CC BY
60
УДК 622.692.23.075.4
https://doi.org/10.24411/0131-4270-2020-10107
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА ПЛАВАЮЩИЕ КРЫШИ РЕЗЕРВУАРОВ
ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF OPERATIONAL FACTORS ON FLOATING ROOFS OF RESERVOIRS
Г.Р. Саматова, М.Э. Дусалимов, И.Ф. Кантемиров, Д.А. Гулин
Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0224-5557, E-mail: samatowa.gulnar@yandex.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4037-6489, E-mail: marsst@list.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2205-7433, E-mail: ikant@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3145-748X, E-mail: denis.ufa@list.ru
Резюме: Данная статья посвящена актуальной на сегодняшний день проблеме необходимости повышения эксплуатационной надежности плавающих крыш вертикальных стальных резервуаров. В работе проведен анализ проблем и отказов, возникающих при эксплуатации плавающих крыш резервуаров и путей повышения их эксплуатационной надежности. В частности, рассмотрены вопросы воздействия снеговых нагрузок на плавающие крыши, проблемы, возникающие при эксплуатации уплотняющих затворов и водоспускного устройства.
Ключевые слова: резервуар вертикальный стальной, резервуар с плавающей крышей, снеговые нагрузки, водоспускное устройство, уплотняющий затвор.
Для цитирования: Саматова Г.Р., Дусалимов М.Э., Кантемиров И.Ф., Гулин Д.А. Анализ влияния эксплуатационных факторов на плавающие крыши резервуаров // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2020. № 1. С. 34-38.
D0I:10.24411/0131-4270-2020-10107
Gulnar R. Samatova, Marsel E. Dusalimov, Igor F. Kantemirov, Denis A. Gulin
Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0224-5557, E-mail: samatowa.gulnar@yandex.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4037-6489, E-mail: marsst@list.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2205-7433, E-mail: ikant@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3145-748X, E-mail: denis.ufa@list.ru
Abstract: This article is devoted to the current problem of the need to improve the operational reliability of floating roofs of vertical steel tanks.The paper analyzes the problems and failures that arise during the operation of floating roofs of tanks and ways to increase their operational reliability. In particular, the issues of the influence of snow loads on floating roofs, problems arising from the operation of sealing gates and a drainage device are considered.
Keywords: vertical steel reservoir, reservoir with a floating roof, snow loads, drainage device, sealing valve.
For citation: Samatova G.R., Dusalimov M.E., Kantemirov I.F., Gulin D.A. ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF OPERATIONAL FACTORS ON FLOATING ROOFS OF RESERVOIRS. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2020, no. 1, pp. 34-38.
DOI:10.24411/0131-4270-2020-10107
Одним из основных факторов повышения эффективности работы предприятий добычи, хранения и транспорта нефти и нефтепродуктов является сокращение потерь от испарения при хранении и проведении технологических операций. В качестве покрытий, плавающих на поверхности нефтепродукта и препятствующих его испарению, применяются понтоны и плавающие крыши.
Среди самых действенных методов сокращения потерь углеводородов является применение плавающих крыш (ПК). Резервуары с ПК позволяют сократить потери не менее чем на 85% [1].
Однако при эксплуатации ПК резервуаров возникает ряд сложностей, связанных со снеговыми нагрузками, водоспускным устройством, а также с нарушением работы уплотняющих затворов.
Одной из главных причин отказов функционирования ПК является выпадение большого количества снега, который при преимущественном направлении ветра создает неравномерно распределенную нагрузку (рис. 1), вследствие чего может образоваться крен (рис. 2) [2]. При положительных температурах снег растапливается, в результате образуется талая вода. Конструкция ПК должна обеспечивать сток вод с ее поверхности и отвод их за пределы резервуара [3]. Однако талая вода перетекает в сторону крена, что
еще больше увеличивает крен и исключает возможность удаления воды через водоспускное устройство. В конечном счете может произойти заклинивание ПК, а в ряде случаев и потопление. Поэтому необходимо определять допустимую величину погружения ПК при эксплуатации в зимнее время года, которая регламентируется нормативным документом [4], а также своевременно очищать поверхность ПК от снега (как правило, с использованием искробезопасных инструментов).
На сегодняшний день имеется множество способов борьбы со снеговыми нагрузками [5]:
- предотвращение попадания осадков на ПК с помощью воздушной завесы;
- удаление снеговых осадков с ПК путем растапливания снега (паром и паровыми фрезами, низкокипящей жидкостью, горячей водой, электронагревателями и вручную);
- уменьшение неравномерности распределения снеговых осадков на ПК путем изменения аэродинамики обтекания резервуара (применение аэродинамических устройств, снижение высоты барьера удержания гасительной пены).
