Ахметов А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

221

Резервуар работает следующим образом. Телескопически располо-

женная опорная колонна (рис. 2.132

г) с зонтом, к которому приварена

нежесткая оболочка кровли, может свободно подниматься и опускаться

благодаря тому что основание опоры свободно скользит внутри ста

кана, приваренного к днищу резервуара. При свободном вертикаль

ном перемещении центральной опоры с зонтом в стакане на 1200 мм

(в резервуарах объемом 5000 м

) получается добавочный объем газового

пространства резервуара, равный примерно 100 м

. Практически для

большинства районов страны такого дополнительного объема газо

вого пространства достаточно для сохранения основной массы паров

бензина, образовавшихся в течение солнечного дня в резервуаре объ

емом 5000 м

. Если процесс испарения

продолжается в особо жаркий день, то

открывается клапан, отрегулированный

на рабочее давление в газовом простран

стве.

При минимальном давлении в резер

вуаре кровля настолько провисает, что

между ее центром и периферией возни

кает кольцевая впадина, в которой могут

скапливаться атмосферные осадки. Вла

гу удаляют при помощи гибких шлангов

размещенных внутри резервуара, как

в резервуаре с плавающей крышей.

Резервуары с мембранной «дышащей»

крышей

объемом 2000 м

(рис. 2.133) име-

ют корпус с полусферическим покрытием

5 в центральной части крыши. Мембрана 3,

изготовленная из бензостойкой ткани

и пропитанная специальными смолами

расположена в куполе. Перемещение мем

браны по вертикали проверяют тросом

и указателем положения мембраны

Кроме рассмотренных выше приме

няются также резервуары повышенного

давления. В таких резервуарах можно

хранить нефтепродукты, имеющие зна

чительную упругость паров без потерь от

малых «дыханий»

. Давление в таких ре-

зервуарах колеблется от 1,0 до 7,0 МПа.

Рис. 2.133. Резервуар с мембранной

«дышащей» крышей:

1 — стенка; 2 — нефтепродукт; 3 — мем

брана; 4 — трос; 5 — полусферическое

покрытие; 6 — указатель положения

мембраны

222

Каплевидные резервуары, кроме зоны сопряжения с основанием,

имеют одинаковую прочность в направлении главной кривизны, что поз-

воляет рационально использовать несущую способность всей оболочки

резервуара. Для проверки можно взять резиновый шар, заполнить его

водой и, положив на стол, убедиться, что шар примет форму капли,

в которой стенка одинаково растянута по всей поверхности.

Конструктивно каплевидные резервуары строят с опорным кольцом,

экваториальными опорами и больших объемов — многокупольными

(рис. 2.134 и 2.135).

Опорное кольцо и ребра жесткости, установленные в радиальном

и кольцевом направлениях, изготавливают из листовой стали, а упор

ный уголок и решетку опорного кольца — из угловой стали. Для креп-

ления зоны сопряжения оболочки с основанием с внутренней стороны

резервуара устанавливают ребра жесткости от днища до верха опорного

кольца. В верхней части ребер приваривают планки из листовой стали,

чтобы избежать потери устойчивости. В меридиональном направлении

с внутренней стороны резервуара устанавливают ветви, изготовленные

из швеллера. Все ветви соединены между собой кольцевыми связями из

угловой стали на разных уровнях. Ветви крепят к внутренним ребрам

жесткости нижней части и верхнему центральному кольцу, изготов

ленному из швеллера.

Каплевидный резервуар с эк

ваториальной опорой

предложил

и разработал Г

. М. Чичко. В этой

конструкции отдельно стоящие

колонны вокруг резервуара под

держивают экваториальный пояс

корпуса. Вертикальные усилия

которые возникают в пустом ре

зервуаре от избыточного давле

ния, уравниваются весом колонн

и кольцевого фундамента. Дни

ще такого резервуара не сфери

ческое, а плоское.

Каплевидные резервуары не

получили широкого распростра

нения из

-за высокой трудоем-

кости их изготовления и монтажа

из отдельных стальных листов

различной кривизны.

Рис. 2.134. Каплевидный резервуар

с опорным кольцом

223

Горизонтальный резервуар

объемом 50, 76 и 100 м

с ци-

линдрическими днищами пред

ложил Е. Н. Лессиг (рис. 2.136).

Цилиндрические днища имеют

кривизну только в одной пло

скости. Такой резервуар может

работать под избыточным давле

нием до 15 МПа.

Горизонтальный резервуар

с плоским и коническим дни

щами объемом до 75 м

может

работать под внутренним избы

точным давлением до 0,004 МПа

и вакуумом 980 Па.

