2 Лекции. Резервуары для хранения нефтей и нефтепродуктов классификация нефтебаз
 Скачать 1.29 Mb.
|
|
176 РЕЗЕРВУАРЫ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ НЕФТЕЙ И НЕФТЕПРОДУКТОВ 4.1. КЛАССИФИКАЦИЯ НЕФТЕБАЗ Нефтебазы представляют собой комплекс сложных многофункциональных инженерно-технических сооружений с объектами различного производственно-хозяйственного назначения, выполняющие задачи бесперебойного и надежного снабжения потребителей нефтью и нефтепродуктами и обеспечивающие необходимые условия приема и отпуска нефтепродуктов, сбор, отгрузку и регенерацию отработанных масел. Обычно нефтебазы классифицируют по: назначению: оперативные, хранения и гражданского запаса; основному виду транспорта: железнодорожные, трубопроводные, водные, глубинные; виду проводимых операций: перевалочные, распределительные и перевалочно-распределительные; объему резервуарного парка: нефтебазы первой группы подразделяются на три категории: нефтебазы с общим объемом резервуаров более 100 тыс.м 3 , общим объемом резервуаров от 20 до 100 тыс.м 3 , общим объемом резервуаров до 20 тыс.м 3 включительно; на складах второй группы допускается хранение в наземных хранилищах 2000 м 3 легко воспламеняющихся продуктов и 10000 м 3 горючих продуктов, в подземных – 4000 м 3 и 20000 м 3 соответственно. виду хранимого продукта: для светлых и для темных нефтепродуктов. 4.2. ОСНОВНЫЕ СООРУЖЕНИЯ НЕФТЕБАЗ Рациональное расположение сооружений и объектов на территории нефтебазы создает наиболее благоприятные условия, обеспечивающие бесперебойность проведения всех операций, соблюдение санитарно – гигиенических и противопожарных требований и, в конечном счете, определяет экономическую эффективность работы всего комплекса сооружений в целом. Объекты нефтебазы целесообразно объединять по их технологической или функциональной принадлежности и располагать на территории по зонам. Обычно выделяют шесть – семь таких зон: зона железнодорожного приема и отпуска, включающая железнодорожные сливоналивные устройства, насосные и компрессорные станции, хранилища жидкостей в таре, погрузочно- 177 разгрузочные площадки, лаборатории, технологические трубопроводы различного назначения, операторные помещения и другие объекты, связанные с проводимыми операциями; зона водного приема и отпуска определяется морскими или речными пирсами и причалами, насосными станциями, технологическими трубопроводами, операторными, манифольдами и другими сооружениями, обеспечивающими сливо-наливные операции в транспортные емкости; зона резервуарного хранения включает резервуары, технологические трубопроводы, газовые обвязки, насосные, операторные и др.; зона розничного отпуска – автоэстакады, устройства для налива нефтепродуктов в автоцистерны, разливочные, хранилища для нефтепродуктов в таре, цеха затаривания нефтепродуктов, цеха регенерации отработанных масел, маслоосветительные установки, насосные, погрузочные площадки, лаборатории и т.д.; зона очистных сооружений – буферные резервуары, песколовки, нефтеловушки, флотаторы, фильтры, биофильтры, хлораторные, озонаторные, пруды-отстойники, пруды-испарители; зона подсобных зданий и сооружений – ремонтно-механические мастерские, пропарочные установки, котельные, малярные цеха, электростанции и трансформаторные подстанции, распределительные пункты, водопроводы, цеха по ремонту оборудования; зона административно-хозяйственная – объекты противопожарной службы, столовые, проходные, гаражи, объекты охраны и т.д. Деление нефтебазы на зоны имеет условный характер. Далеко не на всех нефтебазах возможно проведение обезвоживания нефтепродуктов и очистка масел, когда требуется в значительных количествах пар и сжатый воздух. На нефтебазах могут выделяться дополнительно новые зоны, обоснованные либо технологией проводимых операций, либо экономическими показателями. 