содержание      ..     8      9      10      11     ..

 Глава 3. Резервуары на нефтебазах (1973 год)

Резервуары являются одним из основных сооружении нефтебаз и предназначены для хранения нефтепродуктов и производства некоторых технологических операций. По материалу, из которого сооружены резервуары, различают металлические, железобетонные, каменные и земляные. Большое развитие получили резервуары, сооружаемые в горных выработках. Основным строительным материалом для выработок является сама горная порода, в толще которой создается емкость.

4) по конструкции: а) стальные резервуары (вертикальные цилиндрические с коническими и сферическими крышами, горизонтальные цилиндрические с плоскими и пространственными днищами, каплевидные, шаровые, резервуары-цилиндроиды); б) железобетонные резервуары (вертикальные и горизонтальные цилиндрические, прямоугольные и траншейные).

Нефтехранилища в горных выработках, сооружаемые в пластах каменной соли путем размыва и уплотнения пластических пород взрывом, шахтные и ледогрунтовые.

В зависимости от назначения резервуары разделяются на две группы. К первой группе относятся резервуары, предназначенные для хранения жидкостей при избыточном давлении до 0,07 МПа включительно и температуре до 120 С. Такие резервуары проектируются и изготовляются согласно «Нормам и технологическим условиям проектирования и изготовления стальных конструкций и промышленных сооружений». Ко второй группе относятся резервуары, работающие под давлением более 0,07 МПа. Они проектируются и изготовляются по специальным технологическим условиям. Эксплуатация этих конструкций находится под особым наблюдением специальной Государственной инспекции.

Нефтяные металлические резервуары имеют форму поверхностей вращения и подвергаются действию постоянного внутреннего давления, распределенного симметрично относительно оси вращения. Иод действием внутреннего давления в стенках оболочки возникают напряжения растяжения и частично изгиба. Но вследствие малой толщины стенки по сравнению с радиусом кривизны оболочки при определении напряжений с достаточной для практических расчетов точностью для резервуаров объемом до 10 000 м3 можно пренебречь изгибом стенок.

При этих условиях основным расчетным уравнением для определения прочности металлических стальных резервуаров является уравнение Лапласа:

— высота столба жидкости в рассматриваемом сечении резервуара (принимается равным расстоянию от максимального уровня до расчетного уровня пояса, который на 300 мм выше нижней кромки пояса).
 

§ 1. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ РЕЗЕРВУАРЫ

Цилиндрические резервуары являются наиболее распространенными для хранения нефтепродуктов, относительно просты в изготовлении и наиболее экономичны по стоимости. Различают: вертикальные цилиндрические резервуары низкого и высокого давления, с пространственными днищами, с плавающими крышами и понтонами; горизонтальные цилиндрические резервуары высокого и низкого давления, наземные и подземные.

 

 

Расчет корпуса

Все металлические резервуары по форме представляют тела вращения и для них справедливо уравнение Лапласа.

 

Следует отметить, что расчет толщины корпуса резервуара по безмоментной теории является упрощенным, так как не учитываются влияния изгибающих моментов, возникающих в сопряжении корпуса с днищем и в кольцевых нахлесточных швах.

 

Вертикальные цилиндрические резервуары низкого давления

Избыточпое давление в таких резервуарах мало отличается от атмосферного, поэтому их корпус рассчитывается на гидростатическое давление, вызывающее растягивающее усилие, равное весу столба жидкости над рассматриваемым сечением (см. эпюры на рис. 3.1, а, б, в).

Для восприятия ветровой нагрузки, превышающей 30 Па, корпус резервуара должен быть усилен кольцами жесткости. Покрытие резервуара коническое с уклоном 1 : 20. Вследствие трудоемкости изготовления и монтажа конической крышки, несущие конструкции которой состоят из ферм, прогонов,

радиальных балок и связей, разработана и применяется кровля, собираемая из крупноразмерных щитов заводского изготовления. Щиты представляют собой каркас из прокатных двутавров и швеллеров, к которому приварен листовой пастил толщиной 2,5 мм. В середине резервуара щиты опираются на оголовок центральной стойки. На рис. 3.2 представлена типовая конструкция резервуара со щитовой кровлей, рулонным корпусом и днищем, а в табл. 3.1 приведены их основные данные. Как видно из табл. 3.1, с увеличением объема резервуара расход стали на 1 м3 объема уменьшается. Днище резервуара сварное, расположено на песчаной подушке и имеет уклон от центра к периферии, равный 2%. Уклон днища необходим для стока и удаления подтоварной воды.