Среди предложенных способов на сегодня используется только ручной труд, его необходимо минимизировать для уменьшения трудозатрат на уборку снега.
Снег, находящийся на крыше, также затрудняет работу катучей лестницы. Во время оттепели лежащий
Рис. 1. Неравномерно распределенная
снеговая нагрузка: Н1, Н2 - высота снежного покрова
Рис. 2. Положение плавающей крыши при крене: а - горизонтальное перемещение верхней точки плавающей крыши к стенке; б - горизонтальное перемещение образующей относительно патрубка направляющей резервуара
Патрубок направляющей
Плавающая крыша
при неравномерном нагружении
Плавающая крыша
при равномерном нагружении
б
Н
Н.
2
на рельсовом пути снег уплотняется и сдвигается перед катками, а во время заморозков катки примерзают к направляющим. Это, во-первых, создает угрозу поломки лестницы, во-вторых, оказывает дополнительную нагрузку на плавающую крышу, что может привести к заклиниванию. В качестве решения сегодня предлагается ручная очистка снега с использованием искробезопасных инструментов, а также применение конструкции для подогрева.
Устройство для подогрева состоит из следующих элементов: саморегулирующийся нагревательный (греющий) кабель; соединительные и концевые муфты для греющего кабеля; силовой питающий кабель; датчик температуры и влаги и др. Эффект саморегулирования обеспечивает защиту от перегрева и перегорания даже при наложении друг на друга отдельных участков саморегулирующегося кабеля. Прокладка кабеля производится через систему водоспуска к катучей лестнице (рис. 3).
Прокладка кабеля через систему водоспуска также позволяет решить проблему промерзания водоприемника дренажа.
При таянии снега в районе сопла водоприемника дренажа могут образовываться ледяные корки, которые могут перекрыть сопло водоприемника дренажа. Даже при рабочей дренажной системе невозможно полностью удалить воду с поверхности плавающей крыши, так как ее проектный уклон к центру нарушается наличием хлопунов на центральной части (для однодечных плавающих крыш), и постоянно имеющегося крена плавающей крыши. Возникает
необходимость в перманентном контроле за состоянием водоприемника дренажа.
Конструкция водоспуска с зонами скопления уплотнения снега и образования обледенений представлена на рис. 4.
Помимо обледенения сопла водоприемника дренажа существует опасность возникновения потери герметичности соединения шарнирно-сочлененных труб водоспускного устройства, а также узла соединения водосливного устройства к плавающей крыше, что приводит к попаданию хранимого продукта в дренажную систему и возникновению аварийной ситуации, связанной с разливом нефти или нефтепродукта. В этом случае необходимо производить
Рис. 3. Схема системы подогрева катучей лестницы
постоянный контроль за патрубком водосливного устройства на стенке резервуара.
Для исключения заклинивания ПК при отклонении стенки резервуара от правильной цилиндрической формы из-за неравномерной осадки резервуара, снегового и ветрового взаимодействия и с учетом возможных монтажных недостатков диаметр ПК принимают на 200-700 мм меньше диаметра внутренней образующей стенки резервуара. Образующийся между ПК и стенкой резервуара кольцевой зазор, как и смачивание внутренней поверхности стенки хранимым продуктом, является основным источником потерь от испарения. Этот зазор уплотняется специальными затворами, чтобы не происходило испарение продукта со свободной его поверхности в зазоре. Герметичное уплотнение позволяет повысить эффективность плавающих покрытий до 97-99%. Таким образом, одним из важнейших узлов любой ПК является уплотняющий кольцевой затвор, так как именно от качества герметизации зазора между стенкой резервуара и бортом ПК в значительной степени зависит величина сокращения потерь нефти нефтепродукта от испарения [7].
Для плавающих крыш резервуаров требуется повышенная прочность уплотняющих затворов, что достигается оптимизацией параметров рабочих элементов уплотняющего затвора. Во время их эксплуатации были случаи зависания и заклинивания плавающих крыш, поэтому актуальными являются исследования, направленные на повышение работоспособности, равномерного прижатия, прочности уплотняющих затворов плавающих крыш резервуаров.
Одной из основных причин отказов при эксплуатации уплотняющих затворов является неравномерное уплотнение по периметру резервуара. При операциях слива-налива, а также в регионах с повышенной степенью сейсмичности, плавающая крыша перемещается в горизонтальной плоскости. Диаметрально расположенные уплотняющие затворы воспринимают противоположную друг другу нагрузку. Так одна часть плавающей крыши плотно прижимается к стенке резервуара, в то время как в другой части образуется неплотное прилегание уплотняющего затвора. Это может привести к отказу устройства. Для решения данной проблемы могут применяться пружины повышенной прочности, либо специальные устройства для центровки плавающей крыши в горизонтальном положении.
