Конструкция крыш типовых резервуаров

Крыши типовых резервуаров, разработанные ГПИ Промстройпроект, 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 (рис. 1, 4) 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. 33).

В этих решениях шпренгели и полуфермы соединяются со стенкой при помощи опорных стоек, привариваемых к стенке (рис. 34, а); радиальные балки опираются на столики, приваренные к стенке (рис. 34, б), 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.

Центральный узел крыши приведен на рис. 35.

Раскрой листов настила предпочтительнее полосовой (рис. 33), 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.

Рис.35. Центральный узел каркасной конической крыши резервуара.

1 — радиальные балки; 2 — верхний пояс полуферм; 3 — прогоны из уголков; 4— центральная трубчатая стойка: 5 — нижний пояс полуферм 

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. 36), 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. 36. 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. 37, 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. 37, 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. 37,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. 37. 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 (рис. 38).

Рис.38. Конструкции щитов конической крыши 

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 (см. рис. 38).

Рис. 39. План резервуара со сборной щитовой крышей.

1-й вариант — радиальный раскрой настила. 2-й вариант—прямой раскрой настила 

Рис. 40. Монтаж рулонированной стенки и щитовой крыши резервуара 

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 (рис. 39, 40). 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. 

Рис. 41. Опорное кольцо крыши резервуара РВС – 10000 м3 

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. 42) 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. 42. 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 (Рис.41). Настил крыши имеет толщину 3 мм, а окрайки ее — 8 мм.

Радиус кривизны крыши 50 м, высота купола (стрелка арок) 3 м. Окрайки днища имеют толщину 10 и 8 мм, центральная часть — 5 мм.

Диаметр резервуара вместимостью 20 000 м3 (рис. 43) составляет 45,64 м, высота стенки — 11,92 м.

Стенка резервуара состоит из восьми поясов, причем четыре нижних пояса толщиной соответственно 14, 12, 10 и 10 мм изготовлены из низколегированной стали 09Г2С, а четыре верхних толщиной по 10 мм — из стали В Ст. 3 по ЧМТУ - 5232-55. Стенка выполнена в виде трех рулонов. 

Днище резервуара имеет сегментные окрайки толщиной 10 мм, изготовленные из стали 09Г2С. Центральная часть днища толщиной 6 мм изготовляется из стали В Ст - 3 ЧМТУ 5232 - 55 из четырех рулонов.

Сферическая крыша резервуаров монтируется из 48 сборных секторных щитов. Щиты состоят из каркаса жёсткости и настила. Радиальные ребра каркаса жёсткости имеют коробчатое сечение и состоят из двух швеллеров № 20 с решеткой из уголков; кольцевые ребра выполнены из швеллера № 8 и 6,5. Толщина листов настила кровли 3, мм, окрайки — 10 мм.

В большинстве резервуаров, за исключением некоторых масляных резервуаров, под слоем нефтепродукта находится слой воды. Этот «подтоварный» слой воды предохраняет нефтепродукт от утечек через неплотности днища. «Зеркало» его представляет собой идеальную поверхность отсчета при замерах нефтепродукта, так как водяной слой покрывает все неровности днища. Помимо этого водяная подушка может быть использована в качестве водозеркального подогревателя.

Рис. 3. Водоспускной кран:

1 — угловой патрубок; 2 — сальниковое уплот­нение; 3 — муфта поворотной рукоятки; 4 — пробковый кран; 5—диафрагма, 6 — чехол. 

Подтоварная вода накапливается, выпадая из обводненных нефтепродуктов, либо ее искусственно подкачивают в резервуар. Нормальная высота водяной подушки равна 3—5 см, а при водо-зеркальном подогреве составляет 30—35 см. Держать излишнее количество воды в резервуаре нецелесообразно, так как этим уменьшается его полезная емкость. Поэтому излишнюю воду периодически выпускают из резервуаров через водоспускные краны. В южных районах применяют водоспускные краны, установленные в дне резервуаров у уторных угольников. Зимой этот кран утепляется соломой или сеном для предупреждения замерзания воды и разрыва крана при случайных заморозках. В северных районах применяют поворотный водоспускной кран (рис. 3).

Спуск воды из резервуаров можно автоматизировать. Для этого у конца спускного трубопровода устанавливают фотоэлемент, а через лоток спускаемой воды пропускают луч света. Как только вместо воды пойдет непрозрачный нефтепродукт, фотоэлемент с помощью реле закрывает водоспускную задвижку.

На резервуарах диаметром менее 20 м ставят один-два водоспускных крана диаметром 11/2", а при диаметре резервуара более 20 м — диаметром 2".