4.3. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗЕРВУАРОВ Резервуары являются одним из основных сооружений нефтебаз и предназначены для хранения нефтепродуктов и производства некоторых технологических операций. По материалу, из которого сооружены резервуары, различают металлические, железобетонные, каменные и земляные. Большое развитие получили резервуары, сооружаемые в горных выработках. Основным строительным материалом для выработок является сама горная порода. По отношению к уровню земли резервуары могут быть: - подземными, когда наивысший уровень нефтепродукта в резервуаре находится не менее чем на 0,2 м ниже наинизшей планировочной отметки прилегающей площадки (к подземным относятся также резервуары, имеющие обсыпку не менее чем на 0,2 м выше допускаемого наивысшего уровня нефтепродукта в резервуаре); 178 - наземными, когда днище резервуара находится на одном уровне или выше наинизшей планировочной отметки прилегающей площадки (в пределах 3 м от стенки резервуара). Для полной сохранности качества и количества нефтепродуктов, разработано большое количество различных конструкций резервуаров. Выбор типа резервуара в каждом конкретном случае должен быть обоснован специальным технико-экономическим расчѐтом. Ёмкости для хранения нефтепродуктов могут быть подразделены по следующим признакам: 1) по материалу, из которого они изготовлены: металлические, железобетонные, каменные, земляные, синтетические, ледогрунтовые и горные в различных горных породах; 2) по величине избыточного давления: резервуары низкого давления, в которых избыточное давление мало отличается от атмосферного (Р н 0,002 МПа) и резервуары высокого давления (Р н > 0,002 МПа); 3) по технологическим операциям: - резервуары для хранения маловязких нефтей и нефтепродуктов; - резервуары для хранения высоковязких нефтей и нефтепродуктов; - резервуары-отстойники; - резервуары специальных конструкций для хранения нефтей и нефтепродуктов с высоким давлением насыщенных паров; 4) по конструкции: - стальные резервуары вертикальные цилиндрические с коническими и сферическими крышами, горизонтальные цилиндрические с плоскими и пространственными днищами, каплевидные, шаровые; - железобетонные резервуары (вертикальные и горизонтальные цилиндрические, прямоугольные и траншейные) (рис. 4.1 4.8). Рис. 4.1. Каплевидный резервуар: 1 – днище; 2 – корпус; 3 – лестница; 4 – площадка с оборудованием; 5 – опорное кольцо 179 Рис. 4.2. Шаровой резервуар объѐмом 600 м 3 на стоечных опорах: 1– узел дыхательной арматуры; 2 – поплавковый уровнемер; 3 – шлюзовая камера для замера уровня, температуры сжиженного газа и отбора проб; 4 –быстродействующая задвижка; 5 – приѐмо- раздаточный патрубок; 6 – дренажный кран Рис. 4.3. Стальной цилиндрический резервуар со щитовой кровлей объѐмом 5000 м 3 : 1 – корпус; 2 – покрытие; 3 – опорная стойка; 4 – лестница; 5 – днище 180 Рис. 4.4. Ледогрунтовое хранилище: 1 – термоизоляционный слой; 2 – дыхательный клапан; 3 – электродвигатель; 4 – ледяное перекрытие; 5 – эксплутационный колодец; 6 – насос; 7 – ѐмкость Рис. 4.6. Прямоугольный сборный железобетонный резервуар объѐмом 2000 м 3 : 1– сборное покрытие; 2 – монолитное днище; 3 – световой люк; 4 – люк-лаз; 5 – вентиляционный патрубок; 6 – приямок Рис. 4.5. Шахтное хранилище: 1 – трубопровод для заполнения хранилища нефтепродуктом; 2 – буровая скважина; 3 – эксплутационная колонна; 4 – хранилище; 5 – насосная станция 181 Нефтехранилища, сооружаемые в пластах каменной соли путем размыва, в пластичных породах методом уплотнения взрывом, а так же шахтные и ледогрунтовые хранилища относятся к подземному хранению нефтепродуктов в горных выработках. В зависимости от назначения резервуары разделяются на две группы. К первой группе относятся резервуары, предназначенные