19255 Сооружение резервуара вертикального стального объемом 1000м3 с коническим покрытием

ВВЕДЕНИЕ
Резервуары стальные вертикальные (РВС) представляют собой одну из самых востребованных и распространенных разновидностей емкостного оборудования. Они находят широчайшее применение в самых различных областях промышленности. В частности, используются для хранения различных веществ в жидкой фазе. Это могут быть продукты производства, ожидающие транспортировки, или наоборот – исходные материалы.
Сложно назвать хотя бы одну отрасль тяжелой промышленности, где вертикальные цилиндрические резервуары не были бы востребованы. В нефтедобывающей, нефте- и газоперерабатывающей промышленности, а также в нефтехимии чаще всего используются резервуары вертикальные для нефтепродуктов. В них помещается как сырая нефть, так и продукты нефтеперегонки. Также в этих резервуарах складируются промежуточные продукты крекинга и реформинга, химического синтеза и так далее.
Существует достаточно большое разнообразие типов и видов вертикальных резервуаров. Они различаются целым рядом особенностей, в том числе толщиной стенок, формой дна, наличием дополнительных штуцеров и клапанов и так далее. Применение данного вертикального резервуара ограничивается его техническими характеристиками и рекомендуемой производителем сферой. Вертикальные резервуары изготавливаются для выполнения конкретных задач и хранения строго определенного рода жидкостей. Однако назначение вертикальных резервуаров может колебаться в достаточно широких пределах, если речь идет о жидкостях со сходными свойствами.
Основной характеристикой, на которую следует опираться при покупке, является объем резервуара.
 
Описание вертикального резервуара обязательно содержит указание основных характеристик, а также указания к условиям эксплуатации.
Все расчеты выполнены по методу предельных состояний по СНиП 2-23-81* и СНиП 2.01.07-85 Нормы позволяют выбрать класс сталей для элементов резервуаров, рекомендуют вид сварки и сварочных материалов, метод монтажа, конструктивные решения, типы фундаментов и оснований. Здесь же даются указания по защите резервуаров от коррозии, охране окружающей среды, противопожарным мероприятиям.
В работе рассматривается вертикальный стальной резервуар без понтона. Вертикальный стальной резервуар без понтона представляет собой стальную конструкцию в виде цилиндра с днищем и крышей (поэтому их и называют цилиндрическими резервуарами). На крыше резервуара устанавливаются дыхательные клапаны, световой люк, замерный люк, уровнемер и молниеотводы. В нижней части подключаются трубопроводы, и устанавливается люк-лаз. Для предотвращения аварийного разлива продукта резервуары ограждаются земляным валом (обвалование). Для обслуживания оборудования, резервуар оснащается площадками с ограждением и наружной стальной лестницей. Все конструкции имеют антикоррозионное покрытие (два слоя грунта ГФ-021 и покрытие эмалью ПФ-115).
Производство резервуаров осуществляется в заводских условиях с последующим монтажом их на площадке заказчика. В настоящее время применяются два метода монтажа: рулонный и полистовой.
Документы, регулирующие производство стальных вертикальных цилиндрических резервуаров:
Типовые проекты ТП 704-1-151, ТП 704-1-153, ТП 704-1-248с92, ТП 704-1-254с92;



ГОСТ Р 52910-2008. «Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов»;
ПБ 03-605-03 «Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов»;
Ведомственные строительные нормы ВСН 311-89 «Монтаж стальных вертикальных цилиндрических резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов объемом от 100 до 50000 м3»;
Правила устройства вертикальных цилиндрических ПБ 03-381-00 стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов.

 
1. Определение исходных расчетных данных
Все исходные данные для расчета и проектирования сведем в таблицу 1.
Таблица 1 – Исходные данные для расчета

2. Выбор материала и технология сооружения элементов для РВС 1000

Элементы конструкций по требованиям к материалам подразделяют на три группы: А и Б - основные конструкции:
 
