6.4. Стальные резервуары

Современные стальные резервуары в зависимости от фор­мы и технологического назначения подразделяются на следу­ющие типы [12]:

1) вертикальные цилиндрические;

2) каплевидные;

3) горизонтальные (цистерны).

В свою очередь вертикальные цилиндрические резервуары подразделяются на резервуары: 1) низкого давления (так назы­ваемые «атмосферные»); 2) с понтонами; 3) с плавающими крышами. Резервуары «атмосферного» типа характеризуются тем, что внутреннее давление в газовом пространстве их близ­ко к атмосферному и составляет 2 кПа. К ним относятся резервуары с коническим и сферическим щитовым покрыти­ем. Резервуары «атмосферного» типа применяются в основ­ном для хранения нефтепродуктов с низкой упругостью паров, т. е. мало испаряющихся (например, керосина, дизельного топ­лива). Однако в тех случаях, когда в этих резервуарах хранят легкоиспаряющиеся нефтепродукты, например бензин с высо­кой упругостью паров, то их оборудуют специальными устрой­ствами (газовой обвязкой, отражательной изоляцией и т. д.).

Наиболее эффективно хранить легкоиспаряющиеся нефте­продукты в резервуарах специальных конструкций, т. е. с плавающими крышами и понтонами, или в резервуарах высо­кого давления, т. е. в каплевидных с давлением до 70 кПа.

Горизонтальные резервуары (цистерны) используют для хранения большинства видов нефтепродуктов и применяют преимущественно в качестве расходных хранилищ промыш­ленных предприятий и в сельском хозяйстве.

Типовые стальные резервуары в России сооружают свар­ными с применением индустриальных методов монтажа и ис­пользованием готовых рулонных заготовок и элементов завод­ского изготовления. Рулонные заготовки изготовляют из плос­ких стальных полотнищ, свариваемых автоматической сваркой и сворачиваемых для транспортировки в габаритные рулоны, которые затем при монтаже разворачивают до проектной кри­визны. Высокая эффективность этого индустриального рулон­ного метода по сравнению с прежней практикой полистовой сборки конструкций на месте монтажа создала условия для его широкого применения в резервуаростроении.

Основные размеры резервуаров — диаметр и высота — для данного объема резервуара могут быть различными. Од­нако существуют такие размеры этих параметров, при кото­рых расходы по металлу будут наиболее рациональными. Кроме расхода металла на экономичность резервуара влияют еще и другие факторы. Например, повышенная площадь зеркала жидкости сопряжена с повышением объема испарения легкоиспаряющихся жидкостей и применением более мощных средств пожаротушения, а также с увеличением площади застройки и т. д. Наряду с этим при меньшей площади резер­вуара, а следовательно, и большей его высоте усложняются монтажные работы. Все эти факторы учитываются специаль­ными расчетами при определении оптимальных размеров ти­повых резервуаров.

Вертикальные цилиндрические резервуары изготавливают следующих видов.

1. Резервуары низкого давления со щитовым коническим или сферическим покрытием отличаются тем, что покрытие монтируется из готовых щитов, выполненных из листовой стали толщиной 2,5 мм. Пояса корпуса резервуара имеют толщину 4—10 м (снизу вверх). Резервуары с коническим покрытием (рис. 6.2) сооружают объемом 100 — 5000 м³, при­чем в центре резервуаров (за исключением резервуаров объе­мом 100 и 200 м³) устанавливают центральную стойку, на которую опираются щиты покрытия. Резервуары со сферичес­ким покрытием (рис. 6.3) сооружают объемом 10 000, 15 000 и 20 000 м³. Щиты покрытия по контуру опираются на кольцо жесткости, установленное на корпусе резервуара. Толщина листов стенки резервуара (считая снизу вверх) 6—14 мм. Толщина листов покрытия — 3 мм. При хранении в назем­ных стальных резервуарах вязких подогреваемых нефтей и нефтепродуктов наблюдаются значительные потери тепла в окружающую среду, особенно в холодное время года. Для уменьшения расхода тепла на подогрев нефти и нефтепро­дуктов и, следовательно, для снижения затрат на подогрева­тельные устройства осуществляют теплоизоляцию наружных поверхностей резервуаров [12].