для хранения жидкостей при избыточном давлении до 0,07 МПа включительно и температуре до 120 С. Такие резервуары проектируются и изготовляются согласно «Нормам и технологическим условиям проектирования и изготовления стальных конструкций и промышленных сооружений». Ко второй группе относятся резервуары, работающие под давлением более 0,07 МПа. Они проектируются и изготовляются по специальным технологическим условиям. Эксплуатация этих конструкций находится под особым наблюдением специальной Государственной инспекции. Цилиндрические резервуары являются наиболее распространенными для хранения нефтепродуктов, относительно просты в изготовлении и наиболее экономичны по стоимости. Различают резервуары вертикальные стальные (РВС) низкого и высокого давления, с плавающими крышами (РВСПК) и понтонами (РВСП); горизонтальные цилиндрические резервуары высокого и низкого давления, наземные и подземные. Рис. 4.7. Цилиндрический железобетонный резервуар: 1 – колонны; 2 – смотровой люк; 3 – отверстия для вытяжной трубы; 4 – сливной люк 182 4.4. НОМЕНКЛАТУРА ОТЕЧЕСТВЕННЫХ СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ В промышленности применяется большое число стальных резервуаров различных типов и объемов без давления (резервуары с плавающей крышей и понтоном) и с давлением до 0,002 МПа (резервуары со стационарной крышей). В последние годы ЦНИИПроектстальконструкцией разработаны проекты опытных резервуаров объемами 50 и 100 тыс. м 3 и проектируются еще более крупные. Имеются стальные резервуары траншейного типа объемом до 10 тыс. м 3 рассчитанные на избыточное давление 0,007 МПа. Наибольшее распространение в нашей стране получили наземные вертикальные цилиндрические резервуары, которые в зависимости от их Рис. 4.8. Резервуар с плавающей крышей: а – план ребер жесткости; б – план верхнего настила плавающей крыши; в – план днища резервуара; 1 – плавающая крыша; 2 – затвор; 3 – кронштейны затвора; 4 – ребро жесткости; 5 – опорные стойки; 6 – балкон; 7 – подвижная лестница; 8 – неподвижная лестница 183 назначения или условий эксплуатации можно разделить на следующие типы: 1. Типовые сварные вертикальные цилиндрические резервуары объемом от 20 тыс. м 3 до 100 м 3 : со стационарной крышей, рассчитанные на избыточное давление 0,002 МПа, с высотой стенки не более 12 м; с понтоном и плавающей крышей, без давления; резервуары, предназначенные для эксплуатации в северных районах (температура до 65 °С). 2. Резервуары с оптимальными параметрами объемом от 10 до 50 тыс.м 3 , с высотой стенки до 18 м. На заводах резервуарных металлоконструкций при изготовлении рулонов стенки кромки листов строгаются для получения листов одинаковых размеров, например 1490х5990 мм. Таким образом, высота стенки резервуаров получается кратной 1490мм, а длина окружности (стенки) — кратной 5990 мм. 3. Резервуары повышенного давления широкого распространения не получили. В России сооружено всего несколько каплевидных резервуаров объемом 2000 м 3 , рассчитанных на избыточное давление 0,03 МПа. Значительно чаще применяют резервуары ДИСИ (Днепропетровского инженерно-строительного института) объемом 400, 700, 1000 и 2000 м 3 . В общей сложности таких резервуаров, рассчитанных на избыточное давление от 0,01 МПа до 0,013 МПа, построено около 200. Основные геометрические размеры вертикальных цилиндрических и каплевидных резервуаров повышенного давления приведены в табл. 4.1. Резервуары повышенного давления наиболее экономичны для длительного хранения нефтепродуктов при небольшой их оборачиваемости (не более 10 12 раз в год). Таблица 4.1 Резервуары повышенного давления Показатель Вертикальные цилиндрические резервуары объемом, м 3 Каплевидные резервуары объѐмом, м 3 Номинальный объем, м 3 400 700 1000 2000 3000 2000 Геометрический объем, м 3 420 770 