Cylindrical steel tanks


СТОМАНЕНИ НАДЗЕМНИ ЦИЛИНДРИЧНИ РЕЗЕРВОАРИ

 

Видове резервоари

Закоравяване на мембраната на еднопалубни плаващи покриви

Монтаж на резервоари

Повреди по резервоарите

Обследване на резервоарите

Реализирани проекти на резервоари

Характерни чертежи на резервоари

Публикации

За автора на страницата



Начало


ПЛАВАЩИ ПОКРИВИ


1. Общи положения
Резервоарите с плаващ покрив са най-разпространеният метод за намаляване на загубите при съхраняване на силно летливи петролни продукти. Те могат да бъдат използвани както при отворени отгоре резервоари, така и да бъдат монтирани вътре в резервоари със стационарен покрив. Използват се също в резервоари, които са затворени отвсякъде и е недопустимо всяко изпускане на продукт в околната среда.

Single deck floating roof
Плаващ покрив

Плаващите покриви са силно зависими както от добрата геометрия на корпуса, така и от липсата на крен на самият покрив и от вертикалността на антиротаторите. Отклоненията от  проектното положение на елементите на резервоара често води до заклинване на плаващия покрив и възникване на пожар.
Основните предимства на резервоарите с плаващ покрив са следните:
1.Минимизиране на загубите на съхранявания продукт, които се дължат на изпарението му. Факторите, оказващи влияние върху изпарението на продукта са:
а) температура на течността;
б) наличие и големина на парното пространство над течността;
в) възможност за вентилиране на парното пространство;
г) наличие на свободна повърхност на продукта.

2. В резултат на намаленото изпарение на продукта, силно се понижава на корозионната активност в най-горните пояси на корпуса.
3.
Повишаване на пожарната безопасност на резервоара, което е резултат от заниженото изпарение на летливи компоненти и затрудненото създаване на взривоопасна смес с въздуха.
4. В сравнение с резервоарите с постоянен покрив, площта на пеногасене вътре в резервоарите с плаващ покрив е намалена, което позволява да се поставят пожарогасителни инсталации с по-малка мощност и тръбите към тях да са с по-малък диаметър.
5. Плаващият покрив почти не предава вертикални ( осови ) усилия върху корпуса. Намален е и рискът от загуба на устойчивост на корпуса.

Плаващите покриви за първи път са въведени в експлоатация през 1923 г от
Chicago Bridge & Iron Company” , като тяхната конструкция се е развивала с времето. Правилното избиране на типа на плаващият покрив може да намали рисковете по време на експлоатация. Факторите, които оказват влияние върху конструкцията на резервоара и вида на плаващия покрив са следните:
- характеристики на съхраняваният продукт;

- климатични и строителни условия на площадката;

- обем на съхранявания продукт;

- цялостни изисквания към резервоара като съоръжение.

Плаващите покриви могат да бъдат обособени в различни групи по следните критерии:
Според наличието на стационарен покрив над резервоара:

- външни плаващи покриви.
Това са плаващи покриви, които са проектирани и използвани за отворени отгоре резервоари. Изпълняват се от стомана и са заварени. Те трябва да се изчислят за следните случаи на натоварване:
а) атмосферни условия ( дъжд, сняг, вятър );

- 250 mm воден стълб от дъжд за период от 24 h (съгласно API Std. 650);
Със съгласието на собственика на резервоара, за натоварването от дъжд могат да се приемат реалните стойности за съответния район;
- натоварване от сняг;
За България максималното нормативно натоварване от сняг е
st = 2,0 kN/m2. Коефициентът за натоварване от сняг се приема γf = 1,5. Следователно натоварването от сняг може да се окаже меродавно, в зависимост от района, в който се намира резервоара. Специфично за натоварването от сняг е неговото неравномерно разпределение и възможността за натрупване на  "торби" по покрива.

б) подвижен товар по покрива;
- 2,2
kN подвижен концентриран товар от двама души върху 0,1 m2, които могат да застанат върху произволна точка от покрива, докато той плува или е в най-долно положение, стъпил върху опорите си;

в) натоварване от подвижна стълба и опорна ферма;
г) натоварване от допълнителни люкове, щуцери, дренаж, водослив и уплътнение;
д) натоварване от продукт върху покрива;
е) еднопалубни покриви -  мембраната и два съседни понтона са пробити;
    двупалубни покриви -  два съседни понтона са пробити.

