Способы сооружения вертикальных стальных резервуаров

Высокопроизводительные  сварочные аппараты позволяют вести  сварку двумя дугами на повышенных (до 60 — 70 м/ч) скоростях, имеют флюсо - и газоотсасывающие системы, устройства для направления электрода по шву и другое оборудование, облегчающее управление процессом и улучшающее условия труда сварщиков.

При сворачивании полотнищ в рулоны предусматривается  более совершенное закрепление  начальной и конечной кромок полотнищ, что значительно сокращает продолжительность  этих операций. Освобождение рулона от планшайб сворачивающего устройства происходит полуавтоматически. Освободившийся от закрепления рулон по балкам выкатывается на платформу и доставляется к  стеллажам временного хранения.

Выпуск конструкций  на механизированном стане по сравнению  с другими двухъярусными установками  значительно увеличивается, а производительность труда рабочих повышается в 2,5 раза.

Стенки и днища  резервуаров изготовляют из стальных листов толщиной 4 — 16 мм и более, Обычный  размер листов 1500 ? 6000 мм. Металлургические заводы поставляют листы с кромками, грубо обрезанными и имеющими плюсовой допуск 10 и 15 мм соответственно на короткую и длинную стороны. При отборе листов проверяют сертификат завода-изготовителя, содержащий указания о марке, химическом составе и механических свойствах стали. На листах, идущих на изготовление резервуарных конструкций, не должно быть расслоений, пленок, трещин, раковин.

При необходимости  листы подвергают правке на семи- или девятивалковых вальцах. Кромки листов обрабатывают путем обрезки на гильотинных ножницах или строжкой на кромкострогальных станках. Как правило, листы не размечают, а кромки обрабатывают по упорам.

Вертикальные  соединения листов стенки выполняются  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 (см. рис. 2 а), если иное не определено условиями эксплуатации.

Для стенок резервуаров, изготовляемых методом рулонирования, общая вертикальная линия может совмещаться с внутренней или внешней поверхностью поясов (рис. 2 б).  

Рис. 2. Сопряжение поясов стенки РВС

а) при  полистовой сборке; б) при применении метода рулонирования 
 

Конструкции крыш

Крыши типовых  резервуаров, имеют коническую форму с пологим уклоном, равным 1:20, и состоят из настила и каркаса жёсткости. Для настила применяются листы толщиной 2,5 мм, которые соединяются между собой внахлестку. Настил крыши соединяется со стенкой при помощи обвязочного уголка сечением 50х5—75х8 (в зависимости от диаметра резервуара); этот уголок расположен снаружи стенки, чтобы не приходилось гнуть уголок на «перо».

Для каркаса  жесткости крыш типовых резервуаров  до 60-х годов 20-го века применялись  при малых диаметрах резервуаров  шпренгели с радиальными балками, а при больших диаметрах —  полуфермы с радиальными балками и прогонами (рис.3).

В этих решениях шпренгели и полуфермы соединяются со стенкой при помощи опорных стоек, привариваемых к стенке; радиальные балки опираются на столики, приваренные к стенке, и на прогоны, которые крепятся к полуфермам. Связи каркаса жесткости крыши выполняются из одиночных уголков. Настил крыши опирается на радиальные балки и прикрепляется к ним прихватками или проплавными швами (из расчета одна прихватка на 1 м2 настила, а к обвязочному уголку — сплошным кольцевым швом. Раскрой листов настила предпочтительнее полосовой (рис.3), так как секторный раскрой увеличивает протяженность швов и количество отходов.

Стенку резервуаров  емкостью 2000—5000 м3 усиливают кольцом  жесткости (если резервуар сооружается  в местности со скоростным напором  ветра, превышающим 55 кг/м2), располагаемым на уровне нижнего пояса полуферм.

Кольцо делается из швеллера, обращенного полками  вниз, и приваривается к корпусу  прерывистым швом. Монтаж элементов  каркаса жесткости крыши ведется  на черных болтах и сварке. Нормативные  нагрузки на крышу резервуаров, действующие  сверху вниз, принимаются следующие: 1) снеговая нагрузка — 50 — 200 кг/м2; 2) вес термоизоляции — 45 кг/м2; 3) вакуум — 25 кг/м2; 4) вес листового настила — 20 кг/м2; 5) вес каркаса крыши — 25 кг/м2.