1235 2050 3100 1700 Диаметр, м 8,53 10,43 12,3 15,2 18,3 18,45 Высота стенки, м 7,5 9 9 9,30 10,37 10,49 Высота торосферической кровли, м 2 2,08 2,95 2,97 3,542 – Избыточное давление, МПа 0,02 0,018 0,015 0,013 0,025 0,03 Вакуум, МПа 0,0015 0,001 0,0005 0,0005 0,001 0,003 К числу резервуаров повышенного давления относятся изотермические резервуары для хранения сжиженных газов. Обычно они представляют собой двухслойную конструкцию (резервуар в резервуаре). Для обеспечения постоянной, отрицательной температуры пространство между наружным и внутренним кольцом заполняют теплоизоляционным материалом. 4. Горизонтальные надземные и подземные резервуары, рассчитанные на избыточное давление 0,07 МПа – при конических днищах и 0,04 МПа – при плоских днищах, также являются резервуарами повышенного давления. 184 В отличие от резервуаров с понтоном или плавающей крышей в вертикальных цилиндрических резервуарах повышенного давления не требуется никаких движущихся конструкций и уплотняющих устройств, в них сохраняется возможность рулонирования стенки и плоского днища, вследствие чего облегчается их изготовление. Эксплуатация таких резервуаров сравнительно проста. Рациональная область применения резервуаров этого типа – объем до 3 тыс. м 3 . При больших объемах усложняются конструкции крыши и анкерных устройств. Таким образом, отечественное резервуаростроение охватывает большую номенклатуру резервуаров различных типов и назначений. Однако число типоразмеров, например, в пределах 5 100 м 3 , в нашей стране значительно меньше, чем в развитых зарубежных странах. В отношении взаимозаменяемости, применительно к большим объѐмам резервуаров наша номенклатура более чѐткая, чем зарубежная. Климатические условия России вызывают необходимость дифференцированного подхода к применению тех или иных типов резервуаров с учетом специфических условий их эксплуатации, значительных температурных колебаний, больших снеговых и ветровых нагрузок, сейсмических воздействий, вечномерзлых и просадочных грунтов и т.д. Например, резервуары с понтоном и со стационарной крышей по расходу стали более металлоемки (на 15 20%) , чем резервуары тех же объемов с плавающей крышей. Однако в районах с большими снеговыми нагрузками или песчаными бурями приходится применять резервуары с понтоном. По аналогичным причинам в северных районах с большими снеговыми и ветровыми нагрузками в целях обеспечения устойчивости стенок резервуаров предпочтительнее резервуары высотой не 18 м (экономически более выгодные), а до 12 м. В дальнейшем целесообразно ограничить применение резервуаров больших объемов (50 тыс. м 3 и более) в северных районах во избежание возможных хрупких разрушений. Отечественный индустриальный метод рулонирования применительно к резервуарам больших объемов в связи с ограничением толщины листов требует иногда применения новых конструктивных форм, например двухслойной или предварительно напряженной стенки, усиления бандажами и других решений. Перечисленные выше специфические условия проектирования, изготовления и монтажа, а также эксплуатации резервуаров отражаются и в методике расчета. В России за основу принят метод расчета конструкций по предельным состояниям. 4.5. ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ ПОД РЕЗЕРВУАРЫ Фундаментом называется часть сооружения, передающая нагрузку от веса сооружения на основание. Основанием называется толща грунта, находящаяся ниже подошвы фундамента и воспринимающая давление, передаваемое фундаментом. Грунты, находящиеся в условиях их природного залегания, являются естественными основаниями сооружений, а грунты, предварительно уплот- ненные или укрепленные другими способами, искусственными основаниями. 185 Фундаменты под резервуары являются наиболее ответственной частью всего сооружения, т.