/
Text
СООРУЖЕНИЕ
ГАЗОХРАНИЛИЩ
И НЕФТЕБАЗ
Допущено Министерством высшего
и среднего специального образования СССР
в качестве учебного пособия
для студентов вузов,
обучающихся по специальности
«Сооружение газонефтепр оводов,
газохранилищ и нефтебаз*
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НЕДРА»
Москва 1973
УДК 624.953
Сооружение газохранилищ и нефтебаз. М., «Недра», 1973.
368 с. Авторы Т. Т. Стулов, Б. В. Поповский, О. М. Иванцов,
М. К. Сафарян, В. А. Афанасьев.
В учебном пособии изложены основные сведения о нефтебазах
и современных конструкциях стальных и железобетонных резер-
вуаров для хранения нефти и нефтепродуктов. Рассмотрены во-
просы расчета элементов конструкций стальных и железобетонных
резервуаров на прочность и устойчивость.
Приводятся сведения о конструкциях газгольдеров для хра-
нения газов и их расчет. Отдельная глава посвящена со-
временным методам монтажа резервуаров и газгольдеров. Под-
робно описаны методы сооружения железобетонных резервуаров
и подземных хранилищ для газа и нефтепродуктов.
В заключительной главе рассматривается оборудование для
стальных и железобетонных резервуаров и газгольдеров.
Учебное пособие предназначено для студентов нефтяных вузон.
Таблиц 25, иллюстраций 211, список литературы — 17 на-
званий.
„ 0384—176
043(01)—73
176—73
ПРЕДИСЛОВИЕ
В связи с тем что добыча и переработка нефти и газа в СССР
с каждым годом увеличиваются, требуется значительное расширение
резервуарного парка и сооружение большого количества хранилищ
для газа. Резервуарный парк расширяется как путем создания новых,
более экономичных резервуаров, так и путем увеличения их вмести-
мости.
Широкое применение индустриальных методов монтажа позволило
значительно увеличить темпы строительства емкостей. Благодаря
сооружению железобетонных резервуаров из сборных конструкций
с применением предварительного напряжения созданы крупные резер-
вуарные парки, состоящие из дешевых и долговечных резервуаров.
Применение понтонов и плавающих крыш в стальных резервуарах
резко сократило потери нефти и нефтепродуктов от испарения.
Индустриальные методы монтажа удешевили строительство таких
сложных сооружений, как мокрые и сухие газгольдеры низкого
давления. Благодаря созданию новых материалов стало возможным
сооружение некоторых совершенно новых видов конструкций, ка-
кими, например, являются сухие газгольдеры с гибкой секцией.
Широкое внедрение в практику монтажа автоматической сварки
позволило быстро и надежно сооружать ответственные конструкции
типа шаровых резервуаров и газгольдеров.
Все возрастающие добыча и потребление природного газа выявили
необходимость в создании ряда крупнейших подземных газохра-
нилищ.
Начало строительству резервуаров в нашей стране было положено
выдающимся инженером (впоследствии академиком) В. Г. Шуховым.
По его проекту в 1878 г. был сооружен первый стальной резервуар
клепаной конструкции. Затем в ряде районов создаются первые
нефтебазы для снабжения нефтепродуктами потребителей.
В годы Советской власти конструкции стальных резервуаров
совершенствовались, увеличивалась их вместимость. В 1932 г. был
утвержден первый стандарт на клепаные резервуары вместимостью
до 10 500 м3 (ОСТ 5125—32). С 1937 г. при сооружении резервуаров
применяют электросварку. С 1944 г. резервуары вместимостью до
3
4600 м3 строят только сварными, а в 1951 г. сооружение клепаных
резервуаров было прекращено.
В 1944—1949 гг. Институт электросварки АН УССР по предложе-
нию Г. В. Раевского разработал и внедрил в практику строительства
индустриальный метод монтажа резервуаров из рулонных заготовок
заводского изготовления. В настоящее время этот метод широко при-
меняется не только при сооружении резервуаров и газгольдеров
различных конструкций, но и при облицовке тоннелей гидростанций,
дымовых труб и др. Вместимость отдельных резервуаров, построенных
индустриальным методом, достигает 30 000 м3.
Наряду со стальными резервуарами в нашей стране строятся
и железобетонные. Первые железобетонные резервуары были соору-
жены в районе Баку еще в 1912 г. В 30-х годах были спроектированы
и построены заглубленные железобетонные резервуары вместимостью
до 7000 м3, которые в плане имели прямоугольную форму. В 1935 г.
созданы цилиндрические железобетонные резервуары вместимостью
160, 250 и 500 м3. Все эти резервуары сооружались монолитными.
Увеличение мощности строительной индустрии позволило перейти
к сооружению сборных железобетонных резервуаров с предварительно
напряженной стенкой. Максимальная вместимость таких резервуаров
уже сейчас составляет 30 000 м3.
В 1933 г. в Днепропетровске построен мокрый газгольдер ем-
костью 100 000 м3. Первые конструкции газгольдеров были клепа-
ными. В дальнейшем, как уже отмечалось, и в эту область строитель-
ства была внедрена электросварка и индустриальные методы монтажа.
В настоящей книге рассматриваются вопросы сооружения
нефте- и газохранилищ современными индустриальными способами.
Главы 1, 9, 10, 11 и 12цаписаны Т. Т. Стуловым, главы 2, 3, 4 —
М. К. Сафаряном, главы 5, 6 — В. А. Афанасьевым, глава 7 —
Б. В. Поповским, глава 8 — О. М. Иванцовым.
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НЕФТЕБАЗАХ
§ 1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ НЕФТЕБАЗ
Нефтебаза представляет собой сложный комплекс связанных
между собой зданий, сооружений, трубопроводов, резервуаров и спе-
циального оборудования.
Назначение нефтебазы — обеспечивать прием, хранение и отпуск
нефтепродуктов. Все операции, выполняемые нефтебазой, подразде-
ляются на основные и вспомогательные.
К основным относятся следующие операции:
прием нефтепродуктов, доставляемых в железнодорожных цистер-
нах, по трубопроводам, нефтеналивными судами и другими спо-
собами;
хранение нефтепродуктов в резервуарах и тарных хранилищах;
отпуск нефтепродуктов в железнодорожные цистерны, нефтеналив-
ные суда и по трубопроводам;
перекачка на головные станции магистральных нефтепродукто-
проводов;
отпуск мелким потребителям через раздаточные колонки и тарные
склады.
К вспомогательным относятся следующие операции:
очистка и обезвоживание нефтепродуктов;
смешение масел или топлив;
регенерация (восстановление качества) отработавших масел;
изготовление и ремонт тары (бочек, бидонов);
подогрев застывающих и вязких нефтепродуктов при приеме,
хранении и отпуске.
Различают нефтебазы двух групп:
к первой относят нефтебазы, представляющие собой самостоятель-
ные предприятия, предназначенные для хранения нефти и нефтепро-
дуктов и снабжения ими потребителей;
ко второй — нефтебазы, входящие в состав промышленных, транс-
портных и других предприятий (ТЭЦ, железнодорожных станций,
речных и морских портов и пр.).
5
Согласно противопожарным требованиям нефтебазы, относящиеся
к первой группе, подразделяются на следующие три категории в зави-
симости от общей вместимости резервуарного парка:
I категория —емкостью 50 000 м3 и более
И » — » от 10000 до 50000 м3
III » — » до 10 000 м3
На нефтебазах второй группы допускается хранить в резервуарах
и в таре нефтепродукты в следующих количествах (в м3):
Подземные Наземные
хранилища хранилища
Легковоспламеняющиеся .... 4000 2000
Горючие.................. 20'000 10 000
Размещают нефтебазы на специально отведенной территории
в соответствии с генеральным планом застройки и реконструкции
данного района вблизи транспортных путей: железнодорожных, если
нефтебаза железнодорожного типа, или водных, если нефтебаза
проектируется для водного завоза и вывоза нефтепродуктов.
С дорогами общего пользования нефтебазы соединяют проездами
шириной не менее 6 м. Нефтебазы I категории сооружают не менее
чем с двумя выездами на дороги общего пользования. Нефтебазы
II и III категорий — с одним выездом.
От промышленных предприятий нефтебазы I категории удаляют
не менее чем на 100 м. Нефтебазы II и III категорий размещаются
в 40 м от промышленных предприятий и в 100 м от прочих
зданий.
Нефтебазы, возводимые на побережье или на расстоянии 200 м
и менее от берега, располагают, как правило, не ближе чем в 100 м
ниже по течению или в 3000 м (нефтебазы I категории) и 2000 м
(нефтебазы II категории) выше по течению от пристаней, речных
вокзалов, гидроэлектростанций, мостов и других промышленных
сооружений, размещенных непосредственно у берегов рек.
Если площадка для нефтебазы удалена от населенного пункта, про-
мышленного предприятия или железной дороги менее чем на 200 м
и имеет более высокие отметки по сравнению с последними, предусма-
тривают обвалование, отводные каналы и другие меры по предотвра-
щению разлива жидкостей с территории нефтебаз в случае аварии.
Сооружают нефтебазы согласно генеральному плану, в котором
решены вопросы размещения зданий, сооружений и установок,
транспортных и технических сетей, обслуживания, охраны и благо-
устройства территории, расположения внутриплощадочных дорог.
Обычно территорию нефтебазы подразделяют на следующие семь
производственных зон (рис. 1.1):
I — железнодорожного приема и отпуска нефтепродуктов;
II — водного приема и отпуска нефтепродуктов;
III — хранения;
IV — оперативная;
6
V — вспомогательных технологических сооружений;
VI — административно-хозяйственная;
VII — очистных сооружений.
Зона I включает сооружения, предназначенные для приема и от-
пуска нефтепродуктов крупными партиями. В ней размещаются же-
лезнодорожные пути для установки нефтеналивных маршрутов, слив-
но-наливные эстакады, нулевые резервуары для приема нефтепродук-
тов из сливных коммуникаций, лаборатория и другие сооружения.
Рис. 1.1. Схема разбивки генерального плана нефтебазы на зоны.
1 — причал; 2 — железнодорожные пути для маршрутов; 3 — сливно-наливные эстакады;
4 — нулевые резервуары; 5 — контора (насосная); 6 — узел задвижек; 7,31 — лаборатории;
8 — резервуарные парки; 9— мерники; ю — обвалование; 11, 15, 16, 18, 19, 25 — склады;
12 — автоколонка; 13 — автовесы; 14 — разливочная; 17 — разгрузочная площадка; 20 —
котельная; 21, 22, 23 — механические мастерские; 24 — водонасосная; 26 — иловые пло-
щадки; 27 — нефтеловушка; 28 — песколовка; 29 — административный корпус; 30 — кон-
тор а; 32 — электростанция; зз — ВОХР; 34 — пожарное депо.
В зоне II нефтебаз, размещенных у судоходных рек и морей,
располагаются причалы (пирсы) для слива и налива судов, а также
вспомогательные здания.
В зоне III — сооружения, предназначенные для хранения нефте-
продуктов; резервуарные парки, газосборники, сооружения для
производства вспомогательных операций.
Резервуарные парки — основные сооружения нефтебаз.
Объекты зон I, II и III соединяются между собою трубопроводами
для перекачки нефтепродуктов при их приеме, хранении и отпуске.
Зона IV включает сооружения, назначение которых — отпуск
нефтепродуктов в автоцистерны, контейнеры, бочки и бидоны. К числу
таких сооружений относятся: автоэстакады и автоколонки для на-
лива нефтепродуктов в автоцистерны; разливочные и расфасовочные
для налива нефтепродуктов в бочки и бидоны; сооружения обслужи-
вающего характера.
7
На территории нефтебазы зона IV располагается как можно ближе
к въезду.
В зоне V размещаются котельная, механические мастерские,
электростанция, различные склады, водонасосная и другие вспомога-
тельные сооружения. Источниками водоснабжения нефтебаз могут
быть городской водопровод, артезианские скважины или открытые
водоемы.
В зоне VI находятся контора, пожарное депо и другие администра-
тивно-хозяйственные сооружения.
В зоне VII — комплекс сооружений для сбора и очистки производ-
ственных и ливневых вод (песколовка, нефтеловушка, иловые пло-
щадки и др.).
Жилой поселок для работников нефтебазы выделяется в самостоя-
тельную, отделенную от территории нефтебазы зону.
Иногда для снижения стоимости строительства отдельные соору-
жения зон V и VI можно сблокировать по производственным при-
знакам.
Нефтебазы не всегда имеют в своем составе все перечисленные
сооружения, их состав зависит от типа и емкости базы, назначения
и характера проводимых операций. Так, на перевалочных нефтебазах
обычно отсутствуют сооружения зоны IV (оперативной), а на нефте-
базах, предназначенных для проведения операций со светлыми неф-
тепродуктами (бензин, керосин, дизельное топливо), может не быть
когельных установок.
§ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ НЕФТЕБАЗ
ПО ОПЕРАТИВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
По оперативной деятельности нефтебазы подразделяются на
четыре класса: 1) перевалочные; 2) призаводские; 3) завозные; 4) рас-
пределительные .
Перевалочные нефтебазы предназначены для перегрузки боль-
шого количества нефтепродуктов с одного вида транспорта на другой.
Сроки хранения нефтепродуктов на них (за исключением баз, распо-
ложенных на замерзающих водных путях) составляют 12—24 дня.
Перевалочные нефтебазы располагаются в морских портах, на
берегах судоходных рек и на крупных железнодорожных магистралях.
На водных перевалочных нефтебазах (морских и речных) перегру-
жают нефтепродукты с железнодорожного или трубопроводного
транспорта на нефтеналивные суда либо в обратном иорядке.
На речных перевалочных нефтебазах, расположенных на замерза-
ющих реках и перегружающих нефтепродукты с водного транспорта
на железнодорожный, имеются большие резервуарные парки, так как
прием нефтепродукта производится только в навигационный период,
а отгрузка — в течение года.
Мощное насосное оборудование и современные приемно-отпуск-
цые устройства перевалочных нефтебаз обеспечивают перегрузку
в короткие сроки без простоя транспорта.
8
К перевалочным относятся нефтебазы главным образом I кате-
гории.
Призаводские нефтебазы состоят из сырьевых и товарных баз.
Сырьевые предназначаются для приема и подготовки сырья, перера-
батываемого на заводе, а товарные для отгрузки готовой продукции
завозным и распределительным базам.
Обычно сырьевые и товарные базы объединяются в одно хозяйство
и располагаются на специально выделенных участках в непосред-
ственной близости от завода или на общей с ним территории. Приза-
водские нефтебазы, как правило, имеют общее с заводом энергетиче-
ское хозяйство, водоснабжение, канализацию.
Завозные нефтебазы предназначаются для распределения нефте-
продуктов по обширной сети мелких распределительных нефтебаз.
Одновременно они могут снабжать нефтепродуктами мелких потреби-
телей (комбинированные завозные нефтебазы).
Доставляют нефтепродукты на завозные базы и отправляют
распределительным базам всеми видами транспорта.
Распределительные нефтебазы предназначаются для непосред-
ственного снабжения нефтепродуктами потребителей. Как вмести-
мость, так и ассортимент нефтепродуктов на распределительных базах
меньше, чем на перевалочных и завозных. Рассчитаны распредели-
тельные нефтебазы на непродолжительное хранение и ограниченный
район обслуживания.
Распределительные нефтебазы принимают нефтепродукты водным
или железнодорожным транспортом, а отпускают их потребителю
отдельными железнодорожными цистернами, автоцистернами и нали-
вом в более мелкой таре.
Распределительные нефтебазы, расположенные вдали от железных
дорог и рек, называются глубинными. Это преимущественно нефте-
базы сельскохозяйственных районов, которые получают нефтепро-
дукты автоцистернами и выдают в мелкой таре (бочки, бидоны).
Распределительные базы, нефтепродукты на которые поступают
по трубопроводу, располагаются вдоль магистральных нефтепродук-
топроводов. Отпуск нефтепродуктов они осуществляют главным
образом автотранспортом.
Распределительные нефтебазы обычно относятся ко II и III кате-
гориям.
§ 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ НЕФТЕБАЗ
Определение емкости нефтебазы с учетом её расширения в буду-
щем — один из важных вопросов. При сооружении нефтебаз значи-
тельная часть капитальных вложений (до 60%) приходится на резер-
вуарные парки, поэтому емкость их следует определять достаточно
точно, чтобы обеспечить нормальный режим работы базы при наибо-
лее полном использовании вместимости резервуаров.
Емкость резервуарного парка зависит от типа нефтебазы, ее грузо-
оборота, условий завоза и вывоза нефтепродуктов, а также от нали-
чия и объема внутрискладских операций (осветление, обезвоживание
9
и др.). Так, тип нефтебазы (перевалочная, распределительная, водная,
железнодорожная) определяет количество хранимого нефтепродукта;
увеличение грузооборота, неравномерность поступления и выдачи
нефтепродуктов ведут к повышению емкости. Для внутрискладских
операций с нефтепродуктами необходимы дополнительные емкости.
Определяя емкость распределительных нефтебаз, используют ста-
тистические данные о потреблении нефтепродуктов в районе их рас-
положения и учитывают перспективы потребления.
Емкость, необходимую для каждого сорта нефтепродуктов, если
они доставляются на базу по железной дороге, можно определить
по формуле
Г = 30-0,95р
где V — емкость в м3; Q — наибольшая месячная реализация в т;
т — время пробега вагонов-цистерн от. пункта налива до нефтебазы
в сутках; кг — коэффициент неравномерности завоза нефтепродукта
(к = 1 4- 1,5 в зависимости от продолжительности пробега цистерн);
к2 — коэффициент неравномерности отпуска нефтепродукта (к2 =
= 1 4- 4); р — плотность нефтепродукта в т/м3; 30 — число дней
в месяце; 0,95 — коэффициент использования резервуара.
Емкость нефтебаз, расположенных на замерзающих водных путях,
принимают равной межнавигационной потребности в каждом сорте
нефтепродуктов с учетом необходимого запаса.
Емкость перевалочной нефтебазы может быть определена по гра-
фикам интенсивности завоза и вывоза продуктов (рис. 1.2) в отдель-
ные периоды года (месяцы).
При нормальной работе резервуарного парка площадь, ограничен-
ная кривой завоза и осями координат (рис. 1.2, а), должна быть
равна площади, ограниченной кривой вывоза и осями координат
(рис. 1.2, б, обе площади заштрихованы), так как завоз продуктов Q3
равен вывозу QB.
При наложении графиков завоза (а) и вывоза (б) получим график
(в)^на котором площади, обозначенные знаками плюс и минус, пока-
зывают соответственно превышение завоза над вывозом и вывоза
над завозом. Сумма положительных площадей равна отрица-
тельной площади, ибо завоз равен вывозу. Точки пересечения кривых
завоза и вывоза определяют периоды слабого и интенсивного отпуска
нефтепродукта.
Когда завоз превышает вывоз, заполняют резервуарные емкости
(см. кривая oab, рис. 1.2, г). Наибольшая вместимость потребуется
в конце периода слабого отпуска (ордината Fmax). По достижении
максимума (точка Ь) кривая изменения емкости будет понижаться
(участок bed) рр конца периода интенсивного отпуска. Затем вновь
начнется период слабого отпуска, и кривая будет повышаться (de),
т. е. завоз будет превышать вывоз.
Необходимая для нефтебазы емкость резервуарного парка V =
= Ртах — Pmin- Пусть Fmax = 25% и Fmin = —10% годовой реали-
10
зации нефтепродукта, тогда необходимая емкость V = 25—(—10) =
= 35% годового оборота.
Если на нефтебазе хранятся близкие по своим качествам нефтепро-
дукты (мазуты и дизельное топливо разных марок) и периоды макси-
мального заполнения ими емкостей не совпадают, общую вместимость
нефтебазы можно установить несколько меньшей, чем сумма емко-
стей, вычисленных для каждого продукта в отдельности.
Рис. 1.2. Графическое определение емкости нефтебазы.
Емкость нефтебазы может быть определена аналитически, если из-
вестны завоз и вывоз нефтепродуктов в процентах от годового обо-
рота или в абсолютных цифрах по месяцам, декадам или неделям.
В табл. 1.1 приведен пример определения емкости нефтебазы в про-
центах от годового оборота, где первые две строки показывают завоз
и вывоз по месяцам в процентах от годовой реализации, третья
Таблица 1.1
Показатели Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь Сумма 1
Завоз 2 5 5 7 9 12 15 12 10 9 8 6 100
Вывоз 14 12 10 10 7 3 3 7 9 10 9 6 100
Месячный остаток —12 —7 -5 -3 +2 +9 +12 +5 +1 -1 —1 0 —
Сумма месячных остатков -12 -19 -24 -27 —25 —16 —4 +1 +2 +1 0 0 —
11
строка — месячное превышение вывоза над завозом (—) или завоза
над вывозом (+), получаемое как разность показателей первой и вто-
рой строк, а четвертая — изменение емкости резервуарного парка по
месяцам, получаемое как сумма помесячных остатков нефтепродуктов.
В нашем примере емкость резервуарного парка V = Fmax — Fmin =
= 2 — (—27) = 29% годового оборота.
К определенной таким образом емкости резервуарного парка сле-
дует добавить емкость резервуаров мерников, нулевых резервуаров,
а также резервуаров для внутрибазовых операций.
Проектную емкость нефтебазы Vo определяют с учетом коэффи-
циента использования резервуаров ц
Fo = F/t].
В среднем г) = 0,95. Обычно строительная емкость Vc резервуарного
парка всегда несколько превышает проектную Уо, но это отклонение
должно быть возможно меньшим.
Отношение годового оборота нефтебазы к установленной емкости
называют коэффициентом оборачиваемости резервуарного парка. Этот
коэффициент характеризует полноту использования резервуарного
парка и колеблется от 1 до 30. Наибольшую оборачиваемость имеют
железнодорожные нефтебазы, наименьшую — базы, расположенные
на замерзающих реках.
§ 4. ВЫБОР И ИЗЫСКАНИЕ ПЛОЩАДКИ
ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА НЕФТЕБАЗЫ
Прежде чем наметить место расположения нефтебазы на карте,
проектировщики выполняют подготовительную работу, в частности:
а) изучают плановое задание на проектирование;
б) знакомятся по существующим картам с рельефом местности,
определяют наличие железных и автомобильных дорог;
в) выявляют источники водоснабжения, энергоснабжения и теле-
фонной связи;
г) изыскивают возможности получения местных строительных
материалов.
Обычно намечают несколько вариантов расположения нефтебазы,
затем после ознакомления с ними специальной комиссии выбирают
оптимальный.
Место для строительства нефтебазы согласуют с генеральным
планом развития прилегающих населенных пунктов и промышленных
предприятий.
Размеры отводимой под строительство площадки должны обеспе-
чивать расположение всех входящих в состав нефтебазы сооружений
с соблюдением противопожарных разрывов и включать резервную
территорию для возможного ее расширения (обычно 25—30% пло-
щади нефтебазы). При отводе площадки определяют розу ветров.
Нефтебазу располагают с подветренной по отношению к населенным
пунктам стороны.
12
Рельеф площадки должен быть спокойным, с определенно выра-
женным уклоном, достаточным для организации самотечного слива
или налива нефтепродуктов и освобождения от них трубопровода,
а также для отвода ливневых вод. Площадки с сильно пересеченным
рельефом или совершенно ровные мало пригодны для строительства
нефтебаз, требуются большие затраты, чтобы придать им проектный
рельеф.
Для сооружения водных нефтебаз очень удобны террасообразные
площадки у берегов рек, они позволяют организовать налив судов
самотеком.
Выбрав площадку для строительства нефтебазы, приступают к изы-
скательским работам на ней, которые включают:
1) геологические и гидрогеологические исследования;
2) топографическую съемку;
3) сбор общих сведений.
При проведении геологических и гидрогеологических исследова-
ний выполняют следующие работы:
а) определяют характер залегания пластов грунта, их взаимное
расположение, геологические характеристики и дают рекомен-
дации по выбору естественного основания для заложения фунда-
мента;
б) собирают данные о пласте, рекомендованном для естественного
основания;
в) определяют уровень грунтовых вод и их режим.
Чтобы выявить характер залегания различных пластов грунта
и построить геологический разрез, на площадке бурят скважины,
глубину и число которых выбирают в соответствии с геологическими
условиями площадки. Кроме того, роют шурфы, а из их стенок выре-
зают образцы (монолиты) для лабораторных исследований. Глубину
шурфов определяют в соответствии с геологическими данными,
полученными при бурении скважин.
При сооружении наземных резервуаров для определения напласто-
ваний грунта скважины бурят глубиной не менее 12 м, до коренных
пород. Для зоны хранения нефтепродуктов составляют геологический
разрез территории.
При строительстве подземных резервуаров глубину скважин при-
нимают 6 м, считая от уровня днища резервуара, и собирают подроб-
ные данные о залегании грунтовых вод и их химическом составе.
По результатам геологических и гидрогеологических изысканий со-
ставляют письменный отчет, в котором дают рекомендации для про-
ектирования оснований и фундаментов.
Для топографической съемки площадки границы ее определяют
в зависимости от местных условий — наличия соседних застроенных
участков, подъездных путей, водоемов и пр. Съемку участка с нанесе-
нием горизонталей производят в зависимости от рельефа местности
в масштабе 1 : 2000—1 : 500. Горизонтали наносят через 0,5—1 м
в абсолютных отметках, нивелировку производят по квадратной
сетке со сторонами 30—50 м. На план наносят ситуацию — дороги,
13
реки, овраги, сооружения, границы соседних участков, водопровод-
ные и канализационные магистрали и др.
