Технико-экономические показатели резервуаров различных типов и объемов
1. Резервуары с плавающей крышей. В табл. 4.3 приведены основные размеры и показатели резервуаров оптимальных габаритов с плавающей крышей. Из данных следует, что с увеличением объема резервуаров удельный расход стали уменьшается, а удельный расход стали резервуаров одного и того же объема с понтоном соответственно больше, чем резервуаров с плавающей крышей, на 10¸50 %.
Таблица 4.3
Технико-экономические показатели резервуаров
с плавающей крышей
| Показатель | Номинальный объем, тыс. м3 | ||||||||
| Полезный объем, тыс.м3 | 0,94 | 2,0 | 3,15 | 4,9 | 10,3 | 20,9 | 29,6 | 47,5 | 103,6 |
| Диаметр, м | 10,43 | 15,18 | 18.9 | 20,9 | 28,5 | 39,9 | 45,6 | 60,7 | 88,7 |
| Высота стенки, м | 11,92 | 11,92 | 11,9 | 14,9 | 17,9 | 17,9 | 17,9 | 17,9 | 17,9 |
| Расход металла, т | 27,3 | 51,8 | 75,2 | ||||||
| Удельный расход металла на 1 м3 полезного объема, кг | 29,0 | 25,4 | 24,0 | 23,4 | 20,3 | 18,8 | 16,0 | 15,0 | 14,5 |
2. Изотермические резервуары. Расход металла в изотермических резервуарах (см. табл. 4.4) по сравнению с резервуарами для нефти и нефтепродуктов соответственно больше, поскольку они представляют собой двухслойную конструкцию, между двумя резервуарами которой устраивают теплоизоляцию для обеспечения постоянной отрицательной температуры.
Таблица 4.4
Технико-экономические показатели изотермических резервуаров
| Показатель | Номинальный объем, тыс. м3 | ||||
| Полезный объем, тыс. м3 | 0,8 | 8,8 | 29,078 | ||
| Диаметр резервуара: | |||||
| наружного | 13,3 | 21,8 | 24,3 | 36,0 | Однослойный |
| внутреннего | 10,4 | 19,4 | 22,8 | 34,2 | 35,5 |
| Высота резервуара: | |||||
| наружного | 13,0 | 18,0 | 23,85 | 17,55 | Однослойный |
| внутреннего | 8,9 | 16,4 | 22,35 | 14,7 | 29,87 |
| Расход стали, т |
3. Сферические резервуары. В табл. 4.5 приведены конструктивные размеры и характеристики сферических резервуаров, где даны удельные расходы стали вычисленные как на 1 м3 полезного объема, так и с учетом произведения избыточного давления и расхода стали в кг/м3. В первом случае получают нерегулярные сведения, не отражающие влияние величины внутреннего давления, а во втором случае – данные, объясняющие истинный смысл и необходимость учета избыточного давления в сферических резервуарах.
Таблица 4.5
Технико-экономические показатели сферических резервуаров.
| Показатель | Номинальный объем, тыс. м3 | |||
| 0,6 | 0,6 | |||
| Избыточное давление, МПа | 0,6 | 1,8 | 2,5 | 0,6 |
| Диаметр, м | 10,5 | 1,8 | 0,6 | |
| Расход стали, т | 56,2 | 116,5 | ||
| Удельный расход стали на 1 м3 полезного объема, кг | 73,8 | 91,6 | ||
| Удельный расход стали |
4. Резервуары со стационарной крышей. В табл. 4.6 указаны характеристики проектов резервуаров объемом от 0,1 до 20 тыс. м3, разработанные в те годы, когда не рассматривался вопрос оптимизации резервуаров. В настоящее время в эксплуатации находится еще большое число резервуаров данного типа.
