхнего пояса обеспечивает высокую эффективность стальным резервуарам с кровлей и верхним поясом из алюминиевого сплава.

Как показывают расчеты, дополнительные затраты на кровлю и верхний пояс из алюминиевого сплава окупаются в течение 3,5—4 лет.