Анализ конструктивных схем плавающих покрытий рвс

 

Резервуары с плавающими покрытиями (ПП), как эффективное средство сокращения потерь от испарения, получили распространение при хранении нефти и нефтепродуктов в товарных и сырьевых парках нефтеперерабатываю­щих заводов, на перекачивающих станциях нефте- и нефтепродуктопроводов. Их эффективность, с точки зрения сокращения потерь от испарения, обуслов­лена отсутствием газового пространства за счет непосредственного контакта зеркала хранимого продукта с собственно ПП. Теоретически потери из резер­вуаров с ПП возможны только в результате испарения хранимого продукта со смоченной поверхности стенки резервуара [25].

Один из первых резервуаров с ПП - плавающей крышей (ПК) - был со­оружен в США в 1923 г. компанией «Chicago Bridge and Iron Services». Первая ПК имела форму металлического диска с вертикальным ободом по периферии и жесткими связями для поддержания формы обода. С середины сороковых годов XX века началось широкое применение резервуаров с ПК в США [23, 24].

Первый резервуар с плавающей крышей в СССР был сооружен в 1966 г, с понтоном в конце 50-х годов [25]. В настоящее время, в различных районах России построено и эксплуатируется несколько сот резервуаров с ПП вмести­мостью от 1 до 50 тыс. м.

Классификация плавающих покрытий

 

В мировой практике принято разделять ПП вертикальных цилиндриче­ских резервуаров на две основные группы - внутренние и наружные.

Наружные ПП, или плавающие крыши, применяют в резервуарах, не имеющих стационарной кровли, в районах со снеговой нагрузкой не более 1,5кПа[26].

Внутренние ПП (внутренние плавающие крыши по международной тер­минологии, или понтоны по отечественной) применяют в резервуарах со ста­ционарной кровлей. Отсутствие нагрузок от ветра и атмосферных осадков уп­рощает и облегчает конструкцию, снижает эксплуатационные затраты, позволя­ет обеспечить чистоту хранимых в таких резервуарах продуктов.

Внутренние ПП, в зависимости от наличия контакта их нижней поверх­ности с большей частью зеркала хранимого в резервуаре продукта, будем раз­делять на понтоны и экраны. Понтоны, непосредственно контактируя с продук­том, практически исключают его испарение и образование паров продукта под их поверхностью. Под настилом экранов, поддерживаемых над поверхностью жидкости поплавками, присутствует значительное количество паров хранимой жидкости.

Разработанная Гадельшиным Р.З. в [25] классификация ПП резервуаров представлена в табл.5.1.

Наружные плавающие покрытия

Наибольшее распространение в мировой практике получила однодечная ПК с периферийным кольцевым понтоном. В сегодняшнем виде конструкция сформировалась к 1954 году, когда компания «Chicago Bridge and Iron Services» ввела конструкцию «Type 5 Horton» [24]. ПК включает (рис.5.1, а) периферий­ное понтонное кольцо трапецеидального сечения, к которому приварена цен­тральная часть, и уплотнение. Понтонное кольцо разделено на герметичные от­секи, имеющие смотровые отверстия с быстросъемными крышками для доступа персонала и осмотра внутренней поверхности отсека. Верхняя поверхность пе­риферийного кольца имеет уклон к центру для стока дождевой воды, а нижняя - от центра - для отвода паров хранимого продукта под центральную часть. Монтаж конструкции производят на днище резервуара из изготовленных в за­водских условиях периферийных коробов и рулонированных полотнищ цен­тральной части, или на временных подмостях полистовым методом [25]. Такую конструкцию ПК применяют в резервуарах с диаметром не более 92 м [24]. Недостатком данной конструкции является:

1) невозможность полного удаления жидких осадков с центральной час­ти в связи с тем, что при эксплуатации пары хранимой жидкости выпучивали не обладающую жесткостью центральную часть.

2) волнообразные колебания центральной части в районах со значитель­ными ветровыми нагрузками, а также при испарении и конденсации паров хра­нимой жидкости, вызывают усталостные растрескивания сварных швов.

Для улучшения отвода осадков в 1940 г. компания «Chicago Bridge and Iron Services» разработала конструкцию «High deck», центральная часть кото­рой приваривалась к верхней кромке периферийного кольца (рис.5.1, б). Это позволяло повысить жесткость центральной части и обеспечить уклон к центру за счет ее собственного веса. Однако под центральной частью образовывалось значительное газовое пространство и внутренняя ее поверхность при хранении сернистой нефти корродировала [24].

