Способы сооружения вертикальных стальных резервуаров

СОДЕРЖАНИЕ

Ведение                                                                                                  3

Заготовительные операции                                                                   4

Сборочные и  сварочные работы                                                            5

Монтаж днищ резервуаров                                                                    7

Конструкция стенки                                                                              11

Конструкции крыш                                                                               14

Список  использованию литературы                                                  20

Введение

Резервуары применяют  для хранения нефтепродуктов, воды и других жидкостей. Кроме цилиндрических резервуаров в последнее время  на предприятиях химической промышленности находят применение шаровые резервуары. Корпус шаровых резервуаров состоит  из отдельных свальцованных по форме  шара листов толщиной 25 - 30мм. 
Корпус резервуара укрепляют на металлическом опорном кольце, которое устанавливают на железобетонный фундамент. Вес одного шарового резервуара емкостью 600м' составляет 60т. Корпус состоит из отдельных элементов - лепестков, соединяемых при сварке. 
Лепестки нижних поясов резервуара имеют разделку под сварку с внутренней стороны, а лепестки верхних поясов - с внешней стороны, что исключает необходимость производства потолочной электросварки. 
Кроме шаровых резервуаров в химической промышленности применяют каплевидные резервуары, которые также собирают из лепестков, предварительно изготовляемых на заводе. 
Для хранения большого количества нефти применяют траншейные резервуары. Они наиболее экономичны, так как снижают потери нефтепродуктов от испарения. В существующих резервуарах наземного типа, рассчитанных на незначительное давление, очень велики потери от испарения. 
Конструкция траншейного резервуара состоит из металлической оболочки, которая опирается на песчаное основание толщиной 20см. 
Резервуары относятся к листовым конструкциям и служат для хранения жидкостей. Поэтому как при изготовлении, так и при монтаже к ним предъявляют требования по непроницаемости

Заготовительные операции

Все заготовительные  операции — правка, разметка, резка, вальцовка, снятие кромок под сварку — производятся, как правило, на металлообрабатывающих заводах  и лишь в исключительных случаях  на строительных площадках при необходимости  обработать небольшие количества металла (до 200 т). Выправленный, тщательно очищенный  от ржавчины и окалины металл должен быть гладким, без волн и хлопунов. При прикладывании к поверхности выправленных листов шаблона длиной 2 м не должны образовываться зазоры более 2 мм; в противном случае металл подлежит повторной правке. Правят профильный металл в холодном состоянии на гибочных вальцах и прессах.

После разметки листов по шаблонам согласно рабочим  чертежам они поступают для резки  на гильотинных ножницах или с  помощью газовых резаков ручным или полуавтоматическим способом. Листы  сегментного кольца, как правило, режут газом, а профильный металл — на дисковых пилах. Кромки листов, подлежащих стыкованию, обрабатывают согласно чертежам на строгальных станках. При небольших объемах работ  допускается снятие фасок зубилом; эта операция поручается высококвалифицированным  рабочим. Качество обработки металла  проверяют с помощью шаблонов. Кромки свариваемых листов должны быть прямолинейными; для стыковых элементов  допускаются отклонения ±1 мм от проектных  размеров, а для элементов, соединяемых  внахлестку, ±5 мм. Перед сваркой  кромки зачищают до металлического блеска.

Гибка листов и профильного металла производится в холодном состоянии на вальцах и прессах. При небольшом объеме работ листы можно гнуть на плите молотом через прокладку, а профильный металл — с подогревом до вишнево-красного каления. Правильно согнутый профильный металл при прикладывании 2-м шаблона не должен иметь зазор более 1,5 мм. Металл, прошедший заготовительные операции, не должен иметь трещин, рванин, вмятин и других дефектов.

Правильная организация  работ и последовательность операций по сборке и сварке резервуаров вследствие их больших размеров и большой  длины сварных швов имеет исключительно  большое значение. Правильный монтаж резервуаров позволяет свести до минимума остаточные напряжения, вызываемые усадкой сварных швов, и предотвратить  коробление листов конструкции.