На рис. 6.4 показано оборудование резервуара для нефти (светлых нефтепродуктов), оснащенного сливно-наливными, а также дыхательными и замерными устройствами. На резер­вуаре устанавливают следующее оборудование.

Клапан дыхательный. Предназначен для регулирования дав­ления паров нефтепродуктов в резервуаре в процессе закач­ки или выкачки нефтепродуктов, а также при колебании температуры. Изменение давления паров нефтепродуктов в резервуаре в процессе закачки или выкачки нефтепродукта называется большим «дыханием», а при колебании температуры — малым «дыханием» резервуара.

Клапан предохранительный. Применяют обычно с гидрав­лическим затвором, служит для регулирования паров нефте­продуктов в резервуаре при неисправности дыхательного кла­пана или если сечение дыхательного клапана окажется недо­статочным для быстрого пропуска газов или воздуха.

Прибор для замера уровня. Применяют уровнемеры типа УДУ, принцип действия которых основан на передаче величины вертикального перемещения поплавка с применением стальной ленты.

Пробоотборник. Предназначен для полуавтоматического от­бора проб по всей высоте резервуара через специальные клапаны.

Люк-лаз. Предназначен для внутреннего ремонта, осмотра и очистки резервуара.

Кран сифонный. Предназначен для выпуска подтоварной воды из резервуара.

Люк световой. Установлен на крыше резервуара для про­ветривания и освещения.

Пеногенератор. Предназначен для подачи пены при туше­нии пожара в резервуаре. Пеногенератор устанавливают стаци­онарно на стальных вертикальных резервуарах (с понтоном или без) объемом 5000 м³ и более для хранения нефти и нефтепро­дуктов. При помощи этих установок воздушно-механическая пена подается в резервуары со стационарной крышей (с понто­ном или без него) из расчета покрытия пеной всей площади зеркала продукта, а в резервуары с плавающей крышей — из расчета кольцевого пространства между стенкой резервуара и металлической диафрагмой плавающей крыши.

Механизм управления хлопушкой с перепуском. Обеспечи­вает открывание и закрывание хлопушки. Кроме того, он удерживает ее в открытом положении. Управление хлопуш­кой ручное или автоматическое.

Хлопушка с перепуском. Предназначена для предотвраще­ния потерь нефтепродуктов в случае разрыва трубопровода или выхода из строя резервуарной задвижки.

2. Резервуары с плавающим понтоном. Предназначены для резервуаров со щитовым покрытием с целью снижения потерь хранящихся в них легкоиспаряющихся нефтей и неф­тепродуктов. Понтон, плавающий на поверхности жидкости, уменьшает площадь испарения по сравнению с обычным резервуаром, благодаря чему резко снижаются потери от испарения (в 4-45 раз). Понтон представляет собой диск с поплавками, обеспечивающими его плавучесть. Между пон­тоном и стенкой резервуара предусмотрен зазор шириной 100 — 300 мм во избежание заклинивания понтона вслед­ствие неровностей стенки. Зазор перекрывается уплотняю­щими герметизирующими затворами. Известны несколько конструкций затворов, однако наибольшее применение по­лучил затвор из прорезиненной ткани, профили которой имеют форму петли с внутренним заполнением затвора (петли) упругим материалом. Герметизирующий затвор является неотъемлемой частью понтона. Без затвора работа понтона мало эффективна.

Плавающие понтоны по применяемым материалам различа­ют двух типов: металлические и из синтетических пенопласто­вых или пленочных материалов. На рис. 6.5 показана схема металлического понтона в виде диска 3 с открытыми коробами 1 и 4. К периферийному кольцу жесткости, который одновре­менно служит и бортом понтона, прикрепляется герметизиру­ющий затвор 5. Понтон оснащен опорами 2, на которые он опирается в нижнем положении. В связи с тем, что понтоны сооружают в резервуарах со стационарном покрытием, кото­рое предотвращает попадание атмосферных осадков на повер­хность понтонов, это позволяет применять облегченные конст­рукции из синтетических, пленочных материалов.

3. Резервуары с плавающей крышей. Эти резервуары не имеют стационарного покрытия, а роль крыши у них выпол­няет диск из стальных листов, плавающий на поверхности жидкости (рис. 6.6). Для создания плавучести по контуру диска располагается кольцевой понтон, разделенный радиаль­ными переборками на герметичные отсеки (коробки). Зазор между крышей и стенкой для большей герметичности выпол­няют из прорезиненных лент (мембран), прижимаемых к стенке рычажными устройствами.