При тази проверка, независимо от типа на покрива, върху него няма вода или подвижен товар.

- вътрешни плаващи покриви
Те са се появили с увеличаване на изискванията за опазване на околната среда и за намаляване на загубите от изпарение на нефтопродукти. Тези плаващи покриви са поставени вътре в резервоара, под стационарен покрив. Те могат да се поставят дори вътре в резервоари с несамоносещи (подпряни на колони)  конични покриви.
Изпълняват се от стомана, от алуминий, поликарбонати или други композитни материали. Те се изчисляват за следните товарни състояния:
а) 2,2
kN подвижен концентриран товар от двама души върху 0,1 m2, които могат да застанат върху произволна точка от покрива, докато той плува или е в най-долно положение, стъпил върху опорите си;
б) ако няма други указания, всички проектни изчисления се правят при плътност на продукта 0,7 t/m3;

Според вида на конструкцията им, плаващите покриви се разделят на:

- еднопалубни, без понтони, с укрепващи ферми върху мембраната

Това е един от първите типове плаващи покриви. Оригиналният проект е разработен от фирмата "Chicago Bridge & Iron". Бил е инсталиран на резервоари с диаметър до 45
m. Благодарение на високите си бордове, покривът може да продължи да плава, дори когато върху него се задържи вода или сняг.

Предимства:
а) простота на изработване, монтаж и поддържане;

Недостатъци:
а) този тип плаващ покрив няма положителна плаваемост и ще потъне, ако мембраната бъде пробита;
б) вятърът може да тласне акумулиралата се върху покрива вода към единия борд, с което да предизвика наклоняване на покрива и вероятно потъване.

First floating roof
Еднопалубен покрив без понтони, с укрепващи ферми

- еднопалубни, с външен пръстен от понтони по периферията и мембрана в средата

Област на приложение:
а) в райони с малко ветрово натоварване, където не е възможно откъсване на мембраната от продукта;
б) в райони с малка слънчева активност, когато ниската температура на мембраната спомага за намаляване на изпаряването на продукта;
в) най-често при резервоари с диаметър
D ≤ 50 m;

Предимства:
а) те са с достатъчно проста конструкция, която е лесна за изработване и монтаж;
б) имат нисък разход на метал за единица покрита площ;
в) не се нуждаят от допълнителни монтажни приспособления.

Недостатъци:
а) имат повишена деформативност на мембраната;
б) наличие на изпъкналости и вдлъбнатини по централната част, които възпрепятстват отвеждането на водата към водослива;
в) трудности при изпълнение на мембраната с проектната форма (с наклон към водослива).

Частично проблемите с отклоненията на мембраната от проектната и форма се решава с поставянето на допълнителни закоравяващи ребра. Те могат да се поставят в радиално или кръгово направление.
Когато закоравяващите ребра са монтирани радиално, по-удобно е те да бъдат поставени отгоре на мембраната. По този начин всички монтажни шевове се изпълняват в долно положение.
Когато закоравяващите ребра са поставени кръгово, те трябва да бъдат монтирани отдолу на мембраната. Така не се възпрепятства отвеждането на водата към водослива. Но в такъв случай всички монтажни шевове трябва да бъдат таванни, което е неудобно.

Single deck floating roof
Еднопалубен покрив, с периферен пръстен от понтони

- еднопалубни, с периферен пръстен от понтони и един затежняващ понтон в центъра
При конструктивното решение на този тип покрив се гони двоен ефект:
а) поставената в центъра тежест изпъва мембраната и улеснява поставянето и задържането на мембраната в проектна форма;
б) натежняващият елемент е изпълнен като понтон. Това позволява да се намалят размерите на поставените по периферията понтони.

Област на приложение:
а) в райони с повишено ветрово натоварване, където е възможно откъсване на мембраната от продукта и това трябва да се предотврати;
б) при централна част изпълнена от рулони, когато искаме тя да бъде изпъната;
в) най-чест
o при резервоари с диаметър D > 50 m.

