Лекция 9. Монтаж резервуаров и газгольдеров
Вопросы лекции:
9.1. Монтаж резервуаров и газгольдеров.
9.1.1. Общие принципы возведения резервуарных конструкций.
9.1.2. Монтаж вертикальных цилиндрических резервуаров и газгольдеров.
9.1.3. Монтаж сферических резервуаров и газгольдеров.
9.1.4. Монтаж изотермических резервуаров.
9.2.Монтаж железобетонных резервуаров
Монтаж резервуаров и газгольдеров.
Общие принципы возведения резервуарных конструкций
Для хранения нефти, нефтепродуктов, газов (в том числе сжиженных) широко применяют наземные металлические емкостные сооружения: вертикальные цилиндрические резервуары (для нефти и нефтепродуктов), изотермические резервуары (для сжиженных газов), цилиндрические и сферические (шаровые) газгольдеры (для газов).
Единичная вместимость вертикальных резервуаров достигает 100 тыс. м3, изотермических — 60, сферических — 10 тыс. м3. С увеличением единичной вместимости резервуаров (одинакового типа) улучшаются удельные (на 1 м3 хранимого продукта) технико-экономические показатели по их сооружению и эксплуатации.
Заготовки для оболочки сферических резервуаров поставляют на площадку в виде укрупненных лепестков двоякой кривизны. Способы сборки и сварки оболочек основаны на применении манипуляторов-вращателей, обеспечивающих возможность выполнения сварки в нижнем положении. Манипуляторы являются довольно сложными дорогостоящими механизмами, поэтому разработаны аппараты и технология для механизированной сварки без вращения оболочек сферических резервуаров.
Монтаж вертикальных цилиндрических резервуаров и газгольдеров
Вертикальные цилиндрические стальные резервуары объемом 5-100 тыс. м3 имеют высоту стенки 12 и 18 м и диаметр 23-89 м. Корпус резервуара большой вместимости — цилиндрическая оболочка со стенкой переменной толщины, в уменьшенном масштабе приближенно повторяющей эпюру гидростатического давления хранимой жидкости, за исключением верхних поясов, толщину которых назначают из условия устойчивости. Стенка, как правило, одинарная цилиндрическая оболочка, подкрепляемая ребрами жесткости, сопряжение с днищем осуществляется электродуговой сваркой.
В целях уменьшения потерь хранимого продукта от испарения резервуары (особенно больших диаметров) оснащают не стационарными крышами, а перемещающимися по высоте понтонами и плавающими крышами, которые всегда находятся на поверхности нефтепродукта.
На современных установках изготовляют рулонированные конструкции резервуаров из стали толщиной до 18 мм (в том числе высокопрочной марки 16Г2АФ) с длиной рулона 18 м и массой до 100 т (имеются разработки по применению рулонов массой до 125 т). Сущность метода рулонирования заключается в том, что стенки днища резервуаров, центральные части плавающих крыш и понтонов почти полностью изготовляют в заводских условиях в виде полотнищ шириной 12-18 м. Полотнища собирают и сваривают на специальных двухъярусных магнитных механизированных стендах с применением высокопроизводительных сварочных автоматов, например А-735. Полотнища шириной, равной высоте резервуара, после сварки и контроля соединений наматывают на решетчатую металлическую бобину диаметром 2,8-3,2 м. В качестве бобины используют обычно шахтную лестницу, центральную стойку резервуара или специальный каркас.
Для резервуаров больших диаметров полотнище стенки поставляют в шести рулонах и более. Днище резервуара собирают из 2-4 частей, которые наматывают в один или несколько рулонов. При поставке днища одним рулоном сначала наматывают средние, а затем крайние элементы. Аналогично рулонируют полотнища плавающих крыш резервуаров.
Погрузку (разгрузку) резервуарных конструкций осуществляют методом накатывания (скатывания), с применением двух тракторов или двух лебедок или с помощью самоходных кранов, обеспечивая при этом сохранность геометрических форм рулонов.
Монтаж резервуаров. Резервуары монтируют на песчаном основании, диаметр которого должен быть на 1,4 м больше диаметра днища. Для отвода атмосферных осадков основание устраивают на 0,4-0,6 м выше уровня земли с откосами по краям не круче 1:1,5. От разрушения откосы предохраняют отмосткой. Для предохранения днища от коррозии основание пропитывают мазутом или гидрофобной смесью и укатывают катками. Приемку основания и фундаментов резервуаров оформляют актами по устройству насыпной подушки и устройству изолирующего слоя.
