Капитальный ремонт резервуара с заменой поясов

Введение

 

Применение сварных цилиндрических вертикальных резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов в нашей стране началось во второй половине 30-х годов 20 века. В 1951 году на эти резервуары был введен ГОСТ - так называемый «нормальный ряд РВС», включавший в себя объемы от 100 до 5000 м3. Далее этот ряд был расширен до 30000 м3 (табл.1). РВС - 50 тыс.м3 так и не стал «полноправным членом» этого ряда. 
На основе этого стандарта в 1962-68гг. были разработаны и утверждены типовые проекты серии ТП-704/1 по конструкциям и производству сварочно-монтажных работ. Эти типовые проекты предусматривали сооружение резервуаров индустриальным методом из рулонированных заготовок и крупных металлоконструкций. В последнее десятилетие в технической политике резервуаростроения произошли существенные изменения. Ужесточились требования по повышению надежности нефтехранилищ, исключению аварийных ситуаций или по максимальной локализации их последствий с целью защиты окружающей среды и человека.

Сегодня все актуальней становится задача по организации капитального ремонта, модернизации конструкций РВС.

 

 

1 Существующие методы сооружения резервуаров [1]

 

Существуют два метода монтажа вертикальных цилиндрических резервуаров:

- монтаж методом рулонирования;

- монтаж полистовым способом.

 

1. Монтаж методом рулонирования

 

Сущность возведения отдельных частей резервуара из рулонированных заготовок отличается тем, что эти части изготовляются в заводских условиях и поставляются на строительную площадку в виде рулонов. В заводских условиях выполняется весь спектр сварочных работ, необходимый для изготовления стенки резервуаров и днища.

Размеры рулона лимитируются возможностью транспортных средств, главным образом железнодорожного транспорта. Максимальные размеры: длина рулона до 12м, диаметр рулона до 3,2м, масса рулона - до 60т.

Сущность возведения ВЦР из рулонированных заготовок заключается в следующем:

После устройства основания переходят к монтажу днища. Сначала с помощью двух тракторов (тягового и тормозного) закатывают рулоны днища на основание, затем срезают стяжные планки рулонов и дают возможность рулону раскрыться. После этого заготовки рулона растягивают в проектное положение и сваривают отдельные полотнища друг с другом. После того, как днище смонтировано, его размечают.

Далее переходят к монтажу корпуса.

Рулон закатывают с помощью двух тракторов. Один трактор - тяговый, второй - тормозной. Для того, чтобы не разрушить основание устраивают пандусы.

Установку рулонов в вертикальное положение рекомендуется производить с опиранием на шарнир краном, перемещающимся в процессе подъема по специально подготовленной площадке.

С помощью тормозного трактора рулон плавно устанавливают на днище резервуара. До начала развертывания рулона стенки к днищу резервуара по кольцевой риске приваривают ограничительные уголки с интервалом 250 - 300 мм.

Развертывание рулона производят трактором с помощью каната и тяговой скобы, привариваемой к рулону на высоте 500 мм. При этом соблюдают следующую последовательность:

- приваривают тяговую скобу в первое положение;

- срезают удерживающие планки ;

- развернув часть полотнища и не ослабляя натяжение каната, устанавливают клиновой упор между рулоном и развернутой частью полотнища;

- ослабляют натяжение каната тяговой скобы до прижатия рулона к клиновому упору и погашения упругих деформаций полотнища;

  приваривают вторую тяговую скобу с канатом, снимают первую скобу и продолжают развертывание рулона.

По мере развертывания рулонов полотнище стенки прижимают к ограничительным уголкам, прихватывают и приваривают к днищу резервуара.

На всех этапах развертывания рулона необходимо следить за тем, чтобы сварной шов крепления тяговой скобы к рулону не работал на излом. Развертывание очередного участка полотнища необходимо прекратить, когда опорная пластина тяговой скобы расположится по направлению тягового каната. Концы полотнища на длине 3 м от вертикальных кромок к днищу не прихватывают. Развертывание рулонов высотой 18 м с последующей их прихваткой к днищу следует производить участками не более 1,5 - 2 м.

Перед замыканием монтажных стыков развернутых полотнищ стенки производят формообразование концов полотнищ, имеющих значительные остаточные деформации от рулонирования. Как правило, формообразуют полотнища стенки толщиной 8 мм и более. Формообразование производят трактором с помощью специальных приспособлений. В том случае, когда требуется формообразовать один или два пояса полотнища стенки в качестве приспособления рекомендуется применять гибочный сектор. Формообразование считают законченным в том случае, если по его окончании концевой участок полотнища занимает положение, близкое к проектному.