Предимства:
а) подобрена геометрична форма на централната част;
б) повишена плавучест на покрива в случай на пробиване на мембраната;
в) проста конструкция за изработване, монтаж и поддържане;
г) сравнително малък разход на метал за единица покрита площ.

Недостатъци:
а) усложнен детайл за оттичане на водата

Floating roof with central pontoon
Еднопалубен покрив, с понтони по периферията и в центъра

- двупалубни, с две мембрани по цялата площ на покрива и конструкция между тях
Област на приложение:

а) в райони с повишено ветрово натоварване, където е възможно откъсване на мембраната от продукта и това трябва да се предотврати;
б) в райони с повишена слънчева активност, когато е необходимо да се понижи температура на мембраната, която е в контакт с продукта;
в) най-честo при резервоари с диаметър D > 50 m.

Предимства :
а) достатъчно корава конструкция, която добре поддържа проектната геометрична форма;
б) повишена плавучест на покрива, в сравнение с еднопалубния покрив;
в) понижени деформации при неравномерно снегово натоварване, при пориви на вятъра;
г) при силни пориви на вятъра е невъзможно отлепянето на покрива от течността.


Недостатъци:

а) повишена металоемкост и голяма трудоемкост по време на монтажа;

б) извършват се много заваръчни шевове в затворено пространство;

в) необходимо е голямо количество монтажни приспособления;
Double deck floating roof
Двупалубен плаващ покрив

- еднопалубни, с периферен пръстен от понтони и множество понтони върху мембраната

Този тип покрив съчетава предимствата на еднопалубните и двупалубните плаващи покриви.
Област на приложение:
а) в райони с повишено ветрово натоварване, където е възможно откъсване на мембраната от продукта и това трябва да се предотврати;
б) при централна част изпълнена от рулони, когато искаме тя да бъде изпъната;
в) най-чест
o при резервоари с диаметър D > 50 m;

Предимства:
а) те са с достатъчно проста конструкция, която е лесна за изработване и монтаж;
б) не се нуждаят от допълнителни монтажни приспособления;
в) понижени деформации на мембраната при неравномерно снегово натоварване, при пориви на вятъра;
г) при силни пориви на вятъра е невъзможно отлепянето на покрива от течността;
д) повишена плавучест на покрива.


Недостатъци:

а) повишено количество метал за единица покрита площ;

б) повишен е броят и дължината на заваръчните шевове.

Floating roof with many pontoons
Еднопалубен покрив с понтони по периферията и множество понтони в средата

2. Критерии за определяне на вида на плаващия покрив
:
Предназначението на резервоара, типът и свойствата на съхранявания продукт, условията на строителната площадка трябва да бъдат взети под внимание, когато се избира типа на плаващия покрив. Правилното определяне на типа му и свързаното с него оборудване може да осигури лесна поддръжка и бързо възвръщане на вложените инвестиции.


а) устойчивост на плаващите покриви

Това е един от най-важните параметри за правилната им работа. Подвижните небалансирани товари върху него могат да предизвикат наклоняване на покрива и плаване с крен. При такова положение е повишен рискът от потопяване на покрива. Необходимо е чрез правилно конструиране да се осигури работа на покрива в проектно положение.

б) продукт

- агресивност на съхраняваният продукт. Трябва да се обърне внимание на химическата активност на течността и възможността за повреди по  неметалното оборудването по покрива. Някои химикали могат да разрушат използваните уплътнения само след няколко седмици експлоатация;
- плътност на продукта. Съгласно API Std. 650, обемното тегло на продукта, с което се правят изчисленията за плаваемост са ρf = 0,7 t/m3. Малко вероятно е да се съхранява течност с по-малка плътност, но е възможно да се случи. Информацията за минималната стойност на ρf дава възможност на проектанта да определи потъването на покрива;
- парно налягане на продукта. Това е един от най-важните параметри, когато се определя типа на плаващия покрив. Съгласно NFPA използването на плаващи покриви в резервоари за съхранение на нефт и нефтопродукти е препоръчително при парно налягане на течността по-голямо или равно на 1,5 psia (78 mm Hg) , но не по-голямо от 11,1 psia (570 mm Hg). Ако парното налягане надвишава 11-12 psia нагряването през деня ще доведе до значително повишаване на налягането на парите под плаващия покрив. Възможно е издуване на централната част като балон. Охлаждането на продукта през нощта намалява налягането от продукта и позволява на покрива да заеме проектната си форма с наклон към центъра. Възможно е при комбинация от силно издута от вътрешното налягане мембрана, при която наклонът е от центъра към периферията и вода върху покрива, да се възпрепятства правилното отвеждане на водата.
Когато парното налягане на течността е високо, доближаващо 11,1 psia или по-високо от него, по-добре е да се използва двупалубен покрив. Коравата му конструкция го задържа в проектна форма, дори когато има пари под него и осигурява неговото непрекъснато дрениране. От друга страна двупалубните покриви предпазват продукта от прекомерно нагряване.