Таблица 4.6
Технико-экономические показатели стальных резервуаров
со стационарной крышей
| Показатель | Номинальный объём, тыс. м3 | |||||
| Геометрический объем, тыс. м3 | 1,06 | 2,15 | 3,370 | 4,866 | 10,950 | 19,450 |
| Полезный объем (вместимость), м3 | 1.02 | 2,07 | 3,190 | 4,650 | 9,850 | 17,500 |
| Диаметр, м | 12,3 | 15,1 | 18,98 | 22,8 | 34,20 | 45,60 |
| Высота стенки, м | 11,9 | 11,9 | 11,92 | 11.92 | 11,92 | 11,92 |
| Толщина стенки, мм | 6х4 | 6х4х5 | 7+2х6 | 9+8х7 | — | 13+7*11 |
| Масса, т: | ||||||
| стенки | 11,0 | 23,2 | 31,14 | 50,10 | 100,63 | 152,83 |
| днища | 3,87 | 7,07 | 11,72 | 19,50 | 41,70 | 84,04 |
| центральной стойки | — | 1,49 | 1.49 | 1,57 | — | — |
| крыши | 5,96 | 7,45 | 13,15 | 20,85 | 49,83 | 101,57 |
| кольца жесткости | — | — | — | — | 12,55 | 29,39 |
| лестниц, ограждений, площадок | 2,04 | 5,03 | 5,34 | 5,68 | 4,88 | 5,37 |
| Общая масса резервуара, т | 22,9 | 44,2 | 62,84 | 97,68 | 209,70 | 373,20 |
| Удельный расход стали на 1 м3 полезного объема, кг | 21,4 | 20,6 | 18,7 | 20,0 | 19,2 | 19,0 |
5. Резервуары с понтоном. Увеличенный расход стали в этих проектах проявляется особенно заметно в резервуарах объемом 50 и 100 тыс. м3, где разница становится существенной за счет увеличения веса металлоконструкций стационарной крыши. В связи с этим резервуары с понтоном объемом 50 тыс. м3 и более применять нецелесообразно. Этот вывод учтен в СНиП 11-II.З-80 для складов нефти и нефтепродуктов, где максимальный объем резервуаров с понтоном ограничен объемом 50 тыс. м3. в то время как резервуары с плавающей крышей проектируют объемом до 120 тыс. м3. Приведенные в табл. 4.7 данные для резервуаров с понтоном также относятся к периоду, когда еще не были разработаны оптимальные их габариты. При последующем анализе проектов, с точки зрения оптимальности основных размеров, было установлено, что резервуары объемом 100, 200, 300, 400, 700, 2000 и 3000 м3 имеют основные размеры, удовлетворяющие требованиям оптимальности по критериям Шухова, т.е. соотношение между диаметром и высотой стенки этих резервуаров принималось таким, чтобы резервуары имели минимальный удельный расход стали или стоимость.
Таблица 4.7
Технико-экономические показатели резервуаров с понтоном
| Показатель | Номинальный объем, тыс. м | ||||
| Полезный объем, тыс. м3 | 0,94 | 2,01 | 3,15 | 4,90 | 10,3 |
| Диаметр, м | 10,43 | 15,18 | 18,98 | 20,9 | 28,5 |
| Высота стенки, м | 11,92 | 11,92 | 11.92 | 14,9 | 17,9 |
| Расход металла, т | 30,0 | 55,5 | 83,5 | 119,8 | 224,2 |
| Удельный расход металла на 1 м3 полезного объема, кг | 32,2 | 27,6 | 26,5 | 24,5 | 21,8 |
| Показатель | Номинальный объем, тыс. м3 | ||||
| Полезный объем, тыс. м3 | 15,3 | 20,9 | 29,6 | 47,46 | 99,89 |
| Диаметр, м | 34,2 | 39,9 | 45,6 | 60,7 | 88,7 |
| Высота стенки, м | 17,9 | 17,9 | 17,9 | 17,9 | 17,9 |
