CC BY
24
УДК 621.6.072
https://doi.org/10.24412/0131-4270-2021-4-51-55
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ СТАЦИОНАРНОЙ КРЫШИ С ЛЕГКОСБРАСЫВАЕМЫМ НАСТИЛОМ ДЛЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
DEVELOPMENT OF PARAMETERS OF FIXED ROOF WITH EASY-TO-THROW FLOORING FOR VERTICAL STEEL TANKS
Каримов И.Р., Дусалимов М.Э., Хасанов И.И., Закирьянов И.И., Насибуллин Т.Р.
Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7307-4623, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4037-6489, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3422-1237, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2778-1279, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4463-1958, E-mail: [email protected]
Резюме: Статья посвящена актуальной на сегодняшний день проблеме повышения взрывобезопасности резервуаров путем совершенствования конструкции стационарной крыши вертикальных стальных резервуаров. В качестве решения предлагается крыша с легкосбрасываемым настилом, конструкция и способ крепления которой зависят от безопасного окна разгерметизации. Предложенные решения крепления легкосбрасы-ваемого настила позволяют повысить пожарную безопасность, ускорить и упростить процесс монтажа.
Ключевые слова: резервуар вертикальный стальной, резервуар со стационарной крышей, взрывобезопасные крыши, крыша с легкосбрасываемым настилом, ударная волна, разгерметизация.
Для цитирования: Каримов И.Р., Дусалимов М.Э., Хасанов И.И., Закирьянов И.Ш., Насибуллин Т.Р. Совершенствование конструкции стационарной крыши с легкосбрасываемым настилом для вертикальных стальных резервуаров // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2021. 4. С. 51-55.
D0I:10.24412/0131-4270-2021-4-51-55
Ilyas R. Karimov, Marsel E. Dusalimov, Ilnur I. Khasanov, Ildar SH. Zakiryanov, Timur R. Nasibullin
Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7307-4623, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4037-6489, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3422-1237, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2778-1279, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4463-1958, E-mail: [email protected]
Abstract: This article is devoted to the current problem of the need to improve the explosion safety of tanks by improving the design of the stationary roof of vertical steel tanks. As a solution, a roof with an easy-to-throw flooring is proposed, the design and method of fastening of which depends on the safe window of depressurization. The proposed solutions for fixing easy-to-throw flooring allow you to increase fire safety, speed up and simplify the installation process.
Keywords: vertical steel tank, tank with fixed roof, explosion-proof roofs, roof with easy-to-throw flooring, shock wave, depressurization.
For citation: Karimov I.R., Dusalimov M.E., Khasanov I.I., Zakiryanov I.SH., Nasibullin T.R. DEVELOPMENT OF PARAMETERS OF FIXED ROOF WITH EASY-TO-THROW FLOORING FOR VERTICAL STEEL TANKS. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2021. 4, pp. 51-55.
DOI:10.24412/0131-4270-2021-4-51-55
Вертикальные стальные резервуары (РВС) являются наиболее опасными производственными объектами ввиду высокой пожарной опасности хранимого продукта, так как возникновение пожара или взрыва на резервуаре может привести к экономическому, экологическому ущербу, а также может нанести вред здоровью и жизни человека [1, 2].
Обеспечение пожарной безопасности является актуальной задачей при хранении нефти и нефтепродуктов в вертикальных стальных резервуарах, так как при взрыве РВС происходит разрушение резервуара или отрыв крыши.
Основная опасность для горящего резервуара состоит в потере прочности стальной стенки в результате нагрева и ее деформации (фото 1).
Однако повреждения рядом стоящих резервуаров можно избежать, если не допустить распространения огня на соседние резервуары.
Не менее опасным является взрыв резервуара с полным отрывом крыши. В качестве примера таких взрывов можно привести взрыв резервуара в г. Находке, из которого произошел выброс мазута в 2020 году. В результате взрыва
■ 1. Последствия пожара на резервуарах
4 • 2021
51
| 2. Последствия взрыва резервуара
| 3. Крыша после взрыва
произошел выброс мазута через верхнюю часть емкости, отбросив крышу резервуара диаметром 22 м и весом 16 т на несколько метров в сторону. При этом сама емкость осталась неповрежденной. Последствия взрыва представлены на фото 2 и 3.
Повышение пожарной безопасности резервуаров, защиту резервуаров от взрывов, сохранение устойчивости уже горящего резервуара, предотвращение передачи горения на близстоящие объекты предлагается производить путем совершенствования конструкции стационарных крыш резервуаров, в частности оснащением их легкосбра-сываемым настилом [3].