Область применения гори

зонтальных резервуаров ограни

чена тем, что они занимают боль

шие площади, велика в таких

резервуарах площадь зеркала

продукта. Такие резервуары мо

гут быть использованы на малых

распределительных нефтебазах

и автозаправочных станциях.

Рис. 2.136. Горизонтальный резервуар с цилиндрическими днищами

Рис. 2.135. Каплевидный резервуар

с экваториальной опорой

224

Все конструкции вертикальных цилиндрических резервуаров имеют

три основных элемента: плоское днище, вертикальную цилиндричес-

кую оболочку и покрытие.

Плоское днище изготавливают на заводах металлоконструкций

в виде полотнища, свернутого в рулон, а монтаж его сводится к разво

рачиванию рулона. При избыточном давлении до 2000 Па днище на

чинает деформироваться, стремясь принять сферическую форму. Если

его закрепить по периметру, то давление можно повысить до 7 МПа.

Покрытие резервуаров может работать нормально под избыточным

давлением 2000 Па. При дальнейшем повышении давления покрытие

деформируется. Чтобы резервуар мог работать под избыточным дав

лением до 7,0 МПа без потерь от малых «дыханий», разработаны раз

личные конструкции покрытия.

Торосферическая кровля типа «Гибрид» плавно сопряжена с корпу

сом благодаря образованию торовой вставки двоякой кривизны. Мон

таж кровли проводят отдельными лепестками, включающими торовую

вставку. Резервуар с такой кровлей может работать под избыточным

давлением 0,025 МПа.

Сфероцилиндрическая кровля (рис. 2.137) состоит из центрального

круга и цилиндрических лепестков, которые очерчены двумя сопря

женными радиусами, плавно переходящими к корпусу. Все соедине

ния выполнены внахлестку. Монтаж кровли проводят отдельными

лепестками. Резервуар с такой кровлей может работать под избыточ

ным давлением 0,02 МПа. Резервуар объемом 2000 м

имеет диаметр

15 200 мм, высоту 9100 мм, высоту сфероцилиндрической кровли

2951 мм, большой радиус кривизны 15 200 мм, малый радиус кривизны

1535 мм. Сопряжение кровли и корпуса происходит в виде пересечения

двух цилинтров. Резервуар с такой кровлей работает под избыточным

давлением до 0,025 МПа.

Все элементы резервуара — днище, цилиндрическую стенку и ци

линдрическую кровлю — изготавливают в виде полотнищ на заводе

металлоконструкций и доставляют на монтажную площадку в рулонах.

Монтаж резервуара сводится к разворачиванию рулона днища, а за

тем одновременному разворачиванию рулонов вертикальной цилин

дрической стенки и цилиндрической кровли. При хорошей подготовке

монтаж резервуара объемом до 1000 м

может быть выполнен за один

световой день.

Это единственная конструкция вертикального цилиндрического ре

зервуара, в которой все элементы (днище, корпус и покрытие) можно

доставлять на монтажную площадку из полотнищ, свернутых в рулон.

225

2.6. Трубопроводные системы и арматура

2.6.1. Общие сведения о трубопроводах

Промышленные трубопроводы, прокладываемые по заводским

и межзаводским территориям, предназначены для транспортирования

жидких и газообразных углеводородов, а также водяного пара, воздуха,

доменного, коксового, природного и других газов и их смесей. Трубо

проводы соединяют между собой агрегаты единого технологического

цикла, расположенные в разных цехах, а также объединяют трубопро

водную сеть предприятия в замкнутые системы.

Как правило, промышленные трубопроводы на заводских террито

риях прокладываются надземно. Это экономично, удобно при эксплуа-

тации и ремонте, позволяет прокладывать дополнительные трубопро

воды без выполнения существенной реконструкции.

Многие промышленные трубопроводы в зависимости от их назначе

ния, наличия и типа футеровки имеют повышенную температуру стен

ки, доходящую до

150 °С, а в некоторых случаях — до 200 °С и более.

В связи с особыми условиями эксплуатации промышленных трубопро

водов при их проектировании необходимо учитывать:

— возможность образования загазованной зоны (из-за неплотностей

конструкций), представляющей опасность, особенно при прокладке

газопроводов внутри помещений;

— корродирующее воздействие как наружной

, так и внутренней сред,

особенно при наличии в них серы и других агрессивных примесей;

Рис. 2.137. Вертикальный резервуар со сфероцилиндрической кровлей

226

— абразивное воздействие потока взвешенных в газе частиц;

— влияние на сооружение температурного режима

(как технологичес-

кого, так и атмосферного).