Коэффициент перегрузки для всех нагрузок, кроме снеговой, принимается равным 1,1.

Кроме того, покрытие должно быть проверено на нагрузки, действующие снизу вверх, а именно:

1) избыточное  внутреннее давление в газовом  пространстве резервуара, равное 200 кг/м2 (коэффициент перегрузки может быть принят равным 1,2);

2) отсасывающее  действие ветра, принимаемое равным 0,8 от скоростного напора.   

 

 Разумеется, при  второй проверке снеговая нагрузка и  вес термоизоляции не учитываются, а вес настила и каркаса  покрытия (с учетом коэффициента перегрузки п=0,9) вычитается из расчетной нагрузки, действующей снизу вверх.

Для предотвращения поднятия стенки резервуара с периферийной частью днища, которое может произойти  под действием избыточного давления в газовом пространстве (при малом  слое жидкости в резервуаре) и одновременном  воздействии ветрового отсоса, предусматривается  закрепление резервуара при помощи подвешиваемых к нижнему поясу  корпуса противовесов—железобетонных  плит размерами 900х500 мм, толщиной 14—18 см. Общий вес плит зависит от избыточного давления и ветровой нагрузки.

Рассмотренные конструкции каркасных крыш резервуаров  сложны в изготовлении и монтаже  и вступают в противоречие с конструкциями  стенки и днища, допускающими их изготовление поточным методом, а также их скоростной монтаж. С целью индустриализации изготовления и монтажа покрытий типовых вертикальных цилиндрических резервуаров в 50-х годах 20-го столетия в СССР предложены и осуществлены бескаркасные конструкции крыш, требующие, однако, центральной стоики, опирающейся  на днище, которая отсутствует при каркасной конической крыше.

В 1952 г. А. С. Арзунян предложил новую конструкцию крыши, так называемую «безмоментную» (рис. 4), т. е. крыша из листов толщиной 2,5—3 мм, которая опирается на центральную стойку и стенку резервуара и, за исключением крайних зон, работает на растяжение в наивыгоднейших для стали условиях. Так, в резервуарах с шатровой (безмоментной) крышей крыша не имеет каркаса и является висячей оболочкой, работающей в основном на растяжение. Толщина шатровой крыши остается равной толщине настила каркасной крыши (2,5—3 мм); поэтому вес висячей крыши почти вдвое меньше веса каркасной крыши типовых резервуаров.

Рис. 4. Резервуар с шатровой крышей емкостью 5000 м3.

1—днище  резервуара; 2 — стенка резервуара, 3 — коробчатое кольцо жесткости; 4— опорная плита стойки; 5—  трубчатая стойка диаметром 200—400 мм; 6— зонт диаметром 3000 мм; 7—висячая  крыша из листовой стали 

  

Стенка и днище  резервуара с шатровой крышей ничем  не отличаются от аналогичных элементов  типового резервуара. В центре резервуара располагается стойка, которая оканчивается вверху коническим металлическим зонтом (рис. 5, в, г). Для увеличения жесткости и восприятия распора стенка по верху усилена кольцевым коробчатым каркасом. Для резервуара емкостью 3000 м3 центральная стойка выполнена из трубы диаметром 325 мм и сделана выше стенки резервуара на 1,5—2 м, благодаря чему обеспечивается уклон для стока осадков. Для резервуаров вместимостью 3000 и 5000 м8 зонт изготовляется из листовой стали толщиной соответственно 8 и 10 мм. С трубой зонт соединен при помощи косынок на сварке.

Центральная стойка устанавливается на днище резервуара на специальном башмаке (рис. 5, д). Разработаны две конструкции стойки: 1) труба, наглухо приваренная к днищу, 2) труба, скользящая в башмаке.

К стенке в виде кольца жесткости приварен периферийный верхний каркас (рис. 5,е), который состоит из верхнего обвязочного уголка стенки и трех дополнительных уголков, идущих по всему периметру. Все уголки соединены между собой в радиальном направлении уголками и планками, расположенными с определенным шагом. На каркас уложена листовая сталь толщиной 4 мм. У резервуаров вместимостью 1000 и 2000 м3 каркас, кроме обвязочного уголка стенки, имеет один или два кольцевых уголка. Для резервуаров вместимостью меньше 1000 м3 периферийного каркаса не делают.   