Монтажные операции производят в следующем порядке:

• сборка и сварка днища;
• испытание днища;
• наложение на днище антикоррозионного покрытия;
• опускание днища на фундамент;
• сборка и сварка стенки;
• сборка и сварка стропильного каркаса жесткости крыши;
• сборка и сварка настила крыши;
• установка арматуры;
• испытание стенки и крыши;
• присоединение трубопроводов;
• окраска резервуара.

Сборочные и сварочные работы

Сборка элементов  резервуаров производится опытными монтажниками, на прихватках. Перед  прихваткой соединяемые элементы должны быть плотно прижаты с помощью  различных нажимных приспособлений (рис. 1). Сборка листов с продавливанием отверстий (например, на сборочных болтах) не допускается. 

Сварные швы  не должны иметь:

1) непроваров, перерывов, раковин, ноздреватости, шлаковых включений, трещин и подрезов;

2) отступлений от размеров галтели, превышающих установленные пределы.   

Для изготовления резервуарных конструкций применяются  стыковые, угловые, тавровые и нахлесточные сварные соединения.

В зависимости  от протяженности сварных швов по линии соединения деталей различают  следующие типы сварных швов:

• сплошные швы, выполняемые на всю длину сварного соединения;
• прерывистые швы, выполняемые чередующимися участками длиной не менее 50 мм;
• прихваточные швы, имеющие произвольное поперечное сечение и протяженность не более 50 мм.

Изображения сварных  соединений и условные обозначения  сварных швов на чертежах должны однозначно определять размеры конструктивных элементов подготовленных кромок свариваемых  деталей, необходимые для выполнения швов с применением конкретного вида сварки.   

Конструктивные  элементы сварных соединений и швов должны, как правило, соответствовать  требованиям стандартов на применяемый  вид сварки:

• для ручной электродуговой сварки - ГОСТ 5264;
• для автоматической сварки под флюсом - ГОСТ 8713;
• для полуавтоматической сварки в среде защитных газов - ГОСТ 14771.
• Наличие прихваточных швов в законченной конструкции не допускается.

Минимальные катеты угловых швов должны быть следующими:

• для деталей толщиной 4 мм - 3 мм;
• для деталей толщиной 5 мм и более - не менее, чем одна треть более тонкой детали в соединении, но не менее 4 мм.

Максимальные  катеты угловых швов не должны превышать 1,2 толщины более тонкой детали в  соединении.

Одностороннее нахлесточное соединение допустимо только для соединений днища и листов крыши, при этом величина нахлеста должна быть не менее 60 мм для соединений полотнищ днища и крыши и не менее 30 мм для соединений листов днища и листов крыши при полистовой сборке.

Примечание. Здесь и далее по тексту принимаются номинальные значения толщин.   

Вертикальные  соединения листов стенки должны выполняться  двусторонними стыковыми швами  с полным проваром. Вертикальные швы  соединений на смежных поясах стенки должны быть смещены друг относительно друга на минимальную величину 8d (где d - наибольшая толщина листов стенки).

Горизонтальные  соединения листов стенки должны выполняться  двусторонними стыковыми швами  с полным проваром.

Для резервуаров  полистовой сборки оси поясов стенки в вертикальном сечении должны совмещаться в одну вертикальную линию, если иное не определено условиями эксплуатации.

Нахлесточные соединения днища применяются для соединения между собой листов центральной части днищ при их монтаже полистовой сборкой, а также для соединения центральной части днищ (рулонируемой или полистовой) с кольцевыми окрайками.

Нахлесточные соединения днищ свариваются односторонним угловым швом только с верхней стороны. В зоне пересечения нахлесточного соединения рулонируемых полотнищ днища с нижним поясом стенки должна быть образована ровная поверхность днища.

Односторонние стыковые соединения на остающейся подкладке  применяются для соединения между  собой кольцевых окраек, а также при полистовой сборке центральной части днищ. Остающаяся подкладка должна иметь толщину не менее 4 мм и должна присоединяться прерывистым швом к одной из стыкуемых деталей. При выполнении стыкового соединения на остающейся подкладке без разделки кромок зазор между кромками стыкуемых листов толщиной до 7 мм должен быть не менее 4 мм; для стыкуемых листов толщиной более 7 мм указанный зазор должен составлять не менее 6 мм. При необходимости должны использоваться металлические распорки для того, чтобы обеспечить раскрытие корня шва на обходимую величину.

