CC BY
165
УДК 624.95
А.П. Денисова
СТАЦИОНАРНЫЕ ПОКРЫТИЯ СТАЛЬНЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ
В работе рассматриваются конструкции стационарных покрытий для вертикальных стальных цилиндрических резервуаров, разработанных на кафедре ПГС СГТУ. Для резервуаров объемом 700-5000 м приводятся конструкции купольных ребристых покрытий из рулонных заготовок, результаты внедрения. Для резервуаров объемом 1000-50000 м приводятся новое конструктивное решение сопряжение покрытия со стенкой резервуара.
Вертикальный цилиндрический резервуар, ребристый купол, сетчатый купол, ребристая цилиндрическая оболочка, рулонные заготовки
A.P. Denisova
STATIONARY COVERINGS OF STEEL VERTICAL CYLINDRICAL TANKS FOR STORAGE
OF OIL AND OIL PRODUCTS
In work designs of stationary coverings for the vertical steel cylindrical tanks developed on chair PGS SGTU are considered. For tanks in volume 700-5000 м3 designs of dome ridge coverings from rolled preparations, results of introduction are resulted. For tanks in volume 1000-50000 м3 are resulted the new constructive decision interface of a covering to a tank wall.
The vertical cylindrical tank, a ridge dome, a mesh dome, a ridge cylindrical cover, rolled preparations
Строительство большого объема стальных вертикальных цилиндрических резервуаров на месторождениях, нефтепроводах, морских и речных терминалах, нефтеперерабатывающих заводах, нефтебазах и т.п. предопределяет необходимость использования экономически рациональных конструктивных решений основных элементов таких сооружений, методов их изготовления и монтажа.
Стационарное покрытие резервуаров составляет около 20% стоимости всего сооружения, поэтому задача снижения его металлоемкости, применения конструкций полной заводской готовности была и остается актуальной в области резервуаростроения.
В зависимости от объема резервуара (РВС) конструкция стационарного покрытия различна. Для РВС объемом 100-400 м применяют стальное конусное покрытие из рулонных заготовок; для РВС объемом 700-5000 м3 покрытие стальное щитовое из сборных блоков заводского изготовления; для РВС объемом 10000-50000 м покрытие купольное стальное из сборных блоков заводского изготовления или сетчатое из алюминиевых сплавов поэлементной сборки.
А. Замена в 70-х годах для резервуаров малых объемов 100-400 м щитовых сборных покрытий из сборных блоков на конусные из рулонных заготовок привело, как известно, к значительной экономии как материальных, так и денежных затрат. Во-первых, отсутствие стропильной системы на 15% снизило металлоемкость покрытия. Во-вторых, изготовление покрытия на стендах для рулонных заготовок, как днищ и стенок резервуаров, почти на 25% снизило стоимость изготовления. В-третьих, перевозка рулонных заготовок всех конструктивных элементов РВС, включая покрытие, в едином рулоне на 17-27% снизила транспортные расходы. Формирование проектной формы конусного покрытия проводился «на земле», что на 80% снизился объем сборочно-сварочных работ на высоте.
Для резервуаров объемом 700 м3 и более конусные кровли из рулонных заготовок неэкономичны, так как требуют наличия стропильной системы. Поэтому для РВС объемом 700-5000 м применяют обычное щитовое покрытие из сборных блоков заводского изготовления.
По результатам ОКР, проведенных в начале 80-х годах доктором технических наук, профессором СГТУ Денисовой А.П., была разработана новая конструкция покрытия из рулонных заготовок для резервуаров объемом 700-5000 м [1]. При этом, стропильная система покрытия выполнялась за одно целое с настилом с образованием купольной ребристой оболочки (рис. 1).
Конструкция покрытия представляет собой ребристую пологую купольную оболочку со стрелой подъема f = (1/8-1/10)D (где D - диаметр резервуара). Полые ребра соосны с оболочкой (рис. 1).
Полотнище купольной оболочки изготавливается, как и днища, из отдельных листов в заводских условиях и представляет собой круглую пластину с наваренными на нее полосами переменной ширины и выведенными за контур пластины на подкладки (рис. 1,а). Толщина стальных листов и полос с припуском на коррозию составляет 5 мм.