После формообразования срезают нахлест с разделкой кромки и окончательно собирают стык с проектным зазором на прихватках с некоторым выводом собранного стыка наружу за проектную кривизну резервуара. После сварки, проверки качества выполнения сварных соединений, исправления дефектов и повторного контроля снимают все монтажные приспособления с полотнища стенки в зоне монтажного стыка.

 

Крыши ВЦР собираются из отдельных секторов с обязательным применением внутренней опоры. Монтаж крыши ведут отдельными секторами, которые предварительно собирают на земле, с помощью крана. Кран передвигается по контуру и монтирует щиты крыши.

Монтаж понтона начинается после монтажа днища. На днище закатывают рулон диска понтона и раскатывают его. Диск центруют на днище и прихватывают короткими сварными швами. После монтажа и рихтовки положения коробов их сваривают друг с другом. Сваренные короба приваривают к диску короткими сварными швами. Когда корпус резервуара полностью смонтирован, выполнены все сварные стыки осуществляется монтаж опорных стоек понтона - резервуар наполняют водой, в результате чего понтон всплывает на 1,2-1,4м, и монтируют стойки. Затем воду спускают и приваривают окончательно тонколистовой диск и стойки.

К достоинствам данного метода монтажа относится не только выполнение целого комплекса сварных работ в заводских условиях, но и значительное сокращение работ уже на площадке строительства, следовательно сокращение времени монтажа, сокращения объемов используемой техники и количества задействованных монтажников, а также в рулонах можно изготавливать сборные конструкции конических крыш, которые в резервуарах с малыми диаметрами выполняются как самонесущие. Недостаток - максимальная толщина свернутого рулона не может превышать 16мм, что фактически ограничивает данный метод этими параметрами.

 

2. Монтаж полистовым способом

 

В полистовом варианте исполнения сборка стенок и днищ вертикальных резервуаров осуществляется с применением листов металла шириной от 1,8 до 3 метров и длиной до 12 метров. Листовые конструкции стенок и детали днища упаковываются и транспортируются в специально изготовленных ложементах (контейнерах).

Листовой металл доставляется в пункт назначения железнодорожным или водным транспортом, с которого краном перегружается на автомашины с прицепом.

Днище резервуара состоит из полотнища, монтируемого из листов стандартного размера толщиной, указанной в проекте, и окраек, которые, как правило, на 1-3 мм толще листов полотнища. После выполнения всех подготовительных работ приступают к раскладке листов в соответствии с проектом. Раскладку полотнища днища начинают со средней полосы. Раскладку средней полосы начинают со среднего листа. От него в обе стороны раскладывают остальные листы средней полосы. Укладывают их с помощью крана. Листы в полосе по короткой стороне соединяют между собой внахлестку - последующий лист укладывается на предыдущий. Величина нахлестки по короткой стороне 30-40 мм (это расстояние должно быть отмечено риской).

По окончании раскладки все листы сваривают. Сварку прекращают, не доходя до окраек на 500-700 мм. Ее заканчивают после приварки первого пояса к днищу. После окончания сварки в центре днища, перпендикулярно его плоскости, приваривают стальной пруток. Из центра днища очерчивают две окружности - внутреннюю, равную наружному диаметру корпуса, и внешнюю, равную диаметру днища. По диаметру внешней окружности окрайки обрезают.

На этом монтаж днища заканчивается, а сварка временно прекращается (до окончания установки первого пояса корпуса).

Сначала устанавливают первый пояс корпуса резервуара. Первый пояс многопоясных резервуаров монтируют обычно из более толстых листов, чем верхние пояса. К свальцованным листам первого пояса с внутренней стороны на уровне риски приваривают ослабленным швом ограничители, на которые устанавливают листы второго пояса. К днищу по риске наружного диаметра корпуса с внешней стороны прихватывают ограничители из уголка. Их назначение - фиксировать положение устанавливаемых листов первого пояса. Расстояние между ограничителями принимается 600-1200 мм.

После установки всех листов первого пояса с внутренней стороны прихватывают планки для универсального стяжного приспособления. Первым листом первого пояса следует устанавливать тот лист, в который, согласно проекту, будет вварен приемо-раздаточный патрубок. Первый лист нужно устанавливать так, чтобы ось патрубка проходила приблизительно посередине листа, при этом вертикальные кромки листа должны быть удалены от швов окраек днища не менее чем на 500 мм.

После первого листа устанавливают остальные листы первого пояса. Листы нижних поясов монтируют встык, для получения хорошего качества сварного шва между ними оставляют зазор в 2-3 мм. Замыкающий лист устанавливают внахлестку с первым листом, что позволяет компенсировать неточность сборки листов. Каждый установленный лист проверяют по отвесу.