Для сварки кольцевых окраек должны применяться подкладки из углеродистой или низколегированной стали в зависимости от соответствующего материала кольцевых окраек.

Для соединения днища со стенкой обычно применяется  двустороннее тавровое соединение без  разделки кромок. При этом размер угловых  швов должен быть не менее чем толщина более тонкого листа в соединении, но не более 12 мм. Для резервуаров объемом 5000 м3 и более каждый шов должен выполняться не менее чем за два прохода.   

Для резервуаров  полистовой сборки, имеющих кольцевые окрайки днища толщиной свыше 12 мм, рекомендуется применение двустороннего таврового соединения с двусторонним скосом нижней кромки стенки.

Необходимо, чтобы:

• несовпадение торцевых поверхностей листов при сварке встык не превосходило 10% толщины листов;
• при сварке внахлестку зазор между листами в местах нахлеста и при установке кольцевого угольника не превышал 1,0 мм при проектной величине нахлеста;
• при тавровом соединении листов зазор не превышал 1,5 мм;
• листы стенки были смонтированы строго вертикально с отклонением не более 0,005 от высоты резервуара.

Устройство крестообразных швов, а также расположение швов в месте присоединения арматуры и трубопроводов запрещается.

Расстояния между  ребрами жесткости, соединительными  планками и т. д. не должны отклоняться  более чем на ±5 мм от проектных  размеров. Продольные элементы ферм не должны отклоняться от осей более  чем на 1/1000 их длины.   
 
 

Монтаж  днищ резервуаров

На заранее  подготовленном и принятом по акту фундаменте параллельными рядами складывают клетки (Рис. 1) из бревен прямоугольного или полукруглого сечения длиной около 1 м с поперечным сечением 0,1 x 0,1 м. Верхний ряд клеток желательно делать из бревен длиной 1,2-1,3 м. Высота клеток 0,8 м чтобы можно было подваривать поточные швы и осмаливать дно. Расстояние между осями клеток в каждом ряду принимается не более 3 м, а расстояние между осями рядов клеток - равным двойной ширине листов минус двойная ширина закроя швов дна. По клеткам укладывают 1-2'' доски, на которых и собирают днище.

Два элемента днища  резервуара - сегментное кольцо с приваренным  к нему первым поясом и центральную  часть - собирают и сваривают самостоятельно; сварной шов, соединяющий их в  одно целое, - так называемый «температурный»  шов - заваривают только после полного  окончания монтажа каждого из этих элементов в отдельности.   

Рис. 1 Схема расстановки клетей при монтаже днищ резервуаров  

Сборка центральной  части днища начинается с полосы, проходящей через центр основания  резервуара. Далее собирают от центра днища к периферии все нижние полосы днища. Стыковые швы полос  прихватывают в шести-семи местах; крайние  прихватки располагают на расстоянии 50 мм от краев и выполняют заподлицо. Стыковые швы сваривают после  сборки всей полосы, причем концы швов длиной по 50 мм заваривают заподлицо, чтобы  обеспечить в дальнейшем плотное  прилегание верхних полос к нижним. После сварки нижних полос таким же образом собирают и сваривают верхние полосы, причем перекрой полос должен составлять не менее 30 мм.

Сборка центральной  части днища начинается с центральных  полос. Полосы собираются в нахлестку на прихватках. Прихватки ставят одновременно снизу и сверху по обеим сторонам закроя через каждые 250 — 300 мм в направлении от середины полос к концам. Для подгонки полос центральной части днища при стыковании его с сегментным кольцом окрайки концы крайних листов на длине 750 — 800 мм оставляют не прихваченными.

Сварку полос  швом внахлестку производят от середины полос по направлению к концам обратноступенчатым швом при длине  ступени 200 — 250 мм. Сначала провариваются  все верхние нахлесточные швы, а затем нижние, потолочные. После этого подваривают стыковые швы полос потолочным швом.