Также предлагается устройство по обеспечению равномерного прижатия скользящего листа к стенке резервуара (рис. 5), состоящее из двух пластинчатых лирообразных пружин, середина которых закреплена на держателе пружин, причем, одна из лирообразных пружин опирается своими ветвями на борт плавающей крыши. Кроме того, держатель пружин закреплен на подвижной опоре, один из концов которой неподвижно прикреплен к борту плавающей крыши.
Установка предлагаемого устройства вместо одиночной пружины обеспечивает равномерное прижатие скользящего листа к стенке резервуара, исключает возможность
Рис. 4. Конструкция водоспускного устройства
Рис. 5. Устройство по обеспечению равномерного прижатия скользящего листа к стенке резервуара: 1 - плавающая крыша; 2 - скользящий лист; 3 - лирообразная пружина; 4 - сдвоенные лирообразные пружины
заклинивания ветвей пружин при больших расстояниях между стенкой резервуара и бортом плавающей крыши.
Вероятность разрушения уплотняющего затвора при сближении борта плавающей крыши со стенкой резервуара уменьшается за счет уравнивания усилий, создаваемых системой из двух пружин, что повышает устойчивость плавающей крыши в проектном горизонтальном положении.
Также существует проблема, связанная с неэффективной очисткой стенки резервуара, которая может привести к ее заклиниванию и перекосу [7, 8]. Как известно, нефть представляет из себя горючее вещество различной вязкости (в среднем 40-60 мм2/с), а эксплуатационная жесткость и надежность уплотняющих затворов с течением времени снижается. При вертикальных перемещениях плавающей крыши отложения нефти остаются на стенке резервуара. В летнее время отложения под действием положительной температуры разогреваются и падают на поверхность плавающей крыши резервуара, тем самым нарушаются
требования нормативных документов по предельной пожарной нагрузке для нефтяных резервуаров, которая составляет 200 г/м3. Возникает необходимость очистки стенки от отложений.
На сегодняшний день существуют два основных пути решения данной проблемы. Первый - очистка поверхности плавающей крыши от отложений ручным способом, что предполагает за собой непрерывный контроль за состоянием плавающей крыши резервуара, и применение конструкции уплотняющих затворов с большей степенью эффективности. Второй - использование эффективных скребковых устройств в конструкции уплотняющего затвора, которые будут очищать стенку резервуара от отложений во время движения плавающей крыши. Скребковые устройства являются более эффективными средствами в борьбе с отложениями на стенке резервуара. Для повышения степени эффективности скребковых устройств уплотняющих затворов необходимо подбирать наиболее рациональную форму и материал уплотнения.
Также при отрицательных температурах существует проблема затвердевания отложений на стенке резервуара.
Решением могут стать кольцевые нагреватели, закрепленные на борту плавающей крыши, которые размягчают твердые отложения на стенке циркуляцией нагретого воздуха.
В данной работе проведен анализ факторов, влияющих на эксплуатацию плавающих крыш резервуаров, который позволил выявить их основные недостатки. Были рассмотрены такие проблемы, как значительная снеговая нагрузка, промерзание водоспуска, а также нарушение работы уплотняющих затворов. Все эти факторы в совокупности или по отдельности могут привести к перекосу, заклиниванию или потоплению плавающих крыш, что приведет к тому, что резервуар перестанет выполнять свое функциональное назначение. Как показывает выполненный анализ, проблемы на сегодняшний день не решены в полной мере, т.к. существующие конструкции несовершенны и все еще требуют доработки, чтобы уменьшить использование ручного труда и уменьшить количество отказов плавающих крыш. На основе проведенного анализа предложены конструкции, позволяющие повысить надежность плавающих крыш резервуаров.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гадельшин Р.З. , Лукьянова И.Э. Повышение надежности плавающих покрытий резервуаров. Уфа: Изд-во УГНТУ, 1999. 239 с.
2. Косяков В.В., Рашитов Р.Ф. Вопросы расчета снеговых нагрузок на плавающую крышу резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов, 2012. № 3 (7). С. 20-23.
3. ГОСТ 31385-2016. Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов. Общие технические условия.
4. 0Р-23.020.00-КТН-279-09. Специальный регламент по эксплуатации однодечной и двудечной плавающей крыши резервуаров РВСПК, ЖБРПК в зимний период. М.: Транснефть, 2009. 10 с.
5. Дусалимов М.Э., Марюшко Ю.С. Методы снижения воздействия снеговых нагрузок на плавающие крыши резервуаров // Мат. VII межд. науч.-практ. конф. «Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике». Уфа: Изд-во БГУ, 2018. С. 112-115.
6. 0ТТ-23.020.00-КТН-170-12. Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Оборудование резервуарное. Водоспускное устройство для стока ливневых вод с поверхности плавающей крыши резервуара. Общие технические требования. М.: Транснефть, 2012. 29 с.