А - стенка, привариваемые к стенке листы окрайки днища, обечайки люков и патрубков в стенке и фланцы к ним, усиливающие накладки, опорные кольца стационарных крыш, кольца жесткости, подкладные пластины на стенке для крепления конструктивных элементов;
Б1 - каркас крыш, бескаркасные крыши;
Б2 - центральная часть днища, плавающие крыши и понтоны, анкерные крепления, настил каркасных крыш, обечайки патрубков и люков на крыше, крышки люков;
В - вспомогательные конструкции: лестницы, площадки, переходы, ограждения.
Для основных конструкций группы А должна применяться только спокойная (полностью раскисленная) сталь. Для основных конструкций группы Б должна применяться спокойная или полуспокойная сталь. Для вспомогательных конструкций группы В наряду с вышеперечисленными сталями с учетом температурных условий эксплуатации допускается применение кипящей стали.
Выбор марок стали для основных элементов конструкций должен проводиться с учетом гарантированного минимального предела текучести, толщины проката и хладостойкости (ударной вязкости). Так как резервуар является стальным, марку стали берем, исходя из температуры эксплуатации (по минимальной температуре). Так как в данном курсовом проекте достаточно низкая минимальная температура окружающей среды, необходимо выбрать низколегированную сталь. Толщина листового проката не должна превышать 40 мм. Материал выбирается в зависимости от температуры, применяем сталь 09Г2С, с нормативным пределом текучести σ_т=325∙〖10〗^6 Па.
 
Монтаж вертикального стального резервуара производится в соответствии с действующими в отрасли нормативными документами и строительными правилами. Он может выполняться двумя основными методами – рулонированием или полистовой сборкой. В первом случае на строительную площадку привозят уже собранные основные элементы конструкции – днище, крышу, стенки, сварка которых была выполнена в заводских условиях.
Монтаж вертикального стального резервуара полистовым способом означает, что сварка будет не автоматической, а ручной, и она будет производить прямо на строительной площадке. И хотя в целом технология сборки конструкции будет включать в себя те же этапы (подготовку площадки, устройство основания, сборку днища и вертикальных стенок), здесь все-таки будут определенные отличия. В частности, еще в процессе подготовки нужно предусмотреть на площадке место для проведения сварочных работ.
Рулон с днищем, состоящий из двух частей, располагают на основании так, чтобы первая половина днища, составляющая внешнюю оболочку рулона, заняла после разворачивания проектное положение. При этом вторая половина днища окажется на первой.
Планки, скрепляющие рулон, перерезают кислородом и, ослабляя петлю каната, позволяют рулону разворачиваться. Если самопроизвольного (под действием упругих сил) разворачивания рулона полностью не произошло, дальнейший разворот производят трактором или лебедкой. Когда рулон будет полностью развернут, к середине круговой кромки верхнего полуднища приваривают скобу, к которой закрепляют конец каната для перемещения второй половины днища трактором или лебедкой в проектное положение.


Далее собирают под сварку стык двух половин днища, выполняемый всегда внахлестку. Его закрепление производят прихватками от центра днища к краям с предварительным плотным прижатием обоих полотнищ друг к другу.
Если при сборке резервуара днище монтируют из трех полотнищ, последовательно свернутых в рулон, то после разворачивания в проектное положение первого полотнища рулон с двумя оставшимися вновь грузят на сани и трактором перемешают так, чтобы можно было развернуть в проектное положение второе полотнище. Затем последний рулон снова грузят на сани и перевозят на другую сторону основания для разворачивания третьего полотнища.
При поступлении днища от завода-изготовителя в полистовом виде его монтаж производится описанным ниже способом.
На заранее подготовленном и принятом по акту фундаменте параллельными рядами складывают клетки из бревен прямоугольного или полукруглого сечения длиной около 1 м с поперечным сечением 0,1×0,1 м. Верхний ряд клеток желательно делать из бревен длиной 1,2-1,3 м. Высота клеток 0,8м, 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 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.


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 центральной 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 на 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 40-50мм.


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 методом полистовой сборки резервуаров таким образом днища и первого пояса резервуара производят в следующем порядке:
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.
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.
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.
 
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.
Монтаж стенки, поступившей на стройплощадку в виде рулона, производится в 4 этапа:
подъем рулона стенки в проектное положение;
разварачивание полотнища стенки;
формообразование концевых участков полотнища стенки;
сварка монтажного стыка стенки.
При наличии на площадке стрелового крана необходимой грузоподъемности (гусеничного или на пневмоходу) рулон стенки разгружают на днище этим краном. В случае отсутствия крана рулон трактором или лебедкой перекатывают на днище по брусьям (из шпал или бревен), скреп ленным строительными скобами.
Совместное движение рулона и поддона при разворачивании обеспечивают уголки — ограничители, которые приваривают к поддону по окружности с таким расчетом, чтобы после подъема рулона эти уголки оказались внутри него. Подъем рулона из горизонтального положения в вертикальное производят методом поворота при помощи аналогично подъему башен. Специальный шарнир, привариваемый к днищу и закрепляемый к рулону стяжным хомутом, обеспечивает поворот рулона и предохраняет его нижнюю кромку от повреждения.
 