Рис. 1. Конструкция плоской заготовки крыши и ребристой купольной оболочки: а) плоская заготовка; б) ребристая купольная оболочка: 11-круглая пластина из стальных листов; 1-купольная ребристая оболочка; 21-полосы переменной ширины; 2полое ребро оболочки; 31-кольцевая пластина воротника; 3-полый кольцевой воротник;
4-заглушка; 5-подкладки под полосы за пределами круглой пластины; 6-штуцер для подачи сжатого воздуха в пространство между пластиной и полосами;
7-опорная пластина
Формообразование купольного покрытия из рулонной заготовки производят на строительной площадке. Для этого через штуцер (поз. 6, рис. 1) в пространство между полосами (поз. 21, рис. 1,а) и пластиной (поз. 11, рис. 1,а) подается сжатый воздух, под воздействием которого полосы (поз. 21, рис. 1,а) и пластина (поз. 11, рис. 1,а) под ними деформируются с образованием полых ребер (поз.
2, рис. 1,б). Образование ребер (поз. 6, рис. 1,б) приводит к появлению кольцевых деформаций в круглой пластине (поз. 11, рис. 1,а), в результате которых пластина искривляется и приобретает форму купольной оболочки (поз. 1, рис. 1,б). За счет пластических деформаций в полосах и части круглой пластины под ними, а также конечной изгибной жесткости стали форма купольной оболочки (поз. 1, рис. 1,б) с полыми ребрами (поз. 2, рис. 1,б) остается неизменной после снятия избыточного давления (рис. 1,б). После снятия давления покрытие устанавливают в проектное положение (рис. 2, 3).
Первые работы по внедрению новой конструкции купольного ребристого покрытия проводились в 1984-1985 г.г. в Западной Сибири на Аганском месторождении для резервуара объемом 1000
3 3
м (пожарный резервуар, рис. 2) и на Ярковской нефтебазе для резервуара объемом 2000 м (рис. 3).
Рис. 2. Ребристое купольное покрытие для резервуаров
объемом 1000 м3. Общий вид, монтаж.
*
Рис. 3. Общий вид резервуара объемом 2000 м на Ярковской нефтебазе
Учитывая значительные экономию стали (табл.), снижение стоимости транспортирования
3
и монтажа, купольные ребристые покрытия для РВС объемом 1000-3000 м стали возводить в Западной и Восточной Сибири.
Сравнение расхода стали различных покрытий резервуаров объемом 100-5000 м3
Параметры РВС Конструкция покрытия Расход стали, кГ Конструкция покрытия Расход стали, кГ
V, м3 О, мм Н, мм
100 4730 6000 Конусное покрытие из рулонных заготовок 889 Ребристое купольное покрытие из рулонных заготовок 863
200 6630 6000 1620 1616
300 7580 7500 2080 2123
400 8530 7500 2600 2662
700 10430 9000 Щитовое покрытие из сборных блоков 3810 3820
1 000 10430 12000 3810 3820
2000 15180 12000 7800 76130
3000 18980 12000 13900 12770
5000 20920 15000 19310 15690
В дальнейшем строителями был поставлен вопрос о повышении коррозионной стойкости тонкостенной оболочки купола. Автором работы было предложено при изготовлении рулонной
заготовки покрытия с внутренней стороны прикрепить (на заклепках, саморезах) защитный слой из алюминиевого листа толщиной 1 мм. При формообразовании опытного образца покрытия купольной формы алюминиевый лист деформируется совместно со стальной заготовкой, плотно прилегая к ней [2].
Опыт внедрения ребристого купольного покрытия из рулонных заготовок для резервуара объемом 5000 м оказался не столь удачным (рис. 4) и показал необходимость проведения дополнительных исследований по формообразованию проектной формы.
Рис. 4. Формообразование купольной ребристой оболочки покрытия из рулонной заготовки
В последующие годы на базе лаборатории кафедры ПГС СГТУ Денисовой А.П. проведены научно-теоретические и технологические исследования, которые позволяют перейти к стадии проектных разработок по изготовлению и формообразованию опытной конструкции купольного ребристого покрытия из рулонных заготовок для РВС-5000 м .