Как было отмечено в [3, 4], в узлах соединения настила стационарных крыш следует предусматривать «слабый узел» для безопасного (без разрушения корпуса резервуара) сброса сверхнормативного внутреннего избыточного давления паровоздушной среды резервуара, в результате которого произойдет частичный или полный отрыв настила крыши и будет обеспечен быстрый сброс избыточного давления.
Конструкция стационарной крыши резервуара для нефти и нефтепродуктов включает центральный щит, обвязочный уголок, радиальные и кольцевые элементы жесткости, стальной каркас, к которому прикреплен легкосбра-сываемый настил.
Конструкция легкосбрасываемого настила для стационарной крыши предполагает новый способ креплений покрытия крыш резервуаров, который будет обеспечивать необходимую площадь разгерметизации. В случае взрыва металлоконструкции части резервуара не отлетают и не разбрасываются по резервуарному парку, помогают сохранить целостность основных конструкций (стенки) аварийного резервуара.
При разработке крыши с легкосбрасываемым настилом необходимо учитывать рекомендуемые условия согласно [5-6].
Согласно [3] рекомендуются следующие конструкции «слабого узла» в стационарных крышах с легкосбрасы-ваемым настилом:
- для резервуаров диаметром до 34,2 м «слабый узел» настила устраивается по уторному шву крыши ввиду малого отличия (менее 19%) площади безопасной разгерметиза-циии от площади крыши;
- для резервуаров диаметром от 34,2 м и более «слабый узел» настила устраивается по границе площади окна безопасной разгерметизации, так как процент площади окна от общей площади крыши составляет более 35%.
I
4. Смонтированные элементы каркаса каркасной сферической крыши
Предлагаемая крыша резервуара с легкосбрасываемым настилом состоит из вальцованных кольцевых элементов каркаса, основных и промежуточных, радиальных балок, центрального щита и листов настила, свободно опирающихся на элементы каркаса. По периметру стенки имеется кольцо жесткости, необходимое для восприятия распорного усилия крыши и обеспечивающее фиксацию и сохранность формы стенки и настила при монтаже.
Стационарная крыша резервуара с легкосбрасываемым настилом может изготавливаться в двух вариантах:
- в щитовом исполнении;
- в каркасном.
Элементы каркаса (фото 4) или каркас щитов предлагаемой крыши изготавливаются и соединяются согласно существующей нормативной документации и не имеют изменений в конструкции от типовых. За счет этого достигается общая устойчивость резервуара к внутренним и внешним нагрузкам.
Основой легкосбрасываемого крепления является «слабый узел». Именно от способа крепления зависит сама конструкция настила.
Для бескаркасных резервуаров «слабый узел» производится только по уторному шву. Для каркасных крыш он предусматривается по соединениям настила крыш.
Предлагаются следующие виды крепления:
- слабый сварной шов;
Рис. 1. Разрывной болт: 1 - настил крыши; 2 - опорная конструкция; 3 - разрывной болт; 4 - гайка; 5 -контргайка; 6 - приварка контргайки к болту для исключения раскручивания
- соединение на разрывных болтах;
- соединение на разрывных гайках.
В легкосбрасываемом настиле конструкция узлов сопряжения стенки и крыши, а также размеры сварного шва сопряжения настила крыши с кольцевым элементом жесткости должны удовлетворять условиям сопряжений, выполняемым согласно ГОСТ31385 [5].
Вторым способом крепления легкосбрасываемого настила является специальное соединение на разрывных болтах. Разрывные болты - конструкция, которая в случае избытка нагрузок, действующих на нее, разрывается в местах утонения. Общий вид разрывного болта представлен на рис. 1.
Разрывные болты устанавливаются в следующей последовательности: на заводе либо на монтажной площадке
Рис. 2. Предлагаемая конструкция крепления настила при легкосбрасываемом соединении
просверливаются сквозные отверстия на монтируемых настилах 1 и опорных балках 2. После монтажа настила на крышу в проектное положение устанавливаются болты 3. После закрепления всех настилов крыши на проектных отметках, укладывают изолирующий и герметизирующий материал. Разрывной болт 3 устанавливается таким образом, чтобы место разрыва находилось между болтом и опорной балкой. Снизу болт крепится гайкой 4, контргайкой 5, и для полного исключения раскручивания болта из-за воздействия нагрузок выполняются прихватки контргаек к болту (см. рис. 1).
Третий предлагаемый способ это легкосбрасываемое крепление. Эта конструкция, которая в случае избытка нагрузок, действующих на нее, разрывается в месте крепления (гайка). Крепление представлено на рис. 2.