К топографическому плану прилагают план и профиль (с отмет-
ками) подъездных железнодорожных путей с указанием абсолютных
отметок головки рельса. Все материалы по подъездным железно-
дорожным путям согласуют с управлением железной дороги.
На план участка нефтебазы наносят две базисные оси (перпенди-
кулярные одна другой), которые затем закрепляют на местности репе-
рами (врытыми столбами). В местных отделениях различных органи-
заций (метеорологических, земельных, в архивных фондах и др.)
получают общие сведения о площадках: о геологии и гидрогеологии,
глубине промерзания грунта и величине снежного покрова; темпе-
ратуре воздуха по месяцам; направлении ветров; данные о сейсмич-
ности района; о водоисточниках и возможности их использования;
о путях сообщения; о наличии местных строительных материалов;
о источниках электроснабжения и др;
§ 5. СОСТАВЛЕНИЕ ГЕНЕРАЛЬНОГО ПЛАНА
НЕФТЕБАЗЫ
Генеральный план — главнейшая часть проекта. Ошибки, допу-
щенные при составлении генерального плана, могут не только вы-
звать удорожание строительства, но и отрицательно повлиять на
процесс эксплуатации нефтебазы. Генеральный план должен обеспечи-
вать технологическую последовательность операций, проводимых
на нефтебазе; использование рельефа местности; рациональное при-
соединение к районным инженерным сетям (водопровод, канализа-
ция, высоковольтные линии, слаботочные линии и пр.) и путям сооб-
щения соответствующих сетей и дорог нефтебазы; целесообразное
размещение отдельных зон нефтебазы с учетом геологических, гидро-
геологических и метеорологических условий.
При составлении генерального плана нефтебазы используют:
а) ситуационный план местности, примыкающей к территории
нефтебазы;
б) план площадки нефтебазы в горизонталях;
в) данные о категории нефтебазы по пожарной классификации;
г) титульный список (перечень всех сооружений) нефтебазы;
д) данные о емкости резервуарного парка.
Составление генерального плана — задача комплексная, она ре-
шается технологами, архитекторами, строителями, дорожниками,
электриками и водоснабженцами совместно. Решение этой задачи
начинают с планировки участка, которая слагается из горизонталь-
ной и вертикальной планировки.
Горизонтальная планировка — размещение всех сооружений
нефтебазы в плане таким образом, чтобы обеспечивалась технологи-
ческая связь между отдельными зонами. На первой стадии горизонталь-
ной планировки разрабатывают технологическую схему, на которую
наносят все трубопроводы и схематично сооружения.
14
Зоны приема нефтепродуктов (I и II), связанные с железнодорож-
ными путями или причальными сооружениями, располагают обособ-
ленно от других зон. Если река служит источником водоснабжения,
водозаборные сооружения размещают выше причалов. Под зону хра-
нения (III), наиболее важную на нефтебазе, отводят участок с надеж-
ными грунтами. При этом учитывают господствующее направление
ветра, чтобы на зону не заносило искр от сооружений, где ведутся
работы с использованием открытого огня (котельные кузницы и др.).
Зону хранения огораживают забором.
Оперативную зону (IV) располагают непосредственно у въезда.
На крупных нефтебазах (I и II категорий) оперативную зону огора-
живают забором и проектируют для нее самостоятельные въезд
и выезд.
Зону вспомогательных сооружений (V) обычно обособляют от
других зон, так как ее объекты взаимосвязаны и работы в них могут
производиться с применением открытого огня.
Зону очистных сооружений (VII) располагают в наиболее низком
месте площадки для организации самотечного слива ливневых и сточ-
ных вод. Жилой поселок строят на определенном противопожарными
нормами расстоянии от нефтебазы. Внутри зон объекты располагают
также с соблюдением противопожарных разрывов. Кроме того, гори-
зонтальная планировка предусматривает проектирование дорог,
включая подъезды ко всем сооружениям нефтебазы, шириной 3,5 м.
Основные дороги проектируют шириной 6 м. Дороги целесообразно
закольцовывать, чтобы обеспечить проезд пожарных машин.
Вертикальная планировка — это организация рельефа площадки
для отвода атмосферных вод, проектирование необходимых уклонов
дорог и инженерных сетей, а также определение отметок полов пер-
вых этажей сооружений и днищ резервуаров. Эти работы произво-
дятся в соответствии с технологическими требованиями высотного
расположения сооружений. Они должны обеспечивать:
самотечный слив или налив нефтепродуктов в железнодорожные
цистерны и самотечную подачу их в оперативную зону;
размещение зоны хранения в пониженных по отношению к осталь-
ным сооружениям местах во избежание разлива нефтепродукта в слу-
чае аварии резервуаров.
Насосные станции располагают также в наиболее низких местах
площадки, чтобы обеспечить нормальную работу их всасывающих
линий.
Максимальные уклоны дорог принимают: продольный — 0,07,
поперечный — 0,04.
Чтобы определить объем земляных работ (насыпи и выемки),
территорию нефтебазы делят на квадраты со стороной 20 м, в точках
пересечения сторон квадратов делают отметки: черные — существу-
ющие отметки поверхности земли, красные — по проекту вертикаль-
ной планировки. Основная цель вертикальной планировки — достиг-
нуть баланса земляных работ, чтобы объем выемок был равен объему
насыпей.
15
§ 6. ПЛАНИРОВКА РЕЗЕРВУАРНЫХ ПАРКОВ
К резервуарам, предназначенным для хранения нефти и нефтепро-
дуктов, предъявляются следующие требования: 1) герметичность;
2) несгораемость и 3) долговечность.
Элементы резервуаров должны изготовляться в заводских усло-
виях и легко монтироваться на строительной площадке.
Технико-экономическую оценку резервуарных парков производят
по следующим показателям:
1) стоимость 1 м3 объема емкости;
2) общая стоимость 1 м3 объема емкости, в которую, кроме стои-
мости собственно резервуара, входит стоимость обустройства резер-
вуарного парка (земляные работы, технологические, водопроводные,
канализационные и тепловые сети, дороги, ограждения и др.);
3) расход основных строительных материалов (сталь, железобе-
тон' и др.).
Резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов могут быть
наземными, если их днище находится на одном уровне или
выше наинизшей планировочной отметки прилегающей территории
или если они заглублены менее чем на половину высоты, и подзем-
ными, если наивысший уровень жидкости в резервуаре находится
ниже наинизшей планировочной отметки прилегающей территории
не менее чем на 0,2 м.
Примечания. 1. Прилегающей к резервуару считается территория,
находящаяся в пределах 6 м от его стенки.
2. К подземным относятся резервуары, имеющие обсыпку, высота которой
не менее чем на 0,2 м выше наивысшего уровня жидкости в резервуаре и ширина
не менее 6 м, считая от стенки резервуара до бровки обсыпки.
Форма резервуара может быть цилиндрической (вертикальные
и горизонтальные резервуары), прямоугольной, сферической, капле-
видной и др. Объем резервуаров регламентируется противопожар-
ными нормами и техническими условиями. При планировке резер-
вуарных парков определяют следующие данные:
для наземных резервуаров
наибольшую емкость группы резервуаров;
расстояние между стенками соседних резервуаров, входящих
в группу;
расстояние между группами резервуаров;
порядок расположения резервуаров в группе;
для подземных резервуаров
деление резервуаров на группы и подгруппы; емкости групп и под-
групп регламентируются площадью зеркала продукта;
расстояние между группами, подгруппами и соседними резерву-
арами в подгруппе.
Чтобы предупредить разлив нефти или нефтепродуктов при ава-
рии, для наземных резервуаров предусматривают ограждение —
сплошной земляной вал высотой не менее 1 м и шириной по верху
не менее 0,5 м или стену из несгораемых материалов высотой не ме-
16
нее 1 м, которые рассчитывают на гидростатическое давление от
разлившейся жидкости. При устройстве внутригрупповых валов
учитывают противопожарные нормы.
Исследования технико-экономических показателей резервуарных
парков с подземными и наземными резервуарами показывают, что
увеличение вместимости резервуаров приводит к значительному
сокращению расхода основных материалов и стоимости строитель-
ства. Особенно заметно сокращается при этом протяженность трубо-
проводов (технологических, водопроводных, канализационных и др.).
Кроме того, по данным проф. В. И. Черникина, увеличение вмести-
мости отдельных резервуаров приводит к уменьшению потерь нефте-
продукта от испарения. Так, годовые потери от испарения при вме-
стимости резервуара 200 м3 составляют 5,75%, при 400 м3 — 5%,
при 1000 м3 — 4,25%, при 2000 м3 — 3,75%, при 5000 м3 — 3,25%
и при 10 000 м3 — 2,75% от вместимости резервуара.
§ 7. СЛИВНО-НАЛИВНЫЕ УСТРОЙСТВА
НЕФТЕБАЗ
Цель настоящей книги — ознакомить читателя главным образом
с вопросами строительства нефтебаз. Поэтому здесь приводятся сведе-
ния лишь о наиболее распространенных железнодорожных сливно-
наливных устройствах.
Для налива нефтепродуктов в железнодорожные маршруты и слива
их в резервуары сооружают специальные эстакады. Эстакады распо-
лагают на прямом участке железнодорожного пути (тупики), который
отводится от ближайшей станции. Нефтескладские железнодорожные
пути включают рабочие (сливно-наливные), маневровые и обгонные
пути для вывода состава, если другие пути заняты, а также тупик
для разгрузки тары, угля и других материалов.
Сливно-наливные устройства сооружают односторонними или
двусторонними (между двумя железнодорожными путями) из несго-
раемых материалов.
На нефтебазы поступают нефтепродукты с различными свойствами
(вязкость, температура застывания, упругость паров и др.) и в ци-
стернах различной конструкции. Это обусловливает и различие
систем слива — налива.
Принудительный слив при помощи насосов (рис. 1.3, а) подраз-
деляется на верхний и нижний. При верхнем сливе сливные стояки 1
устанавливают на расстоянии 4 м один от другого и присоединяют
к ним гибкие резиновые шланги 2. Второй конец шланга через люки
опускают в цистерны.
При нижнем сливе сливные приборы цистерн соединяют гибкими
шлангами 3 с коллектором 4. От середины всасывающего коллектора 4
к насосу 6 отходит отводная труба 5. Параллельно коллектору 4
укладывают зачистной коллектор, соединенный со стояком 1. Если
применяют несамовсасывающие центробежные насосы, то для создания
первоначального разрежения во всасывающей линии устанавливают
17
вакуум-насос, который присоединяют к воздушному коллектору 7.
При помощи вакуум-насоса отводится воздух, попавший во вса-
сывающую линию из-за неплотности соединения. Нефтепродукт отка-
чивают непосредственно в резервуарный парк или сначала в нулевой
Рис. 1.3. Системы слива нефтепродуктов из вагонов-цистерн.
резервуар 8, а затем в резервуары парка. Сливные коммуникации
полностью герметизируют.
Верхний слив при помощи погружных насосов (рис. 1.3, б) прог
изводят следующим образом. К погружному насосу, смонтированному
вместе со взрывобезопасным электродвигателем 9, присоединяют
гибкий шланг 2. По этому шлангу и трубопроводам 2, 4. 5 насос пере-
качивает нефтепродукт из цистерны в резервуар 8.
18
Самотечный слив (рис. 1.3, в; обозначения те же, что в схе-
мах а и б) применяют при благоприятном рельефе, когда резервуары
расположены ниже цистерн. Сливной стояк в данном случае является
сифоном. При самотечном сливе в отличие от принудительного насос
в коммуникациях отсутствует. Однако для нормального слива высшая
Рис. 1.4. Слив темных нефтепродуктов с помощью межрельсового желоба со
стационарными змеевиковыми подогревателями.
1 — четырехосная цистерна вместимостью 50 м8; 2 — паровая рубашка цистерны; 3 — слив-
ной прибор; 4 — межрельсовый железобетонный желоб; 5 — змеевиковые подогреватели
желоба; ~ ---------- - _ — . - _ .
провод;
6 — металлические крышки желоба; 7 — паровой шланг D у = 32 мм; 8 — паро-
9 — запорный вентиль Ру = 32 мм; 10 — поворотная колонка Ру = 50 мм для
присоединения шланга при разогреве мазута острым паром/
точка сливного стояка А должна быть присоединена к вакуум-
насосу.
Открытый самотечный слив (рис. 1.3, г) отличается тем, что
нефтепродукт через сливные приборы 10 цистерн поступает в перенос-
ные лотки 11, а по ним — в желоб 12, расположенный вдоль железно-
дорожного пути. К середине желоба присоединяют отводную
трубу 5, покоторойнефтепродукт сливается в резервуар 8. Из сливного
19
резервуара 8 нефтепродукт насосами перекачивают в резервуары.
Емкость сливных (нулевых) резервуаров принимают равной емкости
маршрута или 2/3 его емкости, если одновременно со сливом произво-
дят откачку нефтепродукта из сливного резервуара. Желоба и лотки
делают из несгораемого материала. Длину лотков принимают около
3,5 м. Желоба располагают: рядом с железнодорожными путями (одно-
сторонний слив), между рельсами (межрельсовый слив) или между
двумя железнодорожными путя-
ми (двусторонний слив). Длину
сливного желоба принимают
равной длине маршрута. При
сливе вязких нефтепродуктов
по дну желоба прокладывают
подогреватели — паровые трубы
диаметром 25—50 мм. Желоба
имеют откидные крышки. Слив
темных нефтепродуктов с по-
мощью межрельсового желоба
со стационарными змеевиками-
подогревателями показан на
рис. 1.4.
Закрытый самотечный слив
отличается от открытого слива
тем, что вместо переносных лот-
ков к сливным приборам ци-
стерн присоединяют гибкие
шланги, идущие к сливному
коллектору. Коллектор укла-
дывают в землю с уклоном от
краев к середине, где к нему
присоединяют отводную трубу.
Слив под давлением (рис.
1.3, д, е) применяют для уско-
рения процесса опорожнения
цистерн. При этом люк цистерны закрывают специальной герметич-
ной крышкой со штуцером, который соединяют гибким шлангом
с воздушным или паровым коллектором. При подаче в цистерну воз-
духа или пара над поверхностью нефтепродукта создается повы-
шенное (0,5 кгс/см2) давление, и слив ускоряется.
Крышка цистерны оборудована предохранительным клапаном
и манометром. При верхнем сливе (рис. 1.3, д) нефтепродукт под дав-
лением поступает по шлангу 2 и трубопроводам 7, 4, 5 в сливной
резервуар 8.
Нижний слив под давлением (рис. 1.3, е) применяют главным
образом для вязких нефтепродуктов, он весьма эффективен и позво-
ляет снизить степень подогрева нефтепродуктов. Если желоб разме-
щают между рельсами (что упрощает слив), то последние укла-
дывают на стенки желоба, который заглубляют в землю. Из желоба
20
3
№
*4-
J-
9
душный коллектор; 8 — патрубок
тиль для выпуска
Рис. 1.6. Технологическая схема эстакады КС
(комбинированной для налива и слива светлых
нефтепродуктов).
1 — сливно-наливной стояк; 2 — рукав резиновый (ос-
новной); з — рукав резиновый (зачистной); 4 — ван-
туз; 5 — основные коллекторы* 6 — коллектор для
слива технически неисправных цистерн; 7 — воз-
для слива технически неисправных цистерн; 9 — вен-
воздуха при опорожнении коллектора.
Рис. 1.7. Эстакада КС с резиновыми рукавами.
1 — рукав D = 76 мм; 2 — рукав D = 38 мм; з — передвижной откидной мостик; 4 —
стояк; 5 — контргруз; 6 — основной коллектор; 7 — коллектор для слива неисправных
цистерн; 8 — воздушный коллектор.
нефтепродукт по отводной трубе 5 стекает в сливной резер-
вуар 8.
При наливе нефтепродуктов в цистерны применяют те же устрой-
ства, что и при сливе светлых нефтепродуктов.
Способы налива нефтепродуктов показаны на рис. 1.5.
Налив самотеком (рис. 1.5, а) применяют при благоприятном
рельефе, тогда он происходит за счет разности уровней нефтепродукта
в резервуаре и верха эстакады.
Рис. 1.8. Эстакада наливная для темных нефтепродуктов НТ.
1 — основные коллекторы; 2 — паровой коллектор; 3 — дренажная труба; 4 — паропро-
вод; 5 — труба для спуска конденсата; 6 — дренажный конденсационный горшок; 7 —
телескопическая труба; 8 — наливная труба; 9 — поворотный сальник; 10 — паровые шту-
церы; 11 — контргруз.
Принудительный налив (рис. 1.5, б) производят при помощи
насосов.
Налив через буферную емкость (рис. 1.5, в) включает первые два
способа и применяется при благоприятном рельефе территории неф-
тебазы.
Налив и слив железнодорожных маршрутов осуществляют через
эстакады 7. Число эстакад и их длину выбирают в зависимости от
объема операций и грузоподъемности маршрутов.
Эстакады для слива и налива светлых нефтепродуктов обору-
дуют двумя или тремя основными коллекторами, коллектором для
22
слива неисправных цистерн и воздушным коллектором. Диаметры
коллекторов в зависимости от грузоподъемности маршрутов опреде-
ляют путем гидравлических расчетов.
Типовые железнодорожные эстакады НС, КС, НМ, КМ могут
быть металлическими и железобетонными. Их оборудуют водопровод-
ной сетью с подачей воды не менее 25 л/с при напоре 40—60 м и кана-
лизационной сетью или открытыми лотками (в южных районах)
для отвода воды и разлитого нефтепродукта. Для удобства выполне-
ния операций по сливу — наливу эстакады оборудуют переходными
площадками и откидными мостками. На рис. 1.6 показана техноло-
гическая схема эстакады КС, а на рис. 1.7 и i.8 —эстакады КС и НТ.
§ 8. ВОДОСНАБЖЕНИЕ И КАНАЛИЗАЦИЯ НЕФТЕБАЗ
Вода на нефтебазах расходуется на производственные, хозяйствен-
ные и противопожарные нужды. Расход ее регламентируется спе-
циальными нормами. Система водопроводов на нефтебазах, как пра-
вило, бывает объединенной, т. е. имеет общую сеть и сооружения
для подачи производственно-противопожарной и хозяйственной воды.
Раздельные системы устраивают только тогда, когда качество воды
для хозяйственных нужд не соответствует санитарным требованиям
и требуется ее очистка. В качестве источников водоснабжения исполь-
зуют местные водопроводные сети, артезианские скважины или водо-
заборы из открытых источников (рек, озер). Нефтебазы I и II катего-
рий обязательно оборудуют противопожарным водопроводом, на
базах III категории допускается устройство противопожарных водо-
емов или резервуаров с подачей воды мотопомпами или автонасосами.
Число водоемов или резервуаров обычно предусматривают не менее
двух, объем каждого из них не менее 100 м3, расстояние от водоема
до сооружения не более 200 м, но не менее 40 м.
При тушении пожаров в резервуарных парках применяют в ос-
новном пену — химическую, приготовленную в передвижных пено-
генераторах, и воздушно-механическую, приготовленную в пеносме-
сителях. Воду к пеногенераторам или пеносмесителям подают из
водопровода под давлением не менее 4 кгс/см2. Данные о расходе
воды на эти цели приводятся в табл. 1.2.
Система канализации нефтебаз всегда проектируется раздельной
для производственно-ливневых и хозяйственно-фекальных стоков.
Соединение этих систем допускать нельзя. Принципиальная схема
канализации нефтебаз приведена на рис. 1.9.
Если на нефтебазе хранятся этилированные бензины, производ-
ственно-ливневые воды следует отводить в отдельные емкости, а затем
на специальную очистку. Производственно-ливневую канализацию
прокладывают не ближе 3 м от хозяйственно-фекальной. Канализа-
ционную сеть (как правило, самотечную) проектируют подземной,
трубы — чугунные, керамические или асбоцементные.
Расстояние от нефтеловушки до ближайшего сооружения следует
принимать не менее 30 м.
23
Таблица 1.2
Резервуары Объем резервуара, м* Расход воды, л/с
на пено- туше- ние на охлажде- ние горяще- го резервуара на охлажде- ние трех смежных резервуаров всего
Наземные металлические 700 12 17 10 39
1000 12 19 11 42
3000 40 30 18 88
5000 50 36 22 108
Подземные железобетонные 5000 55 30 85
10000 105 50 — 155
Примечание. Расход воды указан для нефтепродуктов с температурой вспышки
28° С и ниже, расход воды на пенотушение для нефтепродуктов с температурой вспышки
от 28 до 45° С уменьшается на 17%, а с температурой вспышки выше 45° G—на 50%. Рас-
четное время тушения пожара 10 мин, охлаждения—3 ч:
Рис. 1.9. Принципиальная схема канализации нефтебаз.
1 — производственная сеть от здания; е — канализационная сеть от эстакад; 3 — канализа-
ционная сеть от резервуарного парка; 4 — песколовка и решетка; 5 — нефтеловушка; 6 —
первое отделение отстойного пруда; 7 — второе отделение отстойного npyfta; 8 — регулиру-
ющие выпуски; 9 — выпуск в водоем; 10 — площадки для подсушивания осадка; 11 — дре-
нажная сеть; 12 — пульпопровод; 13— подача водопровода к эжектору; 14— насосная
станция для откачки собранного нефтепродукта; 15 — резервуар для собранного нефтепро-
дукта; 16 — сеть в резервуар-разделитель.
На крупных приморских нефтебазах, помимо сточных, производят
очистку и балластных вод (из танкеров). Для этого сооружают круп-
ные и сложные системы, включающие нефтеловушки, отстойники,
резервуары, флотаторы и прочие специальные сооружения. Состав
очистных сооружений рассчитывают по специальным нормам и тех-
ническим условиям.
ГЛАВА ВТОРАЯ
СТАЛЬНЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ
§ 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
РЕЗЕРВУАРОСТРОЕНИЯ
В настоящее время стальные резервуары, рассчитанные на низкое
избыточное давление в газовом пространстве (200 мм вод. ст.), соору-
жаются двух типов:
1) вертикальные цилиндрические, различающиеся в основном
объемом и конструкцией покрытия;
2) траншейные.
Все современные резервуары строятся по типовым проектам.
Их объем регламентируется нормальным рядом, который для сталь-
ных резервуаров низкого давления предусматривает следующие
емкости: 100; 200; 300; 400; 700; 1000; 5000; 10 000; 15 000; 20 000;
30 000; 50 000; 100 000 м8.
Резервуары вместимостью до 30 000 м3 сооружаются исключи-
тельно индустриальным методом из рулонных заготовок, резервуары
объемом 50 000 и 100 000 м3 — полистовым методом. Однако в после-
дующем и резервуары вместимостью 50 000 и 100 000 м8 будут монти-
роваться индустриальным методом. Такая перспектива обусловлена
созданием новых конструкций стенки резервуаров (например, двух-
слойная стенка), а также возможностью применения высокопрочных
сталей (класса С-45, С-60).
Траншейные резервуары сооружаются в основном объемом 5000 м3,
но возможно увеличение их вместимости до 10 000 м3 с сохранением
тех же технико-экономических показателей.
За рубежом в настоящее время также наблюдается тенденция
к сооружению вертикальных цилиндрических резервуаров большой
вместимости. Имеются, например, резервуары объемом 100—
120 тыс. м3. Большинство их оборудовано плавающими кры-
шами.
25
§ 2. СПЕЦИФИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
При проектировании стальных резервуаров учитывают условия
их эксплуатации, свойства нефтей и нефтепродуктов, конструктивные
и расчетные требования, характеристики сталей.
Под условиями эксплуатации подразумевают: географический
район строительства и климатические условия (положительные и от-
рицательные температуры); грунтовые условия с возможными нерав-
номерными осадками; оборачиваемость резервуаров — число запол-
нений и опорожнений; агрессивность нефтепродуктов; возможность
возникновения значительного избыточного давления при наполнении
или вакуума при опорожнении герметически закрытых резер-
вуаров.
Свойства хранимых продуктов
и условия эксплуатации
Нефть, нефтепродукты и газы обладают специфическими свой-
ствами, которые существенно влияют на организацию их хранения.
Главнейшие из них — огне- и взрывоопасность, а также способность
к электризации. Некоторые виды нефти и нефтепродуктов обладают
высокими испаряемостью и вязкостью.
Высокой испаряемостью обладают светлые нефтепродукты (газо-
вые, авиационные и автомобильные бензины) и нефти, содержащие
значительное количество легких фракций (легкие нефти). При испаре-
нии этих фракций теряется часть хранимого нефтепродукта и ухуд-
шается его качество, вследствие чего такой нефтепродукт часто стано-
вится непригодным для непдсредственного использования и подлежит
«исправлению».
Потери нефтепродуктов от испарения наносят большой ущерб
народному хозяйству. Они происходят в основном по ,следующим
причинам:
1) от вентиляции газового пространства при открытых люках
или от образования «газового сифона» при наличии отверстий на
разных уровнях;
2) от «больших дыханий» во время налива или слива нефтепро-
дуктов;
3) от «малых дыханий» вследствие повышения температуры в га-
зовом пространстве и увеличения в нем концентрации паров или
расширения газов при понижении атмосферного давления; «малые
дыхания» происходят при постоянном количестве нефтепродуктов
в резервуаре;
4) от насыщения газового пространства резервуаров парами неф-
тепродуктов;
5) от кипения нефтепродуктов вследствие их нагревания, когда
парциальное давление паров становится больше давления, под кото-
рым находится поверхность нефтепродуктов.