Таким образом, проведенные автором данной работы опытно-конструкторские работы позволили разработать новую экономически рациональную конструкцию купольного ребристого покрытия из рулонных заготовок для вертикальных стальных цилиндрических резервуаров объемом 100-2000 м , которая нашла использование в строительстве. Работы по продолжению внедрения такого покрытия для резервуаров объемом 5000 м продолжаются в настоящее время.
о
Б. Для РВС объемом 10000-50000 м за последнее время стали широко применять купольное сетчатое покрытие из алюминиевых сплавов поэлементной сборки. Опирание купола на верхнее кольцо жесткости (балкон) производится с помощью балки (рис. 5). Это приводит к появлению недопустимых напряжений, как в опорных элементах купола, так и в верхней части стенки резервуаров, что явилось причиной разрушения покрытий на двух резервуарах.
_ _ _
Рис. 5. Опирание сетчатого купола на ветровое кольцо жесткости. Общий вид, опорная балка
Для ликвидации перенапряжения верхних поясов резервуара специалисты ЦНИИПСК предложили разгрузить стенку резервуара, путем опирания купола на стальные колонны, установленные около стенки резервуара. Такое решение действительно разгрузило стенку резервуара, но не ликвидировало возникновения крутящего момента в нижних элементах купола.
На кафедре ПГС САДИ СГТУ была разработана новая конструкция сопряжения сетчатого купола со стенкой резервуара [3]. В отличие от предыдущего решения купол опирается не на колонны, а на ребристую цилиндрическую оболочку (рис. 6). Эта оболочка изготавливается в виде рулонной заготовки с наваренными по ее ширине стальными полосами. После разворачивания заготовки с помощью избыточного давления воздуха, создаваемого в пространстве между пластиной и полосами, плоская заготовка деформируется с образованием пространственной формы в виде цилиндрической оболочки, подкрепленной полыми ребрами. Шаг ребер определяется из условия устойчивости оболочки на действие вертикальных и горизонтальных воздействий от покрытия, снега и ветра. Эта ребристая цилиндрическая оболочка с помощью связей в уровне покрытия (опорное кольцо купола) и днища (окрайки) вводится в совместную работу со стенкой резервуара. При этом внутренняя стенка работает только на гидростатическую нагрузку и толщина верхних поясов определяется только из условий прочности, что значительно снижает расход стали. Кроме того, отпадает необходимость в установке верхнего кольца жесткости (балкона) и усилении верхнего пояса стенки.
Рис. 6. Вертикальный резервуар с купольным покрытием: 1-днище;
2-двойная стенка резервуара; 3-сетчатый купол; 4-внутренняя стенка ступенчатой толщины; 5-наружная стенка с полыми стойками; 6-полые стойки; 7-связи; 8-опорное кольцо купольного покрытия
Таким образом, в предложенной конструкции сопряжения сетчатого купола со стенкой резервуара при незначительном перерасходе стали устранены недостатки опирания купольного покрытия (отпала необходимость в использовании опорной балки), что привело к действительному безмоментному состоянию сетчатого купола.
ЛИТЕРАТУРА
1. А.с. 1108178 СССР, Купольное покрытие / Денисова А.П., Берник В.О.// БИ N30, 1984.
2. Патент РФ на полезную модель № 73362. Купольное покрытие / Денисова А.П.// БИ N14, 2008.
3. Патент РФ на полезную модель №100120. Вертикальный стальной резервуар / Денисова А.П., Фарзалиев В.А., Хачатрян Д.Л.// БИ N34, 2010.
4. A.s. №1108178 SSSR. Dome covering / Denisova A. P., Bernik V.O. // BI 30, 1984.
5. The patent of the Russian Federation for useful model №73362. A dome covering / Denisova A. P. // BI 14, 2008.
6. The patent of the Russian Federation for useful model №100120. The vertical steel tank / Denisova A. P., Farzaliev V.A., Xachatran D/L/. // BI 34, 2010.
Денисова Анна Павловна -
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Промышленное и гражданское строительство», Саратовского государственного технического университета им Г агарина Ю. А.
Denisova Anna Pavlovna-
doctor of Technical Sciences, Professor, department of "Industrial and civil building", Saratov State Technical University named after Gagarin Yu.A.