Трубопроводы совместно с опорами

, оборудованием, устройствами

для их обслуживания, лестницами, площадками составляют так на

зываемую трубопроводную систему. Применяемые в строительстве

трубопроводные системы можно разделить на две группы: системы

состоящие из большого числа трубопроводов малых диаметров, для

прокладки которых требуется устройство специальных пролетных

строений — система эстакадной прокладки; системы, имеющие в своем

составе трубопроводы больших диаметров, жесткость которых исполь

зуется при работе на изгибсистема балочной прокладки.

При эстакадной прокладке система трубопроводов укладывается

на специальные несущие пролетные строения

, которые представляют

собой простые инженерные сооружения

(рис. 2.138). Такие системы

получили широкое распространение на предприятиях химической

энергетической, нефтяной и других отраслей промышленности, где

они включают в себя большое количество труб разных диаметров

(от 50...100 мм до 2...3 м).

Пролетные строения — эстакады выполняют, как правило, в виде

пространственных стержневых конструкций, габариты которых зависят

от поперечного сечения трубопроводной системы. Балочная проклад

ка значительно экономичнее, так как трубопровод большого диаметра

одновременно используется как несущая конструкция, на которую

опираются все сопутствующие трубопроводы. В этом случае несущие

и технологические функции ведущего трубопровода совмещаются, пре

вращая раздельные конструкции в единый блок (рис. 2.139).

Рис. 2.138. Трубопроводная система эстакадной прокладки:

1 — пролетные строения; 2 — неподвижная опора системы; 3 — промежуточные опоры

227

2.6.2. Компоновка трубопроводных систем

Компоновка трубопроводных систем осуществляется в соответствии

с генеральным планом конкретного предприятия, при этом должны

учитываться следующие требования: оптимальная протяженность тру

бопроводных систем; все трубопроводы, включая теплосиловые, а так

же прочие сети проводят единым компактным коридором; выбранный

план трассы не препятствует дальнейшему ее расширению; принятая

схема трубопроводной системы обеспечивает передачу минимальных

усилий на опоры и примыкающее оборудование; устанавливаемое

оборудование и конструкции трубопроводных систем позволяют уве

личить объем обслуживающих агрегатов и интенсификацию техноло

гических процессов; технологической схемой трубопроводных систем

предусматривается возможность отключения отдельных агрегатов при

нормальной работе остальных.

Основной вопрос при компоновке трубопроводных систем — выбор

типа и схемы расстановки опор, которые обеспечивают устойчивость

и неизменяемость всей системы. Типы опор бывают разными и зависят

от многих конструктивных и компоновочных факторов. Классифика

ция опор дана в табл. 2.2, где условно учитываются лишь основные

линейные связи, накладываемые опорой на трубопровод одной в вер

тикальной и двух в горизонтальной плоскостях. На рис. 2.140 показаны

типы опор, соответствующие этой классификации.

Рис. 2.139. Трубопроводная система балочной прокладки:

1 — сопутствующие трубопроводы; 2 — трубопровод верхнего яруса; 3 — подвеска; 4 — плоские

опоры;

5 — неподвижная опора верхнего яруса; 6 — неподвижная опора системы; 7 — опоры

у компенсаторов

228

Таблица 2.2 — Классификация опор трубопроводов

Конструктивная

схема

Расчетная

схема

Классифицируемый

признак

Характер работы

по

конструк-

тивному

решению

по распо-

ложению

в темпера-

турном

блоке

а) Маятни-

ковые

б) Под-

вески

Промежу-

точные

Опора восприни-

мает только верти-

кальную нагрузку,

допуская перемеще-

ния трубопроводов

в горизонтальной

плоскости

Плоские Промежу-

точные

При расчетной схе-

ме по типу «а» опора

воспринимает верти-

кальную и горизон-

тальную нагрузки в

своей плоскости, до-

пуская свободные пе-

ремещения трубопро-

вода вдоль оси трас-

сы. При расчетной

схеме по типу «б»

опора дополнительно

воспринимает уси-

лия, возникающие

из-за изгиба опоры

в направлении оси

трассы

Прост-

ранст-

венные

Концевые Опора воспринима-

ет вертикальную на-

грузку и все нагруз-

ки в горизонтальной

плоскости; переме-

щений трубопровода

не допускает

Прост-

ранст-

венные

Промежу-

точные

Опора воспринима-

ет вертикальную на-

грузку и все нагрузки

в горизонтальной

плоскости, допу-

скает перемещения

трубопровода от-

носительно опоры в

горизонтальной пло-

скости. Применяется

при скользящих и

катковых опорных

частях

Примечание. Все связи в расчетных схемах являются упругоподатливыми.