26
Исследованиями установлено, что потери бензина от «малых дыха-
ний» можно полностью ликвидировать, если в газовом пространстве
поддерживать следующие максимальные избыточные давления
(в кгс/см2):
в районах Средней Азии.................................0,26
» остальных районах южной зоны..............0,19
» средней климатической зоне................0,16
» северных районах..........................0,15
Основными конструктивными мероприятиями по снижению по-
терь нефтепродуктов от испарения являются следующие.
1. Сокращение объема газового пространства. Если объем газо-
вого пространства равен нулю, потери от всех видов «дыханий»
теоретически также равны нулю. Поэтому один из путей сокращения
от испарений — уменьшение газового пространства до минимума.
Этого можно добиться, например, применяя резервуары с плава-
ющими крышами или понтонами.
2. Повышение избыточного давления в газовом пространстве.
При хранении нефтепродуктов под определенным избыточным давле-
нием потери от «малых дыханий» совершенно устраняются.
3. Улавливание паров нефтепродуктов. В этом случае резер-
вуары оборудуют газовой обвязкой с включением в нее газосбор-
ников.
Выбор типов стальных резервуаров
для хранения нефти и нефтепродуктов
Высококипящие светлые нефтепродукты (керосин, газолин, от-
бензиненные нефти), масла и мазуты имеют низкую упругость паров.
Поэтому их можно хранить в обычных вертикальных цилиндрических
резервуарах под избыточным давлением до 200 мм вод. ст.
Сырые нефти и светлые нефтепродукты (авиационные и автомо-
бильные бензины, лигроины) имеют упругость паров при темпера-
туре 40—50° С от 0,4 до 1,2 кгс/см2. Такие нефтепродукты целесо-
образно хранить в каплевидных, горизонтальных цилиндрических
резервуарах и в резервуарах со сферическим покрытием.
У светлых низкокипящих нефтепродуктов (пусковые и газовые
бензины) упругость паров от 1,2 до 2,0 кгс/см2. Поэтому их хранят
в горизонтальных цилиндрических или в сферических резервуарах.
Для устранения потерь от «больших дыханий» при высоких коэф-
фициентах оборачиваемости (оперативные резервуары, резервуары
головных станций нефтепроводов и др.) применяют в первую очередь
резервуары с плавающими крышами и понтонами, затем резервуары,
работающие под давлением, и, наконец, вертикальные цилиндриче-
ские резервуары с газокомпенсаторами низкого давления.
Низкокипящие нефтепродукты хранят в сфероидах и других
резервуарах, работающих под давлением. С уменьшением коэффи-
циента оборачиваемости К0 эффективность резервуаров, работающих
под давлением, повышается. При К< 6 они более экономичны, чем
резервуары с плавающими крышами.
27
Чтобы избежать потерь от «малых дыханий», применяют резер-
вуары, работающие под повышенным давлением, резервуары с пере-
менным объемом газового пространства и вертикальные цилиндри-
ческие резервуары с газоуравнительными системами низкого да-
вления.
Высококипящие светлые нефтепродукты (керосин тракторный
и осветительный, тяжелые и отбензиненные нефти) в большинстве
случаев хранят в вертикальных металлических резервуарах.
Масла хранят главным образом в металлических вертикальных
и горизонтальных резервуарах, реже в железобетонных, специально
облицованных.
Темные нефтепродукты (моторное, дизельное, котельное топлива)
хранят в типовых металлических, железобетонных и каменных резер-
вуарах, а высоковязкие темные нефтепродукты (битумы, мазуты,
гудроны) — в железобетонных резервуарах.
Сернистые нефти и нефтепродукты хранят в резервуарах со спе-
циальным защитным покрытием против коррозии.
Конструктивные и расчетные требования
Советская конструкторская школа при проектировании стальных
конструкций, в том числе и листовых типа резервуаров и газгольде-
ров, руководствуется тремя принципами: наибольшей экономией
металла, наименьшей трудоемкостью и наибольшей скоростью мон-
тажа. По заключению одного из основателей советской школы проек-
тирования проф Н. С. Стрелецкого эти принципы являются равно-
правными и равнозначными составляющими основного признака,
определяющего качество конструктивной формы.
Повышение качества — важная проблема, положенная в основу
«Строительных норм и правил (СНиП)».
В большинстве зарубежных стран за критерий прочности и на-
дежности принимается допускаемое напряжение, определяемое как
частное от деления предельного напряжения материала на коэффи-
циент запаса, значение которого берется условно из-за его неопре-
деленности.
По расчетной методике, принятой в СССР, за критерий прочности
и надежности принимается предельное состояние конструкций, свя-
занное с действительной их- работой и определяемое несколькими
коэффициентами, характеризующими возможное изменение нагрузки,
качества материала и условий работы этих конструкций. Такой рас-
чет носит название «расчета по предельным состояниям», а сами коэф-
фициенты (перегрузки, однородности и условий работы) называются
расчетными.
Отечественные стали
для строительства резервуаров
Резервуары, газгольдеры и другие нефтегазохранилища — весьма
ответственные инженерные сооружения. Они предназначены для
хранения дорогостоящих и важных для народного хозяйства продук-
28
тов. Нередко содержимое хранилищ (бензин, сжиженные газы) во
много раз дороже самих сооружений. Хранилища эксплуатируются
в разных климатических условиях, в том числе при температуре
—40° С и ниже. Часто в хранилищах содержат агрессивные по от-
ношению к стали продукты, вызывающие коррозию.
В связи с этим для резервуаров и газгольдеров применяют стали,
имеющие высокие прочностные характеристики (временное сопро-
тивление, предел текучести, относительное удлинение и др.), хи-
мический состав, обеспечивающий надежную свариваемость, хоро-
шую сопротивляемость хрупкому разрушению при низких темпера-
турах (достаточную ударную вязкость и низкое значение порога
хладноломкости).
В отечественном резервуаростроении широко применяются следу-
ющие стали: малоуглеродистая В Ст. 3 по ГОСТ 380—71; малоугле-
родистая Ст. 3 улучшенного раскисления по ЧМТУ 5232—55;
низколегированная 09Г2С(М) по ГОСТ 5520—62. Ко всем им
предъявляются повышенные требования в части ударной вязкости
при низких температурах.
В перспективе для сооружения резервуаров намечается приме-
нение низколегированных сталей повышенной и высокой прочности
(классов С-45 и С-60). Уже спроектирован и построен резервуар
емкостью 30 000 м3 из стали марки 16Г2АФ с пределом текучести
45 кгс/мм2. Использование таких сталей позволит значительно сни-
зить вес резервуара и расширить предел рулонирования заготовок.
В современных конструкциях сталь повышенной прочности
обычно применяют для изготовления окрайков днища и нижних
поясов стенки резервуара. Для вспомогательных конструкций (огра-
ждений, лестниц) используют кипящую сталь.
§ 3. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ РЕЗЕРВУАРЫ,
СООРУЖАЕМЫЕ ИЗ РУЛОННЫХ ЗАГОТОВОК
РЕЗЕРВУАРЫ С КОНИЧЕСКИМ ЩИТОВЫМ ПОКРЫТИЕМ
До 1952—1953 гг. сварные цилиндрические резервуары соору-
жались в основном полистовым методом. В 1953 г. ГПИ Промстрой-
проект разработал типовые проекты вертикальных цилиндрических
резервуаров, значительно отличающихся от строившихся полисто-
вым методом как своей конструкцией, так и марками сталей и элек-
тродов. Монтаж этих резервуаров предусмотрен из рулонных заго-
товок. Нижние четыре пояса стенки в кольцевом направлении сва-
рены встык, а верхние — внахлестку. Вертикальные швы во всех
поясах стыковые. В новых проектах рулоны стенки соединены встык
в вертикальном и кольцевом направлениях, причем все вертикальные
швы совмещены.
Конструкция покрытия для резервуаров вместимостью 1000 м3
и более, состоявшая из полуферм, прогонов, радиальных балок
и связей, была заменена сборным щитовым покрытием, разработанным
29
него
Рис. 2.1. Резервуар вместимостью 5000 м3 со щитовым покрытием.
В. В. Дидковским. Щиты в виде трапеции с криволинейными ос-
нованиями, изготовляемые в заводских условиях, имеют обвязку
из радиальных и кольцевых несущих элементов (швеллеров и угол-
ков), покрытую листовой сталью толщиной 2,5 мм. Они опираются
на стенку резервуара и на стойку, установленную в его центре.
Центральная стойка выполнена из трубы. Днища резервуаров вме-
стимостью до 1000 м3 предусмотрены из листовой стали толщиной
4 мм. В резервуарах вместимостью 2000, 3000 и 5000 м3 центральная
часть днища и окрайки имеют толщину соответственно 4 и 6,4 и 7,5
и 8 мм. Диаметр днища на 100 мм больше диаметра резервуара.
В 1957 г. Гипроспецпромстрой разработал проекты резервуаров
вместимостью 100, 200, 300, 400, 700, 1000, 2000, 3000 и 5000 м3 со
щитовым покрытием.
На рис. 2.1 показан резервуар вместимостью 5000 м3 со щитовым
покрытием.
РЕЗЕРВУАРЫ
СО СФЕРИЧЕСКИМ ЩИТОВЫМ ПОКРЫТИЕМ
При проектировании резервуаров вместимостью более 5000 м3
коническое щитовое покрытие становится сложным и экономически
невыгодным. В связи с этим Гипроспецнефть разработал проекты
резервуаров вместимостью 10 000 и 20 000 м3 со сферическим покры-
тием (без центральной стойки). Резервуар вместимостью 10 000 м3
Рис. 2.2. Резервуар вместимостью 10 000 м3 со сферическим покрытием.
(рис. 2.2) имеет диаметр 34,2 м и высоту стенки 11,88 м. При изгото-
влении 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.
Сферическое покрытие изготовляется из 32 сферических щитов.
Радиальные ребра приняты из двутавра № 24 и уголков, а кольце-
вые — из швеллера № 14 и 10. Покрытие по контуру опирается на
кольцо из швеллера № 24 и сварное кольцо жесткости в виде
31
двутавра высотой 708 мм. Настил кровли имеет толщину 3 мм,
а окрайки ее — 8 мм.
Радиус кривизны покрытия 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. 2.3) 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 изгото-
влены из низколегированной стали 09Г2С, а четыре верхних толщи-
ной по 10 мм — из стали Ст. 3 по ЧМТУ 5232—55. Стенки выпол-
нены в виде трех рулонов.
Рис. 2.3. Резервуар вместимостью 20 000 м3 со сферическим покрытием.
Днище резервуара имеет сегментные окрайки толщиной 10 мм,
изготовленные из стали 09Г2С. Центральная часть днища толщиной
6 мм изготовляется из стали Ст. 3 по ЧМТУ 5232—55 из четырех
рулонов.
Сферическое покрытие резервуаров монтируется из 48 сборных
секторных щитов. Щиты ребристые, радиальные ребра имеют короб-
чатое сечение и состоят из двух швеллеров № 20 с решеткой из угол-
ков; кольцевые ребра выполнены из швеллера № 8 и 6,5. Толщина
листов настила кровли 30 мм, окрайки — 10 мм.
РЕЗЕРВУАРЫ
С БЕЗМОМЕНТНОЙ КРОВЛЕЙ
В 1952 г. А. С. Арзунян предложил новую конструкцию покры-
тия, так называемую «безмоментную кровлю» (рис. 2.4); т. е. покры-
тие из листов толщиной 2,5—3 мм, которое опирается на централь-
ную стойку и стенку резервуара и, за исключением крайних зон,
работает на растяжение в наивыгоднейших для стали условиях.
Стенка и днище резервуара такие же, как у типового вертикаль-
ного цилиндрического резервуара. В центре резервуара распола-
гается стойка, которая оканчивается вверху коническим металличе-
32
ским зонтом (рис. 2.4, 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
Рис. 2.4. Резервуар емкостью 3000 м3 с безмоментной кровлей.
а — разрез; б — настил покрытия; в — зонт (вариант I); г — зонт (вариант II);
д — башмак; е — периферийный каркас.
1,5—2 м, благодаря чему обеспечивается уклон для стока осадков.
Для резервуаров вместимостью 3000 и 5000 м3 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. 2.4, д). Разработаны две конструкции
33
стойки: 1) труба, наглухо приваренная к днищу, 2) труба, скользя-
щая в башмаке.
К стенке в виде кольца жесткости приварен верхний периферий-
ный каркас (рис. 2.4, е), который состоит из верхнего обвязочного
уголка стенки и трех дополнительных уголков, идущих по всему
периметру. Все уголки соединены между собой в радиальном напра-
влении уголками и планками, расположенными с определенным
Шагом. На каркас уложена листовая сталь толщиной 4 мм. У резер-
вуаров вместимостью 1000 и 2000 м3 каркас, кроме обвязочного
уголка стенки, имеет один или два кольцевых уголка. Для резер-
вуаров вместимостью меньше 1000 м3 периферийного каркаса не
делают.
РЕЗЕРВУАРЫ
С ПОНТОНОМ И ПЛАВАЮЩЕЙ КРЫШЕЙ
Для сокращения потерь нефти и нефтепродуктов от испарения
поверхность жидкости в резервуаре закрывают круглой мембраной.
Для создания плавучести мембрану Снабжают по контуру бортиком
или устраивают кольцо из отдельных герметичных коробов. Если
мембрана имеет бортик, то ее усиливают радиальными и кольцевыми
ребрами. Такие конструкции называют понтонами.
Между понтоном и стенкой резервуара устанавливают зазор
200 мм. Но так как стенка резервуара и понтон имеют те или иные
отклонения от правильной круговой формы, то практически зазор
может иметь отклонения ±80 мм. Для герметизации понтон снаб-
жают уплотняющим затвором.
Если резервуар не имеет стационарной кровли (т. е. открыт)
и роль крыши в нем играет понтон, который в заполненном резер-
вуаре занимает верхнее положение, то такой резервуар принято
называть резервуаром с плавающей крышей./
Понтон может быть из металла или бензостойких неметалличе-
ских материалов, например из металлических секций по контуру,
и неметаллической мембраны в средней части.
На рис. 2.5 показан резервуар вместимостью 5000 м3 с понтоном.
Аналогичные конструкции понтонов имеют резервуары вместимостью
10.000 и 20 000 м3.
Основными элементами понтонов являются: металлический коль-
цевой короб и мембрана, которая может быть выполнена из резино-
тканевого материала или металла. К кольцевому коробу мембрана
крепится с помощью болтов и прижимных планок.
Для резервуаров с понтоном и плавающей крышей система уплот-
нения кольцевого пространства между стенкой резервуара и плава-
ющей крышей или понтоном является весьма важным элементом.
Уплотнение должно обеспечивать герметизацию кольцевого про-
странства и быть бензо-коррозийностойким, работоспособным при
низких и высоких температурах воздуха и хранимого продукта,
устойчивым к истиранию, безопасным в пожарном отношении.
34
В практике наиболее часто применяются жесткие (рис. 2.6) и мяг-
кие (рис. 2.7), из листового резинотканевого материала или монолит-
ные, уплотняющие затворы. В жестких (механических) уплотняющих
затворах основными являются следующие конструктивные узлы.
А
Рис.. 2.5. Резервуар емкостью 5000 м1 * 3 с металли-
ческим понтоном и центральной стойкой (проект
Гипроспецнефти, 1957).
а — разрез; б — схема понтона;
1 — стенка резервуара; 2 — днище; 3 — щитовое покры-
тие; 4 — центральная опора; 5 — понтон в нижнем поло-
жении; 6 — понтон в верхнем положении.
1. Скользящие металлические элементы, изготовляемые в виде
широкой (до 1000 мм) полосы из упругой оцинкованной или гальва-
низированной тонколистовой (1—1,5 мм) стали либо из отдельных
35
секций длиной до 2500 мм и толщиной 1,5—3 мм. Секции соединяют
накладкой из резинотканевого материала.
Рис. 2.6. Жесткие уплотняющие затворы системы ГПИ
Проектстальконструкция.
а — для резервуаров вместимостью 16 000 м3 (1963 г.); б —
для опытного резервуара вместимостью 10 000 м3 (1964 г.); 1 —
стенка резервуара; 2 — плавающая крыша; з — мембрана;4 —
рычажная система; 5 — прижимное устройство.
Рис. 2.7. Мягкие уплотняющие затворы.
а — петлевой; б — в виде упругой резинотканевой оболочки; в — то же,
что б, с пенополиуретановым наполнителем.
2. Рычажные подвесные или прижимные устройства, прижима-
ющие скользящие элементы к стенке резервуара и поддерживающие
их по отношению к плавающей крыше в определенном поло-
жении.
36
Элементы рычагов и шарнирные узлы обычно изготовляют из
нержавеющей или оцинкованной стали.
3. Мембрана из резинотканевого материала, применяющаяся
в жестких уплотняющих затворах для герметизации кольцевого про-
странства между скользящим элементом и плавающей крышей. Мем-
брана может быть установлена непосредственно над поверхностью
нефтепродукта или на уровне верхней части плавающей крыши. В по-
следнем случае над нефтепродуктом образуется газовое пространство,
мембрана при этом одновременно выполняет роль защитного козырька.
Сокращение газового пространства над поверхностью нефтепро-
дукта до минимума путем установки мембраны (или оболочки для
мягких уплотнений) непосредственно над нефтепродуктом исклю-
чает потери от испарения, вызываемые изменением температуры,
и снижает возможность возникновения пожара.
Для мембраны применяют в основном толстую асбестовую или
капроновую ткань, покрытую с двух сторон синтетическим каучу-
ком. Этот материал помимо химической стойкости обладает высокой
прочностью и огнестойкостью.
4. Защитные козырьки, предохраняющие кольцевое пространство
и конструкцию затворов от атмосферных осадков и прямого воздей-
ствия солнечных лучей. Козырьки изготовляют из металлических
оцинкованных листов, плотной резины или жестких пластмассовых
листов и закрепляют непосредственно на скользящих элементах
или плавающей крыше.
В мягких уплотняющих затворах основными конструктивными
узлами являются оболочка из резинотканевого материала и уплот-
нение, состоящее из пористых эластичных пластмасс.
За рубежом для оболочки применяют главным образом специальную
нейлоновую ткань, покрытую с двух сторон синтетическим каучуком.
Материал оболочки должен обладать следующими свойствами:
а) достаточной плотностью, чтобы оболочка не изменялась при
колебании температуры окружающей среды от —40 до +70° С и мало
истиралась при движении по стальной поверхности стенки резер-
вуара; на истирание влияют сила прижатия уплотняющего затвора
к стенке резервуара и коэффициент трения; при нормальных усло-
виях сила прижатия для уплотнений из эластичного пористого син-
тетического материала (пенополиуретана) составляет 25—45 кгс/м;
б) стойкостью против старения из-за окисления резины кислоро-
дом воздуха;
в) стойкостью к агрессивному воздействию паров нефтепродук-
тов и ароматических углеводородов; в зависимости от содержания
ароматических веществ в нефтепродуктах определяется химический
состав резинотканевого материала;
г) необходимой поверхностной электропроводностью для устра-
нения опасных зарядов статического электричества;
д) огнестойкостью.
Для изготовления мягких уплотнений широко применяются по-
ристые пластмассы (пенополиуретан).
37
§ 4. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ РЕЗЕРВУАРЫ
БОЛЬШОЙ ВМЕСТИМОСТИ
При проектировании крупных резервуаров из сталей указанных
выше марок толщина листов нижних поясов получается значи-
Рис. 2.8» Схема опытного резервуара емкостью 15 000 м3 с двух-
слойной стенкой.
а — разрез; б — план покрытия (1) и днища (2).
тельно больше 14 мм, вследствие чего процесс рулонирования резко
осложняется — появляются большие пластические деформации. Сле-
довательно, создание резервуаров вместимостью свыше 20 000см8,
38
монтируемых из рулонных заготовок, невозможно. С другой стороны,
для промышленности они необходимы.
Чтобы иметь возможность монтировать большие резервуары,
не отказываясь от применения индустриального метода, был предло-
жен ряд конструктивных мероприятий, основными из которых
являются следующие:
1) использовать для нижних поясов стенки резервуаров стали
высокой прочности классов С-45, С-60 с пределом текучести соот-
ветственно 45 и 60 кгс/мм2; в таком случае стенку резервуара можно
проектировать в виде однослойной конструкции;
2) проектировать стенки нижних поясов двухслойными, для чего
на однослойную основную стенку в ее нижней части монтировать
второй слой (рис. 2.8);
3) применять предварительно напряженные стенки или стенки,
усиленные высокопрочной проволокой или лентой; навивку можно
производить с помощью специальных навивочных машин, какие
применяются при сооружении железобетонных резервуаров;
4) в отдельных случаях крупные резервуары сооружать поли-
стовым методом.
§ 5. ПОДЗЕМНЫЕ ТРАНШЕЙНЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ
НАЗНАЧЕНИЕ
И ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ РЕЗЕРВУАРОВ
Стальные подземные траншейные резервуары обычно предназна-
чаются для длительного хранения нефтепродуктов.
При проектировании таких резервуаров исходят из следующих
соображений:
1) максимально использовать грунтовой котлован как составную
часть конструкции;
2) для основания металлического днища вместо железобетонного
основания применять гидрофобный грунт;
3) в качестве несущих элементов покрытия и подпорных стенок
использовать наиболее экономичные и широко применяемые в строи-
тельстве конструкции.
Использование грунтового котлована с откосами как составной
части конструкции нашло широкое распространение в практике
проектирования и строительства.
Гидрофобный слой защищает металл от коррозии, и его устрой-
ство проще и значительно дешевле гидроизоляции других типов.
При строительстве траншейных резервуаров следят за тем, чтобы
уровень грунтовых вод находился ниже днища резервуара не менее
чем на 1—2 м или в 6—8 м от черных отметок площадки и чтобы уклон
площадки был односторонним для организованного отвода поверх-
ностных и дождевых вод. Для каждого резервуара устраивают гли-
няные замки-отмостки шириной не менее 2 м с толщиной слоя 10—
15 см, а для гигроскопических грунтов — дренажную сеть.
39
КОНСТРУКЦИИ
ТРАНШЕЙНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
Металлическая оболочка резервуара выполняется из листов тол-
щиной 4 мм и доставляется на площадку в виде рулонов. Всего из-
готовляется пять боковых рулонов размером 8,76 X 24,92 м и два
торцевых рулона размером 7,75 (9,46) X 25,06 м из спокойной или
полуспокойной стали ВСт. Зсп или ВСт. Зпс.
Рис. 2.9. Резервуар траншейного типа
вместимостью 5000 м3 с ограждающими
стенками в виде стальной оболочки и
стальными несущими фермами покры-
тия.
а — продольный разрез; б — поперечный
разрез; в — развертка оболочки с попереч-
ным раскроем полотнищ.
I — торцевое полотнище, II, III — попе-
речные полотнища.
1 — металлическая оболочка 4 мм; 2 — пе-
счано-битумное (гидрофобное) основание
100 мм.
Металлическую оболочку укладывают по днищу, наклонной части
котлована и вертикальной поверхности стенки. По середине дна кот-
лована, под днищем резервуара, укладывают контрольно-сигнальный
металлический лоток.
Траншейный резервуар вместимостью 5000 м3 показан на рис. 2.9.
Основанием днища и наклонной части резервуара является пес-
чаная подушка толщиной 20 см с гидроизоляционным слоем из биту-
мизированного (гидрофобного) грунта толщиной 10—20 см.
Стальная оболочка изогнута с боков (со стороны подпора грунта)
по цилиндрической кривой и приварена изнутри к диафрагмам, со-
стоящим из стальных решетчатых рам.
Температурные воздействия компенсируются за счет Хлопунов
и неровностей днища (компенсатор отсутствует). Оболочка к торце-
вым стенкам крепится при помощи монтажных деталей.
40
Покрытие по ригелям стальных рам проектируют из многопустот-
ных железобетонных плит — панелей длиной 4 или 6 м и высотой
22 см. Швы между плитами тщательно затирают цементным раство-
ром. Для изоляции на покрытие наносят слой цементного раствора
с добавками алюмината натрия и слой глины толщиной 10 см.
От коррозии траншейные резервуары защищают путем гидроизо-
ляции днища, наклонной и вертикальной частей металлической
оболочки; бетонную стенку заливают нефтебитумом в два слоя; по
покрытию устраивают глиняный замок, а по верху — отмостки из
глины. Кроме того, устраивают уклон по днищу резервуара (i =
= 0,003) для стока осаждающихся из продукта воды, кислот и щело-
чей в пониженное место и катодную защиту металлической оболочки.
§ 6. СТАЛЬНЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ РЕЗЕРВУАРЫ
С ДЫШАЩИМИ КРЫШАМИ
Резервуары рассматриваемой конструкции (рис. 2.10) компен-
сируют потери светлых нефтепродуктов от испарения.
Крыша резервуара устраивается в виде колокола, бортовые
стенки которого перемещаются по вертикали в специальном гидра-
влическом затворе, смонтированном в верхней части стенки цилин-
дрического резервуара.
При увеличении объема газового пространства, обусловленном
повышением температуры (малые дыхания) или закачкой нефте-
продукта в резервуар (большие дыхания), крыша резервуара под-
нимается. При опускании объем газового пространства уменьшается.