7. Дусалимов М.Э. Совершенствование уплотняющего затвора для резервуаров с плавающими крышами и технологии его монтажа: Дис. канд. техн. наук: 25.00.19. Уфа, 2013. 156 с.
8. Дусалимов М.Э., Харисов Р.А., Мустафин Ф.М. Обзор существующих конструкции уплотняющих затворов плавающих крыш резервуаров // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2012. № 2. С. 114-130.
REFERENCES
1. Gadel'shin R.Z. , Luk'yanova I.E. Povysheniye nadezhnostiplavayushchikhpokrytiyrezervuarov [Increasing reliability of tank floating coatings]. Ufa, UGNTU Publ., 1999. 239 p.
2. Kosyakov V.V., Rashitov R.F. Issues of calculating snow loads on the floating roof of tanks for storing oil and oil products. Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov, 2012, no. 3 (7), pp. 20-23 (In Russian).
3. GOST 31385-2016. Rezervuary vertikal'nyye tsilindricheskiye stal'nyye dlya nefti i nefteproduktov. Obshchiye tekhnicheskiye usloviya [State Standard 31385-2016. Vertical cylindrical steel tanks for oil and oil-products. General specifications].
4. Dusalimov M.E., Maryushko YU.S. Metody snizheniya vozdeystviya snegovykh nagruzokna plavayushchiye kryshi rezervuarov [Methods of reducing the impact of snow loads on floating roofs of tanks]. Trudy VII mezhd. nauch.-prakt. konf. «Innovatsii i naukoyemkiye tekhnologii v obrazovanii i ekonomike» [Proc. of VII int. scientific-practical conf. "Innovation and high technology in education and the economy"]. Ufa, BGU Publ., 2018, pp. 112-115.
5. OR-23.020.00-KTN-279-09. Spetsial'nyy reglamentpo ekspluatatsii odnodechnoy i dvudechnoyplavayushchey kryshi rezervuarov RVSPK, ZHBRPK v zimniy period [0R-23.020.00-KTN-279-09. Special regulations for the operation of a single-deck and double-deck floating roof of the vertical steel tank and reinforced concrete tank with floating roof in winter]. Moscow, AK Transneft' Publ., 2009. 10 p.
6. OTT-23.020.00-KTN-170-12. Magistral'nyy truboprovodnyy transport nefti i nefteproduktov. Oborudovaniye rezervuarnoye. Vodospusknoye ustroystvo dlya stoka livnevykh vod s poverkhnostiplavayushchey kryshi rezervuara. Obshchiye tekhnicheskiye trebovaniya [0TT-23.020.00-KTN-170-12. The main pipeline transport of oil and oil products. Tank equipment. Drainage device for the drain of storm water from the surface of the floating roof of the tank. General technical requirements]. Moscow, AK Transneft' Publ., 2012. 29 p.
7. Dusalimov M.E. Sovershenstvovaniye uplotnyayushchego zatvora dlya rezervuarov s plavayushchimi kryshami i tekhnologii yego montazha. Diss. kand. tekhn. nauk [Improving the sealing shutter for tanks with floating roofs and the technology of its installation. Cand. tech . sci. diss.] . Ufa, 2013. 156 p.
8. Dusalimov M.E., Kharisov R.A., Mustafin F.M. Overview of the existing design of sealing shutters for floating roofs of tanks. Neftegazovoye delo, 2012, no. 2, pp. 114-130 (In Russian).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Саматова Гульнар Ришатовна, студент, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Дусалимов Марсель Эдуардович, к.т.н., доцент кафедры сооружения и ремонта газонефтепроводов и газонефтехранилищ, Уфимский государственный нефтяной технический университет. Кантемиров Игорь Финсурович, д.т.н., доцент, завкафедрой сооружения и ремонта газонефтепроводов и газонефтехранилищ, Уфимский государственный нефтяной технический университет. Гулин Денис Алексеевич, к.т.н., доцент кафедры сооружения и ремонта газонефтепроводов и газонефтехранилищ, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Gulnar R. Samatova, Student, Ufa State Petroleum Technological University.
Marsel E. Dusalimov, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of
Construction and Repair of Oil and Gas Pipelines and Gas and Oil Storage
Facilities, Ufa State Petroleum Technological University.
Igor F. Kantemirov, Dr. Sci (Tech.), Assoc. Prof., Head of the Department of
Construction and Repair of Gas and Oil Pipelines and Gas and Oil Storage
Facilities, Ufa State Petroleum Technological University.
Denis A. Gulin, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of
Construction and Repair of Oil and Gas Pipelines and Gas and Oil Storage
Facilities, Ufa State Petroleum Technological University.