Для осмотра и очистки плавающей крыши предусмотрена специальная катучая лестница, которая одним концом опи­рается на верхнюю площадку резервуара, а вторым — двигается горизонтально (при вертикальном перемещении кры­ши) по рельсам, уложенным на плавающей крыше. Предель­ное нижнее ее положение на высоте 1,8 м от днища резер­вуара фиксируется кронштейнами и стойками. Дождевая вода, попадающая на крышу, стекает к центру последней и через специальный приямок и отводящую шарнирную трубу выводится через слой хранимого продукта в канализацион­ную сеть парка. Плавающая крыша оборудована воздушным клапаном, предназначенным для выпуска воздуха во время закачки нефти в резервуар при нижнем положении крыши до ее всплытия и для проникновения воздуха под плаваю­щую крышу в нижнем ее положении во время опорожнения резервуара.

На рис. 6.6 показано оборудование резервуара объемом до 50 000 м³ с плавающей крышей, предназначенного для хранения нефти и снабженного устройством для предотвра­щения выпадения осадков и получения однородных смесей. С этой целью в резервуаре установлены размывающие го­ловки на системе трубопроводов, создающих веерную струю нефти, смывающую с днища резервуара осадок, который смешивается с остальным объемом нефти в резервуаре. В резервуаре также размещены электроприводные винтовые мешалки, предназначенные для предотвращения выпадения осадков в «мертвых зонах» (площадях, находящихся за ра­диусом действия размывающих головок) и получения одно­родной смеси нефти.

Резервуары с плавающей крышей рекомендуются преиму­щественно для строительства в районах с малой снеговой нагрузкой, так как скопление снега на крышах усложняет их эксплуатацию, связанную с необходимостью удаления снега (при слое выше 100 мм). Резервуары с плавающей крышей сооружают объемом 100 — 50 000 м³. Известны конструкции отдельных резервуаров, объем которых достигает 160 000 м³ при диаметре резервуара 114 м и высоте 17,1 м. Плавающая крыша уменьшает площадь испарения по сравнению с пло­щадью испарения обычного резервуара, благодаря чему рез­ко снижаются потери нефтепродукта.

4. Каплевидные резервуары. Применяют для хранения легкоиспаряющихся нефтепродуктов с высокой упругостью па­ров, когда нецелесообразно использовать для этой цели обыч­ные вертикальные резервуары, рассчитанные на давление 2 кПа. Оболочке резервуара придают очертание капли жидко­сти, свободно лежащей на смачиваемой плоскости и находя­щейся под действием сил поверхностного натяжения. Благодаря такой форме резервуара создаются условия, при кото­рых все элементы поверхности корпуса под действием давле­ния жидкости растягиваются примерно с одинаковой силой, испытывая одни и те же напряжения, что обеспечивает ми­нимальный расход стали на изготовление резервуара. В связи с тем, что каплевидные резервуары рассчитывают на внут­реннее давление в газовом пространстве 0,04 — 0,2 МПа и вакуум 5 кПа, легкоиспаряющиеся нефтепродукты хранят почти полностью без потерь от малых «дыханий» и пары выпуска­ют в атмосферу, главным образом при наполнении резервуа­ров (при больших «дыханиях»).

В зависимости от характера изготовления оболочки этих резервуаров различают два основных типа (рис. 6.7): капле­видные гладкие и многоторовые. К каплевидным гладким от­носятся резервуары с гладким корпусом, не имеющим изло­мов кривой меридионального сечения. Такие резервуары сооружают объемом 5000 — 6000 м³ с внутренним давлением 75 кПа. Резервуары, корпус которых образуется пересечени­ем нескольких оболочек двойной кривизны, из которых они образованы, называют многокупольными, или многоторовыми резервуарами. Резервуары этого типа сооружают объе­мом 5000 — 20 000 м³ на внутреннее давление до 0,37 МПа. Каплевидные резервуары оборудуют комплектом дыхатель­ных и предохранительных клапанов, устройствами для слива-налива нефтепродуктов и удаления отстоя, приборами замера уровня, температуры и давления.