Далее сваривают участки вертикальных швов первого пояса на высоту 200-300 мм от днища резервуара. Швы проваривают на полное сечение с обеих сторон листа. Когда заварены все участки вертикальных швов, замыкающий лист, ранее установленный внахлестку, обрезают по кромке первого листа и прижимным приспособлением переводят в стыковое положение. После этого участок последнего вертикального шва также заваривают на высоту 200-300 мм. Потом сваривают поперечные окрайки днища.

Затем приваривают первый пояс к днищу резервуара. Сначала можно заварить внутреннюю сторону, и затем - наружную. После этого сваривают недоваренные ранее участки полос днища по длинной стороне и продольные окрайки между собой, а окрайки приваривают к полотнищу днища.

Монтаж поясов корпуса резервуара следует производить с помощью крана.

После окончания монтажа и сварки верхнего пояса все швы корпуса испытываются керосином. Опрыскивание керосином производится с внутренней стороны, а водным раствором мела - с наружной, контроль качества стыков осуществляется с наружной стороны. При наличии дефекта на меловой обмазке образуются коричневые пятна.

Полистовой метод отличается очень большой трудоемкостью и большой продолжительностью. В последние 20 лет этот метод возведения (главным образом днища и корпуса) практически не используется.

 

 

2 Расчет толщины стенки резервуара [5]

 

Условие прочности будет выполняться в том случае, если толщина стенки рассчитываемого пояса резервуара будет равна или больше величины, определяемой по формуле:

(1)

где i-номер пояса;

ρ - плотность нефти;

g - ускорение свободного падения;

H -высота стенки резервуара;

xi - расстояние от днища резервуара до нижней кромки i- го пояса стенки резервуара;

Pизб - избыточное давление  в газовом пространстве резервуара;

D - средний диаметр резервуара;

kp1 ,kp1 - коэффициенты надежности по гидростатическому и избыточному давлению (вакууму) соответственно kp1=1,1; kp2=1,2;

kуп - коэффициент условий работы для расчета на прочность, kуп=0,8;

R2 - сопротивление стали растяжению (сжатию) по пределу текучести

R2=σт/ kм;

σт - предел текучести стали;

kм - коэффициент надежности по материалу kм =1,1.

 

2.1 Расчет стенки резервуара на прочность.

 

1. Определяем расчетное сопротивление стали растяжению (сжатию)

R2=σт/ kм=330/1,1=300МПа.

2. Для каждого пояса вычисляем величину xi=(n-1)·H/8 .
3. По формуле (1) рассчитываем толщину стенки каждого пояса резервуара сверху вниз

Полученное значение   округляем в большую сторону до целого с учетом, что минимальная толщина стенки пояса должна быть не менее 4 мм. Результаты вычислений приведены в таблице.

 

Таблица 2.1 – Результаты вычислений

Пояс	Xi, м	δ по формуле	δ принятая
8	10,43	0,78303	4
7	8,94	1,45206	4
6	7,45	2,12109	4
5	5,96	2,79012	4
4	4,47	3,45915	4
3	2,98	4,12818	5
2	1,49	4,79721	5
1	0	5,01723	6

 

 

2.2 Расчет стенки резервуара на устойчивость

Устойчивость резервуара обеспечивается при выполнении следующего условия:

,

где , - соответственно расчетные вертикальные (осевые) и горизонтальные (кольцевые) напряжения в стенке резервуара, МПа;

, - соответственно критические вертикальные и горизонтальные напряжения, МПа.

Расчетные значения напряжений определяются по формулам:

где  Мкр - масса кровли  резервуара с учетом оборудования, кг;

МСТ - вес вышележащих поясов стенки резервуара, кг;

r - радиус резервуара;

QСН, QВАК – соответственно значения результирующей снеговой и вакуумметрической нагрузок на кровлю резервуара, Н;

PВАК - вакуумметрическое давление на кровлю резервуара, Па;

PВЕТ - нормативное ветровое давление на стенку, Па;

δср - среднеарифметическая толщина стенки;

 

Нормативные значения внешних нагрузок определяются по формулам:

Снеговая

где s0 – удельная снеговая нагрузка, принимаемая в соответствии со СНиП 2.01.07-85*для снегового района V s0=2240 Па;

Вакуумметрическая

где F - площадь кровли резервуара, м2;

 

Ветровое давление 

где w0 – удельная ветровая нагрузка, принимаемая в соответствии со СНиП 2.01.07-85*для ветрового района III w0=380 Па;

С0 - аэродинамический коэффициент,  С0=0,8.