Работы по возведению резервуара выполняют в такой последовательности: монтаж и разметка днища, подъем рулонов стенки в вертикальное положение, установка центральной монтажной стойки, разворачивание рулонов стенки, установка опорных колец и кольцевых площадок, установка щитов покрытия, сварочные работы и контроль качества сварных швов, испытание и сдача резервуара.
Сборку днища резервуара производят путем разворачивания и сваривания центральной части днища с окрайками, для чего рулоны днищ накатывают на основание тракторами (лебедками) по специальному пандусу (рис. 9.1).
Рис. 9.1. Схема монтажа днища резервуара из рулонной заготовки:
а — одним трактором и лебедкой; б — двумя тракторами; 1 — рулон с тремя полотнищами; 2 — тяговый канат; 3 — трактор; 4 — прицеп для перевозки рулона; 5 — деревянные брусья для накатки рулона на основание; 6 — якорь; 7 — тормозная лебедка; 8 — тормозной канат; 9 — окрайки днища; 10 — бетонное кольцо
Рулон с днищем, состоящим 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.
Перед разворачиванием рулон огибают петлей из каната, конец которого закрепляют на тракторе или лебедке, использованных для перекатки рулона на основание. Планки, скрепляющие рулон, перерезают газовым резаком и, ослабляя петлю каната, позволяют рулону разворачиваться. Если самопроизвольного (под действием упругих сил) разворачивания рулона полностью не произошло, дальнейший разворот производят тем же 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 на прихватках стык двух половин днища с нахлесточным соединением, с плотным прижатием обоих полотнищ друг к другу.
Если днище монтируют из трех полотнищ, последовательно свернутых в рулон, то после разворачивания в проектное положение первого полотнища рулон с двумя оставшимися накатывают на сани и трактором перемещают так, чтобы можно было развернуть в проектное положение второе полотнище. Затем последний рулон снова накатывают на сани и перевозят на другую сторону основания для разворачивания третьего полотнища.
После сварки и разметки днища приступают к монтажу стенки резервуара. Монтаж состоит из двух основных операций: установки рулона стенки в вертикальное положение и его разворачивания со сборкой и сваркой замыкающего монтажного стыка. Рулон поднимают в вертикальное положение методом поворота вокруг шарнира с помощью крана или А-образного шевра (рис. 9.2, а). Перед подъемом нижнее основание рулона укладывают краном на ложе поворотного шарнира и крепят с помощью охватывающего каната, натягиваемого винтовой стяжкой. Верхний конец рулона укладывают на клеть из шпал высотой 0,3-0,5 м. В случае отсутствия крана рулон трактором или лебедкой перекатывают на днище по брусьям (из шпал или бревен), скрепленным строительными скобами. Для сохранения сварных швов днища от повреждения при подъеме и разворачивании рулона стенки, под торец рулона укладывают поддон из стального листа толщиной 6-8 мм и диаметром на 0,5 м больше диаметра рулона.
Рис. 9.2. Схема монтажа стенки резервуара из рулонной заготовки:
а — подъем рулона в вертикальное положение; б — разворачивание рулона; 1 — тракторы или лебедки; 2 — якорь подъемного полиспаста, 3, 4 — шевр; 5 — тяги (стропы); 6 — тормозной канат; 7 —днище; 8 — рулон; 9 — поворотный шарнир; 10 — поддон; 11 — якоря расчалок; 12, 13 — концевая стойка жесткости с лестницей; 14 — развернутая часть полотнища стенки; 15 — тяговый канат разворачивания рулона
Подъем рулонов в вертикальное положение целесообразно производить краном, а не шевром. Разработан способ подъема вертикальных конструкций поворотом вокруг шарнира стреловыми кранами с отклоненными от вертикали в сторону стрел грузовыми полиспастами, что позволяет существенно увеличить грузоподъемность крана. В исходном для подъема положение стрелу крана устанавливают с минимально возможным вылетом, из условия, чтобы нагрузка на крюк крана не превышала расчетной грузоподъемности для данного вылета стрелы исходя из допустимых напряжений в стреле крана, а также возможности прохождения поднимаемой конструкции под стрелой; при этом зазор между нижним поясом стрелы и конструкцией в процессе подъема должен быть не менее 0,5 м.