Ход крыши у резервуара емкостью 5000 м3 составляет 2520 мм.
Схема узла гидравлического затвора резервуара с дышащей
крышей показана на рис. 2.11. Затвор заполняют слабоиспаря-
ющейся и не замерзающей при низких температурах жидкостью.
Внутреннее давление под крышей-колоколом соответствует допусти-
мому внутреннему давлению в резервуарах со стационарной крышей
с учетом сопротивления в газовой обвязке резервуаров, так как во
время закачки продукта в один или несколько резервуаров избыточ-
ное количество паров из резервуаров поступает в газометр; при
откачке из резервуаров пространство последних пополняется парами
из газометра.
Резервуары с дышащей крышей устанавливают преимущественно
в составе группы обычных вертикальных резервуаров, поэтому их
габаритные размеры и конструктивное решение днища и стенки
такие же, как у остальных резервуаров.
§ 7. ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ
ПОД ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ РЕЗЕРВУАРЫ
Фундаменты под резервуары передают нагрузку от веса нефте-
продукта, конструкции, снега на основание.
Фундаменты под резервуары могут быть нормальными и высот-
ными. К нормальным относятся фундаменты, высота которых в
41
7 8
Рис. 2.10. Стальной цилиндрический резервуар вместимостью 5000 м3 с дыша-
щей крышей конструкции Гипроспецпромстроя.
1 *— стенка резервуара; 2 — вертикальные ребра жесткости; з — лестницы; 4 — балкон;
S — рычажный стабилизатор; 6 — гидравлический затвор; 7 — клапаны дыхательные;
8 — клапаны предохранительные; 9 — площадка для грузов; 10 — кронштейн для стабили-
затора; 11 — световой люк; 12 — настил крыши; 13 — стропила.
пределах 0,3—0,7 м, к высотным — фундаменты высотой более 0,7 м.
Высоту последних принимают из расчета самотечного слива нефте-
продуктов из установленных на них резервуаров. Высотные фунда-
менты выполняются насыпными, каменными и железобетонными.
Рис. 2.11. Схема гидрав-
лического затвора резер-
вуара с дышащей кры-
шей.
а — крыша в высшем положе-
нии; б — крыша в низшем по-
ложении:
1 — чаша затвора; 2 — стенка
затвора; 3 — ограничитель
хода; 4 — атмосферный колпак;
5 — патрубок для залива масла
в затвор; 6 — кольцо жестко-
сти; 7 — дыхательная труба;
8 — дренажный незамерза-
ющий клапан.
Насыпные фундаменты (рис. 2.12) состоят из двух частей: ниж-
ней — грунтовой подсыпки из местных грунтов и верхней — по-
душки из песка средней крупности.
Фундаменты на косогорах в зависимости от характера планировки
строят на основаниях, планируемых под одну отметку по всей пло-
шади резервуара (рис. 2.13, а) или несколькими уступами (рис. 2.13,6).
Основанием могут служить скальные, полускальные, крупноблоч-
ные, песчаные, глинистые и макропористые грунты.
43
5
Рис. 2.12. Насыпной фундамент под вертикаль-
ный резервуар.
а — на песчаных и супесчаных грунтах; б — на связ-
ных грунтах (глина, суглинок); 1 — срезка раститель-
ного слоя; 2 — местный грунт; 3 — песчаная подушка;
4 — резервуар.
Рис. 2.13. Фундаменты на косогорах»
oe-sz
а — на одной отметке с основанием; б — на основании, планируемом уступами.
J — грунтовая подсыпка; 2 — песчаная подушка; 3 — нагорная канава.
На участках со слабыми грунтами (несущая способность менее
2 кгс/см2) при толщине слоя слабого грунта более 6 м основания
уплотняют по индивидуальным проектам.
Виды грунтов определяют в соответствии с требованиями строи-
тельных норм и правил. Чернозем и подзолистые допускаются в ка-
честве основания для резервуаров вместимостью до 300 м3 вклю-
чительно.
Поверхность основания под насыпные фундаменты планируют
и защищают от поверхностных вод в соответствии с проектом вер-
тикальной планировки участка. Растительный слой в пределах
основания на всю толщину снимают.
Рис. 2.14. Фундамент резервуара вместимостью 10 000 м3 с же-
лезобетонным кольцом под стенкой.
1 — бетонное кольцо; 2 — гидрофобный слой; з — песчаная подушка;
4 — грунтовая подсыпка; 5 — отмостка.
Для грунтовой подсыпки применяют щебенистые, гравийные,
песчаные и глинистые грунты. Последние можно использовать при
естественной влажности, не превосходящей в момент укладки 15%,
а супесчаные и суглинистые грунты при влажности до 20%.
На основании, сложенном из глинистых грунтов, первый слой
подсыпки устраивают из таких же грунтов до отметки, обеспечива-
ющей сток воды из-под основания. Ил, торф и растительные грунты
для устройства грунтовой подсыпки не допускаются. Песчаные
подушки отсыпают из песка средней крупности. Нельзя применять
пылеватый песок.
При устройстве песчаной подушки и грунтовой подсыпки грунт
укладывают горизонтальными слоями толщиной 15—20 см и тща-
тельно уплотняют механизированным способом. При небольших
объемах земляных работ уплотнение грунта (трамбование) можно
выполнять поверхностными вибраторами и трамбовками.
Поверхность подушки отсыпают с уклоном от центра в пределах
1,7—2,3%, откосы подушки делают с уклоном 1 : 1,5.
Изолирующий слой устраивают при монтаже днища резервуара
непосредственно на песчаном основании, причем последнее не досы-
пают до красной отметки на 80—100 мм. Изолирующий слой толщи-
ной 80—100 мм (для макропористых грунтов — 200 мм) пригото-
вляют из супесчаного грунта, тщательно перемешанного с вяжущим
45
веществом. В качестве вяжущего вещества используют жидкие би-
тумы. Содержание кислот и свободной серы в вяжущем веществе
не допускается.
Супесчаный грунт в смесях должен иметь следующий состав:
песок крупностью 0,1—2 мм от 60 до 85%; песчаные пылеватые и гли-
нистые частицы крупностью менее 0,1 мм от 10 до 15%. Глина с ча-
стицами размером менее 0,005 мм может содержаться в количестве
от 1,5 до 5% от всего грунта. Допускается всего в песке гравия круп-
ностью от 2 до 20 мм в количестве не более 25% от всего грунта.
Количество вяжущего вещества определяют опытным путем,
обычно оно составляет 8—10% от объема смеси. Мало пластичное
вяжущее перед смешиванием предварительно подогревают до 50—
100° С.
На песчаное основание изоляционную смесь укладывают без подо-
грева равномерным слоем и уплотняют катком, а при малых объемах
работ — вибраторами или трамбовкой.
Для отвода поверхностных вод устраивают отводные и нагорные
канавы. Бермы насыпной подушки сооружают с уклоном от резер-
вуара в 10%. Бермы и откосы основания мостят камнем до начала
монтажных работ и испытания резервуара.
Если резервуар предназначается для хранения этилированных
бензинов, откос выполняют из бетона. Под стенки резервуаров боль-
шой емкости ставят сборную железобетонную кольцевую плиту.
На рис. 2.14 показана конструкция фундамента резервуара вме-
стимостью 10 000 м3.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
СТАЛЬНЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ
С ПОВЫШЕННЫМ ДАВЛЕНИЕМ
В ГАЗОВОМ ПРОСТРАНСТВЕ
§ 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
СТРОИТЕЛЬСТВА РЕЗЕРВУАРОВ
ПОВЫШЕННОГО ДАВЛЕНИЯ
Резервуары повышенного давления рассчитаны на избыточное
давление 1000—7000 мм вод. ст. (0,7 кгс/см2). За исключением гори-
зонтальных цилиндрических они не получили большого распро-
странения.
С 1948 по 1970 г. разработаны следующие типы резервуаров по-
вышенного давления.
Институт Гипроспецнефть в 1944 г. разработал проект каплевид-
ного резервуара вместимостью 2000 м3 с опорным кольцом (рис. 3.1).
Резервуар был построен в 1947 г. в Грозном. В 1948 г. запроектиро-
ваны, а в 1951—1952 гг. построены еще четыре таких резервуара.
Они рассчитаны на избыточное давление 4000 мм вод. ст. и вакуум
300 мм вод. ст.
Позднее Г. М. Чичко предложил конструкцию каплевидного
резервуара с экваториальной опорой (рис. 3.2), имеющую ряд пре-
имуществ и лучшие технико-экономические показатели.
В 1955—1957 гг. в Днепропетровском инженерно-строительном
институте (ДИСИ) были разработаны, а затем построены резервуары
вместимостью 700 и 2000 м3 (рис. 3.3 и 3.4) со сфероцилиндрической
кровлей, получившие название ДИСИ. Позднее были построены та-
кие же резервуары вместимостью 400 и 1000 м3.
Резервуары ДИСИ рассчитаны на избыточное давление 1300—
2000 мм вод. ст. и вакуум 50—150 мм вод. ст. Они получили довольно
большое распространение.
В ЦНИИ Проектстальконструкция разработаны технические ре-
шения цилиндрических каплевидных резервуаров вместимостью
2300, 3400, 4500, 5500, 6600, 7700, 8700, 9800, 10 900 и 12 000 м\
47
Рис. 3.1. Каплевидный резервуар вместимостью 2000 м3 с опорным кольцом.
а — общий вид и разрез*, б — план опорного кольца.
Vac. 3.2. Каплевидный резервуар емкостью 2000 м3 с экваториальной опорой.
Рис. 3.3. Вертикальный цилиндрический резервуар вместимостью 700 м3
со сфероцилиндрической кровлей.
и — общий вид; б — геометрическая схема; в — сопряжение кровли со стенкой; г — план
днища и расположение анкерных устройств; д — сопряжение анкерного столика со стенкой.
1 — верхний пояс; 2 — кровля; 3 — ребро жесткости; 4 — анкерный болт; 5 — стенка ре-
зервуара; 6 — анкерная консоль.
Рис. 3.4. Вертикальный цилиндрический резервуар вместимостью 2000 м*
со сфероцилиндрической кровлей.
Обозначения те же, что на рис. 3.3.
Рис. 3.5. Цилиндрический каплевидный резервуар вместимостью 7700 м3.
00801
а также торокаплевидных резервуаров вместимостью 20 000, 30 000,
40 000 и 50 000 м3. Резервуары рассчитаны на избыточное давление
до 7000 мм вод. ст. На рис. 3.5 и 3.6 показаны цилиндрический ка-
плевидный резервуар вместимостью 7700 м3 и торокаплевидный
резервуар.
В народном хозяйстве СССР получили широкое распространение
горизонтальные цилиндрические резервуары вместимостью от 3
до 75 м3 с различными конструкциями днищ (плоскими, коническими,
сферическими).
По предложению Е. Н. Лессига разработаны, а в 1952 и 1957 гг.
изготовлены горизонтальные двухопорные резервуары вместимостью
50, 75 и 100 м3 с цилиндрическими днищами. Эти резервуары могут
эксплуатироваться при избыточном давлении до 7000 мм вод. ст.
и вакууме 500 мм вод. ст.
Из зарубежных конструкций следует упомянуть о гортонсферои-
дах и других типах оболочек вращения, а также о вертикальных
цилиндрических резервуарах конструкции Рибо. Сравнительно
хорошо распространены за рубежом стальные резервуары, предназ-
наченные для хранения светлых нефтепродуктов под избыточным
давлением до 0,7 кгс/см2.
Различают гладкие каплевидные и многоторовые стальные резер-
вуары — сфероиды (рис. 3.7). Форму кривизны каплевидного ре-
зервуара определяют в зависимости от плотности нефтепродукта
и рабочего давления.
Многоторовые каплевидные резервуары по сравнению с глад-
кими отличаются возможностью изменения размеров в зависимости
от заданных условий. Примем, например, расстояние между макси-
мальными и минимальными горизонтами жидкости в резервуаре
12,5 м. Если грунтовые условия в данном месте не позволяют вос-
принять давление столба жидкости 12,2 м, высоту резервуара можно
снизить путем уменьшения радиуса бокового тора. При этом диаметр
резервуара может быть увеличен до такой степени, чтобы вмести-
мость резервуара осталась неизменной.
Диаметр и вместимость резервуара, имеющего заданную высоту
жидкости, могут быть увеличены также добавлением торов между
центральным шаровым куполом и боковым тором. Так, в многоторо-
вом резервуаре Гортона вместимостью 12 700 м3 с избыточным давле-
нием 0,7 кгс/см2 имеется один промежуточный тор (см. рис. 3.7, б),
а в резервуаре емкостью 15 900 м3 — два тора.
Инженер Рибо предложил конструкцию вертикальных цилиндри-
ческих резервуаров с плоским железобетонным днищем и эллипти-
ческим куполом (рис. 3.8). В этой конструкции железобетонная
плита днища соединена с металлической цилиндрической стенкой
и торовым или эллиптическим покрытием. Железобетонное днище
воспринимает вертикальные усилия от давления паров нефтепро-
дукта на купол покрытия. Когда резервуар находится под внутрен-
ним давлением, усилия, стремящиеся поднять резервуар, переда-
ются основанию стенкой или опорными стойками и уравновешиваются
51
a
Рис. 3.7. Каплевидные ре-
зервуары
а — простой сфероид; б —
сложные сфероиды.
сопротивлением плиты изгибу, весом плиты и весом жидкости
в резервуаре.
Если резервуар строят на каменистом грунте, плиту заменяют
металлическими анкерами, глубоко укрепленными в скважинах.
Рис. 3.8. Резервуары конструкции Рибо.
а — вместимостью 3500 м3:
1 — эллиптический купол; 2 — бензин; 3 — вода; 4 — железобетонная плита; 5 — грунт;
6 — сваи.
б — вместимостью 10 000 м3:
1— сферический купол; 2 — четверть эллипса; 3 — бензин; 4 — стальные трубы; 5 — железо-
бетонная плита.
§ 2. РЕЗЕРВУАРЫ КОНСТРУКЦИИ ДИСИ
СО СФЕРОЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ КРОВЛЕЙ
И ТИПА «ГИБРИД» С ТОРОСФЕРИЧЕСКОЙ КРОВЛЕЙ
Резервуары конструкции ДИСИ
Вертикальные цилиндрические резервуары со сфероцилиндриче-
ской кровлей, разработанные в ДИСИ*, представлены на рис. 3.3
и 3.4.
Резервуар вместимостью 700 м3 имеет следующие расчетные пара-
метры: внутреннее избыточное давление 1650 мм вод. ст., вакуум
30—50 мм вод. ст., диаметр 10 430 мм, высота стенки 9000 мм, высота
сфероцилиндрической кровли (от кольца жесткости) 2083 мм.
Стенка резервуара изготовляется заводским способом и состоит
из листов разной толщины. Расположение поясов ступенчатое, всего
шесть поясов. Толщина первого пояса 5 мм, остальных — по-
4 мм.
Верхний дополнительный пояс шириной 350 мм изготовляется
из отдельных блоков, к которым привариваются соответствующие
элементы кольца жесткости.
Внутри стенки для увеличения ее устойчивости при вакууме
установлены кольца жесткости: у нижнего пояса, в середине четвер-
того пояса и у верхнего пояса. Кольца жесткости состоят из неравно-
боких уголков 90 X 60 X 6 мм. Уголки согнуты на «спинку» и
* Автор конструкции М. И. Ашкинази.
53
приварены к стенке^болыпей полкой, что увеличивает пространствен-
ную жесткость.
Днище резервуара плоское, сваренное внахлестку, заводского
изготовления, толщина листов 4 мм. Чтобы при малом слое жидкости
и внутреннем избыточном давлении листы днища не поднимались
по периметру, нижнюю часть первого пояса у сопряжения с днищем
прикрепляют анкерными болтами к фундаменту — противовесу.
Общее число анкерных болтов — 20. Они расположены по пери-
метру стенки на расстоянии 1,5—1,8 м один от другого и предста-
вляют собой стальные тяги Диаметром 30 мм, которые закреплены
в железобетонных плитах, уложенных на дне кольцевого котлована.
Стенка соединена анкерными тягами посредством консолей
(рис. 3.3, д).
Вес плит и грунта над ними вместе с весом стенки и кровли
резервуара создают противовес, препятствующий поднятию пери-
ферийной кольцевой зоны днища при повышенном внутреннем избы-
точном давлении и малом слое жидкости в резервуаре.
Кровля в резервуаре сфероцилиндрическая. Она состоит из цен-
трального круга и цилиндрических лепестков, очерченных двумя
сопряженными радиусами, плавно переходящими к стенке и при-
ближающими многогранную поверхность кровли к поверхности вра-
щения (см. рис. 3.3, б, в). Диаметр центрального круга 2740 мм,
общее число лепестков — 24. Большой радиус кривизны цилиндри-
ческих элементов кровли 7? = 10 380 мм, малый радиус кривизны
р = 1148 мм.
Сопряжение центрального круга с лепестками кровли осуще-
ствляется сваркой внахлестку, внутри устанавливается кольцо же-
сткости из неравнобокого уголка 90 X 60 X 6 мм. Лепестки сва-
рены между собой внахлестку. Каждый состоит из двух цилиндри-
ческих элементов, свальцованных по разным радиусам. Стык этих
элементов совпадает с местом перехода от малого радиуса кривизны
к большому (см. рис. 3.3, б). В зоне малого радиуса толщина листов
принята 5 мм, в зоне большого радиуса — 4 мм. Длина лепестка
4692 мм, ширина у центрального круга 368 мм, в узле сопряжения
кровли со стенкой — 1368 мм.
Сопряжение лепестков кровли со стенкой резервуара произво-
дится через горизонтальный лист шириной 160 мм, придающий
конструкции необходимую жесткость.
Аналогичную конструкцию имеет и резервуар со сфероцилинд-
рической кровлей вместимостью 2000 м3 (см. рис. 3.4). Он также
рассчитан на внутреннее избыточное давление 1650 мм вод. ст. и ва-
куум 30—50 мм вод. ст., его диаметр 15 200 мм, высота стенки 9100 мм,
высота сфероцилиндрической кровли (от верхнего кольца жесткости)
2951 мм.
Толщина первого пояса принята 7 мм, второго 6 мм, третьего
и четвертого 5 мм, пятого и шестого 4 мм. Общее количество анкер-
ных болтов 20, их диаметр 42 мм, расстояние между ними около
2,4 м. Диаметр центрального круга кровли равен 3 м, число ее ле-
54
пестков 36, большой радиус кривизны лепестка R = 15 195 мм, ма-
лый радиус р = 1535 мм.
Рассматриваемая конструкция имеет нерасчетную опору, уста-
навливаемую на днище в центре резервуара. Опора изготовляется
из трубы диаметром 150 мм и имеет высоту, равную суммарной вы-
соте стенки и кровли (около 12 м).
На днище резервуара устанавливается башмак с телескопической
конструкцией, который позволяет кровле свободно перемещаться.
Центральная опора жестко соединена с центром кровли.
Центральную опору используют при производстве монтажных
работ, при капитальных ремонтах и для осмотра кровли в верхних
поясах стенки изнутри резервуара. Для этого к ней приваривают
скобы и предусматривают установку вращающейся вокруг трубы
площадки.
Резервуары типа «Гибрид»
Резервуары «Гибрид» вместимостью 3000 м3 (рис. 3.9) имеют вну-
тренний диаметр по нижнему поясу 18 300 мм и высоту стенки
10 375 мм. Стенка резервуара состоит из семи поясов, толщина их:
листов (снизу вверх) 9, 8, 7, 6, 5, 5 и 6 мм.
Рис. 3.9. Резервуар вместимостью 3000 м3 типа «Гибрид».
Для обеспечения устойчивости резервуара при вакууме стенка
усилена кольцевыми ребрами жесткости сечением 140 X 12 и 160 X
X 12 мм, которые установлены на I, IV, VI и VII поясах.
55
Для восприятия вертикальных усилий, возникающих в стенке
ют избыточного давления (до 2500 мм вод. ст.), по окружности ниж-
него пояса ее установлены анкерные болты диаметром 56 мм (28 шт.).
Анкеры закреплены в грунте в закладных железобетонных плитах,
заглубленных на 3 м. Воспринимая растягивающие усилия, анкеры
препятствуют подъему стенки с окрайками и отрыву их от основания.
Днище состоит из центральной части толщиной 4 мм и окрайков
толщиной 7 мм. Стенку и днище резервуара монтируют из заводских
рулонных заготовок.
Центральная сферическая часть (радиусом кривизны R =
18 300 мм) самонесущей торосферической кровли сопряжена встык
с торовой частью (радиусом р = 1830 мм), которая внахлестку соеди-
нена со стенкой резервуара. Высота кровли 3542 мм. Кольцевой
шов, соединяющий торовую часть со сферической, по требованию
органов пожарного надзора ослаблен (сварен только с наружной
стороны). Толщина листов кровли 6 мм.
Покрытие резервуара монтируется из отдельных лепестков двоя-
кой кривизны, изготовленных на заводе. Резервуары, рассчитанные
на повышенное давление (до 2500 мм вод. ст.), требуют большего
расхода стали, чем резервуары . такого же объема, но рассчитанные
на низкое давление (до 200 мм вод. ст.).
Утяжеление конструкции резервуара вместимостью 3000 м3 на
1 м3 полезной емкости составляет 19,2% от веса соответствующего
типового резервуара.
§ 3. РЕЗЕРВУАРЫ СО СФЕРИЧЕСКИМИ КРОВЛЕЙ
И ДНИЩЕМ
Сварной вертикальный резервуар со сферическими отбортован-
ными кровлей и днищем (рис. 3.10) рассчитан на избыточное давле-
ние до 3000 мм вод. ст. и вакуум 150 мм вод. ст. Вследствие принятой
формы днища такой резервуар воспринимает избыточное и гидро-
статическое давление и не требуется его анкеровка. При проектиро-
вании резервуара в основу положен принцип максимального упро-
щения его очертания и экономии металла.
В данной конструкции вертикальная цилиндрическая стенка
аналогична стенке типового резервуара низкого давления, а днище
и'кровля — сферические, гладкие, без ребер жесткости, в виде отбор-
тованных полусфер, плавно сопрягающихся со стенкой. Основные
размеры резервуара следующие: диаметр — 15 220 мм, высота стен-
ки — 10 220 мм, радиусы кривизны кровли и днища R = 15 220 мм,
р = 1522 мм. Толщина листов поясов I — 7 мм, II и III — 6 мм,
остальных — 5 мм; толщина сферы — 4 мм, отбортованных элемен-
тов — 5 мм.
Резервуары со сферическими кровлей и днищем, несмотря на
значительную по сравнению с типовыми вертикальными цилиндри-
ческими резервуарами стоимость, весьма экономичны, так как при
их эксплуатации снижаются потери нефтепродуктов от испарения.
56
Удельный расход стали на 1 м3 вместимости резервуара объемом
2300 м3 составляет 16,9 кг/см3, т. е. несколько ниже, чем у верти-
кальных цилиндрических резервуаров той же емкости.
Недостатком конструкции этих резервуаров является трудоем-
кость изготовления сферических днищ и кровли.
15220
Рис. 3.10. Резервуар вместимостью 2300 м3 со сфе-
рическими кровлей и днищем.
§ 4. КАПЛЕВИДНЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ
ОСЕСИММЕТРИЧНЫЙ КАПЛЕВИДНЫЙ РЕЗЕРВУАР
ВМЕСТИМОСТЬЮ 2000 м3 С ОПОРНЫМ КОЛЬЦОМ (см. рис. 3.1)
Резервуары рассматриваемого типа имеют форму капли жидкости,,
лежащей на плоскости. При избыточном давлении в верхней части
резервуара во всех точках оболочки, кроме зоны сопряжения с осно-
ванием, возникают равные по значению напряжения растяжения.
По этой причине оболочку каплевидного резервуара называют обо-
лочкой равного сопротивления.
Диаметр резервуара по экватору составляет 18 500 мм, полная
высота от нижней точки поверхности основания до наивысшей точки
оболочки — 10 850 мм. Толщина оболочки выше экватора 5 мм,
ниже — 6 мм (по проекту по всей поверхности предусмотрена 5 мм).
Толщина листов опорного кольца 10 мм, наружный диаметр кольца
16 494 мм, внутренний диаметр 13 364 мм; ширина кольца 1565 мм.
Опорное кольцо имеет ребра жесткости в радиальном и кольце-
вом направлениях из листов 8—10 мм. Общее количество радиаль-
ных ребер жесткости — 40. Решетка опорного кольца и уторный
уголок приняты из уголка 75 X 6 мм.
Внутри резервуара от границы чаши днища до верха опорного
кольца поставлено 40 ребер жесткости из листов толщиной 8 мм.
В верхней части к ребрам жесткости приварены планки толщиной
8 мм, длиной 1200 мм и шириной 100 мм; их назначение — предот-
вращать потерю устойчивости при работе ребер на сжатие.
57
Резервуар имеет внутренний каркас, состоящий из 20 меридио-
нальных ветвей, выполняемых из швеллеров № 12. Ветви каркаса
«соединены кольцевыми связями на шести уровнях из уголков 65 X
X 6 мм (кроме верхних связей, которые приняты из уголка 100 X
X 8 мм). Снизу каркас крепится болтами к внутренним ребрам жест-
кости (через ребро), а вверху соединяется также болтами с централь-
ным кольцом, выполненным из швеллера № 12 и усиленным кольце-
выми планками из листов толщиной 6—8 мм.