Вычисляем среднеарифметическую толщину стенки резервуара:

Определяем расчетные и критические горизонтальные (кольцевые) напряжения:

Для каждого пояса определяем его собственную массу 

И суммарную массу вышележащих поясов

 

Результаты расчета приведены в таблице.

Таблица 2.2 – Результаты расчета

Пояс	8	7	6	5	4	3	2	1
Мпi, кг	3349,503	3349,503	3349,503	3349,503	3349,503	4186,879	4186,879	5024,255
Мст, кг	0	3349,503	6699,006	10048,51	13398,01	16747,52	20934,40	25121,27

 

Для каждого пояса определим величину коэффициента с.

Таблица 2.3 - Подбор коэффициента С

	600	800	1000	1500	2500
С	0,11	0,09	0,08	0,07	0,06

 

После интерполяции табличных значений получим

Для каждого пояса, начиная с верхнего, определяем расчетные и критические вертикальные (осевые) напряжения:

 

Проверяем выполнения условия начиная с верхнего пояса

 

Расчеты приведены в таблице.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.4

пояс	σв	σвкр	условие
8	5,578	4,421	1,446
7	5,693	4,421	2,434
6	5,808	4,421	2,460
5	5,922	4,421	2,486
4	6,037	4,421	2,512
3	4,921	5,729	2,005
2	5,036	5,729	2,025
1	4,292	7,295	1,735

Условие устойчивости не выполняется.

Увеличиваем толщину стенки пояса в большую сторону (при этом толщина стенок всех нижерасположенных поясов должна быть не менее верхних). Далее расчет повторяется с вычисления среднеарифметической толщины стенки резервуара.

Результаты расчета стенки резервуара:

 

с0,007 = 0,06871

Таблица 2.5

пояс	δi, мм	Мпi, кг	Мстi, кг	σвi, МПа	σвкрi, МПа	условие
8	5	4186,879	0	4,463	5,729	1,47
7	5	4186,879	4186,879	4,577	5,729	1,49
6	5	4186,879	8373,758	4,692	5,729	1,51
5	5	4186,879	12560,637	4,807	5,729	1,53
4	5	4186,879	16747,516	4,921	5,729	1,55
3	6	5024,255	20934,495	4,197	7,295	1,27
2	6	5024,255	25958,645	4,312	7,295	1,29
1	7	5861,631	30982,9	3,794	8,860	1,12

 

Условие устойчивости не выполняется.

Увеличиваем толщину стенки пояса.

Результаты расчета стенки резервуара:

 

с0,008 = 0,0715

 

Таблица 2.6

пояс	δi, мм	Мпi, кг	Мстi, кг	σвi, МПа	σвкрi, МПа	условие
8	6	5024,255	0	3,718766	7,294737	0,966933
7	6	5024,255	5024,255	3,833508	7,294737	0,982663
6	6	5024,255	10048,51	3,948251	7,294737	0,998392
5	6	5024,255	15072,76	4,062994	7,294737	1,014122
4	6	5024,255	20097,02	4,177736	7,294737	1,029851
3	7	5861,631	25121,27	3,679268	8,859974	0,872414
2	7	5861,631	30982,91	3,79401	8,859974	0,885365
1	8	6699,007	36844,54	3,420159	10,53684	0,781736

 

Условие устойчивости не выполняется.

Увеличиваем толщину стенки пояса.

Результаты расчета стенки резервуара:

 

с0,008 = 0,07466

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.7

пояс	δi, мм	Мпi, кг	Мстi, кг	σвi, МПа	σвкрi, МПа	условие
8	7	5861,631	0	3,187513	8,859974	0,679423
7	7	5861,631	5861,631	3,302256	8,859974	0,692373
6	7	5861,631	11723,26	3,416999	8,859974	0,705324
5	7	5861,631	17584,89	3,531741	8,859974	0,718275
4	7	5861,631	23446,52	3,646484	8,859974	0,731225
3	8	6699,007	29308,15	3,291073	10,53684	0,631997
2	8	6699,007	36007,16	3,405816	10,53684	0,642886
1	9	7536,382	42706,17	3,129386	12,37784	0,572479

 

Условие прочности и устойчивости выполняется для каждого пояса резервуара.

 

3 Защита резервуаров от коррозии [1]

 

В процессе эксплуатации резервуары подвергаются коррозии как с наружной, так и с внутренней стороны. Снаружи резервуары корродируют под действием атмосферной влаги и содержащихся в воздухе частиц агрессивных веществ. Внутри резервуаров коррозия зависит в основном от частоты заполнения их нефтепродуктами, химического состава нефтепродуктов, наличия в топливе воды. Скорость и характер коррозионного процесса наиболее ярко выражены на внутренней поверхности резервуаров в местах раздела двух сред; например, нефтепродукт — подтоварная вода, нефтепродукт — паровоздушная смесь. На интенсивность коррозии оказывают влияние влага и температура окружающей среды, а также стойкость стали, из которой изготовлен резервуар, против коррозии.