Рис. 5. Резервуар емкостью 3000 м3 с безмоментной крышей.

а —  разрез; б — настил покрытия; в  — зонт (вариант I); г — зонт (вариант II); д— башмак; е — периферийный каркас. 

Рассмотренная конструкция крыши резервуаров  обеспечивает экономию стали, индустриальность изготовления и сокращение сроков монтажа.

Интересное индустриальное решение представляет собой щитовое  исполнение крыши резервуара, состоящее  из транспортабельных щитов, изготовляемых  на заводе в виде отдельных отправочных элементов.

 

Каждый щит  представляет собой каркас из швеллеров, двутавра и уголков, покрытый листовой сталью толщиной 2,5 мм; с одной стороны каждого из щитов предусмотрен свес листов в 25—30 мм, обеспечивающий соединение настила соседних щитов внахлестку. В состав щитовой крыши входит один щит начальный, один щит замыкающий и все остальные промежуточные. Различаются они конструкцией каркаса жёсткости. Начальный щит снабжается двумя рабочими радиальными балками и не имеет свесов настила, замыкающий щит снабжается нерабочими радиальными балками, необходимыми для жёсткости щита при транспортировке и монтаже, и имеет свесы настила с обеих сторон, а промежуточные щиты выполнены с одной рабочей радиальной балкой . 1-й вариант — радиальный раскрой настила. 2-й вариант—прямой раскрой настила  

Щитовая крыша опирается на обвязочный уголок стенки и центральную стойку. До начала разворачивания рулона стенки в середине смонтированного днища  устанавливают центральную стойку. К верхнему концу стойки заранее  прикрепляют капитель — «зонт» или  центральный щит, на которую опираются щиты. Установка щитов покрытия производится гусеничным краном. Специальным приспособлением, приваренным на криволинейном обрезе щита, примыкающем к стенке, щит плотно прижимается к соответствующему участку обвязочного уголка стенки, а боковая его грань примыкает к соседнему, ранее установленному щиту Поставленный на место щит прикрепляют к стенке прихватками, а к «зонту» — болтами. До замыкания стыка рулонированной стенки из резервуара выводят кран и удаляют шахтную лестницу. Последний (замыкающий) щит устанавливают лишь после рихтовки, прихватки и сварки монтажного стыка корпуса.

По окончании  монтажа основных деталей резервуара заваривают все швы, устанавливают  технологическое оборудование и  испытывают плотность швов днища  и стенки. 

Основное достоинство  щитовой крыши заключается в  том, что эта конструкция обеспечивает полную индустриализацию при изготовлении и монтаже резервуаров. По сравнению  с предшествующим типовым решением крыши (каркасным) щитовая крыша  резервуара емкостью 5000 м3 сокращает  число монтажных элементов с 670 до 43. Поэтому эта крыша в настоящее  время принята в качестве типовой.

В 1957 г. Гипроспецпромстрой разработал проекты резервуаров вместимостью 100, 200, 300, 400, 700, 1000, 2000, 3000 и 5000 м3 с щитовыми крышами.

С увеличением  диаметра резервуара коническая форма  крыши требует усиления каркаса  жесткости, становится сложной и  экономически невыгодной. В 60-х годах 20 - го столетия появляются проекты  резервуаров вместимостью 10 000 и 20 000 м3 со сферическими крышами (без центральной  стойки). Резервуар вместимостью 10 000 м3 (рис. 6) имеет диаметр 34,2 м и высоту стенки 11,88 м. При изготовлении стенки из стали В Ст. 3 толщина поясов составляет (снизу вверх): 14; 12; 11; 9; 7; 6; 6 и 6 мм. Такие стенки удается изготовить методом рулонирования. Стенка поставляется в двух рулонах.   

Рис. 6. Резервуар вместимостью 10000 м3 со сферической крышей   

Сферическая крыша  изготовляется из 32 сферических  щитов. Радиальные ребра каркаса  жёсткости приняты из двутавра № 24 и уголков, а кольцевые — из швеллера № 14 и 10. Покрытие по контуру опирается на опорное кольцо жесткости в виде составного двутавра высотой 708 мм из швеллера № 24 и листов толщиной 8 мм. Настил крыши имеет толщину 3 мм, а окрайки ее — 8 мм.