С отклоненным в сторону стрелы полиспастом, например, краном МКГ-25БР со стрелой 23,5 м (паспортная грузоподъемность при вертикальном полиспасте 17 т), методом поворота устанавливают в вертикальное положение рулонируемые конструкции высотой 12 м и массой до 60 т. После подъема рулона в вертикальное положение методом поворота с помощью крана устанавливают центральную монтажную стойку, которую фиксируют в центре днища специальными упорами и расчалками с винтовыми стяжками.
Перед разворачиванием рулонов стенки к днищу по наружному диаметру резервуара приваривают временные упорные уголки с шагом примерно 1 м. Низ рулона увязывают канатом, который крепят к трактору (лебедке) и после предварительного натяжения каната приступают к срезанию планок, крепящих кромку рулона. После удаления планок канат, стягивающий рулон, медленно ослабляют, и рулон, распружиниваясь, увеличивается в диаметре. Свободную наружную кромку рулона прижимают к упорным уголкам и электродуговыми прихватками соединяют с днищем. Дальнейшее разворачивание рулона производят принудительно трактором (лебедкой) с помощью каната и тяговой скобы, привариваемой к рулону на высоте 0,5 м (рис. 9.2, б). По мере разворачивания рулона полотнище стенки прижимают к ограничительным пластинам, прихватывают и приваривают к днищу резервуара. Верхнюю кромку удерживают специальными расчалками, прикрепляемыми к приварным скобам. За один прием рулон разворачивают на 3-4 м, затем скобу переносят в новое положение и процесс повторяют.
Элементы опорного кольца, кольцевых площадок и щиты покрытия кровли монтируют краном по мере разворачивания полотнищ стенки. Прихватку и приварку опорных элементов и кольцевых площадок производят из навесной люльки.
Щиты опирают на монтажную стойку в центре, к которой их временно крепят болтами, и устанавливают последовательно по часовой стрелке. Перед установкой замыкающего щита удаляют из резервуара каркас последнего рулона стенки. Для этого сначала срезают уголки-ограничители с поддона и вытаскивают рулон. Нижнюю замыкающую кромку рулона временно соединяют электродуговыми швами (прихватками) с днищем и срезают сварные швы, которыми вертикальная кромка рулона была прикреплена к стойкам каркаса. Освободившийся каркас извлекают краном через проем в покрытии. Замыкающий стык стенки обычно выполняют нахлесточным. 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 с помощью стяжных приспособлений и выполняют прихватки, после чего устанавливают замыкающий щит кровли, сваривают радиальные, а затем и кольцевые швы, раскружаливают покрытие, вынимают через центр временную опору, укладывают и приваривают центральный щит кровли.
В процессе сборки и сварки конструкций резервуара систематически контролируют его геометрические размеры. Все монтажные сварные соединения испытывают на плотность и выборочно — просвечиванием.
Смонтированный резервуар испытывают наполнением его водой; гидравлическое испытание позволяет проверить плотность и прочность соединений всего сооружения.
Как указывалось, крупные резервуары в последние годы монтируют с плавающими крышками (понтонами), что позволяет значительно снизить потери на испарение при хранении продукта.
Особенностью крупных резервуаров является наличие в верхней части их корпусов кольца жесткости, несущего также кольцевую переходную площадку, и кольцевых ребер жесткости в средней его части. Плавающая крыша представляет собой тонколистовой диск, по периферии которого расположен кольцевой понтон, состоящий из герметичных коробов, препятствующих потоплению крыши. Для предотвращения заклинивания (вследствие неровности стенки) диаметр плавающей крыши на 0,4-0,6 м меньше внутреннего диаметра корпуса резервуара. Для уплотнения и обеспечения герметичности этого зазора применяют механические затворы, обеспечивающие свободное перемещение крыши по высоте стенок резервуара.
