Введение
Применение сварных
цилиндрических вертикальных резервуаров
для хранения нефти и нефтепродуктов в
нашей стране началось во второй половине
30-х годов 20 века. В 1951 году на эти резервуары
был введен ГОСТ - так называемый «нормальный
ряд РВС», включавший в себя объемы от
100 до 5000 м3. Далее этот ряд был расширен
до 30000 м3 (табл.1). РВС - 50 тыс.м3 так и не стал
«полноправным членом» этого ряда.
На основе этого
стандарта в 1962-68гг. были разработаны и
утверждены типовые проекты серии ТП-704/1
по конструкциям и производству сварочно-монтажных
работ. Эти типовые проекты предусматривали
сооружение резервуаров индустриальным
методом из рулонированных заготовок
и крупных металлоконструкций. В последнее
десятилетие в технической политике резервуаростроения
произошли существенные изменения. Ужесточились
требования по повышению надежности нефтехранилищ,
исключению аварийных ситуаций или по
максимальной локализации их последствий
с целью защиты окружающей среды и человека.
Сегодня все
актуальней становится задача по организации
капитального ремонта, модернизации конструкций
РВС.
1 Существующие методы
сооружения резервуаров [1]
Существуют два метода монтажа вертикальных
цилиндрических резервуаров:
- монтаж методом рулонирования;
- монтаж полистовым способом.
Монтаж
методом рулонирования
Сущность возведения отдельных
частей резервуара из рулонированных
заготовок отличается тем, что эти части
изготовляются в заводских условиях и
поставляются на строительную площадку
в виде рулонов. В заводских условиях выполняется
весь спектр сварочных работ, необходимый
для изготовления стенки резервуаров
и днища.
Размеры рулона лимитируются
возможностью транспортных средств, главным
образом железнодорожного транспорта.
Максимальные размеры: длина рулона до
12м, диаметр рулона до 3,2м, масса рулона
- до 60т.
Сущность возведения ВЦР
из рулонированных заготовок заключается
в следующем:
После устройства основания
переходят к монтажу днища. Сначала с помощью
двух тракторов (тягового и тормозного)
закатывают рулоны днища на основание,
затем срезают стяжные планки рулонов
и дают возможность рулону раскрыться.
После этого заготовки рулона растягивают
в проектное положение и сваривают отдельные
полотнища друг с другом. После того, как
днище смонтировано, его размечают.
Далее переходят к монтажу
корпуса.
Рулон закатывают с помощью
двух тракторов. Один трактор - тяговый,
второй - тормозной. Для того, чтобы не
разрушить основание устраивают пандусы.
Установку рулонов в вертикальное
положение рекомендуется производить
с опиранием на шарнир краном, перемещающимся
в процессе подъема по специально подготовленной
площадке.
С помощью тормозного трактора
рулон плавно устанавливают на днище резервуара.
До начала развертывания рулона стенки
к днищу резервуара по кольцевой риске
приваривают ограничительные уголки с
интервалом 250 - 300 мм.
Развертывание рулона производят
трактором с помощью каната и тяговой
скобы, привариваемой к рулону на высоте
500 мм. При этом соблюдают следующую последовательность:
- приваривают тяговую скобу
в первое положение;
- срезают удерживающие планки
;
- развернув часть полотнища
и не ослабляя натяжение каната, устанавливают
клиновой упор между рулоном и развернутой
частью полотнища;
- ослабляют натяжение каната
тяговой скобы до прижатия рулона к клиновому
упору и погашения упругих деформаций
полотнища;
приваривают вторую тяговую
скобу с канатом, снимают первую скобу
и продолжают развертывание рулона.
По мере развертывания рулонов
полотнище стенки прижимают к ограничительным
уголкам, прихватывают и приваривают к
днищу резервуара.
На всех этапах развертывания
рулона необходимо следить за тем, чтобы
сварной шов крепления тяговой скобы к
рулону не работал на излом. Развертывание
очередного участка полотнища необходимо
прекратить, когда опорная пластина тяговой
скобы расположится по направлению тягового
каната. Концы полотнища на длине 3 м от
вертикальных кромок к днищу не прихватывают.
Развертывание рулонов высотой 18 м с последующей
их прихваткой к днищу следует производить
участками не более 1,5 - 2 м.
Перед замыканием монтажных
стыков развернутых полотнищ стенки производят
формообразование концов полотнищ, имеющих
значительные остаточные деформации от
рулонирования. Как правило, формообразуют
полотнища стенки толщиной 8 мм и более.
