Непрерывный рост добычи и переработки нефти, а также периодически повторяющиеся кризисные ситуации создают необходимость сооружения резервуаров большого объема. Кроме того, увеличение единичной вместимости резервуаров диктуется технико-экономическими показателями, а именно снижением капитальных и эксплуатационных затрат. Так на конечном пункте Каспийского трубопроводного консорциума (КТК) в Новороссийске сооружают резервуарный парк (РП) из десяти резервуаров объемом 100000 м3. Четыре таких резервуара уже введены в эксплуатацию.
Увеличение объема резервуара и соответственно его диаметра, приводит к снижению устойчивости стенки и неравномерным осадкам из-за увеличения площади передачи нагрузок на основание. Кроме того, увеличение объема резервуара, а соответственно и его площади вызывает ряд трудностей при устройстве стационарной крыши, а использование плавающей крыши в климатических зонах с большой снеговой нагрузкой ведет к увеличению числа аварийных ситуаций.
Имеющийся опыт эксплуатации крупногабаритных вертикальных стальных цилиндрических резервуаров (РВС) показывает, что устранить имеющиеся недостатки и повысить эксплуатационную надежность РВС возможно, когда будут разработаны новые решения, меняющие схему взаимодействия основных конструктивных элементов резервуара.
Рис.1 - 3D-модель РВС-К
На кафедре «Трубопроводный транспорт» Самарского государственного технического университета (СамГТУ) разработан проект резервуара объемом 100000 м3 со стенкой каннелюрного типа РВС-К и двухпоясным вантовым покрытием (Рис.1).
Каннелюрная панель представляет собой вертикальный участок стенки, состоящий из стальных листов, обращенных выпуклостью внутрь резервуара. Места стыка панелей называются ребрами стенки РВС-К. С внутренней стороны стыка каннелюрных панелей по всей высоте стенки приварена накладка, ширина которой составляет 0,1 длины листа стенки, образующая с ребром стенки трехгранную балку, увеличивающую жесткость всей конструкции.
По всему нижнему контуру стенка соединена с плоским днищем сплошным сварным швом (уторный узел), а в местах стыка панелей по верхнему контуру стенки прикреплено висячее вантовое покрытие комбинированного типа с внутренним опорным барабаном. При заполнении резервуара продуктом стеновые панели сжимаются от воздействия гидростатического давления, а в ребрах стенки возникают опрокидывающие усилия, которые снижаются за счет натяжения вантового покрытия.
Для оптимизации геометрии конструкции в программном комплексе ANSYS был выполнен ряд расчетов напряженно-деформированного состояния резервуара с учетом пластического деформирования материала при различных размерах панелей и расположении колец жесткости. Результаты расчетов подтвердили выводы, полученные при исследовании, что при такой схеме взаимодействия конструктивных элементов максимальные напряжения в стенке перемещаются из зоны уторного узла на середину высоты стеновых панелей, причем сами стеновые панели работают на сжатие, а кольцо жесткости, установленное на середине высоты панелей, работает на растяжение (Рис.2).
Рис.2 - Напряженно-деформированное состояние заполненного резервуара
Кроме того, места максимальных напряжений находятся вне контакта с продуктом, что позволит сократить сроки ремонта, увеличить межремонтный период и большую часть ремонтных работ производить без вывода резервуара из эксплуатации.
В соответствии с расчётами выбрано вантовое покрытие комбинированного типа с вертикальными жесткими распорками, зигзагообразной канатной решеткой и внутренним опорным барабаном. В качестве распорок применены стальные стержни. Они предназначены для передачи нагрузок между верхним и нижним поясом вант и не испытывают больших напряжений, поэтому стержни могут быть полыми, что значительно уменьшает вес покрытия. По вантам монтируется стальная обрешетка с настилом из металлочерепицы.
Для снижения потерь продукта от испарения предлагается использовать понтон, состоящий из отдельных секций - герметичных коробов из листового алюминия, заполненных алюминиевыми сотами, собираемых между собой на болтах. Данный вид конструкции позволяет обеспечить непотопляемость секции в случае её возможной разгерметизации. Зазор между понтоном и стенкой герметизируется затвором мягкого типа.
Техническим результатом разработки является:
- гарантированное увеличение прочности и устойчивости резервуара;
- возможность эксплуатации в сейсмоопасных районах;
- снижение металлоемкости резервуара;
- увеличение эксплуатационной надежности резервуара;
- увеличенная продолжительность срока службы;
- увеличение межремонтных периодов;
- снижение срока работ по сооружению резервуара;
- снижение сметной стоимости сооружения по сравнению с РВС.
The article presents the project of the vertical steel tank with cannelure wall and steel rope roof, which led to the change of the scheme of interaction of the basic structural elements and improved strength, stability, life expectancy and operational reliability of the tank.
Автор: Леонид Евсеевич Землеруб, Александр Юрьевич Егоров, Владислав Валериевич Ягавкин