в)технологични процеси
.
Необходимо е да бъде отчетена скоростта на пълнене/ празнене. При несъобразяване на тази скорост с монтираното технологично оборудване са възможни повреди и дори разрушаване на покрива.
За фиксиране на плаващият покрив в проектно положение (предотвратяване на неговото завъртане), вътре в резервоара, успоредно на корпуса се поставят водачи. В миналото масово са се приемали по два диаметрално разположени антиротатора. Сега, по време на ремонт, често единият антиротатор се премахва и остава само един водач. Това се прави с цел неутрализиране на отклоненията на антиротаторите от проектното им положение по време на монтажа или в процеса на експлоатация. Когато антиротаторите не са вертикални е възможно заклинването на плаващия покрив. Наличието на само един водач не допуска заклинване на покрива. Необходимо е останалият сам антиротатор да поема всички хоризонтални усилия, които преди са поемали двата водача.

3. Конструктивни изисквания

а) между външните плаващи покриви и корпуса трябва да има свободно пространство от порядъка на 200 mm, в което ще се монтира уплътнението. Съвременните уплътнения (затвори) осигуряват добро притискане и нормална работа при отвор между корпуса и покрива в границите на 100-300 mm;
б) минималната дебелина на листовете в понтоните или мембраната при новопостроени резервоари е 5 mm (tr ≥ 5 mm);
в) максималното разстояние между опорните стойки на плаващия покрив не трябва да по-голямо от 1000 x tr (дебелината на мембраната);
г) разстоянието от опорна стойка до монтажен шев в мембраната е не по-малко от 300 mm;
д) при наличие на закоравяващи мембраната греди, опорните стойки трябва да се поставят в зоната на това закоравяване;
е) дължината на опорните стойки е различна, в зависимост от състоянието му:
- по време на експлоатация – минималната височина трябва да гарантира пълненето на резервоара без струята на продукта да се удря във вертикалния борд. Недопустимо е плаващият покрив в най-долно положение да ляга върху технологичното оборудване;
- при ремонт на резервоара минималното разстояние се определя от съображения за лесно извършване на ремонтните работи. Приема се 1800 mm в най-ниската точка на покрива;
ж) плаващият покрив, стъпил чрез опорните си стойки на дъното или когато плува върху течността, трябва да има наклон към водослива не по-малко от 1:100. За вътрешни плаващи покриви такъв наклон може да не се предвижда;
з) върху плаващите покриви трябва да се монтира пенопреграда, която е висока не по-малко от 300 mm, на 1 m от корпуса на резервоара;
и) за фиксиране на покрива в проектно положение се предвиждат антиротатори (водачи). Те не позволяват завъртането на покрива. Те трябва да поемат хоризонталните сили, предизвикани от подвижната стълба, от неравномерен товар от сняг, от вятър и от въртенето на съхранявания в резервоара продукт при разбъркване или пълнене;
й) за резервоари с диаметър D ≤ 36 m, дрениращата тръба трябва да бъде с диаметър не по-малък от 3”. За резервоари с диаметър D > 36 m, дрениращата тръба трябва да бъде с диаметър не по-малък от 4”
к) разположените по периферията понтони трябва да бъдат разделени с водонепроницаеми прегради. Всеки понтон е оборудван с ревизионен люк;
л) в средната част на покрива трябва да има ревизионен люк, през който да може да се излиза отгоре на покрива, когато той е в най-долно положение и резервоарът е празен.