Формообразование производят трактором
с помощью специальных приспособлений.
В том случае, когда требуется формообразовать
один или два пояса полотнища стенки в
качестве приспособления рекомендуется
применять гибочный сектор. Формообразование
считают законченным в том случае, если
по его окончании концевой участок полотнища
занимает положение, близкое к проектному.
После формообразования срезают
нахлест с разделкой кромки и окончательно
собирают стык с проектным зазором на
прихватках с некоторым выводом собранного
стыка наружу за проектную кривизну резервуара.
После сварки, проверки качества выполнения
сварных соединений, исправления дефектов
и повторного контроля снимают все монтажные
приспособления с полотнища стенки в зоне
монтажного стыка.
Крыши ВЦР собираются из отдельных
секторов с обязательным применением
внутренней опоры. Монтаж крыши ведут
отдельными секторами, которые предварительно
собирают на земле, с помощью крана. Кран
передвигается по контуру и монтирует
щиты крыши.
Монтаж понтона начинается
после монтажа днища. На днище закатывают
рулон диска понтона и раскатывают его.
Диск центруют на днище и прихватывают
короткими сварными швами. После монтажа
и рихтовки положения коробов их сваривают
друг с другом. Сваренные короба приваривают
к диску короткими сварными швами. Когда
корпус резервуара полностью смонтирован,
выполнены все сварные стыки осуществляется
монтаж опорных стоек понтона - резервуар
наполняют водой, в результате чего понтон
всплывает на 1,2-1,4м, и монтируют стойки.
Затем воду спускают и приваривают окончательно
тонколистовой диск и стойки.
К достоинствам данного метода
монтажа относится не только выполнение
целого комплекса сварных работ в заводских
условиях, но и значительное сокращение
работ уже на площадке строительства,
следовательно сокращение времени монтажа,
сокращения объемов используемой техники
и количества задействованных монтажников,
а также в рулонах можно изготавливать
сборные конструкции конических крыш,
которые в резервуарах с малыми диаметрами
выполняются как самонесущие. Недостаток
- максимальная толщина свернутого рулона
не может превышать 16мм, что фактически
ограничивает данный метод этими параметрами.
Монтаж полистовым способом
В полистовом варианте исполнения
сборка стенок и днищ вертикальных резервуаров
осуществляется с применением листов
металла шириной от 1,8 до 3 метров и длиной
до 12 метров. Листовые конструкции стенок
и детали днища упаковываются и транспортируются
в специально изготовленных ложементах
(контейнерах).
Листовой металл доставляется
в пункт назначения железнодорожным или
водным транспортом, с которого краном
перегружается на автомашины с прицепом.
Днище резервуара состоит
из полотнища, монтируемого из листов
стандартного размера толщиной, указанной
в проекте, и окраек, которые, как правило,
на 1-3 мм толще листов полотнища. После
выполнения всех подготовительных работ
приступают к раскладке листов в соответствии
с проектом. Раскладку полотнища днища
начинают со средней полосы. Раскладку
средней полосы начинают со среднего листа.
От него в обе стороны раскладывают остальные
листы средней полосы. Укладывают их с
помощью крана. Листы в полосе по короткой
стороне соединяют между собой внахлестку
- последующий лист укладывается на предыдущий.
Величина нахлестки по короткой стороне
30-40 мм (это расстояние должно быть отмечено
риской).
По окончании раскладки все
листы сваривают. Сварку прекращают, не
доходя до окраек на 500-700 мм. Ее заканчивают
после приварки первого пояса к днищу.
После окончания сварки в центре днища,
перпендикулярно его плоскости, приваривают
стальной пруток. Из центра днища очерчивают
две окружности - внутреннюю, равную наружному
диаметру корпуса, и внешнюю, равную диаметру
днища. По диаметру внешней окружности
окрайки обрезают.
На этом монтаж днища заканчивается,
а сварка временно прекращается (до окончания
установки первого пояса корпуса).
Сначала устанавливают первый
пояс корпуса резервуара. Первый пояс
многопоясных резервуаров монтируют обычно
из более толстых листов, чем верхние пояса.
