Типы резервуаров и их конструкции

Вертикальные изотермические резервуары

Изотермические резервуары служат для хранения различных нефтепродуктов при постоянной пониженной или отрицательной температуре, проектирование и сооружение которых является новым направлением в резервуаростроении. В ЦНИИПроектстальконструкции разработаны различные типы конструкций для хранения нефтепродуктов при температуре выше 196°С.

Наиболее распространены двухслойные конструкции изотермических резервуаров с зазорами между стенками, крышками и днищами (рис. 4.1.а, б).

Величины зазоров определяют технологические институты и выдают в техническом задании (ТЗ) на проектирование. Задания включают исходные данные для проектирования резервуаров: объем; название и температуру хранимого продукта, марки сталей для внутреннего и наружного резервуаров; величину избыточного и гидростатического давления; район строительства; величину снеговой и ветровой нагрузок; сейсмичность района строительства; наименование теплоизоляционных материалов, сварочные материалы для сварки сталей специальных марок и другие данные.

Если температура хранения не ниже -65°С, то при проектировании резервуаров применяются строительные стали. При более низких температурах должны применять стали специальных марок: никельсодержащие; нержавеющие стали; алюминиевые сплавы.

Проектирование и сооружение изотермических резервуаров во многом аналогично проектированию и сооружению вертикальных цилиндрических резервуаров низкого и повышенного давления. Также аналогичны методики инженерных расчетов, что дает возможность использовать многолетний опыт их проектирования. Новым, с чем столкнулись при проектировании и расчете несущих элементов изотермических резервуаров, явились нагрузки от теплоизоляционных материалов. При расчете стенки пустого внутреннего резервуара на устойчивость – собственный вес изоляции, находящейся между крышами и вызывающей осевое сжатие стенки. Изоляция, находящаяся в межстенном пространстве, вызывает боковое давление на стенки внутреннего и наружного резервуаров. Кроме того, за счет трения о стенки она вызывает также вертикальное усилие.

При длительном хранении нефтепродуктов (не более 10¸12 раз оборачиваемости в год) целесообразно применение резервуаров повышенного давления типа ДИСИ (Днепропетровского инженерно-строительного института) и «Гибрид», запроектированного ЦНИИПроектстальконструкцией. Оба типа резервуаров имеют торосферическую кровлю. Резервуары типа ДИСИ прошли детальное испытание и эксплуатируются под избыточным давлением.

Резервуары «Гибрид» имеют торосферическую кровлю. Авторы проекта предполагали, что кровля будет состоять из лепестков в виде трапеций, а на заводах им будет придана двойная кривизна. Однако опыт показал, что в тонких листах при имеющейся кривизне кровли практически невозможно создать остаточные деформации, особенно в кольцевом направлении, для образования сферической формы.

Рис. 1. Изотермический резервуар объемом 20 тыс. м3

(DВН = 34,2 м, Dн = 36 м):

а – фасад внутреннего резервуара (слева) и наружного резервуара (справа);

б – разрез; 1 – кольца жесткости; 2 – анкерные крепления;

3 – железобетонная плита (ростверк) свайного основания

Поэтому в резервуарах «Гибрид», как и в резервуарах типа ДИСИ, практически получаем не сферическую, а сфероцилиндрическую кровлю, т.е. имеем кривизну только в меридиональном направлении. Резервуар «Гибрид» объемом 3 тыс. м3 после испытания сдан в эксплуатацию под избыточным давлением 0,018 МПа и вакуумом 0,0015 МПа.

Осесимметричные каплевидные резервуары

Сооружено, испытано и внедрено несколько таких резервуаров объемом по 2 тыс. м3, рассчитанных на избыточное давление 0,03 МПа и вакуум 0,003 МПа. Авторы проекта – инженеры С.И. Веревкин и Г.М. Чичко.