Каплевидные резервуары изготовляют из мартеновской кипящей
стали Ст. 3. Расход металла для рассматриваемой конструкции со-
ставляет 64,7 т, в том числе: оболочка резервуара — 41, 00 т (63,4%),
внутренний каркас — 8,30 т (12,8%), опорное кольцо — 13,65 т
(21,1%), лестница, перила и др. — 1,75 т (2,7%).
ОСЕСИММЕТРИЧНЫЙ И КАПЛЕВИДНЫЙ РЕЗЕРВУАР
ВМЕСТИМОСТЬЮ 2000 м8 С ЭКВАТОРИАЛЬНОЙ ОПОРОЙ (см. рис. 3.2)
Резервуар данной конструкции по сравнению с каплевидным
резервуаром с опорным кольцом имеет ряд преимуществ, главное
из которых заключается в том, что нижняя часть его оболочки опи-
рается на песчаную подушку, а нагрузка от веса нефтепродукта в на-
висающей части (ниже экватора) передается на колонны и через
них на фундамент, разгружая нижнюю часть оболочки. В связи
•с этим в конструкции с экваториальной опорой нет нарастания уси-
лий в подэкваториальной части и, следовательно, нет концентрации
напряжений, наблюдающейся в резервуарах с опорным кольцом,
благодаря этому упрощается конструкция оболочек и не требуется
установка ребер жесткости внутри резервуара.
В каплевидном резервуаре с экваториальной опорой (предложение
Г. М. Чичко) предусмотрена установка 20 колонн, опирающихся на
кольцевой бетонный фундамент. Колонны изготовляются из металли-
ческих труб и с помощью косынок привариваются к оболочке по эква-
тору. В нижней части колонны крепятся к фундаменту анкерными
болтами. При такой конструкции опор вертикальные усилия, воз-
никающие в оболочке от избыточного давления, воспринимаются мас-
сой оболочки, колонной, фундаментом и грунтом над ним.
В ЦНИИ Проектстальконструкция разработаны горизонтальные
цилцндрические каплевидные резервуары различной вместимости.
Высота этих резервуаров (см. рис. 3.5) составляет 10 800 мм, длина
цилиндрической части в зависимости от емкости равна 6,9; 13,8;
21,7; 27,6; 35,5; 42,4; 49,3; 56,2 и 63,1 м, толщина листов во всех
случаях — 4 мм, максимальное избыточное давление — от 0,4 до
0,7 кгс/см2. Торцы резервуаров образуются цилиндрической поверх-
ностью той же формы, что и их цилиндрическая часть.
Оболочка резервуара имеет внутри каркас для устойчивости
при частичном заполнении. В месте криволинейного пересечения
оболочки корпуса с днищем установлены дополнительные ребра
жесткости. Для усиления оболочки рекомендуется установить
внешние экваториальные опоры.
58
§ 5. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ РЕЗЕРВУАРЫ
С ПЛОСКИМИ И ПРОСТРАНСТВЕННЫМИ ДНИЩАМИ
Горизонтальные резервуары различных типов и вместимостей
находят весьма широкое применение в народном хозяйстве. Они ис-
пользуются на всех распределительных нефтебазах, в совхозах,
складах горючего различных ведомств, в химической, лесотехниче-
ской и других отраслях промышленности.
В горизонтальных резервуарах, как правило, хранят светлые
нефтепродукты под тем или иным избыточным давлением или вакуу-
мом.
Рис. 3.11. Наземный двухопорный горизонтальный резервуар.
Исследованиями и практикой установлено, что для хранения неф-
тепродуктов под избыточным давлением до 0,4 кгс/см2 наиболее вы-
годны резервуары вместимостью 3, 5 и 10 м3 диаметром менее 2,8 м
с плоскими мембранными днищами. Резервуары с коническими дни-
щами диаметром от 2,8 до 3,25 м, вместимостью 25, 50 и 75 м3 при-
годны для хранения нефтепродуктов под давлением до 0,5 кгс/см2.
При рабочем давлении до 0,7 кгс/см2, вместимости 75, 100 и 150 м3
и диаметре 3,25 м рентабельнее горизонтальные резервуары с цилин-
дрическими днищами. Хранение нефтепродуктов под давлением выше
0,7 кгс/см2 в этих резервуарах не практикуется.
Для резервуаров, работающих под большим давлением, приме-
няют сферические или эллиптические днища.При испытаниях резерву-
аров вместимостью 50, 75 и 100 м3 с цилиндрическими днищами уста-
новлено, что они имеют достаточную прочность и устойчивость
и могут применяться для хранения светлых нефтепродуктов под избы-
точным давлением до 0,7 кгс/см2 и вакууме до 500 мм вод. ст.
Горизонтальные резервуары с цилиндрическими днищами пред-
ставляют собой листовую конструкцию, образованную пересечением
основной цилиндрической оболочки (корпуса) с двумя цилиндриче-
скими оболочками днища под прямым углом.
Двухопорный резервуар со сферическими днищами показан на
рис. 3.11, а на рис. 3.12 — резервуары емкостью 75 м3 с плоскими
и цилиндрическими днищами.
59
Резервуар номинальной вместимостью 100 м3 с цилиндрическими
днищами имеет по проекту следующие размеры: длина 12 230 мм,
внутренний диаметр 3234 мм, толщина листов 4 мм. Радиус кри-
визны и толщина цилиндрических днищ такие же, как и у корпуса.
Основная оболочка резервуара состоит из шести обечаек. Соедине-
ния листов цилиндрических днищ и листов каждой обечайки выпол-
нены стыковыми, а кольцевые соединения днищ с крайними обечай-
ками и обечаек между собой — нахлесточными, кроме среднего
кольцевого шва резервуара, который сварен встык.
Рис. 3.12. Горизонтальные резервуары.
а — с плоскими днищами; б — с цилиндрическими днищами
(вместимость 50 м8).
Внутри резервуара в плоскостях опор ставятся две диафрагмы,
состоящие из двух треугольников, и пять промежуточных колец
жесткости без усиления стержневыми треугольниками. Кольца
жесткости отстоят один от другого на 1,8 м и сделаны из неравно-
бокого уголка 75 X 50 X 5.
Опорные кольца диафрагм сконструированы из неравнобокого
уголка 120 X 80 X 8, свальцованного так, что его широкая полка
совпадает с плоскостью поперечного сечения резервуара. Сечения
уголков-раскосов для диафрагм принимаются 100 X 75 X 8.
Резервуар установлен на сборных опорах стоечного типа.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РЕЗЕРВУАРОВ
§ 1. НАГРУЗКИ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ
НА НЕСУЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ РЕЗЕРВУАРОВ,
И РАСЧЕТНЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ
Несущие элементы резервуаров рассчитывают на следующие на-
грузки и их сочетания:
а) собственный вес конструкции;
б) гидростатические нагрузки от веса нефти или нефтепродукта
с удельным весом не менее 0,9 т/м3;
в) вес оборудования;
г) избыточное давление;
д) вакуум;
е) снеговую нагрузку в зависимости. от географического района
строительства;
ж) ветровую нагрузку также с учетом района строительства.
Рассчитывают резервуары по методике предельных состояний
с учетом коэффициентов однородности fc, перегрузки п и условий
работы тп.
Коэффициент однородности стали, характеризующий изменчи-
вость ее свойств, используют при определении расчетного сопроти-
вления /?: к умножают на нормативное сопротивление стали /?н.
При этом принимают к = 0,85 для углеродистых и к = 0,8 для низ-
колегированных сталей.
Значения коэффициентов перегрузки и условий работы, преду-
смотренные СНиП П-В.З—62, приводятся ниже.
а) коэффициенты перегрузки п для разных нагрузок:
собственный вес...............................1,1
вес оборудования..........................1,2
гидростатическое давление.................1,1
избыточное давление и вакуум..............1,2
снеговая нагрузка.........................1,4
ветровая нагрузка.........................1,2
61
б) коэффициенты условий работы тп, принятые в
расчетах элементов резервуаров:
стенки резервуаров........................0,8
стенки телескопов.........................0,9
сопряжения стенки с днищем резервуара . . 1,6
оболочки сферических и цилиндрических
газгольдеров постоянного объема при рас-»
чете по безмоментному состоянию.........0,6
зоны краевого эффекта.....................1,7
в) коэффициент условий работы т при расчете
оболочек на устойчивость
по критическим напряжениям................0,6
г) коэффициент условий работы т для сжатых
элементов купола и кольца жесткости резервуа-
ров и газгольдеров........... ............0,9
§ 2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА КОНСТРУКЦИЙ
ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ
При данном расчете конструкция рассматривается в своем пре-
дельном состоянии. За предельное принимается такое состояние
конструкции, при котором она перестает удовлетворять предъ-
являемым к ней эксплуатационным требованиям, т. е. либо теряет
способность сопротивляться внешним воздействиям, либо получает
недопустимую деформацию или местное повреждение.
Для стальных конструкций в соответствии со СНиП П-В.3—62
установлены два предельных состояния:
1) первое, определяемое несущей способностью (прочностью,
устойчивостью и выносливостью, например для конструкций, рабо-
тающих на циклические воздействия);
2) второе, определяемое развитием чрезмерных деформаций (про-
гибов и перемещений); этому предельному состоянию должны удо-
влетворять конструкции, эксплуатация которых из-за деформаций
может быть ограничена.
Первое предельное состояние выражается неравенством
А^Ф, (4.1)
где N — расчетное усилие в конструкции от суммы воздействий рас-
четных нагрузок Р в наиболее невыгодной комбинации; Ф — несущая
способность конструкции, зависящая от геометрических размеров
сечения конструкции и от свойств материала (предела текучести,
временного сопротивления, предела прочности, модуля упругости
и др.).
Установленные нормами наибольшие значения нагрузок, допус-
каемые при нормальной эксплуатации конструкций, называются нор-
мативными и обозначаются Рн. Расчетная нагрузка определяется как
произведение нормативной нагрузки на коэффициент перегрузки п
(больший единицы), учитывающий изменяемость нагрузки и опас-
ность повышения нагрузки по сравнению с нормативной,
Р = рвп. (4.2)
62
От воздействия расчетных нагрузок в конструкции возникают
усилие (осевое усилие N, изгибающий момент М и др.), значения
которых определяются по правилам сопротивления материалов и стро-
ительной механики.
Несущая способность материала зависит от его предельного со-
противления силовым воздействиям, характеризуемого механиче-
скими свойствами материала и называемого нормативным сопроти-
влением RH.
Для строительных сталей нормативное сопротивление растяже-
нию, сжатию и изгибу принимают равным наименьшему значению
предела текучести ат (7?н = ат).
Для учета характера работы конструкции вводится коэффициент
условий работы т, понижающий в необходимых случаях значение
расчетного напряжения а. Тогда
O^mkR*.
(4.3)
Таким образом, первое
прочности получает вид
расчетное условие (4.1) при проверке
N^FR или M^WR,
(4.4)
где N и М — расчетные осевые силы и изгибающие моменты от рас-
четных нагрузок (с учетом коэффициентов перегрузки и); F — пло-
щадь поперечного сечения элемента; W — момент сопротивления
сечения.
При расчете конструкций на прочность обычно задаются сече-
ниями, а потом проверяют напряжения от расчетных усилий, кото-
рые не должны превышать расчетного сопротивления материала
(с учетом необходимых коэффициентов, обеспечивающих надежную
работу сооружений). Тогда основные расчетные формулы проверки
прочности примут вид
сг = — mR или а = mR*
(4.5)
где а — расчетное напряжение от расчетных нагрузок.
Второе предельное состояние конструкции характеризуется по-
явлением чрезмерных деформаций (прогибов). При определении про-
гибов учитывают эксплуатационную (нормативную) нагрузку, а не
расчетную, т. е. не учитывают коэффициенты перегрузки.
§ 3. РАСЧЕТ СТЕНКИ
ВЕРТИКАЛЬНОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕЗЕРВУАРА
НА ПРОЧНОСТЬ
Статический расчет стенки резервуара ведется в следующем
порядке:
1) расчет стенки по безмоментной теории, т. е. без учета влияния
изгибающих моментов, возникающих в сопряжении стенки с днищем
63
и в кольцевых швах стенки (нахлесточных при любых толщинах
и стыковых при резко отличающихся толщинах свариваемых листов);
2) уточненный расчет сопряжения стенки с днищем (учет крае-
вого эффекта, см. § 5);
3) уточненный расчет стенки с учетом влияния кольцевых швов
(учет краевого эффекта).
Рассмотрим расчет стенки по безмоментной теории.
Основной нагрузкой при расчете стенки резервуара низкого да-
вления на прочность является гидростатическое давление жидкости
с удельным весом у. От этой нагрузки в стенке возникают только
кольцевые напряжения. В резервуарах низкого давления в паро-
воздушной зоне может возникнуть избыточное давление рк (обычно
7-Z
Рис. 4.1. Расчетная схема вертикального цилиндриче-
ского резервуара.
200 мм вод. ст., или 0,02 кгс/см2). Расчетная схема резервуара пр»
ведена на рис. 4.1.
На высоте х от днища на стенку резервуара действует гидроста-
тическое давление
P(x) = y(/i —х), (4.6)
где у — удельный вес жидкости.
Полное давление на стенку резервуара с учетом избыточного
давления
Px = y(h — я) + ри- (4.7)
Для определения кольцевых усилий в стенке резервуара, воз-
никающих под действием полного давления, можно использовать из-
вестное' уравнение для оболочек вращения, находящихся под дей-
ствием осесимметричной нагрузки при безмоментном состоянии:
где и N2 — соответственно меридиональные и кольцевые усилия;
гхиг2 - меридиональный и кольцевой радиусы кривизны.
64
Для цилиндрической оболочки гх = °*0; Ni/^i ~ 0; = N'
г 2 = г. Тогда получим
N=pr, (4.9)
или, учитывая значение р и коэффициенты перегрузки:
N = [niY (h — х) + п2ри] г- (4.10)
Кольцевое напряжение на высоте х от днища
g = N/6. (4.11)
Тогда окончательная расчетная формула для проверки прочности
стенки примет вид
са= mR, (4.12)
Расчетная схема резервуара вместимостью 20 000 м3 приведена
на рис. 4.2.
Под влиянием избыточного давления, действующего на покрытие
и днище (или на жидкость), в стенке возникают: ~ ~
а) растягивающие усилия (независимо от геометрической формы
покрытия)
*У2ри Р^Г .
2лг 2 •
б)7меридиональные растягивающие напряжения ох = prJ28, ко*
торыми пренебрегают, так как они незначительны.
Наконец, рассмотрим радиальные перемещения стенки, возни-
кающие от воздействия кольцевых напряжений о2. Если прираще*
ние радиуса г обозначить через Дг, то, исходя из закона Гука, можно
записать:
су2 = Ее = Е (Дг/г), (4.13
6S
где Е — модуль упругости материала; откуда
А (У2г vr*(h — х)
*г = ~1г = - Ё& <4-14)
а с учетом избыточного давления
v--(4f+,’нГ2
Примечание. При определении перемещений Дг коэффициенты пере-
грузок не учитывают.
§ 4. РАСЧЕТ СТЕНКИ
ВЕРТИКАЛЬНОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕЗЕРВУАРА
НА УСТОЙЧИВОСТЬ
При проверке устойчивости стенки обычного резервуара со ста-
ционарным покрытием расчетным считается случай, когда в резер-
вуаре нет жидкости, он герметически закрыт и в нем расчетный
вакуум.
Расчетными нагрузками являются: собственный вес покрытия
и стенки, снеговая нагрузка, вес оборудования и вакуум (в резер-
вуаре с понтоном вакуум отсутствует).
Стенку резервуара с плавающей крышей рассчитывают на устой-
чивость от собственного веса стенки и кольцевой площадки и на воз-
действие ветровой нагрузки.
Рассмотрим наиболее характерный случай расчета на устойчи-
вость обычного резервуара со стационарным покрытием. Расчет
необходимо вести с учетом:
а) осевого сжатия от нагрузок, передающихся на стенку от по-
крытия;
б) равномерного внешнего поперечного давления, действующего
при возникновении вакуума внутри резервуара;
в) совместного воздействия этих нагрузок.
Рассмотрим все случаи расчета последовательно.
1. Расчет стенки резервуара на осевое сжатие. Устойчивость
стенки согласно СНиП П-В.З—62 проверяют по формуле
(4.16)
где (Jr = qr/28 — расчетное осевое сжатие от равномерно распреде-
ленной нагрузки q, действующей на кровлю (с учетом собственного
веса); о01 — нижнее критическое меридиональное напряжение.
Критическое напряжение зависит от отношения радиуса стенки
резервуара г к толщине стенки 6. Так как в резервуарах для хране-
ния нефти и нефтепродуктов отношение г/6, как правило, больше
500, критическое напряжение определяется по формуле
= (4.17)
где с — коэффициент, значения которого приводятся в табл. 4.1.
Формула (4.17) получается из решения нелинейной задачи об
устойчивости сжатых тонкостенных замкнутых оболочек вдоль
образующей методом последовательных приближений.
66
Таблица 4.1
г/б С г/б С
500 0,12* 2000 0,055
750 0.10* 2500 0,050
1000 0,08* 3000 0,045
1500 0,07*
* Значения с, принятые по СНиП П-В.3 — 62 (осталь-
ные — по экспериментальным данным).
2. Расчет стенки резервуара на устойчивость при действии внеш-
него равномерного давления р, нормального к боковой поверхности.
Для упрощения ветровую нагрузку приводят к равномерной, рав-
ной половине ветровой. Расчет производят по формуле
0>2 0*02» (4.18)
где о2 = рг/6 — расчетное кольцевое напряжение в стенке; о02 —
нижнее критическое кольцевое напряжение.
Значение критического напряжения зависит от отношения вы-
соты стенки I к ее радиусу г и толщины 6 к радиусу г.
Так как в резервуарах отношение Z/r обычно удовлетворяет со-
отношению 0,5 Z/r 10, то в соответствии со СНиП П-В.3—62
критическое напряжение определяется по формуле
Оо2=0.55Еу(уУ/*=0.55£у-у j/y . (4.19)
Формула (4.19) получается из решения нелинейной задачи об ус-
тойчивости тонкостенных цилиндрических оболочек для случая
внешнего равномерного давления. Коэффициент 0,55 принят по
экспериментальным данным.
3. Расчет стенки резервуара на совместное воздействие осевого
сжатия и внешнего равномерного давления. Устойчивость в этом
случае проверяется по формуле, учитывающей оба воздействия:
°01
а02
(4.20)
При этом отношение 1/ ) = Л определяет коэф-
фициент запаса оболочки на устойчивость.
§ 5. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА
СОПРЯЖЕНИЯ СТЕНКИ РЕЗЕРВУАРА С ДНИЩЕМ
Рассмотрим вертикальную полоску, взятую на поверхности
цилиндрической оболочки (рис. 4.3). Выделим из полоски элемент
высотой dx (рис. 4.4) и рассмотрим условия его равновесия.
бУ
Суммируя проекцию всех сил, действующих на элемент, на ось у
(см. рис. 4.4), получим
pxr d^dx — 2N^ sin ~-dx-\-r dQ dq) = O, (4.21)
где d<p — центральный угол, соответствующий элементу дуги; —
кольцевое усилие; dQ — приращение поперечной силы.
Рис. 4.3. Расчетная схема цилиндрической
оболочки.
а — координатная схема; б — элемент оболочки
длиной, равной 1.
Рис. 4.4. Усилия, действу»
ющие на элемент оболочки.
Выразим теперь через радиальное перемещение w. Деформа-
ция рассматриваемого элемента в направлении оси у будет равна
_2я —2лг w
~ 2лг г
(4.23)
Следовательно, кольцевое напряжение по закону Гука будет
а? = е£=-^-ш, (4.24)
откуда кольцевое усилие
(4.25)
Поперечную силу Q выразим через третью производную от про-
гиба
Q = -D^,
dx* 9
(4.26)
68
где D — цилиндрическая жесткость при изгибе,
р= £бз_
12(1—р.2) •
Подставив полученные зависимости в уравнение (4.22), получим
D
d*w
dx*
Ed
r2
w = y (h — x)
(4.27)
или, разделив обе части на D,
d*w . Ed y(h—x)
~^+тад w=-—15—
Обозначив
Е& -AM
Тад =4₽*’
окончательно получим
^.+4P4u,=1(^)
dx* 1 r D
(4.27, а)
(4.28)
(4.29)
где p — коэффициент деформации,
Ed
irW
rd
здесь pt — коэффициент Пуассона.
Выражение (4.29) представляет собой дифференциальное уравне-
ние изгиба замкнутой круговой цилиндрической оболочки, находя-
щейся под действием осесимметричной гидростатической нагрузки.
Уравнение может быть получено также как частный случай из об-
щих уравнений теории оболочек. Общее решение этого уравнения
имеет вид
w = еЗ*(А cos Р#+ В sin £z)4-е"3*(Сcos p^ + Esin P^)+-v- (Л — x)t (4.30)
К
где к = Е8/г2 и соответствует коэффициенту постели в решениях
для балки, лежащей на упругом основании.
§ 6. РАСЧЕТ СОПРЯЖЕНИЯ СТЕНКИ
ВЕРТИКАЛЬНОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕЗЕРВУАРА
С ДНИЩЕМ
В вертикальном цилиндрическом резервуаре, залитом до расчет-
ного уровня жидкостью, в сопряжении стенки с днищем возникают
изгибающий момент Хх (Мо) и поперечная сила Х2 (Qq). Расчетная
схема сопряжения приводится на рис. 4.5, основная система —
на рис. 4.6.
69
Для определения лишних неизвестных Х± и Х2 методом сил вос-
пользуемся каноническим уравнением в виде
^11^1 +^12^2+ Д1р — 0 |
^21-^14“ ^22-^2 “1“^2р = О J
(4.31)
где 6ц, 612 = 62п б22 — единичные перемещения от Хг = 1 и Х2 =
= 1, а Д1ри Д2р — грузовые члены, зависящие от внешней нагрузки.
При этом каждое единичное перемещение и перемещение от внешней
Рис. 4.5. Расчетная схема
сопряжения стенки ре-
зервуара с днищем.
1 — стенка пезепвуапа; 2 —
днище.
Рис. 4.6. Основная система.
Усилия, возникающие в сопря-
жении стенки резервуара
с днищем.
нагрузки состоит из двух слагаемых: 1) перемещений стенки и 2) пе-
ремещений днища:
du=Sff; би=6feT+6J2H;
б21=бст+дда; d22=dg+d*«;
AiP = Af’+A№; А2Р = А27 + АДН.
Считая днище абсолютно жестким на растяжение и учитывая,
что от действия момента, поперечной силы и внешней нагрузки днище
не деформируется в горизонтальном направлении, получим
ддн = $ди = $ди = д дн = о.
12 21 22 2Р V
70
(4.32)
Тогда система уравнений (4.31) примет окончательный вид
+ O X1 + 6JfX2 + AfJ+Afp =0
Все искомые перемещения, входящие в систему уравнений (4.32),
определяются из решения полубесконечной балки на упругом осно-
вании, причем для стенки это будет вертикальная полоска единичной
ширины с коэффициентом постели fcCT = Е8/г2, а для днища —
полоска единичной ширины, опирающаяся на искусственное осно-
вание с коэффициентом постели А?дн.
Лишние неизвестные Хг и Х2 в полоске стенки приложены на
нижнем конце, а на полоске днища точка приложения сил находится
на расстоянии с от конца. Поэтому искомые перемещения опре-
делятся из решений соответствующих балок на упругом основании.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕДИНИЧНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ СТЕНКИ
И ДНИЩА РЕЗЕРВУАРОВ
Рассматривая схему полубесконечной балки, загруженной на
конце сосредоточенной силой и моментом (рис. 4.7), видим, что в точ-
ках, бесконечно удаленных от точки приложения усилий, прогиб
равен нулю. В уравнении (4.30) это условие может быть выполнено,
если произвольные постоянные А и В приравнять нулю. Следова-
тельно, уравнение изогнутой оси для полубесконечной балки полу-
чится в виде
= (С cos $х-\-Е sin (Зх). (4.33)
Из строительной механики известно, что между прогибом w,
углом поворота ср, изгибающим моментом Af, поперечной силой Q
и интенсивностью нагрузки q при D = const имеется следующая
зависимость:
dw
dx
M = -D^
dx2
Q=-D^
(4.34)
dQ______d*w
dx dx*
Произвольные постоянные С и Е в уравнении (4.33) можно опре-
делить из уравнений (4.34), исходя из граничных условий, что при
X = 0 изгибающий момент равен заданному моменту Мо, а попе-
речная сила — сосредоточенной силе Р
—Dw” = MQ |
Q=—Dwr" — P J
(4.35)
71
Определив из (4.33) w" и w"' и использовав граничные условия
(4.35), находим
c = -V-(p-₽Mo) и Е = (4.36)
К к
где к — коэффициент постели.
Следовательно, уравнение прогиба будет иметь вид
w = е~$х [Р cos ря—pAf0(cos Ря—sin ря)]. (4;37)
К
Мо
77777777^777777777777777777777^77" х
__________
77777777777^. 7777777777777777^ х
У б
„Чо
77 ///Л//////////////////77‘777777^‘ X
Рис. 4.7. Схемы полу-
бесконечных балок на
упругом основании, за-
груженных:
а — сосредоточенной си-
лой и моментом; б — со-
средоточенным моментом на
расстоянии с от конца; в —
сосредоточенной силой на
расстоянии с от конца; г —
равномерно распределенной
нагрузкой, начало которой
отстоит на расстоянии с от
конца балки.