Предохранительные запорные устройства при достижении в резервуаре сверхнормативного давления должны обеспечивать открывание легкосбрасываемого настила наружу.
В свою очередь, также должна обеспечиваться полная герметичность соединения. В конструкции предлагается использовать следующие материалы уплотнения: эти-лен-пропиленовый каучук, пенополиуретановые уплотнители, бутадиен-нитрильный каучук, нитрил.
Также необходимо учесть негативное воздействие паров нефтепродуктов на уплотнительные элементы. Для их защиты предложено использовать фольгу из свинцового материала.
Разрывное крепление может производиться из синтетических полимеров (пластмассы). Особенностью такого соединения является подбор необходимых характеристик крепления с помощью смешения определенных компонентов.
Для резервуаров диаметром до 34,2 м предлагается применять стационарную крышу с легкосбрасываемым настилом со слабым уторным швом между стенкой и настилом крыши согласно [5].
В этом случае в качестве «слабого узла» возможно использование сварного соединения согласно [5] или предлагаемого болтового соединения.
На рис. 3 представлена схема соединения легкосбрасываемого настила с использованием болтового соединения.
Для резервуаров диаметром до 34,2 м листовой настил крепится только к окаймляющему элементу стенки по периметру крыши односторонним угловым швом.
Полученный таким образом «ослабленный узел» соединения настила крыши с опорами каркаса необходим для частичного или полного отрыва настила крыши и быстрого сброса избыточного давления, предотвращая разрушение резервуара, а также разлив продукта при взрыве.
Рекомендуется, чтобы площадь поперечного сечения узла сопряжения крыши со стенкой (с учетом участвующих в работе площадей поперечных сечений стенки и настила) обеспечивала восприятие растягивающих или сжимающих усилий от
4 •
202 1
53
I
внутреннего давления или внешней нагрузки на крышу [3].
Каркасные сферические крыши с легкосбрасываемым настилом, в частности, имеют вид, представленный на рис. 4.
Согласно расчетам, проведенным [1] для резервуаров диаметром более 34,2 м, площадь крыши за пределами безопасного окна разгерметизации колеблется от 35 до 54% всей площади резервуара. На этой площади располагается оборудование резервуара, которое при возникновении взрывоопасной ситуации и при отрыве настила внутри безопасного окна разгерметизации будет оставаться на месте.
Конструкция легкосбрасываемого настила крыши предусматривает разрывное соединение опорного кольца с легкосбрасываемым настилом крыши и в местах размещения оборудования. Легкосбрасываемый настил, установленный на щитах крыши (рис. 5), находящейся внутри безопасного окна разгерметизации, выполняет роль аварийного клапана, который в критический момент сбрасывает внутреннее давление и сохраняет целостность соседних резервуаров и хранимый в них продукт.
Как показано на рис. 5, на щите имеется постоянный настил, который служит необходимой площадью для установки оборудования.
Контроль за герметичностью крыши резервуара после монтажа и при эксплуатации необходимо проводить с помощью воды, используя для этого пожарный гидрант или автоцистерну. Данный вид работ проводится только при положительной температуре окружающего воздуха.
Орошение водой всей крыши проводится в течение 20 мин в режиме дождевания интенсивностью, соответствующей сильному ливню: 30 мм/ч. Не допускается подача на элементы крыши прямой водяной струи.
Испытание на водонепроницаемость проводится с лестницы обслуживания центрального вентиляционного патрубка орошением водой с одновременным визуальным контролем внутренней поверхности купола через смотровые люки. Течи воды через монтажные соединения купола не допускаются. При испытании должна быть исключена конденсация атмосферной влаги на внутренней поверхности купола.
Для резервуаров, не оборудованных понтонами, контроль герметичности крепления настила крыш резервуаров проводится путем создания избыточного давления воздуха внутри резервуара при гидравлических испытаниях [5].
Рис. 3. Соединение крыши со стенкой: [ - размеры участков стенки и настила крыши; Ь - толщина стенки
I Рис. 4. Предлагаемая конструкция легкосбрасываемого настила резервуара
Безотказность срабатывания легкосбрасываемых конструкций должна обеспечиваться при эксплуатации в диапазоне температур от - 45 до + 45°С.
Предохранительные запорные устройства смещаемой легкосбрасываемой конструкции должны обеспечить
I Рис. 5. Щит с легкосбрасываемым настилом
I Рис. 6. Тросовые ограничители
полное освобождение сбросного проема от смещаемого элемента.