Монтаж резервуаров с плавающими крышами имеет некоторые особенности. Центральную часть плавающих крыш (понтонов) собирают из рулонных заготовок. Сразу после монтажа днища резервуара края плавающих крыш прихватывают по всему периметру к днищу резервуара. Короба плавающих крыш монтируют после разворачивания стенки резервуара таким образом, чтобы их основания располагались в горизонтальной плоскости. Короба по мере укладки прихватывают друг к другу и центральной части плавающей крыши. Короб сваривают с плавающей крышей после окончания монтажа стенок и плавающей крыши. Опорные стойки последней монтируют и временно закрепляют после ее подъема водой на определенный уровень (1,5-2,0 м). После слива воды стойки окончательно закрепляют.
Традиционная технология монтажа стенок резервуара из рулонных заготовок, разворачиваемых в вертикальном положении, для резервуаров вместимостью 50 тыс. м3 и более имеет ряд недостатков: сложность работ по разворачиванию рулонов и формообразованию кромок из-за больших высот рулонов и толщин поясов стенки; повышенная трудоемкость и меньшая безопасность подгонки и приварки секций колец жесткости и площадок, формообразования кромок полотнищ, раскрепления развернутых полотнищ. Все эти работы приходится выполнять на значительной высоте после установки полотнища в проектное положение.
Поэтому предложена технология монтажа резервуаров большой вместимостью разворачиванием рулонов в горизонтальном положении на решетчатых кондукторах, имитирующих поверхность стенки, и последующим подъемом кондуктора с развернутым на нем рулоном стенки в проектное положение. Данная технология позволяет перенести значительную часть монтажных и сварочных работ в удобные и безопасные наземные условия, совместить сборку элементов резервуара с общестроительными работами.
Кондуктор (рис. 9.3) представляет собой пространственную конструкцию, состоящую из нескольких плоских ферм, соединенных прогонами и связями. Верхние пояса ферм — криволинейные и выполнены по внутреннему радиусу резервуара, нижние — прямолинейные. Длина верхнего пояса несколько больше длины разворачиваемого рулона. На нижнем поясе наружных ферм устанавливают шарниры для поворота.
Рис. 9.3. Схема кондуктора и разворачивания рулона в горизонтальном положении 1— стенд рулона; 2 — верхний криволинейный пояс кондуктора; 3 — нижний прямолинейный пояс кондуктора; 4 — поворотные шарниры; 5 — тяговые канаты лебедок для разворачивания рулона; 6 — рулон; 7 — удерживающие канатные тяги (на трактор или лебедку); 8 —прижимные ролики
Технология монтажа стенки резервуара из рулонной заготовки, разворачиваемой в горизонтальном положении, заключается в следующем. На развернутом и сваренном днище резервуара размечают окружность, соответствующую внутреннему диаметру резервуара. Краном устанавливают кондуктор в вертикальное положение так, чтобы криволинейный пояс и размеченная на днище окружность совпали. После установки и выверки кондуктора приваривают поворотные шарниры к днищу и затем опускают его в горизонтальное положение. Рядом с кондуктором устанавливают стенд для разворачивания рулона. К рулону вдоль кромки приваривают трубу с серьгами. Краном укладывают рулон на стенд таким образом, чтобы приваренная труба находилась в непосредственной близости к роликам стенда, препятствующим самопроизвольному разворачиванию рулона.
К серьгам трубу крепят канаты от двух лебедок, устанавливаемых с другой стороны кондуктора. Канаты от двух тракторов закрепляют на специальных патрубках, приваренных по окружности с торцов катушки. Канаты крепят к патрубкам, находящимся в верхнем положении, а запасовку выполняют таким образом, чтобы создать вращающий момент, удерживающий рулон от самопроизвольного раскручивания при перерезании крепящих планок. Перед началом разворачивания натягивают канаты, идущие на лебедки и трактора, натягивают и срезают планки, начиная с торца рулона, где стенка имеет меньшую толщину. Отпуская удерживающие канатные тяги, одновременно натягивают тяговые канаты лебедок, производя разворачивание рулона. Развернутое полотнище крепят пластинами к элементам верхних поясов рамы, оставляя свободные участки длиной около 3 м от краев полотнища для формообразования кромок. После формообразования кромок подгоняют и приваривают к полотнищу секции колец жесткости, временные стойки и проушины для последующего раскрепления поднятого полотнища, закрепляют канаты дотягивающей тормозной системы и временные расчалки. Затем гусеничным краном приподнимают кондуктор и устанавливают на временные опоры для возможности приварки секций колец жесткости, выступающих за один край полотнища; полотнище с кондуктором методом поворота краном устанавливают в проектное положение, раскрепляют расчалками и жесткими подпорками с наружной стороны резервуара и приваривают полотнище к днищу.