Сегментные листы  окрайки собирают на 10—12 подставках, устанавливаемых по периферии основания. Сегментное кольцо собирают таким образом, чтобы два стыковых шва его лежали на оси централь ной полосы, а зазоры между элементами кольца не превышали 3—4 мм. После тщательной выверки горизонтальности сегментного кольца по уровню прихватывают стыки по концам швов; внутреннюю часть оставляют не прихваченной, чтобы при короблении в дальнейшем процессе сварки сегментное кольцо можно было легко привести в строго горизонтальное положение.

Перед сборкой  нижнего угольника проваривают  участки стыковых швов сегментов, на которые накладывают угольник. Сварку ведут в два слоя с зачисткой  от шлака и подваркой потолочных швов; усиление швов срубают зубилом заподлицо с плоскостью листов сегментного кольца.

После нанесения  на сегментное кольцо двух окружностей (рисок), соответствующих внешнему и  внутреннему диаметрам уторного угольника, устанавливают и прихватывают первую секцию угольника. Прихватка производится по наружной окружности от середины угольника к концам через каждые 500— 600 мм участками длиной по 30 — 40 мм. Концы секции угольника для удобства подгонки остальных частей на длине 600 — 700 мм оставляют не прихваченными. Другие секции угольника собирают по обе стороны от первой. Секции устанавливают с зазором 3 мм, после чего их сваривают встык. Затем подгоняют присоединенные секции по рискам с прихваткой к сегментному кольцу от стыков к свободным концам. Замыкающую секцию длиной не менее 1 м подгоняют и обрезают «по месту». Вертикальная полка угольника должна быть строго перпендикулярна к сегментному кольцу. Первый лист первого пояса устанавливают на сегментное кольцо строго вертикально после вырубки кромок в нижних углах нa высоту полки уголка и на глубину 1 мм для приварки в дальнейшем стыкового шва к вертикальной полке угольника. Первый лист прихватывают одновременно и к сегментному кольцу и к угольнику в шахматном порядке от середины листа к концам через каждые 400—600 мм участками по 40-50 мм Для удобства подгонки других листов концы первого листа на длине 600-700 мм оставляют не прихваченными. Остальные листы первого пояса устанавливают по обе стороны от первого листа с зазором между листами 2-3 мм и совмещением кромок. Прихватку этих листов начинают со стыка с первым листом; прихватки ставят в 4-6 местах длиной по 60-75 мм. Затем производят прихватку по нижней кромке листов от прихваченных стыков к свободным концам. Замыкающий первый пояс лист подгоняют и обрезают «по месту».

Сварку собранного таким образом днища и первого  пояса резервуара производят в следующем  порядке.

1. Все стыки первого пояса приваривают на высоту 200-300 мм от сегментного кольца и на 50 мм от края в верхней части заподлицо с плоскостью листов для плотного прилегания листов второго пояса при последующей сборке.

2. Сваривают все кольцевые швы: первый пояс приваривают двойным швом к сегментному кольцу; после этого одинарным швом приваривают уторный угольник - сначала к сегментному кольцу, а затем к первому поясу резервуара.

3. Проверяют и, если это необходимо, подрезают стыки элементов сегментного кольца для устранения волнистости и установки 3-4 мм зазоров, после чего стыки свариваются с подваркой потолочных швов и усилением с потолочной стороны накладками из листовой стали толщиной 8-10 мм. Одновременно усиливают стыки уторного угольника наваркой коротышей из угловой стали.

4. Перед сваркой центральной части днища с сегментной окрайкой стыковые кромки нижних полос размечают, обрезают с зазором 2-3 мм и после прихватки проваривают с подваркой с потолочной стороны. Далее размечают и обрезают концы верхних полос с нахлестом не менее 30 мм, прихватывают их сначала по длинным параллельным кромкам ранее не прихваченных полос, а затем к сегментному кольцу. Сварку ведут в том же порядке, что и прихватку. Сварочные работы в местах пересечения швов можно поручать только высококвалифицированным сварщикам.

Испытание днища  производят после тщательного внешнего осмотра, в результате которого должны быть устранены все замеченные дефекты сварки.