Последовательным дифференцированием уравнения (4.37) най-
дем уравнения углов поворота, изгибающих моментов и поперечных
сил:
Ф= и/ [—Р (cos ря-j-sin Ря) + 2РЛГ0 cos ря]; (4.38)
к
л
М = -jj- e~3* [—Р sin ря + рЛГо (cos Ря+зш'Ря)]; (4.39)
р
Q е“3* [Р (cos ря— sin Ря) + 2РЛГО sin Р®]-
(4Л0)
Используя уравнения прогибов и углов поворота, можно опре-
делить все единичные перемещения, входящие в систему канониче-
72
ских уравнений (4.32) *. В окончательном виде они выража-
ются
61С?=-Дг-
РстЬ'ст
4
дет__дет — 1
012 ~°21 ~2рсМ>ст
лет------1
22 2рзтОст
кст
КСТ
дДя 1
11 Рдн^дн
(4.41)
(4.42)
4
Перемещение днища от внешних нагрузок qr и g0 (gx — равно-
мерно распределенная нагрузка, приходящаяся на 1 см периметра
стенки от собственного веса кровли и стенки; q0 — равномерно рас-
пределенное гидростатическое давление на днище) определяется
по формулам
Лдн 91 fit .
1<?« 2РДнОдн W’
(4.43)
4“ — [‘ - +Vwl
где
= ег& cos (Зх; — е“Зх sin (Зя i
Tpx = e-3*(cospx+sinp(r) = epx + ^x (4.44)
(cospa:—sin px) = 0px — ^x J
Значения приведенных функций берутся из таблиц, имеющихся
в литературе по сопротивлению материалов.
§ 7. РАСЧЕТ ПОКРЫТИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО
ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕЗЕРВУАРА
Покрытия вертикальных цилиндрических резервуаров воспри-
нимают нагрузки от собственного веса, включая вес оборудования,
снеговую и ветровую нагрузки, нагрузку от избыточного давления
и вакуума. В некоторых случаях необходимо учитывать специфиче-
ские нагрузки (от веса теплоизоляции, защиты от солнечной радиа-
ции и др.).
Расчет покрытия на прочность, жесткость и устойчивость ведется
на все вертикальные нагрузки с учетом вакуума.
Рассмотрим расчет следующих наиболее характерных конструк-
ций покрытия: щитового (конического), сферического с ребрами
жесткости и безмоментного.
* Вывод формул для определения всех перемещений приводится в книгах:
М. К. Сафарян «Стальные резервуары для хранения нефтепродуктов»,
М., Гостоптехиздат, 1959; М. К. Сафарян, О. М. Иванцов «Проекти-
рование и сооружение стальных резервуаров», М., Гостоптехиздат, 1961.
73
1. Расчет щитового (конического) покры-
тия. Покрытие такого типа, как правило, имеет небольшой уклон
(примерно 1/20), а в центре опирается на центральную стойку. В про-
ектах без центральной стойки уклон принимается: в резервуарах
вместимостью 300—700 м3 1/10; в резервуарах вместимостью 1000—
5000 м3 1/8.
При наличии центральной стойки расчет радиальных несущих
конструкций (балок) производится по схеме простой двухопорной
балки, опирающейся на стенку резервуара и на край короны цен-
тральной стойки и нагруженной треугольной (если размеры короны
малы) или трапецеидальной нагрузкой. За грузовую принимают
площадь несущей балки между осями симметрии примыкающих
к балке трапеций.
Предельные прогибы балок покрытий (в долях от пролета) со-
гласно СНиП П-В.3—62 не должны превышать (1 : 250) Z, где I —
пролет балки. Прогибы балок не должны быть большими, чтобы на
кровле не образовывались впадины, в которых задерживалась бы
дождевая вода, вызывающая коррозию.
В вариантах щитовых покрытий без центральной стойки покры-
тие рассматривается как распорная система. Для уменьшения рас-
пора угол наклона увеличивают. В таком случае за расчетную при-
нимают систему двух наклонных диаметрально противоположных
балок, которые вместе с наружным кольцом жесткости можно рас-
сматривать как треугольную систему с условной затяжкой.
За условную затяжку принимается кольцо жесткости. Расчет
затяжки производится по аналогии с расчетом арок.
2. Расчет сферического покрытия с ра-
диальными ребрами жесткости. Для данного покры-
тия может быть принят следующий упрощенный способ расчета,
дающий удовлетворительный для практических целей результат. По-
крытие, воспринимающее равномерно распределенную осесимметрич-
ную нагрузку, расчленяется на отдельные плоские арки, составлен-
ные из пары диаметрально расположенных ребер. Каждая арка
опирается на стенку с внутренним кольцом жесткости, проходящим
вдоль верхнего контура стенки резервуара. Таким образом, опорное
кольцо воспринимает распор всех арок и является для них общей
затяжкой. Поэтому каждую арку можно рассчитывать как плоскую
двухшарнирную с условной затяжкой. Схема арки приводится на
рис. 4.8.
Площадь сечения условной затяжки определяется таким образом,
чтобы ее упругие деформации были равны упругим деформациям
опорного кольца в диаметральном направлении от горизонтальных
реакций всех ребер (рис. 4.9).
Увеличение диаметра круглого кольца от единичных распоров
всех ребер по закону Гука
Л Пк • 2^1 _ NK • 2r r __ пгг
к Е EFK ~ JtEFK ’
(4.45)
74
где NK = (Яг1п/2лг1) = (1п/2л) — осевое усилие в кольце от еди-
ничных распоров; FK — площадь сечения опорного кольца; т\ —
радиус опорного кольца; п — число ребер в куполе.
Удлинение условной затяжки от единичного распора одной арки
(4.46)
Лз EF3 ’
где F3 — площадь сечения
условной затяжки.
Приравняв удлинение за-
тяжки увеличению диаметра
кольца, получим
Дз EF3 tcEFk * (4’47)
Из этого равенства можно
определить площадь
условной затяжки
Р _ 2л/*к
3 п ’
Таким образом,
покрытия
сводится
шарнирной арки с затяжкой,
нагруженной треугольной
сечения
(4.48)
Рис. 4.8. Расчетная схема двухшарнирной
арки с условной затяжкой.
а — расчетная схема; б — основная система.
в данном
к расчету
расчет
случае
двух-
нагрузкой. Наибольшая ордината треугольной эпюры нагрузок Р
определяется умножением равномерно распределенной расчетной
нагрузки q, действующей на единицу площади проекции покрытия,
на значение наибольшей дуги I вдоль контура стенки между двумя
соседними ребрами, т. е. Р = ql.
Рис. 4.9. Расчетная схема арки для определения сечения
условной затяжки.
а — расчетная схема; б — план радиальных ребер.
75
В двухшарнирной арке с затяжкой при действии вертикальной
нагрузки возникают только вертикальные реакции, а распор вос-
принимается затяжкой. Таким образом, задача является статически
неопределимой с одним неизвестным X (распором).
За основную систему принимают арку с разрезанной затяжкой,
к которой приложена единичная сила (распор) = 1.
От действия продольной силы X х = 1 в арке возникают изгиба-
ющие моменты продольные и поперечные Q± силы, выражае-
мые формулами
М1=—у’} 7V1 = — costp; Q = — sing), (4.49)
а в затяжке только сила Н = 1. Знак минус в формулах указываем
что моменты изгибают арку выпуклостью кверху, продольные силы
сжимают, а поперечные, действующие в любом сечении, стремятся
вращать обе ее части против часовой стрелки.
От действия внешней нагрузки возникают изгибающие моменты,
которые в функции от абсциссы х выражаются так же, как для балки
с прямой осью. Если для такой балки балочные моменты и попереч-
ные силы от той же нагрузки обозначить как М0 и Qo, получим
Мр = 7И0; 7Vp = — <?о sin <р; <2p = (2oCOS(P» (4.50)
где Мр, 7Vp и Qp — усилия, действующие в арке.
Что касается затяжки, то при действии внешней нагрузки уси-
лия М и Q в ней равны нулю.
Основное неизвестное (распор) Хх = Я определяется из решения
канонического уравнения
бцХ1 + Д1Р = 0, (4.51)
где §11 — взаимное горизонтальное перемещение концов затяжки
на месте разреза, вызываемое силами X г = 1; Д1Р — взаимное пере-
мещение в том же месте, вызванное внешней нагрузкой.
В общем случае 6Х1 и Д1Р определяются с учетом влияния Ми
N и Q. Однако ввиду малости вызванных N и Q перемещений ими
можно пренебречь. Поэтому 61Х и Д1Р определяются с использова-
нием только эпюр моментов от единичных сил и от внешней нагрузки.
Для упрощения расчетов точное интегрирование заменяется при-
ближенным и задача решается табличным интегрированием. Таким
образом, 6Ы и Д1р определяются по формулам
Elb11 = ^y2d^ (4.52)
Е1Л1Р = J yMQ d(jp; (4.53)
где I — момент инерции.
Распор определяется по формуле
Х1 = Я = -(Д1Р/б11).
(4.54)
76
Уравнение оси круговой арки принимается в параметрическом
виде (начало координат на левой опоре арки).
где I — пролет арки, / — ее стрелка, г — радиус кривизны.
Формулы для балочного изгибающего момента и поперечной силы
имеют вид
<4'56>
С8=т(*-2т)' • |4-57>
Усилия от распора Н = X определяются как
Мн = —уН\ = —Ясоэф} QH = H sinq. (4.58)
Суммарные эпюры изгибающих моментов М, продольных^ и по-
перечных Q сил определяются по формулам:
М = М1 + МН-. (4.59)
= (4.60)
Q = Ql + QH- (4.61)
После того как определены нормальная сила N и изгибающий
момент 7И, задача сводится к проверке сечения арок на устойчивость.
Прежде всего нужно проверить устойчивость по наибольшему зна-
чению нормальной силы N, т. е. у опоры, где изгибающий момент
равен нулю. Для расчета необходимо вычислить критическую сжи-
мающую силу. Ее можно определить по формуле
Лг п л2 — а2 EI ..
^кр = ^КрГ =---^2-- * ~ (4*62>
ИЛИ
где т — радиус кривизны арки; а — центральный угол (в радианах),
опирающийся на половину дуги арки; S — длина полуарки; щ —
коэффициент расчетной длины, учитывающей кривизну арки в за-
висимости от отношения стрелки арки к пролету.
Для обеспечения устойчивости необходимо, чтобы соблюдалось
неравенство <Z NKp-
Для двухшарнирной арки принимается р,х = 1 при f/l = 0,05;
р,х = 1,1 при f/l = 0,2; р,х = 1,2 при f/l = 0,3 и рх = 1,3 при f/l =
= 0,4.
3. Расчет безмоментной кровли. В безмоментной
кровле при осесимметричной нагрузке, помимо зон краевого эффекта,
изгибающие моменты в упругой стадии практически отсутствуют,
77
р кровля работает как безмоментная оболочка. Поэтому напря-
женное состояние ее можно с достаточной точностью определить
по безмоментной теории с учетом краевого эффекта в зонах сопря-
жения кровли с кольцом жесткости и зонтом центральной стойки.
В оболочке возникают меридиональные Тг и кольцевые Т2 уси-
лия, причем 1\ значительно больше Т2.
Для вывода уравнения кривой меридионального сечения кровли
(без учета краевого эффекта) рассмотрим вырезанный из кровли
элемент — сектор с центральным углом а = 1 (рис. 4.10) с равно-
мерно распределенной по поверхности кровли нагрузкой q. Примем,
что касательная к меридиану при х = R
горизонтальна, и обозначим меридиональ-
ное усилие растяжения на краю элемен-
та, приходящееся на единицу длины
дуги, через То.
Из уравнения равновесия (£М0 = 0)
имеем
Рис. 4.10. Расчетная схема
безмоментной кровли.
Mo = ToRh-u>q^-R = O, (4-64)
О
где со — площадь сектора; R — радиус
Дуги.
Учитывая далее, что при а = 1 длина
дуги сектора I = R, а площадь со = (V2) X
XlR = R2!%, из уравнения (4.64) находим
т° ЗЬ •
(4.65)
Выражение (4.65) является частным значением меридионального
усилия при х = R.
Обозначив меридиональное усилие в сечении х, приходящееся
на единицу длины дуги, через Тх, можно по нему определить напря-
жение в любой точке безмоментной кровли резервуара.
Так как принято, что конструкция кровли является безмомент-
ной, т. е. работает в меридиональном направлении только на рас-
тяжение, условие отсутствия момента в любом горизонтальном се-
чении. можно выразить уравнением
т X(R~X)2 „ (Я-*)3 п л
1 oW---------q-----3--9 = 0,
(4.66)
где второй член выражает момент от нагрузки в секторе Z, а тре-
тий — момент от нагрузки в секторе II (см. рис. 4.10).
Подставив в выражение (4.66) вместо То значение (4.65), получим
уравнение кривой меридионального сечения
h _ 3h , L
У 2/?з х 2R x+h'
(4.67)
78
Проверим уравнение (4.67) для крайних точек кровли. При х —
= 0 получим у = h, при х = R у = 0, что соответствует действи-
тельности. Уравнение (4.67) показывает, что меридиональное сечение
безмоментной кровли при осесимметричной равномерно распределен-
ной нагрузке q представляет кубическую параболу.
Формулу для меридиональных усилий Тх можно получить сле-
дующим путем, учитывая при этом два крайних значения усилий.
1. У наружного края кровли при х = R меридиональное усилие
выражается формулой (4.65)
т =т -qR2
0 3h •
2. При х = 0 меридиональное усилие должно стремиться к бес-
конечности, что следует из самой формы рассматриваемого сектора,
где площадь стремится к нулю и, следовательно, напряжения как
отношение Tx/F должны стремиться к бесконечности.
Из приведенных соображений можно сделать вывод, что формула
для Тq должна быть частным случаем общей формулы Тх, имеющей
вид
Г’-ёг <4-68’
Действительно, при х = R имеем qR2foh\ при х = О Тх = оо.
Полученные уравнения позволяют определить напряжения в лю^
бой точке безмоментной кровли и сравнить их со значениями напря-
жений, установленных экспериментальным путем.
Расчет усилий в безмоментной кровле
с учетом начального уклона у ее наружного
контура
Как показал опыт строительства и эксплуатации резервуаров,
безмоментная кровля по своему контуру имеет весьма небольшую
жесткость, поэтому она опускается настолько, что получается обрат-
ный уклон от контура к середине, препятствующий стоку дождевой
воды и вызывающий сильную коррозию металла. Ввиду этого участку
кровли, примыкающему к листу кольца жесткости, придан началь-
ный уклон ф = 5° (рис. 4.11). Тогда формула (4.65) для расчета ме-
ридиональных усилий на краю оболочки, получаемая из условия
равновесия, принимает следующий вид:
Т° = 3(/г —Л tg<p)cos<p ‘ (4,б9)
При q = 1
= 3(7г —Я tg<p)cosq> ' 7°)
Используя условие отсутствия момента в кровле, можно получить
следующие окончательные выражения для определения меридио-
нальных усилий в любой точке кровли при q = 1:
дз
Тх== Зх(/г—Я tg<p) ’
79
при х = R
R2
Tq = 3(Л—Я tg ф) ' (4,72)
Формула (4.72) отличается от формулы (4.70) множителем cos ф,
который при ф = 5° вполне можно принять равным единице. Это
является подтверждением того, что уравнение (4.71) достаточно точно
отображает закон изменения меридиональных усилий в зависимости
от расстояния х.
Рис. 4.11. Расчетные схемы безмоментной кровли резервуара вме-
стимостью 5000 м3 с учетом начального уклона краев.
а а- схема кровли и нагрузки; б — расчетная схема кровли; в — расчетная схема
для определения усилий в центральной стойке.
Так как у края кровли имеется начальный угол наклона, давле-
ние на центральную стойку оказывается больше суммарной внешней
нагрузки. На самом деле сумма проекций всех действующих усилий
И нагрузок на вертикальную ось
nZ)7\) sin ф-| — q— 7V = 0, (4.73)
откуда
47)2
N = q + nDTQ sin ф, (4.74)
где второй член — дополнительное усилие, вызванное начальным
уклоном.
во
§ 8. О РАСЧЕТЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННОЙ
И ДВУХСЛОЙНОЙ СТЕНКИ РЕЗЕРВУАРА
Расчет предварительно напряженной и двухслойной стенки
резервуара производится с учетом совместной работы основной
стенки и ее усиления (проволоки, ленты или второго слоя). При
идеальной геометрической форме основной стенки и усиления и от-
сутствии зазоров между ними расчет на прочность и устойчивость
можно вести с коэффициентом совместной работы, равным 1. Од-
нако на практике всегда имеются зазоры и отклонения геометриче-
ской формы от проектной.
Так, приближенный метод расчета сводится к следующему.
1. При удовлетворительном качестве работ и плотности приле-
гания проволоки или двухслойной конструкции принимается, что
конструкция будет работать как одна стенка приведенной толщины.
2. Приведенную толщину в предварительно напряженной стенке
определяют по формуле
бпр = $ст+ бар ~ьар , (4.75)
Лет
где 6СТ, 7?ст, 6ар, 7?ар — соответственно площади сечения и расчетные
сопротивления материала стенки, проволоки или ленты, причем
приведенная толщина 6пр = F^/h^ (здесь Fap — площадь прово-
локи, feap — шаг навивки проволоки).
3. Приведенная толщина двухслойной стенки 6пр = (0,8-т-
4-0,9) (6,4-62).
§ 9. РАСЧЕТ РЕЗЕРВУАРОВ
ПОВЫШЕННОГО ДАВЛЕНИЯ «ГИБРИД» И ДИСИ
Рассмотрим расчет только тех несущих элементов резервуаров,
которые по своей работе отличаются от элементов обычных резер-
вуаров низкого давления. Это анкерные устройства, прикрепляющие
резервуар к основанию; стенки, рассчитываемые на больший вакуум,
чем в резервуарах низкого давления, и имеющие внутри горизон-
тальные кольца жесткости; кровля, представляющая собой торо-
сферическую оболочку.
Расчет анкерных болтов
Анкерные болты рассчитываются на наибольшие растягивающие
усилия, возникающие под действием избыточного давления внутри
резервуара при отсутствии или малом количестве нефтепродукта.
Если в резервуаре имеется избыточное давление ри (в кгс/см2),
радиус цилиндра г (в см), а число болтов п, то усилие в болтах (в кге)
можно определить из равенства
п1РиЛ7*2 = 4- nN^ (4.76)
откуда
Ni = , (4 77)
81
где Q — вес кровли, стенки и части днища (примерно 0,5—1 м ши-
рины), препятствующий подъему резервуара; N 4— усилие, при-
ходящееся на один болт; и п2 — коэффициенты перегрузки.
По найденному усилию подбирают сечения болтов и определяют
пригрузку (грунтовую засыпку).
Расчет колец жесткости стенки
на устойчивость
Кольца жесткости ставят для усиления устойчивости стенки
в том случае, когда внешняя сжимающая нагрузка (например,
вакуум в резервуаре) значительна и устойчивость стенки, рассчи-
танная по формуле (4.19), не обеспечена.
Сечения колец жесткости определяют следующим образом.
1. Исходя из фактических толщин стенки 6ср по формуле (4.19)
находят нагрузку, воспринимаемую стенкой, для чего сначала опре-
деляют критическое напряжение а02, затемиз формулы о 2= (Рг/йСр) =
= ов 2 находят критическую равномерно распределенную нагрузку
Ркр. ст» воспринимаемую стенкой. Здесь 6ср —среднее значение
толщины поясов рассчитываемой стенки.
2. Вычисляют разность суммарных нагрузок Рвак и Ркр.ст,
которую должны воспринять кольца жесткости.
3. Задаются числом колец жесткости пк (или их шагом).
4. Определяют критическую нагрузку, воспринимаемую одним
кольцом, по формуле
Р
3EI
кр. кольца — г8
(4.78)
5. Для обеспечения устойчивости соблюдают неравенство
Пк.Р кр. кольцавак — Ркр. ст).
(4.79)
Расчет торосферической кровли на прочность
и устойчивость
1. Расчет сопряжения цилиндрической
оболочки с торовой на равномерное внут-
Рис. 4.12. Расчетная
схема торосферической
кровли.
реннее давление ри (рис. 4.12).
Усилия, возникающие в сопряжении ци-
линдрической оболочки с торовой, опреде-
ляют:
изгибающий момент
С*’80*
меридиональные усилия
Ni = Pur/2,
(4.81)
82
кольцевые усилия
<4-82’
В переходной (торовой) части усилия и Ni определяются
по формулам (4.59) и (4.60), а кольцевые усилия по формуле
Л’-"-Ч1-^+т-7в)' (4И
Обозначения геометрических величин даны на рис. 4.12, а зна-
чения функций £, 6, р — в § 6 настоящей главы.
Максимальные изгибающие напряжения определяются по фор-
муле
бЛГцпах 6 • 0,040Риг л4/г Риг г (/ Qj\
°™* = —§2---= р2рб2 = 0’145 “Г" « <484>
Критическое внешнее давление для торовой части определяется
по формуле
, ,4.85)
2|М'+т)
где к = р/г.
2. Расчет сферической части торосфери-
ческой кровли. Сферическую часть кровли рассчитывают
на устойчивость от совместного воздействия вакуума, снеговой на-
грузки и собственного веса кровли (РПолн)-
Сжимающие напряжения от суммарной нагрузки Pn0J1H
критическое напряжение
о01 = сЕ-^-|
г<4
условие устойчивости
(Т1<(У01.
§ 10. РАСЧЕТ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ
КАПЛЕВИДНЫХ ОБОЛОЧЕК
Каплевидные резервуары предназначены для хранения нефте-
продуктов под избыточным давлением 0,3—0,4 кгс/см2.
Если условно заменить избыточное давление столбом хранимого
продукта высотой h = ри/у (рис. 4.13), то суммарное давление
(основная расчетная нагрузка) с учетом избыточного давления выра-
зится формулой
(4.87)
83
где у — расстояние по вертикали от наивысшего уровня жидкости
до рассматриваемой точки на поверхности оболочки.
Условие равновесия элемента оболочки при расчете по безмомент-
ной теории (4.8) примет вид
N 1 f -^2 / > I \
Г1 Г2
За основу расчета оболочек каплевидных осесимметричных
резервуаров принимают условие равнопрочности, т. е. полагают,
что геометрическая форма оболочки выбрана так, что под воздей-
ствием основной расчетной нагрузки в меридиональном и кольцевом
направлениях растягивающие напряжения равны между собой и
постоянны, т. е. Ni = N2 = N = const.
Рис. 4.13. Расчетная схема каплевидной оболочки.
Определим усилия, возникающие в оболочке каплевидного резер-
вуара с опорным кольцом только от равномерного избыточного
давления. В осесимметричных оболочках, в том числе каплевидной,
равномерное давление вызывает меридиональное усилие
Л'1=-ф,
£
(4.88)
т. е. меридиональное усилие следует закону изменения радиуса
кривизны.гТогда на основании уравнения (4.8) формулу для коль-
цевых усилий можно записать в виде
N 2 — РпГ 2(1
Г2
2гх
(4.89)
Эпюры меридиональных и кольцевых усилий от равномерного
давления приводятся на рис. 4.14, а.
В вершине оболочки, где гi = г2 = го, меридиональные и коль-
цевые усилия равны между собой и выражаются равенством
N1 = N2 = N=^-, (4.90)
8-Г
т. е. в вершине каплевидной оболочки меридиональные и кольцевые
усилия имеют такое же значение, что и в сферической оболочке.
В вершине оболочки гидростатическое давление равно нулю,
поэтому меридиональные и кольцевые усилия там возникают под
воздействием избыточного давления, значение которого опреде-
ляется по формуле (4.90).
Таким образом, под воздействием основной расчетной нагрузки,
включающей избыточное и гидростатическое давление, во всех
точках оболочки будут действовать равные меридиональные и коль-
цевые усилия. Поэтому, чтобы получить формулы для меридио-
нальных и кольцевых усилий, вызванных только гидростатическим
Расчетные усилия
Рис. 4.14. Эпюры меридиональных усилий и кольцевых уси-
лий в каплевидной оболочке с опорным кольцом.
давлением, нужно из равенства (4.90) вычесть усилия, выраженные
формулами (4.88) и (4.89). Тогда получивд
= (Г0~Г2)’ (4.91)
Эпюры усилий Ni и N2 от гидростатического давления приво-
дятся на рис. 4.14, б. Пунктирной линией показана эпюра от рас-
четной (полной) нагрузки.
Для каплевидных оболочек с экваториальной опорой Г. М. Чичко
для подэкваториальной части получил следующие формулы (выше
экватора усилия аналогичны ранее полученным):
rl~rai
где г — абсцисса рассматриваемой точки; гд — радиус плоской
части днища; (р — угол между вертикалью и радиусом-вектором.
На экваторе, где г2 = а, меридиональное усилие
а2~гд
^1Э= 2Г~ р“-
(4.94)
85
Формулу для кольцевого усилия можно получить из выражения
(4.8), подставив в него значение NР Тогда получим
Рис. 4.15. Эпюры меридиональных усилий 2V, и кольцевых
усилий N2 в каплевидной оболочке с экваториальной эпюрой.