| Расход металла, т | 323,0 | 438,5 | 584,1 | 869,2 | 2175,8 |
| Удельный расход металла на 1 м3 полезного объема, кг | 21,1 | 21,0 | 19,4 | 18,4 | 21,8 |
Таблица 4.8
Технико-экономические показатели стальных резервуаров
с понтоном оптимальных габаритов
| Показатель | Номинальный объем, тыс. м3 | |||||
| 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,7 | ||
| Полезный объем, м3 | 0,94 | 0,185 | 0,306 | 0,396 | 0,69 | 0,96 |
| Масса, т: | ||||||
| понтона | 0,74 | 1,37 | 1,74 | 2,22 | 3,60 | 4,58 |
| стоек или кронштейнов | 0,07 | 0,07 | 0,07 | 0,09 | 0,11 | 0,34 |
| Общая масса резервуара, т | 6,35 | 9,48 | 12,48 | 14,77 | 21,56 | 28,71 |
| Удельный расход металла на 1 м3 полезного объема, кг | 62,5 | 46,0 | 37,2 | 34.7 | 28,2 | 26,7 |
Продолжение таблицы 4.8
| Показатель | Номинальный объем, тыс. м3 | |||||
| Полезный объем, м3 | 2,07 | 3,19 | 4,957 | 1,07 | 14,9 | 20,8 |
| Масса, т: | ||||||
| понтона | 7,2 | 10,83 | 15,92 | 35,84 | 48,22 | 62,9 |
| стоек или кронштейнов | 1,16 | 1,81 | 2,38 | 4.13 | 5,22 | 8,21 |
| Общая масса резервуара, т | 50,32 | 78,80 | 114,14 | 240,83 | 320,19 | 425,7 |
| Удельный расход металла на 1 м3 полезного объема, кг | 23,3 | 23,6 | 23,6 | 25,9 | 24,6 | 25,0 |
Таким образом, практически нет необходимости менять эти соотношения. Также было установлено, что в резервуарах объемом 1,5, 10, 15 и 20 тыс. м3 основные размеры не являются оптимальными и необходимо увеличить высоту стенки и соответственно уменьшить диаметр с сохранением тех же объемов. По табл. 4.8 можно проследить значения оптимальных габаритов, принятых за основу в действующих проектах. На основании анализа были установлены следующие оптимальные габариты резервуаров:
| Номинальный объём, тыс. м3 | |||||
| Высота стенки Н, м | 11,92 | 14,90 | 17,90 | 17,90 | 17,90 |
| Диаметр резервуара D, м | 10,43 | 20,92 | 28,50 | 34,20 | 39,90 |
На основании анализа табл. 4.3, 4.7 и 4.8 можно сделать следующие выводы:
· резервуары со стационарной крышей по удельному расходу стали при равных объемах резервуаров близки к резервуарам с плавающей крышей, но поскольку последние имеют меньшие потери при хранении, то они, безусловно, эффективнее и имеют ряд других преимуществ, свойственных резервуарам этого типа;
· резервуары с понтоном (оптимальных габаритов) по сравнению с резервуарами со стационарной крышей (неоптимальных габаритов) по удельному расходу металла тяжелее на 15¸20 % (применительно к резервуарам объемом 5¸20 тыс. м3), что объясняется наличием понтона;
· резервуары с понтоном при неоптимальных габаритах тяжелее резервуаров равного объёма (10¸20 тыс. м3) с оптимальными габаритами так же на 15¸20%.
6. Стальные резервуары траншейного типа и некоторые резервуары специального назначения. В табл. 4.9 приведены показатели для резервуаров траншейного типа.