Испытание днищ резервуаров для светлых нефтепродуктов заключается в наблюдении за их герметичностью путем налива в них керосина в  количестве, обеспечивающем покрытие высших точек дна. Днище резервуаров  для темных нефтепродуктов при температуре  наружного воздуха ниже нуля испытывают аналогичным образом, а при температуре  выше нуля путем налива воды на высоту, на 50 мм превышающую высшие точки  дна. Для лучшего обнаружения  дефектных мест швы снаружи забеливают мелом. Днище считается выдержавшим  испытание, если в течение 12 час после  залива керосином (водой) на нижней поверхности  его не будет замечено течей, капель, отпотин или темных пятен на меловой обмазке.   

Вместо испытания  днища наливом допускается двукратное испытание следующих соединений:

a) всех стыковых швов — обильным промазыванием их керосином с верхней стороны и забелкой мелом с нижней;

b) всех соединений внахлестку с прерывистыми потолочными швами — опрыскиванием керосином под давлением 1 кг/см2;

c) всех соединений внахлестку, заваренных сплошными швами с двух сторон, а также соединений уторного угольника с днищем и корпусом — нагнетанием встык между листами и под нижний угольник керосина под давлением 1 кг/см2 через специально просверленные отверстия, расположенные одно от другого приблизительно на расстоянии 1 м. После испытания эти отверстия заваривают. Иногда вместо нагнетания керосина согласно п. «с» в полости нагнетают воздух, а швы снаружи промазывают мыльной водой. При недоброкачественной сварке в дефектных местах через несколько минут образуются мыльные пузыри.

Промежуток между  первым и вторым испытанием должен быть не менее 12 час. Днище считается  выдержавшим испытание, если, спустя 12 час после второго испытания, на каждой испытываемой поверхности  не будет замечено течей и отпотин.

В процессе испытания  допускается проверка плотности  и прочности швов путем отстукивания их на расстоянии 100 мм от валика шва  молотком весом 1 кг. Заварка дефектных  мест разрешается только после вырубки  их зубилом и удаления керосина со всего днища. Места подварки вытирают насухо и окружают полоской песка шириной не менее 5 см. После исправления дефектов производят вторичное испытание днища. Днище считается принятым, если при окончательном осмотре ни в одном месте не будет обнаружено ни течи, ни потения. Приемка днища оформляется актом.  

После тщательной очистки до блеска нижней поверхности  днища металлическими щетками на него в холодном состояние накладывают  грунтовку — тонкий слой праймера (раствора стеаринового гудрона в бензоле или битума в бензине).

После высыхания  праймера днище покрывают двумя слоями горячего битума с добавлением наполнителя, подобно тому, как это делается при изоляции трубопроводов. Для покрытия всей поверхности днища клетки переставляют с места на место.

Конструкция стенки

Стенка представляет собой сварную или клёпанную (старые проекты до 50-х годов 20-го века) листовую конструкцию, имеющую форму тонкостенной, цилиндрической оболочки вращения. Стенка состоит из ряда поясов, высота каждого  из которых равна ширине листа. Наименьшая толщина листов стенки принимается  равной 4 мм.

Для удобства заказа стали, изготовления и монтажа все  листы стенки и днища типовых  резервуаров приняты размерами. 1500 х 6000 мм независимо от толщины. Каждый пояс стенки резервуара состоит по длине из нескольких листов. Вертикальное соединение этих листов производится сваркой в стык, а горизонтальное (кольцевое) соединение смежных поясов — в стык (в современных проектах) или внахлестку (в проектах, разработанных до 70-х годов 20-го века). В последнем случае пояса располагаются телескопически для возможности наложения всех сплошных наружных кольцевых швов в нижнем положении (сверху вниз); при этом внутренние кольцевые швы делаются прерывистыми, толщиной 4 — 6 мм, с длиной шпонки 100 мм и просветом между шпонками 300 мм, поскольку эти швы являются потолочными и нерасчетными (вся нагрузка от покрытия, снега, термоизоляции, веса выше расположенных поясов корпуса и вакуума передается на сплошные наружные швы).