При детальных испытаниях напряженно-деформированного состояния резервуаров с опорным кольцом в его конструкциях возникают зоны концентрации высоких напряжений. На этом основании один из авторов (Г.М. Чичко) предложил новую конструктивную форму каплевидного резервуара – резервуар с экваториальной опорой (рис. 4.2). В этой конструкции отсутствуют опорное кольцо и ребра жесткости внутри резервуара, а оболочка опирается в зоне экватора на 20 опор (колонн), которые устанавливают на железобетонное опорное кольцо. Каплевидная оболочка имеет толщину выше экватора 5 мм, ниже – 6 мм. Геометрия оболочки имеет такую форму эллиптических поясов, что радиусы кривизны уменьшают вверх до экватора с таким расчетом, чтобы меридиональные и кольцевые усилия по всей поверхности от гидростатической нагрузки и избыточного давления были равны между собой: N1= N = const. Поэтому каплевидные оболочки называют оболочками равного сопротивления.

Каплевидные резервуары экономичны в своей области, т.е. в области повышенного давления, однако монтаж таких резервуаров сложен, требует соответствующих средств механизации для изготовления лепестков двоякой кривизны. Но в связи с необходимостью сокращения потерь нефтепродуктов при хранении, а резервуары с плавающей крышей или понтоном неэкономичны при малой оборачиваемости, проблема резервуаров повышенного давления, в том числе каплевидных резервуаров, является актуальной и перспективной.

В отличие от резервуаров с понтоном или плавающей крышей в резервуарах повышенного давления нет никаких движущихся конструкций и затворов, в них сохраняется возможность для рулонирования стенки и плоского днища, вследствие чего облегчается их изготовление. Их эксплуатация сравнительно проста. Таким образом, для более полного удовлетворения потребности страны в нефтерезервуарах целесообразно применение резервуаров новых конструктивных форм – повышенного давления, изотермических и др.

Рис. 2. Каплевидный резервуар объемом 2 тыс. м3

с экваториальной опорой:

а – фасад резервуара; б – план фундамента и расположение колонн

Горизонтальные резервуары

Горизонтальные цилиндрические резервуары предназначены для хранения нефтепродуктов, сжиженных газов и других жидкостей (табл. 4.2) под избыточным давлением 0,04 МПа при плоских днищах и 0,07 МПа при конических днищах. Разработаны проекты резервуаров объемом 3, 5, 10, 25, 50, 75 и 100 м3.

Для обеспечения устойчивости пустых резервуаров под воздействием разрежения (вакуума), внешних нагрузок и давления грунта внутри резервуара устанавливают кольца (ребра) жесткости. В надземных двух опорных резервуарах в пределах опор устанавливают внутренние треугольные диафрагмы.

Горизонтальные резервуары по пространственному расположению подразделяют на надземные (выше планировочной отметки территории нефтебазы) и подземные (ниже уровня территории). По конструкции днищ горизонтальные резервуары в зависимости от объема и избыточного давления проектируют с плоскими, коническими или цилиндрическими днищами. Для обеспечения устойчивости цилиндрической оболочки внутри нее должны быть установлены опорные кольца жесткости. В зависимости от объема устанавливают и дополнительные кольца жесткости.

Таблица 8

Характеристика надземных горизонтальных резервуаров

(толщина оболочки 4 мм)

Показатель	Номинальный объем, м3
Геометрический объем, м3	5,7	10,79	26,9	55,5	76,9	101,5
Диаметр, мм
Длина оболочки, мм
Пролет, мм
Толщина конического днища, мм	-
Толщина плоского днища, мм
Число опорных колец жесткости, шт.	-	-	-	-
Число промежуточных колец жесткости, шт.	-
Масса резервуара, т	0,72	1,09	1,86	3,44	4,23	5,41
Удельный расход стали на 1 м3 объема, кг

Рис. 3. Горизонтальный резервуар объемом 50 м3

а – с плоским днищем; б – с цилиндрическим днищем