ЦНИИПроектстальконструкция спроектировал резервуары объемом 10 000, 15 000 и 20 000 м3 для районов со снеговой нагрузкой до 1000 Па, ветровым напором до 300 Па и расчетной температурой tp>= —20° С. Резервуары рассчитаны для храпения нефти и темных нефтепродуктов с плотностью 950 кг/м3 при внутреннем избыточном давлении в паровоздушном пространстве до 2000 Па и вакууме 250 Па. Покрытие резервуара представляет собой сферический купол, секторные щиты которого опускаются на верхнее обвязочное кольцо корпуса. Основные данные этих резервуаров с рулонным корпусом b днищем и сферической щитовой кровлей приведены в табл. 3.1 и З.2.
 

 

 

 

 

Рис. 3.2. Стальной цилиндрический резервуар со щитовой кровлей объемом 5000 м3.
1 — корпус; 2 — покрытие; 3 — опорная стойка; 4 — лестница, 5 — днище. 

тонких листов кровли на каркас покрытия, выполненного в виде стержневого сферического купола. Поэтому при изготовлении листов кровли гнуть по поверхности двоякой кривизны не требуется. Резервуары объемом до 2000 м3 изготовляют на избыточное давление (0,03 ---- 0,04) МПа, а резервуары объемом до 5000 м3 — на (0,015 0,02) МПа.

Толщину листов корпуса рассчитывают по формуле (3.4). Упора толщин стенок представлена на рис. 3.1, г.

В результате значительного увеличения вакуума по сравнению с «атмосферными» резервуарами необходимо проверить корпус резервуара на устойчивость. При наличии в резервуаре колец жесткости расчет корпуса на устойчивость можно произвести по формуле 

 

Вес призмы грунта, расположенной над плитой, рассчитывается в зависимости от глубины заложения плиты и угла внутреннего трения породы (предполагается, что грунт над плитой скалывается под углом трения). 

 

Рис. 3.3. Вертикальны» цилиндрический резервуар высокого давления

 

 

Вертикальные цилиндрические резервуары с пространственными днищами

Резервуары с пространственными днищами широко применяются как отстойники. Устанавливают их на высотных кольцевых фундаментах. Такое конструктивное решение создает днищам большие эксплуатационные преимущества, так как они по сравнению с плоскими днищами имеют меньший вес. Расчет этих резервуаров ведется раздельно: корпус по формуле (3.2), а днище в зависимости от его геометрической формы по нижеприведенной методике. 

 

Расчет конических днищ

В настоящее время наибольшее распространение получили резервуары-отстойники с коническими днищами.

 

 

 

 

 

 

 

Резервуары с плавающей крышей

Корпус резервуаров с плавающей крышей (рис. 3.6) представляет собой обычную цилиндрическую оболочку, рассчитанную на гидростатическое Сдавление столба нефтепродукта (см. расчет цилиндрических вертикальных «атмосферных» резервуаров).

В настоящее время существуют плавающие крыши двух типов;

1) двойная понтонная крыша, состоящая из ряда герметических отсеков, обеспечивающих непотопляемость при нарушении герметичности понтона.

 

 

Рис. З.6. Резервуар с плавающей крышей.

 

 

Для спуска на плавающую крышу в любом ее положении предусмотрена лестница, которая одним концом опирается через шарнир на верхнюю площадку наружной лестницы, а другим перемещается горизонтально по рельсам, уложенным на плавающей

крыше. Отвод статического электричества осуществляется медным проводом, присоединяющим лестницу к корпусу резервуара. Корпус резервуара заземлен при помощи четырех стальных труб, соединенных между собой стальной лентой. Отбор пробы производится из перфорированной трубы диаметром 325 мм. Труба предохраняет крышу от поворотов при движении и одновременно является направляющей. Уровень замеряют прибором УДУ-5 через специальный люк в плавающей крыше.