Секции колец жесткости, выступающие за край ранее установленного полотнища, приваривают к вновь установленному полотнищу и его кольцам жесткости. Кондуктор отсоединяют от полотнища и переносят на следующий участок. Для оформления вертикального стыка к двум соседним полотнищам крепят специальное прижимное приспособление и производят сварку. После монтажа последнего полотнища кондуктор извлекают из резервуара с помощью крана.
При возведении трех резервуаров вместимостью 50 тыс. м3 с применением метода разворачивания рулонов стенки в горизонтальном положении трудовые затраты на монтаж стенки резервуара составляют 330 чел-смен (на один резервуар), что примерно вдвое ниже, чем при монтаже стенок аналогичных четырех резервуаров по традиционной технологии (с разворачиванием рулонов в вертикальном положении).
Монтаж стенок крупных резервуаров выполняют также методом полистовой сборки в проектном положении (наиболее трудоемкий вариант), а также укрупненными в кондукторе на земле обечайками из нескольких свальцованных на заводе листов (общей площадью около 50 м2).
Выработка при укрупнительной сборке и монтаже металлоконструкций резервуаров вместимостью 50 тыс. м3 в расчете на 1 чел.-смену достигает: при полистовом монтаже — 330 кг, при монтаже укрупненными обечайками — 345 кг, а из рулонированных заготовок — 455 кг.
Газгольдеры служат для приема, хранения и выдачи различных газов. Наиболее широко применяются так называемые мокрые газгольдеры, характеризующиеся безопасностью и надежностью работы. В конструктивном отношении мокрые газгольдеры имеют много общего с вертикальными резервуарами. Это позволяет при изготовлении и монтаже мокрых газгольдеров применять те же технологические принципы: сварку плоских (днищ) и цилиндрических (стенки резервуара, телескопа и колокола) элементов на заводе-изготовителе в негабаритные полотнища, сворачивание их в габаритные, удобные для транспортировки рулоны и последующее их разворачивание непосредственно на месте монтажа. Мокрые газгольдеры вместимостью до 30 тыс. м3 сооружают по типовым проектам.
Рулоны стенок резервуара и подвижных звеньев (телескопа и колокола) разворачивают последовательным или параллельным способом. При последовательном способе сначала разворачивают резервуар, потом телескоп и затем колокол; этот способ трудоемок и продолжителен по времени. При параллельном способе одновременно разворачивают рулоны резервуара и подвижных звеньев с опережением на 9-15 м стенки резервуара по сравнению со стенкой телескопа и стенки телескопа по сравнению со стенкой колокола. Для параллельного разворачивания всех трех рулонов и для монтажа конструкций используют тракторную лебедку и самоходный гусеничный кран с гуськом.
В процессе разворачивания стенки резервуара монтируют кольцевую площадку на верхнем поясе стенки и внутренние направляющие, устанавливают на днище двутавровые подкладки и опорное кольцо телескопа. При разворачивании стенки телескопа устанавливают внутренние направляющие и секции гидрозатвора телескопа, в это же время ведут монтаж гидрозатвора колокола, устанавливаемого на двутавровых балках. По мере разворачивания стенки колокола устанавливают трубчатые стойки колокола и секции каркаса покрытия, временно опирая их на вспомогательную центральную стойку, размещенную ранее на днище. Развернутые участки всех трех стенок: резервуара, телескопа и колокола — по мере выверки раскрепляют временными радиальными упорами.
Окрайки кровли монтируют после каркаса покрытия колокола. Полученные с завода-изготовителя сегменты-окрайки перед подъемом укрупняют в секции по 2-3 сегмента. После установки окрайков собирают настил кровли также предварительно укрупненными картами. Настил приваривают к кольцевому поясу окрайков и центральному люку. Этот люк свободно опирают на каркас-стропила, листовой настил к стропилам не крепят. Оборудование на кровле крепят только к настилу, и при повышении внутреннего давления внутри газгольдера во время эксплуатации весь настил с оборудованием поднимается над стропилами.