229

Наиболее экономичная в большинстве случаев балочная проклад-

ка предполагает, как отмечалось, использование изгибной жесткости

трубопровода максимального диаметра из всего пучка труб. Этот тру

бопровод обычно именуется ведущим. Возможность осуществления

балочной прокладки определяется следующими условиями: в попереч

ном сечении пучка труб должна быть труба, способная самостоятельно

воспринимать усилия в пролете между опорами; сопутствующие тру

бы должны быть расположены так, чтобы можно было прикрепить их

к основной трубе; генеральный план и подземные коммуникации долж

ны позволять установку опор на расстоянии, определяемом несущей

способностью ведущей трубы.

Одной из главных задач рационального конструктивного решения

трубопроводной системы при балочной прокладке является выбор

конфигурации трассы в плане и пространстве. При этом трасса долж

на иметь наименьшую длину, а напряжения в трубопроводе и усилия,

передаваемые на опоры от внешних нагрузок и от температурных пере

мещений, должны быть минимальными. В рационально спроектирован

ной системе усилия, передаваемые трубопроводом на оборудование,

не должны превосходить значений, определяемых его техническими

данными, а усилия, передаваемые на фундаменты опор, значений, обес-

печивающих возможность их выполнения.

Напряжения и усилия, вызванные внешними нагрузками, эффек

тивно регламентируются путем рационально сконструированных

и расставленных опор. Усилия от температурных воздействий в значи

тельной степени определяются возможностью системы сопротивлять

ся температурным деформациям. Такая возможность характеризуется

степенью жесткости системы. Поэтому один из способов уменьшения

усилий и температурных деформаций — создание схемы, состоящей из

Рис. 2.140. Типы опор трубопроводов:

1 — трубопровод; 2 — трехсвязная опора с ограниченной реакцией; 3 — трехсвязная концевая

опора; 4 — двухсвязная шарнирная опора; 5 — двухсвязная защемленная опора; 6 — двухсвязная

опора с ограниченной реакцией

230

отдельных участков трубопровода разных направлений и имеющей ма-

лую жесткость. Такие системы могут полностью или в большей степени

компенсировать температурные удлинения, не передавая при этом зна

чительных усилий на опоры. Однако при проектировании трасс боль

шой протяженности, насыщенных технологическим оборудованием,

создать полностью самокомпенсирующуюся схему сложно. В боль

шинстве случаев этому препятствуют условия генерального плана, что

имеет особое значение при прокладке трасс по заводским территориям,

и дополнительные затраты, связанные с увеличением длины трассы.

Если невозможно создать схемы, имеющие низкую жесткость и ком

пенсирующие температурные удлинения, то одним из способов умень

шения усилий может быть искусственное понижение жесткости систем

введением гибких или подвижных соединений отдельных участков тру

бопровода. Такими соединениями служат компенсаторы – устройства,

снижающие общую жесткость системы и воспринимающие ее деформа

ции вследствие изменения своей длины или за счет поворота. В некото

рых случаях в самокомпенсирующих системах дополнительно следует

устанавливать компенсаторы для уменьшения усилий на опорах или

в примыкающем оборудовании. В целом установка компенсаторов ре

комендуется в следующих случаях:

— когда по условиям генерального плана невозможно скомпоновать

систему с достаточно низким показателем жесткости;

— когда расчет системы на самокомпенсацию показал наличие чрез

мерно больших усилий на опорах и напряжений в трубопроводе;

— если применение системы с компенсаторами эффективно экономи

чески;

— при реконструкции или изменении схемы действующих систем.

В зависимости от выбранной схемы, а также от количества компен

саторов и мест их установки трубопроводные системы могут обладать

разной жесткостью. По степени жесткости их можно классифицировать

следующим образом.

Гибкие системы с весьма низкой жесткостью, способные самостоя

тельно полностью компенсировать температурные удлинения в резуль

тате изгиба и поворота. Температурные напряжения здесь могут быть

уменьшены только рациональной расстановкой опор, уменьшением их

жесткости, сокращением ограничений на концевых и промежуточных

опорах. Такие системы не требуют дополнительного снижения жест-

кости путем установки компенсаторов.

Шарнирные системы, в которых уменьшение температурных напря

жений достигается установкой компенсаторов, работающих на изгиб.