Для удаления с плавающей крыши дождевой воды предусмотрено водоспускное устройство, представляющее собой шарнирную систему из стальных труб и гибкого шланга. Чтобы при откачке нефтепродукта из резервуара в нижнем положении крыши не образовался вакуум, а также газовая подушка при закачке нефтепродукта, предусмотрен специальный дыхательный клапан.

 

 

Рис. 3.7. Затворы плавающих крыш. а шторный (щелевой); б петлеобразный (линейный).

 

В нижнем положении плавающая крыша опирается на стойки из труб. Стойки закреплены в коробах днища плавающей крыши л при движении перемещаются вместе с ней.

Расчет плавающей крыши сводится к определению толщин листов верхнего и нижнего настилов и проверки условия плавучести в случае заполнения внутренней полости (до переливной трубы) дождевой водой.

Верхний настил плавающей крыши можно рассматривать состоящим из плит, защемленных но контуру (на ребрах жесткости пантона)

 

 

Для нормальной эксплуатации резервуаров необходимо соблюдать следующие условия.

1. Не реже двух раз в неделю осматривать состояние затвора. Не допускать скопление пыли и грязи на мембране и козырьке затвора.

2. Не реже двух раз в месяц проверять герметичность коробов через специальные люки в каждом отсеке короба.

3. Перекос крыши вследствие частичного затопления некоторых коробов не должен превышать 150 мм. Погружение борта плавающей крыши в случае перекоса проверяют при отжатии затвора. Измеряется расстояние от уровня продукта до верхнего обреза плавающей крыши. Это расстояние должно быть не менее 200 мм.

4. Необходимо следить, чтобы между направляющей трубой и кожухом постоянно находится тавот.

5. В зимнее время необходимо регулярно очищать плавающую крышу от снега. Толщина снежного покрова не должна превышать 100 мм.

Наряду с резервуарами с плавающими крышами широкое распространение получили резервуары со стационарными крышами и понтонами (металлическими или из полимерных материалов). Уплотнение кольцевого 

зазора между корпусом резервуара и понтоном осуществляется с помощью петлеобразного затвора из бензостойкого материала (см. рис. 3.7, б). Преимущества резервуара с понтоном — простота конструкции, лучшие условия эксплуатации (особенно в районах с отрицательной температурой воздуха и снегопадами), возможность монтажа мелкими секциями по габаритам, не превышающим диаметр люка, что позволяет устанавливать понтоны в бывших в эксплуатации резервуарах и др.

Эффективность плавающих понтонов намного возрастет при использовании полимерных материалов вместо металла. В первых образцах понтонов, разработанных в институте НИНтранснефть, были использованы винипластовые трубы (для каркаса) и полиамидная пленка ПК-4 для настила. Уплотнение понтона осуществляется с помощью петлеобразного затвора.

Конструкция понтона разборная, что позволяет изготовлять понтон по частям в заводских условиях и затем монтировать внутри резервуара. Размеры отдельных узлов не превышают диаметра нижнего люка резервуара. Благодаря этому понтонами из полимерных материалов могут быть оборудованы все эксплуатируемые «атмосферные» резервуары. Широкое внедрение понтонов из синтетических материалов позволит резко снизить капитальные расходы, что повысит их экономичность. Как показал опыт эксплуатации понтонов из полимерных материалов, на их прочность весьма отрицательно влияют содержащиеся в нефтепродуктах ароматические углеводороды и по этой причине в некоторых зарубежных странах (США, Франция, Англия) пластмассовые материалы заменяются алюминием. Так. в США созданы конструкции понтонов, в которых сочетаются пластмассовые и алюминиевые материалы. В одной из конструкций поплавки изготовлены из пенопласта, мембрана из алюминия, а затвор из неопрена.

Выбор конструкции резервуаров с плавающей крышей или понтоном производится с учетом условий эксплуатации, а также в результате техникоэкономического расчета.