В условиях интенсивной  коррозии (например, в резервуарах  для сернистой нефти) оба кольцевых  шва соединения поясов внахлестку необходимо делать сплошными.

Вертикальные  стыки листов смежных поясов располагаются  в разбежку; расстояние между этими  стыками принимается равным половине длины листа (в современных проектах это требование не является обязательным). Поэтому стенка резервуара похожа на круглую стену из крупных блоков, построенную с перевязкой швов. Сказанное  относится к резервуарам, монтируемым  из отдельных листов.

С середины 50-х  годов 20-го века по предложению Г. В. Раевского Институтом электросварки  имени Е. О. Патона АН Украины было разработано, освоено и внедрено поточное заводское изготовление вертикальных цилиндрических резервуаров с последующим  монтажом их стенок и днищ путем  разворачивания рулонных заготовок, сваренных  на заводах. При этом полотнища днища сворачивают в рулоны того же диаметра, что и стенки резервуара, и обертывают ими центральную стойку, поддерживающую крышу резервуара. Такой метод монтажа РВС получил название индустриального метода

Заводское изготовление полотнищ стенки и днища РВС конвейерным  способом производится на специальном  двухъярусном стенде. Конструкция двухъярусного  стенда представлена на рис. 1. Стенд  представляет собой металлическую  конструкцию с двумя рабочими площадками-ярусами. На первом ярусе  производится сборка и сварка полотнища  с одной стороны. Листы собирают при помощи электромагнитов. В задней части стенда устроен свободно вращающийся  решетчатый барабан диаметром 3300 мм, в передней части — сворачивающее  устройство с жестким механическим приводом (рис. 2.)

Обработанные  листы подаются краном в контейнере к месту сборки на первый ярус. Затем  их по одному при помощи электротельферов, оснащенных магнитными захватами, переносят на сборочную площадку. Кромки собранных в секцию листов, соединенные в стык, прижимают при помощи электромагнитов к плоской медной планке и закрепляют прихватками, после чего сваривают автосварочными тракторами TС-17M.  Сваренные секции полотнища по мере их готовности перемещают на верхний ярус стенда, перекантовывая через направляющий барабан в задней части стенда. На верхнем ярусе все швы сваривают автоматами с обратной стороны и производят контроль качества швов. Здесь же устраняют обнаруженные в швах дефекты. Полотнище сворачивают в рулон в специальном устройстве стенда, которое состоит из двух установленных на фундаменты станин. В станинах закреплены оси планшайб диаметром 3,3 м. По окружности планшайб устроен цевочный венец для зацепления с шестернями привода планшайб. Привод осуществляется от электродвигателя мощностью 7 кВт через редуктор и несколько дополнительных пар шестерен в станинах устройства.

Скорость вращения планшайб выбрана такой, чтобы при  сворачивании полотнища двигались  со скоростью 2 м/мин. Полотнище наворачивают на решетчатый каркас, в качестве которого применяют шахтные лестницы или  центральные стойки, оснащенные кольцами из швеллеров диаметром 2660 мм, соответствующим  внутреннему диаметру сворачивания. Торцовые площадки каркаса соединяют  с планшайбами при помощи четырех  выдвижных штырей с каждой стороны. В конце сворачивания после закрепления  конечной кромки рулона под ним при  помощи домкратов поднимают выкатные балки. Освобожденные от нагрузки штыри выводят из зацепления с каркасом, и рулон выкатывают на стеллаж.  

Механизированный  стан для рулонирования полотнищ шириной до 18 м обеспечивает:

• максимальную механизацию и автоматизацию всех процессов по изготовлению рулонированных конструкций;
• высокое качество продукции, так, как полотнища собирают и сваривают совершенными способами с применением эффективных методов контроля сварных соединений;
• высокую производительность, в том числе производительность труда всех рабочих;
• максимальное улучшение условий труда рабочих.

 На новом стане  возможно изготовление полотнищ с толщиной листов до 16 мм. Размеры листов приняты 1500 ? 6000 мм. На стане механизированы процессы подачи листов на участок сборки и их сближение, а также прижатие кромок перед сваркой к медным прокладкам.