а — под действием избыточного давления; б — под действием гидростати-
ческого давления.
Но так как г1э = (Ь2/а), то
/ Д2_ т*2
^2э = Риа да
(4.96)
Усилия от гидростатического давления определяются аналогично
усилиям в резервуаре с опорным кольцом. Эпюры усилий приводятся
на рис. 4.15.
§11. РАСЧЕТ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ И ДНИЩ
РАЗНЫХ ТИПОВ
РАСЧЕТ СТЕНКИ
Пусть в резервуаре с радиусом цилиндрической части г и толщи-
ной стенки 6 имеется избыточное давление ри (рис. 4.16). От дейст-
вия последнего в стенке возникнут меридиональные а4 и кольцевые
а2 напряжения.
Разрежем стенку резервуара по Z— I и рассмотрим равновесие
одной части (например, правой). На днище резервуара, независимо
от его формы (плоская, коническая, сферическая), действует сум-
марная нагрузка Q, равная произведению ри на площадь проекции
сечения стенки (круга), т. е. Q = ри яг2. Эта нагрузка восприни-
мается поперечным сечением стенки, площадь которой F = 2лгб.
86
Следовательно, меридиональная нагрузка, приходящаяся на
единицу длины контура,
Р ® — РиПг2 — РкГ
1 2лг 2лг 2 ’
(4.97)
а соответствующее напряжение
a ™
1 6 — 26 ’
(4-98)
Кольцевые усилия Р2 и напряжения о2 определяются при рас-
смотрении равновесия сечения//—II. Отбросив, например, нижнюю
часть и обозначив кольцевые усилия через Р2, получим 2Р2 = />и-2г
(2г — проекция дуги), откуда
(4.99)
пшнншит
". ' г1? q
Риз
И11111II11111117
Р 2 — РИГ1>
Рис. 4.16. Расчетная схема горизонтального цилиндрического резер-
вуара при воздействии избыточного давления.
а соответствующие напряжения
о2 =
^2 __ РиГ
6 ~ д
(4.100)
РАСЧЕТ ДНИЩ
Рассмотрим расчет плоских, конических и сферических днищ
на равномерно распределенную нагрузку типа избыточного дав-
ления.
Расчет плоских днищ. Плоское днище приваривается
к цилиндрической стенке непосредственно или с помощью уторного
уголка. Поэтому днище можно рассматривать как круглую пла-
стинку, упруго защемленную по контуру. Используя результаты
расчетов таких пластинок, приведем окончательные формулы.
При равномерно распределенной по площади днища нагрузке
ввиду симметрии расчет ведется для полоски днища единичной
ширины, проходящей через центр.
Максимальный изгибающий момент в центре днища
Л/тах = -?Н1+Ю» (4.101)
1О
87
а соответствующее напряжение — Л яг2 8 62 • (4.102)
amax ррл
Максимальные изгибающие моменты получаются на контуре
днища мк=- qr% 8 ’ (4.103)
а напряжения сгк = — 3 qr* ' 4 ’ 62 ’ (4.104)
Краевой момент Мк быстро затухает и становится равным нулю
на расстоянии х = 0,6]/гб.
Прогиб в центре днища принимает вид
W — ^г4
^max-64Z) ,
(4.105)
жесткость днища
б3
где D = 12 (1_И2)---цилиндрическая
Расчет конических днищ. При расчете конических
днищ необходимо учесть, что меридиональный радиус кривизны
= оо. Поэтому из формулы (4.8) легко
можно получить выражение для кольцевых
усилий
Рис. 4.17. К расчету
конического днища.
A’2 = grt,
(4.106)
где г2 — кольцевой радиус кривизны, за-
висящий от расстояния рассматриваемой
точки а; до вершины конуса (рис. 4.17). На
рисунке видно, что г2 = х1^а,
кольцевое усилие можно выразить
N2 = qx tga,
поэтому
в виде
(4.107)
а соответствующее напряжение
_ qxtga
°2-----
(4.108)
Из формулы (4.108) вытекает, что у вершины конуса, где х = 0,
кольцевые напряжения равны нулю, а наибольшие напряжения
будут у сопряжения днища с цилиндром.
Меридиональные усилия и напряжения как следует из
условия равновесия для конуса, будут вдвое меньше кольцевых,
выраженных формулами (4.107) и (4.108).
88
Расчет сферических днищ. При равномерно рас-
пределенной нагрузке в сферическом днище меридиональные и коль-
цевые усилия равны
ЛГ1 = ^2 = ^сф/2,
(4-109)
где гсф — радиус сферы.
Так как кольцевые усилия в стенке резервуара N2 = <7ГЦ (гц —
радиус цилиндра) вдвое больше соответствующих усилий в сфере,
то для равнопрочности стенки и сферического днища радиус послед-
него принимают равным двум радиусам цилиндрической части
корпуса.
ГЛАВА ПЯТАЯ
ГАЗГОЛЬДЕРЫ
§ 1. НАЗНАЧЕНИЕ
И КЛАССИФИКАЦИЯ ГАЗГОЛЬДЕРОВ
Газгольдеры появились в связи с возникновением и развитием
газовой промышленности. Вначале они предназначались только
для хранения светильного газа и устанавливались в основном на
газовых заводах. В наше время значение газгольдеров как сооруже-
ний для хранения подаваемого потребителю газа уменьшилось.
Зато неизмеримо возросла их роль на предприятиях химических
производств, где они используются для хранения газов, являющихся
большей частью полуфабрикатами, составления различных газовых
смесей, в качестве регуляторов давления в газовой сети и др.
Конструкции газгольдеров в процессе развития газовой и хими-
ческой промышленности претерпели значительные изменения.
Так, если первым газгольдером было примитивное хранилище прямо-
угольной формы, то в настоящее время — это сложное и ответ-
ственное сооружение, обычно цилиндрической формы, требующее
высокой точности в изготовлении и монтаже.
Современные газгольдеры классифицируются по параметрам хра-
нимого газа, технологическим требованиям производства, а также
по видам конструктивных схем. Основным является деление газ-
гольдеров на классы по параметрам хранимого газа:
I класс — газгольдеры низкого давления (рабочее давление
400 мм вод. ст.),
II класс — газгольдеры высокого давления (рабочее давление
от 0,7 до 30 кгс/см2).
Принципиальное различие между газгольдерами низкого и высо-
кого давления заключается в том, что у первых рабочий объем
является переменным, а давление газа в процессе наполнения (или
опорожнения) остается неизменным или меняется очень незначи-
тельно, тогда как у газгольдеров высокого давления геометрический
объем остается постоянным, а давление при наполнении меняется
от первоначального до рабочего.
90
Классы газгольдеров подразделяются на группы и типы. Так,
I класс разделяется по принципу работы и виду конструктивной
схемы на две группы: 1) мокрые и 2) сухие газгольдеры. В свою
очередь по конструкции отдельных элементов различают мокрые
газгольдеры с вертикальными направляющими и с винтовыми напра-
вляющими, а сухие — поршневого типа и с гибкой секцией. Газ-
гольдеры высокого давления (II класса) по конструктивной схеме
подразделяются на цилиндрические со сферическими днищами и
сферические (шаровые). Цилиндрические газгольдеры можно раз-
делить по способу установки на вертикальные и горизонтальные.
Основная классификация газгольдеров приводится в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Газгольдеры низкого давления Газгольдеры высокого давления
мокрые сухие цилиндрические сферические
с вертикаль- ными нап- равляющими с винтовы- ми направ- ляющими поршне- вого типа с гибкой секцией горизон- тальные верти- кальные
§ 2. МОКРЫЕ ГАЗГОЛЬДЕРЫ
С ВЕРТИКАЛЬНЫМИ НАПРАВЛЯЮЩИМИ
Газгольдеры данного типа (рис. 5.1) получили большое распро-
странение вследствие относительной простоты конструктивной
схемы, наибольшей освоенности строительством и надежности в
эксплуатации.
Мокрый газгольдер состоит из двух частей:'цилиндрического
вертикального резервуара, заполненного водой (неподвижное звено),
и колокола, помещенного внутри резервуара и представляющего
собой цилиндр, открытый снизу и имеющий сферическое покрытие
(подвижное звено). Собственно хранилищем газа является колокол.
При заполнении газгольдера газ поступает по вертикальному стояку
под крышу колокола. Как только суммарное давление газа на крышу
колокола превысит его вес, колокол начнет подниматься, причем
давление в нем будет возрастать по мере выхода его корпуса из воды
за счет разницы в весе металла в воде и на воздухе. Вода в резер-
вуаре служит гидравлическим уплотнением. При опорожнении газ-
гольдера колокол опускается, и вода, находящаяся в резервуаре,
вытесняет из него газ.
Чтобы более полно использовать объем колокола, высоту его
делают равной высоте резервуара. Объем газа, находящийся под
куполом сферического покрытия, в полезный объем купола не вхо-
дит, так как уровень воды в резервуаре доходит только до верха
91
цилиндра колокола. Таким образом, объем сегмента сферического
покрытия представляет собой мертвую часть объема колокола.
У газгольдеров большой вместимости (свыше 6000 м3) подвиж-
ная часть разделяется на несколько звеньев, причем только верхнее
звено называется колоколом, остальные звенья, вдвигающиеся одно
в другое, носят название телескопов. Уплотняются подвижные
Рис. 5.1. Общий вид мокрого газгольдера
с вертикальными направляющими.
звенья гидравлическими затворами, каждый из которых предста-
вляет собой два кольцевых, входящих друг в друга желоба. Кроме
того, гидрозатворы являются соединительными устройствами между
звеньями. Гидравлический затвор не ставят между нижним телеско-
пом и резервуаром газгольдера.
Работа газгольдера происходит следующим образом. При подаче
газа под колокол последний поднимается на полную высоту. Когда
его нижний край достигает поверхности воды, желоб гидрозатвора
92
зачерпывает воду и входит в зацепление с обратным ему желобом
первого телескопа. Аналогично при полном выдвижении первого
телескопа происходит захват следующего и т. д. При опорожнении
газгольдера вначале опускается нижний аелескоп, затем следующий
и так до колокола. Подвижные звенья в газгольдерах позволили
сделать высоту резервуара равной высоте одного подвижного звена,
что значительно снизило вес всей конструкции. По числу подвиж-
ных звеньев мокрые газгольдеры бывают однозвенными, двухзвен-
ными и т. д. Максимальное число подвижных звеньев бывает не
более шести.
Чтобы избежать перекосов при движении колокола и телескопов,
а также для восприятия горизонтальных нагрузок от давления ветра
на боковую поверхность газгольдера и от кососимметричной снего-
вой нагрузки на покрытие колокола, каждое подвижное звено снаб-
жается - системой внешних и внутренних роликов, которые пере-
дают боковые нагрузки на систему направляющих. Внешние ролики
ставятся на специальных кронштейнах, равномерно размещенных
по верхнему краю каждого подвижного звена, и при движении
звена они катятся по внешним вертикальным направляющим, высота
которых соответствует наивысшему положению подвижных звеньев.
Внешние направляющие представляют собой геометрически неиз-
меняемую пространственную конструкцию, очертания которой по-
добны очертанию многогранной призмы. В углах призмы располо-
жены вертикальные стойки-направляющие, выполненные из двутав-
ров или в виде решетчатой конструкции. Стойки соединяются жест-
кими ригелями 1 (рис. 5.2), а также системой диагональных связей 2.
На кольцевых ригелях, расположенных на уровне максимальной
высоты подъема каждого звена (за исключением колокола), часто
устраивают площадки для осмотра газгольдера. Вся система внеш-
них направляющих жестко крепится к верхним поясам резервуара.
Внутренние ролики устанавливаются по нижнему, краю каждого
подвижного звена и катятся при движении звеньев по внутренним
направляющим, которые крепятся непосредственно к внутренним
поверхностям стенок резервуара и телескопов. Число внутренних
направляющих обычно вдвое больше числа внешних.
Фундамент мокрого газгольдера представляет собой сборно-
монолитное железобетонное кольцо, внутри которого устраивается
грунтово-песчаное основание. Минимальная ширина кольца
^min = ~ (£р — £к) +200+ 150f
где Z)p — наружный диаметр резервуара; DK — диаметр колокола;
200 и 150 мм—соответственно выпуски кольца наружу от стенки
резервуара и внутрь колокола.
Характерная особенность фундамента — это железобетонные
плиты, укладываемые по кольцу в месте перехода от фундаментного
кольца к песчаной подушке. Способность плит свободно поворачи-
ваться относительно линии опирания на фундаментное кольцо
93
создает условия для плавного изгиба днища при больших осадках
песчаного основания.
Резервуар мокрого газгольдера в отличие от обычных стальных
вертикальных резервуаров имеет следующие особенности: по верх-
нему краю стенки корпуса идет кольцевая площадка, одновременно
выполняющая роль кольца жесткости. Крепится она к верхнему
Рис. 5.2. Конструктивная схема двухзвенного газгольдера.
поясу, который по этой причине делается большей толщины, нежели
предыдущие пояса. К внутренней поверхности стенки корпуса кре-
пятся внутренние направляющие, выполненные из швеллера. На
днище резервуара расположены распределенные по периметру
корпуса радиальные подкладные балки высотой 200 мм, на которые
опираются все подвижные звенья газгольдера в нижнем положении,
что предохраняет последние от присасывания к грязи, скаплива-
ющейся на днище резервуара при его эксплуатации.
Следует отметить, что стальной резервуар мокрого газгольдера
можно заменить резервуаром из предварительно напряженного желе-
зобетона. Железобетонный резервуар в данном случае, помимо эко-
номии стали, имеет ряд преимуществ: железобетон менее подвержен
коррозии, которая является бичом мокрых газгольдеров; железобе-
94
тонный резервуар можно заглубить в землю, что, сократив общую
высоту сооружения, уменьшит влияние на него ветровой нагрузки
и благодаря теплоизолирующим свойствам грунта сократит затраты
на подогрев воды в зимнее время, и др.
Колокол мокрого газгольдера состоит из несущего каркаса и
оболочки. Несущий каркас стенки колокола включает в себя верх-
ние и нижние кольца жесткости, соединенные между собой вертикаль-
ными трубчатыми стойками. Верхнее кольцо жесткости состоит из
утолщенного верхнего пояса стенки колокола, уторного уголка
и утолщенных окрайков кровли. Нижнее кольцо образовано из
утолщенного нижнего пояса колокола и горизонтального кольца из
листовой стали. В однозвенных газгольдерах на этом кольце с вну-
тренней стенки размещается пригрузка, а в многозвенных, кроме
того, с внешней стороны ставится нижний желоб гидрозатвора.
Ввиду небольшого давления внутри колокола толщина его стенки
назначается в пределах 3—4 мм. Тонкая часть стенки к вертикаль-
ным стойкам не приваривается.
Каркас сферического покрытия колокола состоит из радиально
расположенных выгнутых по радиусу сферы стропил, опирающихся
на вертикальные стойки стенки и связанных между собой много-
гранными горизонтальными кольцами и диагоналями. По периметру
покрытия стропила связаны утолщенной окрайкой настила кровли
и уторным уголком. Кровельный настил толщиной 2,5—3 мм прива-
рен только к окрайке и свободно лежит на стропилах. Таким обра-
зом, под действием давления газа кровля колокола может свободно
подниматься и каркас покрытия в этом случае не несет никакой на-
грузки, кроме собственного веса.
Стрела подъема сферического покрытия
/ — DK>
1 15 к
отсюда радиус сферы
^сф =----2/---
или, принимая во внимание предыдущее выражение,
Всф=1.9083Рк.
Телескоп многозвенного газгольдера — полый цилиндр, корпус
которого также состоит из каркаса и обшивки толщиной 3—4 мм.
Верхнее и нижнее кольца жесткости каркаса состоят соответственно
из верхнего и нижнего утолщенных поясов корпуса, а также жело-
бов гидрозатвора.
У нижнего телескопа вместо желоба гидрозатвора ставится
горизонтальный кольцевой лист. Кольца соединены вертикальными
стойками из составного двутавра, которые являются внутренними
направляющими для нижних роликов колокола или предыдущего
телескопа.
95
Желоб каждого гидрозатвора газгольдера имеет глубину, доста-
точную для противостояния столба воды в затворе давлению газа
с некоторым запасом на возможность перекоса подвижного звена и
на волнообразование по поверхности воды в затворе.
Число газовводов в газгольдер зависит от его назначения в тех-
нологической цепи предприятия. Газовводы проходят через специаль-
ный тоннель в кольцевом фундаменте и входят в газгольдер через
днище резервуара. Стояк газоввода во избежание попадания в него
воды делают на 100—150 мм выше уровня воды в резервуаре. Аппа-
ратуру для управления газгольдером размещают в специальной
будке над приямком, в котором уложен подводящий газопровод.
Сечение подводящих трубопроводов подбирают с учетом скорости
перемещения подвижных звеньев по вертикали. Однако она не
должна превышать 1,5 м/мин.
Давление газа в мокрых газгольдерах зависит от веса его подвиж-
ных звеньев. Так как обычно собственного веса конструкций оказы-
вается недостаточно для создания в газгольдере заданного рабочего
давления, применяют специальную пригрузку колокола, состоящую
из бетонных и чугунных грузов. Бетонные грузы укладывают по
кольцевой площадке на крыше колокола, а чугунные — на выступе
горизонтального кольца в нижней части колокола с внутренней
стороны. Чтобы сохранить устойчивое положение колокола, на
крыше располагают г/3 веса пригрузки, а на кольце — 2/3. Давление
газа в газгольдерах при различном числе подвижных звеньев опре-
деляется по следующим простым формулам:
в однозвенном газгольдере
(р-р*)];
в двухзвенном газгольдере при наивысшем положении колокола
и телескопа
р=[?к+Qr+qK~ ~7%5 (VK+Vr} (р “Рх)]:
где р — давление газа в мм вод. ст.; Z)K, Z)T — диаметры соответст-
венно колокола и телескопа в м; QK, Qr — вес колокола и телескопа
в кг; qK — вес воды в гидрозатворе колокола в кг; Ук, VT — объем
колокола и телескопа в м3; Qi — вес погруженной в воду части
телескопа в кг; р, pi — плотность воздуха и газа в нормальных усло-
виях (t = 0° С и р = 760 мм рт. ст.) в кг/м3; 7,85 — объемный вес
стали.
Основные размеры мокрых газгольдеров принимают, исходя из
анализа практических данных по уже построенным или запроекти-
рованным конструкциям. Обычно отношение диаметра резервуара
к полной высоте сооружения при поднятых звеньях колеблется от
0,8 до 1,3. Высота цилиндрической части всех подвижных звеньев
одинакова, а высота стенки резервуара больше последней на тол-
щину подкладной балки. Диаметр каждого последующего звена
96
меньше диаметра предыдущего на 1100 мм, т. е. зазор между стен-
ками каждой пары звеньев составляет 550 мм.
Полезный объем газгольдеров определяют по следующим фор-
мулам:
для однозвенного газгольдера
= (Як-fe);
для двухзвенного
Т7 ___
v 2 7
Як + -^-(Ят-Л3-Л);
для трехзвенного
ЛЛ2 л/)2 л Л?
V3=^Hk + -^ {HT-h8) + -^-(HT-h8-h),
где Нк, Hri, Нт2 — соответственно высота цилиндрической стенки
колокола, первого и второго телескопов; h3 — глубина гидравличе-
ских затворов; h — величина погружения в воду колокола или
нижнего телескопа.
В настоящее время в СССР все мокрые газгольдеры с вертикаль-
ными направляющими строятся по типовым проектам в соответствии
со следующим нормальным рядом (по вместимости в м3): 100; 300;
600; 1000; 3000; 6000; 10 000; 15 000; 20 000; 30 000.
В районах с расчетной зимней температурой ниже —20°С вокруг
резервуара мокрого газгольдера сооружают на отдельном коль-
цевом фундаменте утепляющую кирпичную стенку толщиной 350 мм.
Высоту ее принимают равной высоте резервуара. Расстояние между
наружной поверхностью корпуса резервуара и кирпичной стеной
составляет 1000 мм и вокруг газгольдера образуется узкий кольцевой
проход, используемый для осмотра корпуса резервуара, трубопрово-
дов и наблюдения за приборами. Температура воды в резервуаре
и гидрозатворах при любой температуре окружающего воздуха по
условиям эксплуатации должна быть не менее 5°С, поэтому мокрые
газгольдеры требуют устройства отопления — подачи пара по коль-
цевым паропроводам к резервуару и гидрозатворам, затем непосред-
ственного ввода его в воду через пароструйные элеваторы. Элеваторы
способствуют равномерному распределению подогретой воды по
гидрозатвору. К кольцевым паропроводам подвижных звеньев
пар подают по гибким шлангам.
Мокрые газгольдеры эксплуатируются в тяжелых коррозийных
условиях. Внутренние поверхности их звеньев при эксплуатации
увлажняются и соприкасаются с хранящимися в газгольдерах агрес-
сивными газами, что приводит к интенсивной их коррозии. Наруж-
ные поверхности подвергаются атмосферной коррозии.
Основной способ борьбы с коррозией металла газгольдеров —
нанесение на поверхности конструкций антикоррозийных лакокра-
сочных покрытий в различных сочетаниях. Более дешевым методом
97
защиты является применение защитной жидкости, состоящей из
раствора полиизобутилена в индустриальном масле, смешанном с
битумными материалами. Защитную жидкость наливают в резервуар
поверх воды, при подъеме подвижных звеньев она образует на них
защитную пленку. На внутреннюю поверхность кровли колокола
жидкость наносят через специальные подвижные или поворотные
распылители.
§ 3. МОКРЫЕ ГАЗГОЛЬДЕРЫ
С ВИНТОВЫМИ НАПРАВЛЯЮЩИМИ
Мокрые газгольдеры с винтовыми направляющими (рис. 5.3),
как и газгольдеры с вертикальными направляющими, состоят из
резервуара для воды и одного или нескольких подвижных звеньев
(колокол, телескоп).
Рис. 5.3. Мокрый газ-
гольдер с винтовыми на-
правляющими.
а — газгольдер; б — гидро-
ватвор; в — парные ролики.
Отличие этих газгольдеров от газгольдеров с вертикальными
направляющими состоит в схеме подъема и опускания подвижных
звеньев. Если в последних подвижные звенья перемещаются только
по вертикали, то в газгольдерах с винтовыми направляющими они
перемещаются вверх или вниз с поворотом вокруг вертикальной оси.
98
6
звена и, кроме
а — с
Рис. 5.4. Гидравлические затворы мокрых
газгольдеров:
вертикальными направляющими; б —
с винтовыми направляющими.
Иными словами, при подъеме каждое последующее звено как бы
вывинчивается из предыдущего, а при спуске — ввинчивается. Этот
процесс осуществляется за счет особым образом расположенной
системы парных роликов и направляющих.
Направляющие таких газгольдеров изготовляют из железно-
дорожного рельса, составного сварного двутавра или специально
прокатанного профиля. Их устанавливают непосредственно на кор-
пусе подвижного звена под углом в 45°, так что каждая из них обра-
зует отрезок винтовой линии. Каждую направляющую по всей ее
длине приваривают к стенке
к вертикальным стойкам,
находящимся внутри цилин-
дрического корпуса звена.
Как и в мокром газгольдере
с вертикальными направля-
ющими, конструкция каж-
дого подвижного звена позво-
ляет установить вверху и
внизу стенки пояса жестко-
сти из листов большей тол-
щины, нежели вся стенка.
Пояса соединены вертикаль-
ными стойками из спаренных
швеллеров. Число стоек здесь
больше, чем при вертикаль-
ных направляющих, так как
они воспринимают основные
усилия, передаваемые роликами на винтовые направляющие.
Система парных роликов располагается по периметру верхнего
края резервуара и телескопов. Каждая пара роликов устанавли-
вается на опорной плите, закрепленной на консольной площадке
резервуара или на верхней плоскости желоба гидрозатвора. Оси
обоих роликов параллельны в горизонтальной плоскости. Направля-
ющая проходит между роликами, причем в зависимости от напра-
вления внешней силы работает только один ролик. Чтобы при дви-
жении колокола и телескопов вниз маховой момент не увеличивался,
направляющие на каждом последующем звене имеют уклон в дру-
гую сторону, т. е., сравнивая конструкции с резьбовым соедине-
нием, можно сказать, что если нижнее звено имеет правую нарезку,
то следующее — левую.
Винтовая направляющая — самый сложный в изготовлении и
монтаже и самый ответственный элемент конструкции. Если воз-
никают горизонтальная или несимметричная вертикальная нагрузки,
каждая направляющая работает на изгиб, сжатие и кручение. Это
вызывает необходимость увеличивать число вертикальных стоек
в подвижных звеньях. Так как значение горизонтальных сил на каж-
дое из расположенных ниже звеньев возрастает, то и число напра-
вляющих на них увеличивается (обычно в полтора раза).
99
Схемы гидравлических затворов мокрых газгольдеров показаны
на рис. 5.4. У газгольдеров с винтовыми направляющими (рис. 5.5)
верхние желоба гидрозатворов не имеют высоко выступающего листа,
так как по верху желоба установлены ролики. В связи с этим желоба
более глубокие.
Чтобы уменьшить давление на ролики и винтовые направляющие,
винтовые газгольдеры обычно сооружают большего диаметра, чем
обычные газгольдеры. Отношение диаметра к полной высоте берется
в пределах 1,2 —1,75.