Таблица 4.9
Технико-экономические показатели резервуаров
траншейного типа
| Показатель | Проекты ЦНИИПроект сталь-конструкции | Проекты | ГПИ-6 | ||
| Номинальный объем резервуара, тыс. м3 | |||||
| Полезный объем, тыс. м3 | 2,310 | 4,640 | 9,650 | 5,380 | 5,380 |
| Высота залива продукта, м | 6,0 | 6,0 | 6,2 | 7,7 | 7,7 |
| Пролет ферм перекрытия, м | |||||
| Шаг ферм перекрытия, м | 6,0 | 6,0 | 6,0 | 6,0 | 6,0 |
| Радиус шпангоутов, м | 1,6 | 1,5 | 1,6 | 1,5 | 1,5 |
| Размеры в плане по осям, м | 18х24 | 18х48 | 24х72 | 18х48 | 18х48 |
| Размеры в плане по внешним габаритам, м | 21,2х27,2 | 21.2х51,2 | 27.2х75,2 | 20х59 | 20х50 |
| Число ферм, шт. | |||||
| Число щитов перекрытия, шт. | |||||
| Толщина оболочки резервуара, мм | |||||
| Толщина настила перекрытия, мм | |||||
| Масса металлоконструкций, т | |||||
| оболочка | 41.0 | 69,40 | 116,5 | 74,67 | 71,53 |
| щиты перекрытия | 22,30 | 43,35 | 92,0 | 33,80 | 32,00 |
| фермы со шпангоутами | 16,50 | 27,30 | 72,15 | 31,30 | 55,84 |
| торцевые шпангоуты | 1,50 | 2,02 | 2,07 | ||
| связи и прогоны | 8,20 | 10,43 | 27,05 | 9,24 | 8,14 |
| стремянки | 0,40 | 0,35 | 0,35 | ||
| сварные швы (1 %) | 0,9 | 1,55 | 3,13 | 1,49 | 1,68 |
| Общая масса резервуара, т | 155,0 | 150,7 | 169,9 | ||
| Удельный расход стали на 1 м3 полезного объема, кг | 33,3 | 31,5 | 23,7 | 31,4 |
Здесь удельный расход стали на 1 м3 полезного значительно больше, чем в наземных резервуарах:
| Объём резервуара, тыс. м3 | |||
| Удельный расход стали для резервуаров, кг: | |||
| наземных | 20,6 | 20,0 | 19,2 |
| траншейного типа | 38,96 | 33,40 | 33,26 |
Это объясняется подземным расположением траншейных резервуаров и, следовательно, большой внешней нагрузкой на них. Резервуары траншейного типа (см. рис. 4.4) предназначены для подземного длительного хранения нефтепродуктов при малой их оборачиваемости, в связи с чем обеспечивается значительное сокращение потерь.
Рис. 4.4. Конструкция стального резервуара траншейного типа:
а – продольный разрез; б – поперечный разрез; в – развертка оболочки с поперечным раскроем; I¸III – полотнище (I – торцевое, II и III – поперечное);
1 – днище; 2 – песчано-битумное (гидрофобное) основание (100 мм)
7. Вертикальные цилиндрические резервуары для хранения тяжелых продуктов. Особенности конструкций данных резервуаров объясняются большой плотностью продуктов, равной 1450 кг/м3. Задача сводится к определению дополнительного расхода металла, связанного с хранением более тяжелого продукта. Увеличивают толщины только нижних поясов стенки, остальные конструкции – верхние пояса, днище, стационарная крыша – не меняются. Поэтому удельный расход металла по сравнению с нефтерезервуарами увеличивается не намного: 21,66 (20,0) – для резервуара 5 тыс. м3 и 20,66 (19,2) кг – для резервуара объемом 10 тыс. м3 (в скобках дан расход для нефтерезервуаров).
8. Вертикальные цилиндрические резервуары для агрессивных химических продуктов. Данные резервуары предназначены для хранения продуктов с плотностью 1250 кг/м3 и выше. Проектом предусмотрено применение углеродистой стали ВСтЗспб с соответствующей защитой от коррозии. Кроме того, увеличены толщины листов стенки всех поясов, в связи с чем расход металла заметно (примерно на 50 %) увеличивается по сравнению с резервуарами для нефтепродуктов вследствие большой плотности продукта и в основном за счет его агрессивности.