Предохранительные запорные устройства для смещаемого элемента должны использовать энергию аварийного взрыва газовоздушной горючей смеси и не требовать использования дополнительного источника энергии.
Для повышения безопасности предлагается устанавливать специальные тросовые ограничители, ограничивающие
разброс легкосбрасываемого настила. Тросы скрепляются с конструкцией с помощью проушин, установленных непосредственно на самих настилах (рис. 6).
В свою очередь, уторный шов между крышей и опорным кольцом аналогичен обычному соединению, то есть производится сварка на уголках.
Заключение
На сегодняшний день в случае взрыва резервуара есть вероятность полного или частичного разрушения взорвавшегося резервуара из-за воздействия ударной волны, а также разрушение резервуаров и сооружений, находящихся рядом в случае разлета элементов конструкции аварийного резервуара.
Внедрение конструкции стационарной крыши с лег-косбрасываемым настилом для вертикальных стальных резервуаров поможет уменьшить последствия аварий, вызванных взрывом резервуаров.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
5.
6.
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.
Дусалимов М.Э., Мустафин Ф.М. Разработка элементов конструкции уплотняющего затвора плавающей крыши резервуара // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2012. № 1. С. 30-34. Дусалимов М.Э., Каримов И.Р., Хасанов И.И. и др. Разработка параметров стационарных крыш с легкос-брасываемым настилом для вертикальных стальных резервуаров // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2021. № 2-3, С. 40-45.
Дусалимов М.Э. и др. Конструктивные решения по повышению взрывобезопасности крыш РВС / Мат. 68-й науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2017. С. 450-451. ГОСТ 31385-2016. Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов. Общие технические условия.
ГОСТ Р 12.3047-2012 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля.
REFERENCES
1. Dusalimov M.E. Sovershenstvovaniye uplotnyayushchego zatvora dlya rezervuarov s plavayushchimi kryshami i tekhnologiiyego montazha. Diss. kand. tekhn. nauk [Improvement of the rim seal for tanks with floating roofs and the technology of its installation. Cand. tech. sci. diss.]. Ufa, 2013. 156 p.
2. Dusalimov M.E., Mustafin F.M. Development of structural elements of the rim seal of the floating roof of the tank. Transport i khraneniye nefteproduktov i uglevodorodnogo syr'ya, 2012, no. 1, pp. 30-34 (In Russian).
3. Dusalimov M.E., Karimov I.R., Khasanov I.I., Gulin D.A., Glazkov A.S. Development of parameters for stationary roofs with easily removable flooring for vertical steel tanks. Transport i khraneniye nefteproduktov iuglevodorodnogo syr'ya, 2021, no. 2-3, pp. 40-45 (In Russian).
4. Dusalimov M.E. Konstruktivnyye resheniya po povysheniyu vzryvobezopasnosti krysh RVS [Constructive solutions to improve the explosion safety of roofs of vertical steel tanks]. Trudy 68-oy nauch.-tekhn. konf. studentov, aspirantovi molodykh uchenykh [Proc. of 68th scientific and technical conf. of students, graduate students and young scientists]. Ufa, 2017, pp. 450-451.
5. 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].
6. GOST R 12.3047-2012 Sistema standartovbezopasnosti truda (SSBT). Pozharnaya bezopasnost tekhnologicheskikh protsessov. Obshchiye trebovaniya. Metody kontrolya [State Standard R 12.3047-2012. Occupational safety standards system. Fire safety of technological processes. General requirements. Methods of control].
MHQOPMLA4Hfl OB ABTOPAX / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Каримов Ильяс Радикович, 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. Хасанов Ильнур Ильдарович, к.т.н., доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Закирьянов Ильдар Шамильевич, ведущий инженер отдела по эксплуатации линейной части магистральных трубопроводов ООО «Газпром переработка».
Насибуллин Тимур Ришатович, старший преподаватель кафедры сооружения и ремонта газонефтепроводов и газонефтехранилищ, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Ilyas R. Karimov, student, Ufa State Petroleum Technological University.
Marsel E. Dusalimov, Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of
Construction and Repair of Gas and Oil Pipelines and Gas Storage
Facilities, Ufa State Petroleum Technological University.
Ilnur I. Khasanov, Sci. (Tech.), Assoc. Professor of the Department of
Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological
University.
Ildar Sh. Zakiryanov, Lead engineer of the department for the operation linear part of the main pipelinesGazprom Recycling LLC. Timur R. Nasibullin, Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of of Construction and Repair of Gas and Oil Pipelines and Gas Storage Facilities, Ufa State Petroleum Technological University.
4 • 2021
55
2