Во избежание удара рулона по днищу после прохождения мертвой точки (положение, при котором центр тяжести рулона и ось опорного шарнира совпадают по вертикали) к верхней кромке рулона крепят тормозную оттяжку из каната, другой конец которой закрепляют на барабане лебедки или за трактор. По достижении рулоном положения, близкого к мертвой точке, оттяжку натягивают. После прохождения критической точки рулон опускают на поддон тормозной оттяжкой. Возможен подъем рулона краном. Целостность днища при работе крана сохраняют за счет устройства настила из шпал. Однако при массе рулона 30 т и высоте 12 м требуются краны большой грузоподъемности, которые не всегда могут быть на площадке.
При строповке рулона снизу грузоподъемность крана все время больше усилия, приходящегося на крюк, что является основным условием безопасности подъема. При строповке рулона за верх грузоподъемность крана на заключительном этапе подъема становится меньше усилия, приходящегося на кран, т.е. приводит к перегрузке крана, а потому допущено быть не может. Установленный на поддоне рулон обвязывают петлей из каната и при помощи трактора смещают к краю днища в такое положение, при котором замыкающая кромка с закрепленной на ней стойкой жесткости и лестницей заняла бы свое проектное положение. Для этого на днище после его сварки размечают центр, из которого проводят окружность радиусом, равным наружному радиусу нижнего пояса стенки резервуара. По намеченной окружности равномерно, с интервалом около 1 м, приваривают уголки, служащие упорами стенки при разворачивании рулона. Далее, не ослабляя петли из каната, пользуясь лестницей, расположенной на стойке жесткости, разрезают кислородом планки, сдерживающие рулон от раскручивания.
 
Верх стойки предварительно раскрепляют в радиальном направлении двумя расчалками. Плавно ослабляя петлю, рулону дают возможность развернуться под действием упругих сил, возникших при его сворачивании. Свободную наружную кромку рулона прижимают к упорному уголку и прихватывают сваркой к днищу.
Перед установкой замыкающего щита необходимо вывести из резервуара шахтную лестницу, служившую каркасом последнего рулона стенки. Для этого первоначально срезают уголки ограничители с поддона и вытаскивают его. Нижнюю замыкающую (свободную) кромку рулона временно прихватывают к днищу и срезают сварные швы, которыми вертикальная кромка рулона была закреплена к стойкам каркаса шахтной лестницы. Освободившуюся лестницу извлекают краном через проем в покрытии. Монтажный стык стенки обычно сваривают внахлестку. Для этого ее нижнюю кромку освобождают от прихватки к днищу и подтягивают к начальной кромке стенки, плотно прижимают их друг к другу по всей высоте при помощи стяжных приспособлений, после чего устанавливают замыкающий щит кровли. Далее раскружаливают покрытие (только сферическое), вынимают через корону временную опору, укладывают и приваривают центральный щит кровли. В ходе разворачивания рулонной стенки и щитов покрытия проверяют отклонение стенки от вертикали, которое не должно превышать 90 мм на всю ее высоту.
 
Для стационарных крыш в зависимости от их конструкции выполняют:
монтаж каркасных конических и сферических крыш — с использованием центральной стойки;
монтаж сверху, без центральной стойки: применяют для бескаркасных конических и сферических крыш, а также каркасных конических и сферических крыш с раздельными элементами каркаса и настила;
монтаж изнутри резервуара, без центральной стойки; применяют для крыш с раздельными элементами каркаса и настила;
монтаж каркасных сферических крыш внутри резервуара с последующим подъемом в проектное положение.
При разработке технологии монтажа стационарных крыш резервуаров необходимо учитывать монтажные нагрузки на крышу в целом и ее конструктивные элементы. При необходимости должны устанавливаться временные распорки, связи и другие устройства, препятствующие возникновению деформаций.
На резервуарах со сферической каркасной крышей высотные отметки центрально щита, монтажной стойки должны определяться с учетом проектной высоты и строительного подъема, предусмотренных рабочей документацией.