Состояние антикоррозионной защиты наружной поверхности наземных резервуаров периодически контролируют. В процессе контроля проверяют наличие дефектов в наружном слое защитного покрытия, сплошность антикоррозионных покрытий по всей наружной поверхности, степень адгезии защитного покрытия к металлической поверхности резервуара. Работы по защите от коррозии наружной поверхности наземных резервуаров необходимо проводить согласно РД 112-РСФСР-015-89.

 

3.1 Способы защиты резервуаров от коррозии

 

Способы защиты подземных частей резервуаров от коррозии подразделяются на способ защиты от почвенной коррозии (электрохимической) и способ защиты от коррозии блуждающими токами. От почвенной коррозии и коррозии блуждающими токами используют катодную, протекторную и дренажную защиты.

Наружные поверхности резервуаров эффективно могут быть защищены нанесением на предварительно подготовленную поверхность изоляционных антикоррозионных покрытий в виде полимерных лент, битумно резиновых или битумно полимерных мастик. От почвенной коррозии днища резервуаров защищают гидроизоляционным слоем, а также используют протекторную защиту, когда к днищу резервуара электрически присоединяют алюминиево-магниевые протекторы, находящиеся на глубине 1,5 м вокруг резервуара. Кроме этого, днища резервуаров эффективно защищают, применяя катодную защиту.

Антикоррозионную защиту наружной поверхности подземных резервуаров осуществляют согласно ГОСТ 9.602 и ГОСТ 25812.

При выполнении работ по защите подземных и наземных резервуаров стационарных, передвижных и контейнерных АЗС от коррозии следует руководствоваться СНиП 2.03.11 -85 и ГОСТ 1510.

 

3.2 Нанесение антикоррозионных покрытий

 

Весьма трудоемки работы, связанные с антикоррозионной защитой внутренних поверхностей резервуаров из-за сложности операций как по подготовке внутренних поверхностей к нанесению защитного покрытия, так и по их окрашиванию. Нанесение на внутреннюю поверхность резервуара маслобензостойких материалов является достаточно эффективным средством антикоррозионной защиты.

При подготовке наружной поверхности резервуаров к антикоррозионному покрытию удаляют ручным или механизированным способом пришедший в негодность защитный слой, следы коррозии, грязь. Коррозию с металла снимают механическим способом, применяя механические шкурки и металлические щетки, или химическим способом, используя при этом моечный состав, который состоит из 35% фосфорной кислоты, 20% этилового спирта, 5% бутилового спирта, 1 % гидрохинона и 39% воды. Моечный состав наносят на корродированную поверхность на 3-5 минут, после чего состав вместе с продуктами коррозии смывают горячей водой и поверхность протирают насухо. Механической очистке и обезжириванию подлежит вся наружная поверхность резервуаров. Подготовленную поверхность тщательно протирают и просушивают.

Технологический процесс подготовки внутренних поверхностей резервуаров и трубопроводов для нанесения антикоррозионных покрытий во многом отличается от процесса подготовки наружных поверхностей. Так, для выполнения данных работ из резервуаров сливают нефтепродукты, проводят зачистку и дегазацию. После обезжиривания внутреннюю поверхность обрабатывают песком при помощи пескоструйной установки во взрывозащищенном исполнении. Затем очищают внутренние поверхности от песка и грязи, а на места коррозии наносят волосяными щетками моечный состав. По истечении 3-4 минут внутренние поверхности промывают горячей водой и сушат при температуре 15-20 °С в течение 2-3 суток, оставив при этом открытыми люки и задвижки. После этого проверяют качество выполнения подготовительных работ, а следовательно, и пригодность поверхностей для нанесения антикоррозионного покрытия.

На подготовленную наружную и внутреннюю поверхности резервуаров при помощи пневматического распылителя ровным слоем наносят грунт, следя при этом, чтобы не образовывались подтеки. Данная операция направлена на защиту металла от коррозии и сцепляемость антикорозионных покрытий с металлом.

После завершения данных работ на наружную поверхность наземных резервуаров наносят лакокрасочные покрытия светлых типов, обладающие тепло отражательным эффектом и антикоррозионными свойствами. Окончательно окрашенная поверхность должна иметь одинаковую толщину слоя без подтеков и других дефектов.