Фирмами «De Wris Robbe» и «Karl Speter» предложены конструкции, где для улучшения отвода жидких осадков к дренажной системе, приемное устрой­ство которой расположено в центре ПК, и для повышения жесткости централь­ная часть ПК большого диаметра снабжается радиальными ребрами замкнутого коробчатого сечения, обеспечивающими уклон к ее центру (рис.5.1, в). Благо­даря этому, а также подпору продукта, натягивающему листовой настил, обес­печивается хороший дренаж атмосферных осадков [27].

Для резервуаров диаметром до 122 м, возводимых в местностях со зна­чительными осадками и ветрами, предпочтительнее использовать двудечные ПК, предложенные в 1946 г. [24]. Двудечная ПК включает верхний

Рис. 5.1. Основные конструктивные схемы наружных плавающих покрытий:

а) - однодечная, б) - однодечная с центральным поплавком, в) - однодечная с ребрами,

г) - однодечная с поплавками, д) - двудечная;

1 - периферийный понтон, 2 - центральный понтон, 3 - поплавки, 4 - кольцевые переборки,

5 - радиальные переборки, 6 - ребра жесткости, 7- листовой настил

 

 

 

и нижний настил, перегородки, приваренные к настилам, разделяющие про­странство между настилами на герметичные отсеки, аналогично отсекам пери­ферийного кольца однодечной ПК (рис.5.1, д). Жесткость конструкции позво­ляет легко обеспечить уклон к центру верхнего настила ПК, что обеспечивает хороший дренаж осадков и повышает коррозионную стойкость конструкции. Воздух, находящийся между настилами, предотвращает нагрев продукта сол­нечной радиацией и его испарение [27].

Двудечные ПК имеют высокие показатели плавучести и остойчивости, работоспособны при вертикальной нагрузке до 2 кПа. Однако значительная масса (см. табл.5.2) и трудоемкость монтажа ограничивают их применение [23, 27].

Альтернативой двудечным ПК может стать поплавковая ПК, включаю­щая периферийное понтонное кольцо, листовой настил и поплавки, равномер­но-распределенные по площади настила (рис. 5.1, г). Поплавки повышают пла­вучесть ПК, увеличивают жесткость настила, создают условия для надежного крепления опорных стоек. Размещение и объем поплавков рассчитываются из условия минимизации напряжений в листовом настиле. Поплавки можно изго­тавливать в заводских условиях, что снизит трудоемкость и повысит качество монтажа. Периферийное понтонное кольцо предназначается в основном для обеспечения жесткости ПК в кольцевом направлении, что позволяет значитель­но (более чем в 2 - 4 раза) снизить его размеры и массу. По мнению зарубежных специалистов, эксплуатирующих такие ПК в резервуарах вместимостью 50 -120 тыс. м³, по плавучести данная конструкция может успешно конкурировать с двудечной ПК [23].

Для снижения трудоемкости и сроков монтажа поплавковых ПК предла­галось изготавливать их методом раздувания из двухслойных рулонных загото­вок. Однако практического применения такая технология не получила.

Таблица 5.2

Масса плавающих крыш различной конструкции [25]

 

Тип плавающей крыши	Расход металла, кг/м^2
Однодечная	66-72
Однодечная с радиальными ребрами	65-86
Однодечная с поплавками
Двудечная	80-90
Ребристо-поплавковая	100-110

 

Специалистами ИПТЭР внедрена технология реконструкции цилиндриче­ских железобетонных резервуаров для хранения нефти, включающая демонтаж стационарной кровли из сборных железобетонных панелей и монтаж стальной ПК. ПК включает жесткий каркас, имеющий форму колеса со спицами, настил из листовой стали с уклоном от центра к периферии, колодцы для сбора атмосферных осадков, плавающие трубчатые опоры с прорезями для прохода дон-ix отложений, систему отвода паров хранимой жидкости из-под ПК. Каркас, изготовленный из стальных труб, секторных отводов и тройников диаметром ] 220 мм одновременно придает жесткость конструкции, а также обеспечивает необходимую плавучесть ПК. Данная конструкция сочетает в себе высокую жесткость и обеспеченный дренаж атмосферных осадков с равномерным распре­делением по площади крыши элементов, обеспечивающих плавучесть, что по­зволяет говорить о создании ПК нового типа - т.н. ребристо-поплавковой ПК. Недостатком данной конструкции является высокая трудоемкость монтажа, связанная с переносом основной доли сварочных работ на монтажную пло­щадку.