к. принимают на себя гидростатическое давление нефтепродукта в резервуаре. Неправильно спроектированный фундамент может быть причиной неравномерной осадки резервуара, вследствие чего в корпусе и днище появляются трещины, а в некоторых случаях происходит полное его разрушение. Нормальные фундаменты строят из крупнозернистых материалов (песка, гальки, гравия, щебня и других), которые передают давление на большую площадь и дают небольшую равномерную осадку. Они выгодно отличаются от монолитных фундаментов тем, что благодаря отсутствию связанности между отдельными частями крупнозернистых материалов обладают эластичностью и перераспределяют усилия, передающиеся грунту при неравномерной осадке, локализуя тем самым еѐ вредное влияние на резервуар. Поэтому такие фундаменты не заменимы, когда резервуар строится на насыпных грунтах, насыщенных водой. Нормальный фундамент под резервуары (рис. 4.9. а) состоит из грунтовой подсыпки, подушки из крупнозернистых материалов и гидроизолирующего слоя. Грунтовая подсыпка производится сразу после срезки и удаления растительного слоя толщиной 15 30 см. Для грунтовой подсыпки лучше использовать щебенистые, гравийные и песчаные грунты. Допускаются глинистые и суглинистые грунты влажностью не более 15%. На макропористых грунтах для подсыпки лучше использовать суглинистые грунты естественной влажности (без дренирующих примесей). Подсыпку желательно выполнять из однородных грунтов горизонтальными слоями толщиной 15 20 см с тщательным послойным уплотнением. Толщина слоя подсыпки 0,5 2,0 м. Подушку фундамента устраивают толщиной 20 25 см из зернистых материалов. Максимальный поперечник частиц не должен превышать 10% от толщины подушки. Радиус подушки на 0,7 м больше радиуса резервуара. Рис. 4.9. Нормальный фундамент для вертикального стального резервуара: а – объѐмом 5000 м 3 ; б – объѐмом 10000 м 3 ; 1 – гидроизоляционный слой; 2 – песчаная подушка; 3 – насыпной грунт; 4 – бетонное кольцо со стальной арматурой 186 Поскольку наибольший напор грунтовых вод наблюдается под центром днища резервуара, верхнюю полость подушки целесообразно делать с уклоном от центра основания. Высота конуса в центре 0,015 R. Конус также разгружает днище от термических напряжений и позволяет полнее удалять из резервуара подтоварную воду. Подушка укладывается с откосами 1:1,5, поверх неѐ из крупнозернистых материалов устраивают гидроизолирующий слой толщиной 80 100 мм (на макропористых грунтах толщина слоя должна быть увеличена в 2 2,5 раза). Гидроизолирующий слой предохраняет металл днища от коррозии под действием грунтовых вод, а макропористые осадочные грунты от увлажнения в случае утечки воды через днище резервуара. Гидроизолирующий слой изготовляют путем тщательного перемешивания супесчаного грунта (90% объѐма смеси) с вяжущим веществом (10%) – жидкие битумы, каменноугольные дѐгти, полугудроны и мазуты. Супесчаный грунт должен быть влажностью не более 3% и иметь следующий гранулометрический состав: 60 85% по объѐму песка размером песчинок 0,1 2 мм, 15 40% песчаных пылевидных и глинистых частиц размером менее 0,1 мм. Гидроизолирующий слой следует укладывать без подогрева, равномерно по всей поверхности подушки с уклоном от центра к краям при последующем уплотнении дорожными катками. Готовый фундамент должен иметь вокруг резервуара бровку шириной 0,7 м и откосы с уклоном 1:1,5 и 1:2, замощенные булыжником или бетонными плитами. Для отвода вод вокруг основания устраивается кювет с уклоном i = 0,005 к приѐмнику ливневой канализации. Для резервуаров объѐмом 10000 м 3 и более при проектировании фундамента необходимо предусматривать бетонное кольцо шириною 1 м и высотой 0,2 м (рис. 4.9). При сооружении резервуаров на вечномерзлых грунтах следует предусматривать защиту вечномерзлого грунта от оттаивания в теплое время года. |