9. Вертикальные цилиндрические резервуары для неагрессивных химпродуктов при плотности до 1800 кг/м3. Расход металла по сравнению с нефтерезервуарами выше примерно вдвое.
10. Резервуары повышенного давления. В России построены и находятся в эксплуатации резервуары повышенного давления нескольких типов. В табл. 4.10 приведены их основные характеристики. Рациональная область применения – длительное хранение нефтепродуктов с оборачиваемостью не более 8¸10 раз в течение года и сокращение потерь при «малых дыханиях» и от солнечной радиации. В настоящее время для этих же целей применяют подземные резервуары траншейного типа. Анализируя приведенные данные можно заметить, что удельные расходы металла на 1 м3 полезного объема зависят не только от типа резервуаров, но и от их объемов. Расход металла в траншейных несколько выше, а изготовление 1 т металлоконструкций дешевле, чем в резервуарах повышенного давления, следовательно, по стоимости эти типы примерно равноценны.
11. Стальные горизонтальные цилиндрические резервуары для нефтепродуктов. Горизонтальные цилиндрические резервуары, соответствующие габаритам железнодорожных платформ, объемом 3, 5, 10, 25, 50, 75 и 100 м3 (надземные и подземные) широко применяют в различных областях народного хозяйства: в сельском хозяйстве, в организациях Госкомнефтепродукта, на автозаправочных станциях и в других организациях, использующих нефтепродукты в ограниченных объемах. Такие резервуары изготовляют на специальных механических заводах как габаритные заводские изделия. По данным Госагропрома общий годовой расход стали на их изготовление превышает 100 тыс. т. Удельный расход стали в надземных резервуарах меньше, чем в подземных, что связано с относительно большей нагрузкой. Как и в резервуарах других конструктивных форм, удельный расход металла с увеличением объема уменьшается от 100 до 53 кг на 1 м3 полезного объема в надземных и от 140 до 55 кг – в подземных. Но поскольку во многих хозяйствах одновременно используют различные марки нефтепродуктов в ограниченных объемах, приходится применять резервуары малых объемов, не считаясь с тем, что это экономически невыгодно.
Таблица 4.10
Технико-экономические показатели резервуаров
повышенного давления
| Показатель | Тип резервуара | |||||||
| Каплевидный с опорным кольцом | Каплевидный с экваториальной опорой | Вертикальные цилиндрические «Гибрид» | Вертикально цилиндрические ДИСИ | Тран-шейного типа | ||||
| Объем,тыс. м3 | 0,7 | |||||||
| Избыточное давление, МПа | 0,04* 0,03 | 0,04 | 0,025 | 0,018 | 0,013 | 0,015 | 0,018 | 0,002 |
| Вакуум, кПа | 0,5 | 0,8 | 1,2 | 0,5 | ||||
| Основные размеры DxH, мм | 18454x x10490 | 18500x x10620 | 18980x x11825 | 20900x x15600 | 15200x x9100 | 12330x x8900 | 10430 x9000 | 18х24 |
| Общий расход металла, т | 64,71** 50,50 | 54,62** 40,0 | 70,67 | 121,0 | 43,0 | 24,2 | 18,4 | |
| Удельный расход металла на 1м3 полезного объема, кг | 32,35 | 20,0 | 21,2 | 23,0 | 20,1 | 22.9 | 24,6 | 38,96 |
Примечания.* В числителе дано проектное значение избыточного давления, в знаменателе – эксплуатационное.* * В числителе – расход металла по проекту, в знаменателе – в облегченном варианте без каркаса.
Подземное хранение применяют в основном для сокращения потерь. В рассматриваемых проектах принято сооружение подземных резервуаров в сухих грунтах, т.е. уровень грунтовых вод не должен достигать нижней образующей резервуаров. При проектировании в мокрых грунтах резервуары с целью предотвращения всплытия должны быть заанкерены в фундамент с учетом подпора грунтовых вод. Расход стали и стоимость сооружения в этом случае соответственно увеличиваются.