К свальцованным листам первого пояса
с внутренней стороны на уровне риски
приваривают ослабленным швом ограничители,
на которые устанавливают листы второго
пояса. К днищу по риске наружного диаметра
корпуса с внешней стороны прихватывают
ограничители из уголка. Их назначение
- фиксировать положение устанавливаемых
листов первого пояса. Расстояние между
ограничителями принимается 600-1200 мм.
После установки всех листов
первого пояса с внутренней стороны прихватывают
планки для универсального стяжного приспособления.
Первым листом первого пояса следует устанавливать
тот лист, в который, согласно проекту,
будет вварен приемо-раздаточный патрубок.
Первый лист нужно устанавливать так,
чтобы ось патрубка проходила приблизительно
посередине листа, при этом вертикальные
кромки листа должны быть удалены от швов
окраек днища не менее чем на 500 мм.
После первого листа устанавливают
остальные листы первого пояса. Листы
нижних поясов монтируют встык, для получения
хорошего качества сварного шва между
ними оставляют зазор в 2-3 мм. Замыкающий
лист устанавливают внахлестку с первым
листом, что позволяет компенсировать
неточность сборки листов. Каждый установленный
лист проверяют по отвесу.
Далее сваривают участки
вертикальных швов первого пояса на высоту
200-300 мм от днища резервуара. Швы проваривают
на полное сечение с обеих сторон листа.
Когда заварены все участки вертикальных
швов, замыкающий лист, ранее установленный
внахлестку, обрезают по кромке первого
листа и прижимным приспособлением переводят
в стыковое положение. После этого участок
последнего вертикального шва также заваривают
на высоту 200-300 мм. Потом сваривают поперечные
окрайки днища.
Затем приваривают первый
пояс к днищу резервуара. Сначала можно
заварить внутреннюю сторону, и затем
- наружную. После этого сваривают недоваренные
ранее участки полос днища по длинной
стороне и продольные окрайки между собой,
а окрайки приваривают к полотнищу днища.
Монтаж поясов корпуса резервуара
следует производить с помощью крана.
После окончания монтажа
и сварки верхнего пояса все швы корпуса
испытываются керосином. Опрыскивание
керосином производится с внутренней
стороны, а водным раствором мела - с наружной,
контроль качества стыков осуществляется
с наружной стороны. При наличии дефекта
на меловой обмазке образуются коричневые
пятна.
Полистовой метод отличается
очень большой трудоемкостью и большой
продолжительностью. В последние 20 лет
этот метод возведения (главным образом
днища и корпуса) практически не используется.
2 Расчет
толщины стенки резервуара [5]
Условие прочности будет выполняться
в том случае, если толщина стенки рассчитываемого
пояса резервуара будет равна или больше
величины, определяемой по формуле:
(1)
где i-номер пояса;
ρ - плотность нефти;
g - ускорение свободного падения;
H -высота стенки резервуара;
xi - расстояние
от днища резервуара до нижней кромки
i- го пояса стенки резервуара;
Pизб - избыточное
давление в газовом пространстве резервуара;
D - средний диаметр резервуара;
kp1 ,kp1 - коэффициенты
надежности по гидростатическому и избыточному
давлению (вакууму) соответственно kp1=1,1; kp2=1,2;
kуп - коэффициент
условий работы для расчета на прочность,
kуп=0,8;
R2 - сопротивление
стали растяжению (сжатию) по пределу текучести
R2=σт/ kм;
σт - предел текучести
стали;
kм - коэффициент
надежности по материалу kм =1,1.
2.1 Расчет стенки
резервуара на прочность.
- Определяем расчетное сопротивление
стали растяжению (сжатию)
R2=σт/ kм=330/1,1=300МПа.
- Для каждого пояса вычисляем
величину xi=(n-1)·H/8 .
- По формуле (1) рассчитываем
толщину стенки каждого пояса резервуара
сверху вниз
Полученное значение
округляем в большую сторону до
целого с учетом, что минимальная толщина
стенки пояса должна быть не менее 4 мм.
Результаты вычислений приведены в таблице.
Таблица 2.1 – Результаты вычислений
Пояс |
Xi, м |
δ по формуле |
δ принятая |
8 |
10,43 |
0,78303 |
4 |
7 |
8,94 |
1,45206 |
4 |
6 |
7,45 |
2,12109 |
4 |
5 |
5,96 |
2,79012 |
4 |
4 |
4,47 |
3,45915 |
4 |
3 |
2,98 |
4,12818 |
5 |
2 |
1,49 |
4,79721 |
5 |
1 |
0 |
5,01723 |
6 |