Рис. 5.5. Газгольдер с винтовыми направляющими.
Газгольдеры рассматриваемого типа по сравнению с газгольде-
рами с вертикальными направляющими обладают следующими пре-
имуществами:
а) большей надежностью в работе;
б) меньшей высотой сооружения при опущенных звеньях (высота
резервуара);
в) экономичностью по расходу стали (около 10%);
г) доступностью механических деталей (роликов) для осмотра и
смазки, а также меньшим их общим числом.
К недостаткам следует отнести сложность в изготовлении и мон-
таже винтовых направляющих и более жесткие допуски при монтаже.
§ 4. СУХИЕ ГАЗГОЛЬДЕРЫ ПОРШНЕВОГО ТИПА
Мокрые газгольдеры имеют ряд недостатков, к которым отно-
сятся высокая стоимость, большой расход металла, необходимость
в утеплении конструкции и подогреве воды в зимнее время. Кроме
100
того, в них нельзя хранить обезвоженные газы, так как в процессе
хранения они будут увлажняться из-за испарения воды, находящейся
в резервуаре. Поэтому, исходя из новых потребностей производства,
были разработаны конструкции сухих газгольдеров.
Рис. 5.6. Сухой газгольдер вместимостью 100 000 м3
с жидкостным затвором.
1 — кровля; 2 — верхнее положение шайбы (поршня); 3 —
цепная стремянка; 4 — подъемная клеть; 5 — стенка газ-
гольдера; 6 — шайба; 7 — наружный подъемник; 8 —
газоввод.
Первые сухие газгольдеры поршневого типа строились немецкой
фирмой МАЙ, затем появились конструкции фирм «Клённе» и «Ба-
маг». Учитывая экономичность новых конструкций, во многих
странах стали строить сухие газгольдеры большой емкости. Так,
в Германии были построены сухие газгольдеры на 300 000 и 347 000 м3,
а в США на 566 000 м3. Однако они оказались дорогостоящими в
эксплуатации и не имели высокой надежности. После ряда крупных
101
Рис. 5.7. Жидкостной затвор
ВДК для сухих газгольдеров.
1 — выравнивающий ролик; 2 — ры-
чаг прижимного устройства; 3 — про-
тивовес; 4 — газгольдерное масло;
5 — опора рычага; 6 — прижимное
кольцо; 7 — фартук; 8 — днище шайбы.
аварий внедрение сухих газгольдеров в промышленность было при-
остановлено.
В СССР в настоящее время сухие газгольдеры применяются
в основном для хранения нейтральных газов (например, азота).
По конструкции сухой газгольдер представляет собой вертикаль-
ный корпус цилиндрической или многогранной формы с днищем и
кровлей. Внутри корпуса находится подвижная шайба (поршень).
Принцип работы сухого газгольдера
напоминает принцип работы паро-
вой машины. Между шайбой и стен-
кой имеется специальное уплотне-
ние. Под давлением газа, подаваемого
под шайбу, последняя поднимается
вверх до определенного предела.
При выпуске газа шайба опускается
до конца, поддерживая своим весом
давление газа в газгольдере посто-
янным.
В СССР разработана конструкция
сухого газгольдера с жидкостным
затвором (рис. 5.6). Стенка газголь-
дера состоит из наружного каркаса,
выполненного из двутавровых вер-
тикальных стоек и горизонтальных
колец из уголков или швеллера, и
обшивки толщиной 5 мм. На корпусе
располагаются наружные кольцевые
площадки. Крыша газгольдера со-
стоит из изогнутых по радиусу сферы
стропильных ног и листового на-
стила толщиной 3 мм. Шайба пред-
ставляет собой ребристо-кольцевой
купол с решетчатой конструкцией
по периметру, служащей как для
повышения жесткости всей шайбы,
так и для установки на ней уплотняющего устройства по нижнему
краю и двух ярусов деревянных роликов. Расстояние между ярусами
роликов предусмотрено равным 0,125 диаметра шайбы, что полностью
исключает возможность перекоса последней при работе газгольдера.
Для вентиляции надпоршневого пространства на крыше устанавли-
вается вентиляционный фонарь, а в верхней части последнего пояса
делается ряд вентиляционных отверстий. Газгольдер имеет вертикаль-
ный подъемник и цепную стремянку с противовесом, по которым
обслуживающий персонал -попадает на крышу и на наружную по-
верхность шайбы.
В качестве уплотняющего устройства используется затвор ВДК
(рис. 5.7). Прижимное кольцо затвора составлено из коротких
отрезков швеллера с прикрепленным к ним мягким уплотнением из
102
нескольких слоев ткани, которое скользит по стенке корпуса. Каж-
дый отрезок швеллера прижимается к стенке рычагом с противовесом.
Нижняя часть кольца соединена с шайбой фартуком. В пространство
между стенкой и шайбой, ограниченное снизу фартуком, заливается
газгольдерное масло. Высота столба масла берется достаточной,
чтобы противостоять давлению газа в газгольдере. Неплотности
между кольцом и стенкой герметизируются просачивающимся мас-
лом. Затем масло стекает вниз по стенке в кольцевой маслоприемник,
откуда через фильтры и отстойники оно автоматически подкачи-
вается наверх к специальным отверстиям в стенке корпуса. Из отвер-
стий масло вновь стекает по стенке в затвор.
Достоинством данного затвора следует считать большой диапазон
перемещения прижимных рычагов, что позволяет перекрывать боль-
шие зазоры и, следовательно, дает возможность снизить допуски
на изготовление и монтаж конструкции.
§ 5. СУХИЕ ГАЗГОЛЬДЕРЫ С ГИБКОЙ СЕКЦИЕЙ
С развитием химических производств требовались конструкции
для хранения обезвоженных газов и газов высокой концентрации,
причем конструкции более безопасные и надежные в эксплуатации.
Такими явились сухие газгольдеры с гибкой секцией. Следует отме-
тить, что эти газгольдеры появились не только вследствие требова-
ний большой химии: но и благодаря самому развитию химического
производства, ибо в них использованы материалы, которых не было
еще 20 лет назад.
Принцип работы сухого газгольдера с гибкой секцией тот же,
что и газгольдера поршневого типа. Основное различие между
ними заключается в конструкции уплотнения между шайбой и
стенкой корпуса. Уплотнение, или, вернее сказать, герметизация,
газового пространства в данной конструкции осуществляется гибкой
секцией из прорезиненной ткани, которая герметически крепится
к корпусу газгольдера и к подвижной шайбе. В пустом газгольдере,
когда шайба находится внизу и опирается на подкладные балки,
оболочка гибкой секции, прикрепленная к стенке корпуса при-
мерно на половине высоты газового пространства газгольдера, рас-
полагается в межстенном пространстве от места закрепления на кор-
пусе до низа шайбы. При заполнении газгольдера шайба начинает
подниматься, поднимая нижний край оболочки, которая сначала
изгибается, затем складывается вдвое и в конце подъема распрям-
ляется, но уже к верху от места закрепления. Таким образом, при
заполнении (или опорожнении) газгольдера оболочка гибкой секции
выворачивается, поверхность ее, обращенная к стенке корпуса,
поворачивается к шайбе (или наоборот). В результате газовое про-
странство газгольдера этой конструкции абсолютно изолировано
от надшайбового пространства. В таких газгольдерах можно хра-
нить газы высокой чистоты, так как они не соприкасаются ни с во-
дой, ни с газгольдерным маслом.
103
Корпус сухого газгольдера состоит из стенки толщиной 5 мм,
днища толщиной о мм и кровли, которая может быть сферической
или конической. Стенка и днище сооружаются из рулонных загото-
вок, покрытие поставляется в виде отдельных щитов. Для жесткости
на стенке- ставится ряд горизонтальных колец, выполненных из
швеллера. На половине высоты газгольдера устраивается кольцевая
площадка. Немногим выше 1/3 высоты устраивается дверь для входа
в газгольдер при полностью опущенной шайбе. Днище газгольдера
имеет небольшую конусность с подъемом к центру. Разность отметок
центра и периметра днища обычно составляет 0,0157?. Наднище рас-
полагаются подкладные балки, на которые опирается шайба в ниж-
нем положении. Кровля газгольдера состоит из несущего каркаса
в виде стропил, связанных между собой горизонтальными кольцами,
и настила толщиной 3 мм. При щитовой поставке элементов кровли
стропила и отрезки горизонтальных колец объединяются вместе
с настилом в отдельные щиты, из которых затем монтируется кровля.
По периметру кровли расположена кольцевая окрайка толщиной
6 мм, являющаяся уторным элементом всей кровли. На кровле уста-
новлены коробки с натяжными приспособлениями для канатов вырав-
нивающей системы, центральной вентиляционный люк с фонарем и
газосбросное устройство. По краю кровли сделано ограждение.
Газгольдер обязательно оборудуется молниеотводами.
Газ в газгольдер подается по газовводам, проходящим через
днище. Газоввод можно установить через промежуточную камеру
сбоку.
Шайба газгольдера состоит из днища с несущим каркасом, несу-
щего каркаса стенки и самой защитной стенки. Само днище имеет
толщину 5 мм. Поверх днища размещается его каркас 5 состоящий из
расположенных радиально двутавровых балок, соединенных между
собой центральным кольцом и распорками из уголков. Балки при-
варены к листам днища. На балках имеются кольцевые площадки
из уголков для укладки бетонных грузов. По периметру днища
проходит кольцевой уголок, к которому крепится гибкая секция.
На концах радиальных балок, примыкающих к краю днища, распо-
лагаются вертикальные стойки каркаса защитной стенки из двутавра,
подкрепленные подкосами. Стойки соединены горизонтальными коль-
цами из гнутых уголков. По верху стоек проходит кольцевая пло-
щадка, выполняющая роль кольца жесткости и служащая одновре-
менно для установки роликов выравнивающей системы. К горизон-
тальным кольцам на болтах крепятся щиты защитной стенки
толщиной 3 мм. Болтовое соединение щитов стенки с кольцами по-
зволяет регулировать их положение на каркасе — придавать всей
стенке цилиндрическое очертание и соблюдать равномерность коль-
цевого зазора по всему периметру. При работе газгольдера гибкая
секция опирается на защитную стенку и тем самым предохраняется
от соприкосновения с острыми гранями элементов каркаса шайбы.
Выравнивающая система, предохраняющая шайбу от перекосов
при движении, состоит из шести или восьми парных роликов и столь-
104
ких же стальных канатов. Каждый канат крепится через натяжную
пружину в специальной коробке на кровле газгольдера, затем про-
ходит внутри корпуса вниз, огибает один из роликов шайбы снизу
и диаметрально противоположный ему сверху и выходит через спе-
циальное окно с козырьком в стенке корпуса наружу, где и закре-
пляется его второй конец. Во избежание возможности искрения при
эксплуатации канаты густо смазывают тавотом.
Гибкая секция газгольдера изготовлена из капроновой ткани
с впрессованными в нее с обеих сторон способом горячей прокатки
слоями бутил- или наирит-каучука. Ширина полотнищ составляет
обычно 1 м, толщина 2—2,5 мм. При изготовлении самой оболочки
отдельные полотнища склеивают, после чего соединения прошивают
несколькими машинными швами и оклеивают тонкой резиной.
Для швов применяется капроновая нить. По верхнему и нижнему
краям цилиндрической оболочки делаются утолщения путем отбор-
товки материала и накладки дополнительной полосы. Все соедине-
ния после склейки подвергаются вулканизации.
Сухие газгольдеры с гибкой секцией не требуют устройства
специального фундамента и сооружаются обычно на искусственном
песчаном основании, как вертикальные цилиндрические резервуары
емкостью до 5000 м3. Для защиты днища газгольдера от коррозии
поверх песчаной подушки укладывают гидрофобный слой.
К недостаткам газгольдеров данного типа можно отнести боль-
шой объем, занимаемый шайбой и не используемый для хранения
газа (примерно г/3); некоторую дороговизну материала гибкой сек-
ции и ограниченный срок ее эксплуатации (около 5 лет).
§ 6. ГАЗГОЛЬДЕРЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Газгольдеры высокого давления подразделяются на цилиндриче-
ские и сферические. Геометрический объем их не изменяется, а дав-
ление меняется по мере наполнения (или опорожнения).
Геометрический объем газгольдеров этого класса много меньше
объема газгольдеров низкого давления, однако количество храни-
мого в них газа может достигать значительных величин благодаря
высокому давлению. Пренебрегая небольшими изменениями темпе-
ратуры при изменении давления газа, т. е. считая, что газ, выпускае-
мый из газгольдера через редукционный клапан, расширяется
изотермически (Т = const), можно определить объем хранимого в
газгольдере газа при нормальных условиях. При изотермическом
процессе
Р^У 1 = Р2Г2 = pV = const,
отсюда
Р2 = ^_.
Р2
Например, в мокром газгольдере с геометрическим объемом 100 м3 факти-
ческий объем газа при давлении 0,04 кгс/см2 (400 мм вод. ст.) составит
у,_
105
В газгольдере высокого давления того же объема при хранении rasa под
давлением 16 кгс/см2 объем будет
т. е. фактическое количество газа почти в 17 раз больше, чем в первом случае
(следует помнить, что при подсчетах такого рода необходимо использовать
абсолютную величину давления).
Газгольдеры высокого давления находят широкое применение
в химической и. металлургической промышленности, а также на
газгольдерных станциях, обеспечивающих газоснабжение городов.
ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ГАЗГОЛЬДЕРЫ
В конструкции цилиндрического газгольдера высокого давления
можно выделить две части: цилиндрическую часть корпуса и сфери-
ческие днища. Цилиндрическая часть состоит из отдельных обечаек
длиной 2000 или 2400 мм в зависимости от ширины листов стали.
Обечайки сварены между собой встык автоматической сваркой под
флюсом. Торцы цилиндрической части оканчиваются полусфериче-
скими днищами, сваренными из отдельных лепестков. Газгольдеры
этой конструкции изготавливаются, испытываются на заводах и поста-
вляются на монтажную площадку в готовом виде. Геометрический
объем таких газгольдеров составляет 50, 100, 175 и 270 м3, внутрен-
ний диаметр 3200 мм. Следовательно, газгольдеры, имеющие разный
объем, отличаются только длиной цилиндрической части. Рабочее
давление в газгольдерах принято 2,5; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0
и 20,0 кгс/см2. Газгольдеры должны соответствовать «Правилам
устройства и безопасности эксплуатации сосудов, работающих под
давлением» Госгортехнадзора СССР. Толщина стенки газгольдера,
изготовляемого из малоуглеродистой стали, не превышает 12 мм.
Если же применяются низколегированные стали (при более высоких
давлениях), толщина может доходить до 30 мм.
Цилиндрические газгольдеры, расположенные горизонтально,
опираются на четыре опоры-стойки обычно трубчатого сечения.
В местах установки пары стоек оболочка усиливается внутри коль-
цами жесткости. Сами стойки опираются на бетонные фундаменты.
Газгольдеры, установленные вертикально, опираются на не-
сколько отдельно стоящих опор-стоек, объединенных диагонально
расположенными связями. Кроме того, вертикальные газгольдеры,
располагаемые обычно группами (батареями), объединяются гори-
зонтальными площадками, которые устанавливаются на верхнем или
на среднем уровне и служат дополнительными связями.
В газгольдерах высокого давления испытания и вытеснение
воздуха перед заполнением газом производятся водой, в связи с чем
все опорные конструкции рассчитываются на восприятие собствен-
ного веса оболочки и веса заполняющей ее воды.
106
СФЕРИЧЕСКИЕ РЕЗЕРВУАРЫ И ГАЗГОЛЬДЕРЫ
Сферические (шаровые) резервуары и газгольдеры (рис. 5.8)
широко применяются для хранения азота, аммиака, водорода, сжи-
женных газов (газгольдеры) и низкокипящих жидкостей (резер-
вуары) под высоким давлением (2,5—18 кгс/см2). Конструкции шаро-
вых резервуаров и газгольдеров идентичны. Отличие между ними
состоит в применении при эксплуатации той или иной аппаратуры
и в том, что опоры резервуаров делаются обычно выше, чтобы соз-
давался необходимый гидростатический напор.
Сферическая форма сосуда для хранения газа или легкокипящей
жидкости под высоким давлением наиболее выгодна по затратам
Рис. 5.8. Сферические газгольдеры.
металла и общей стоимости. Так, при одних и тех же параметрах
хранимого продукта расход металла на сферический резервуар
объемом 600 м3 на 15% меньше, чем на цилиндрический. Однако
такое положение действительно только при давлении внутри сосуда
свыше 1 кгс/см2. Для сравнительной оценки затрат металла на ту
или иную оболочку (сферической или цилиндрической формы)
можно воспользоваться так называемым относительным показателем
расхода стали
Q = Q/V р^Ротн 1
где Q — абсолютный расход стали на сооружение самой оболочки
в кг; Vp — геометрический объем оболочки в м3; к — коэффициент
заполнения сосуда; ротн — относительное давление в сосуде
Рвтн —
Ризб
Ратм
здесь ризб и ратм — соответственно избыточное и атмосферное давле-
ние в сосуде.
107
Безразмерная величина ротн численно равна избыточному давле-
нию в сосуде.
Оболочка сферического резервуара или газгольдера состоит
из отдельных лепестков, раскроенных вдоль меридиана и сваренных
автоматической сваркой. По расположению лепестков оболочка
может быть одно-, двух- и трехпоясная. Все лепестки при любом
раскрое близ верхнего и нижнего полюсов сферы примыкают к сфе-
рическим сегментам днищ. Лепестки и элементы днищ изготовляются
на специализированных заводах. Толщина оболочки определяется
расчетом в зависимости от размеров и рабочего давления, она может
колебаться от 12 до 34 мм. Материал оболочки обычно низколегиро-
ванная сталь. Объем сферических газгольдеров регламентируется
нормальным рядом: 300, 400, 600, 800, 900, 1200, 2000 и 4000 м3.
При сооружении оболочек шаровых резервуаров и газгольдеров
используют исключительно автоматическую сварку под слоем флюса,
что позволяет добиваться максимального уровня автоматизации и
механизации работ, повышает надежность сооружения и позволяет
увеличить коэффициент прочности шва.
Опоры сферических резервуаров и газгольдеров выполняются
в виде цилиндрического стакана из железобетона со стальным опор-
ным кольцом или в виде отдельных стоек-колонн, прикрепленных
к шару по экватору и связанных между собой системой растяжек.
Иногда, преимущественно для газгольдеров небольшой емкости,
стойки крепятся к сфере ниже экватора и устанавливаются наклонно
по касательной к меридиану оболочки в месте прикрепления. Тогда
в целом они образуют как бы корзину. Нагрузка через колонны
передается на железобетонный кольцевой фундамент с отдельными
тумбами под каждую стойку. На тумбах в месте установки колонн
укладывается опорная стальная плита и ставятся анкерные болты
для закрепления башмака стойки. Стойка присоединяется к оболочке
газгольдера через отвальцованную по форме шаровой поверхности
стальную накладку. Расчетной нагрузкой для опор является соб-
ственный вес оболочки и воды в ее объеме, ибо водой производятся
испытания шаровых газгольдеров и резервуаров.
Сферические газгольдеры оборудуются лестницами, люками для
проникновения внутрь при ремонтах, а также газоподводящим
и газовыпускным трубопроводами. Газгольдеры для хранения сжи-
женных газов часто покрывают снаружи теплоизоляцией.
Как сосуды высокого давления, шаровые резервуары и газголь-
деры подлежат ведению инспекции Госгортехнадзора.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
РАСЧЕТ ГАЗГОЛЬДЕРОВ
В настоящей главе рассматривается расчет специфичных, при-
сущих только газгольдерам элементов, так как расчеты общих эле-
ментов резервуаров достаточно полно изложены в гл. 4.
§ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПОРНЫХ РЕАКЦИЙ
ФУНДАМЕНТНОГО КОЛЬЦА МОКРОГО ГАЗГОЛЬДЕРА
Мокрый газгольдер — сооружение достаточно высокое и поэтому
испытывает значительную ветровую нагрузку, которая через систему
направляющих и резервуар передается на
фундаментное кольцо. Схема определения
опорных реакций фундаментного кольца
приводится на рис. 6.1.
Введем следующие обозначения:
2^ — равнодействующая ветровой на-
грузки в кгс;
h — высота точки приложения этой
равнодействующей от отметки верха фун-
даментного кольца в см;
Ро — максимальное значение реакции
от ветровой нагрузки в точке А в кгс/см2;
q0 — реакция кольца от веса стенки
и внешних направляющих в кгс/см2;
Q — вес стенки резервуара и внеш-
них направляющих в кг;
Ра — полная реакция в точке А
в кгс/см;
г — радиус резервуара в см.
Суммарная ветровая нагрузка на
газгольдер 2 И7 вызывает такую же по
Рис. 6.1. Определение опор-
ных реакций фундамент-
ного кольца мокрых газ-
гольдеров.
значению и обратную по направлению горизонтальную реакцию,
восприятие которой обеспечивается трением днища резервуара
109
о фундамент. Но так как точка приложения 2^ находится на неко-
торой высоте h (высота центра тяжести проекции сооружения на
вертикальную плоскость), то возникает опрокидывающий момент
^Wh, который уравновешивается моментом реакции фундаментного
кольца. Следует отметить, что эта реакция возникает только с под-
ветренной стороны резервуара. С наветренной стороны она отсут-
ствует, так как резервуар не имеет анкерной заделки.
Поскольку распределение ветровой нагрузки в окружном напра-
влении можно с достаточной точностью принять
q = Зв cos ф,
где 9в — нормативный скоростной напор, то и распределение реак-
ции фундамента примем пропорциональным cos <р, т. е. в произволь-
ной точке С реакция будет
РС = Р° СОЗф.
На бесконечно малом элементе дуги ds суммарная вертикальная
реакция
dP = Pcds = Рсг йф = Por cos ф йф.
Относительно оси BrB2 эта реакция даст момент
dM = dPr cos ф = P0r2 cos2 ф йф.
Тогда суммарный момент М от реакции, действующей на поло-
вине окружности кольца, будет
ic/2
М = 2 У Ptf2 COS2 ф йф=2Рог2 . -2-.
о
Приравняем полученное выражение момента моменту от ветровой
нагрузки
откуда
Ро = 2 2^Л/лг2. (6.1)
Реакция от веса стенки резервуара и внешних направляющих,
равномерно распределенных по всей окружности:
qo = Q/2nr.
Полная реакция в точке А
2y\Wh , п
рЛ=ро+9о=-^— + -^~. (6.2)
Л лг* 2лг
Чтобы определить размеры сечения фундаментного кольца, сле-
дует определить реакцию от полного веса конструкций газгольдера
(при опущенных звеньях) и в расчет ввести большее значение.
110
§ 2. РАСЧЕТ ПОДВИЖНЫХ ЗВЕНЬЕВ
МОКРОГО ГАЗГОЛЬДЕРА
Толщина стенки цилиндрической части колокола и телескопов
определяется по обычной формуле для цилиндрической оболочки
bz^npr/mRq, (6.3)
где р — рабочее давление газа в кгс/см2; г — радиус цилиндриче-
ской оболочки в см; п — коэффициент перегрузки (п = 1,2); R —
расчетное сопротивление стали в кгс/см2; т — коэффициент усло-
вий работы (т = 0,9); <р — коэффициент прочности шва (<р = 1).
Так как рабочее давление в газгольдере невелико (0,04 кгс/см2),
толщина стенки, вычисленная по формуле (6.3), оказывается весьма
малой. Ввиду этого ее обычно принимают 2,5—3,0 мм для телескопов
и 3—4 мм для колокола. Кольца жесткости по краям цилиндриче-
ской части подвижного звена вызывают краевой эффект. Чтобы
определить перемещения, изгибающие моменты и поперечные силы
в зоне краевого эффекта, можно воспользоваться дифференциальным
уравнением (4.29) цилиндрической оболочки, находящейся под
действием симметричной нагрузки
d*w
(6.4)
где w — прогиб оболочки в направлении радиуса; р — внутреннее
давление; D — цилиндрическая жесткость оболочки;
о V3(l-g2)
₽= /и
с=____
12(1—и2) ‘
Здесь р — коэффициент Пуассона.
Как и прежде, решение уравнения (6.4), учитывая большую
длину оболочки (С1 = С2 = 0), можно записать в виде
w = (С3 cos Вх+С*4 sin Вх) +
ISO
(6.5)
Ввиду большой жесткости кольца по сравнению с жесткостью
тонкой оболочки корпуса и весьма малого давления внутри него
края оболочки можно считать жестко защемленными. Тогда гранич-
ные условия
। л dw I
И,-0=0, j7'|JC_o=o,
г п Рг2
С3-С4---^-.
откуда
hi
Далее, принимая во внимание дифференциальные зависимости
при изгибе
,, _ d2w
М = -D
ах*
d3w
q = -d-—,
dx3
можно отыскать все интересующие нас параметры напряженного
состояния оболочки близ краев. Заметим, что в данном случае из-за
небольшой нагрузки мы пренебрегаем деформацией кольца. По этой
же причине вместо полного расчета можно ограничиться определе-
нием ширины зоны затухания краевого эффекта
6^2,5/^.
Высота утолщенного пояса берется равной Ъ.
§ 3. РАСЧЕТ ПОКРЫТИЯ КОЛОКОЛА
МОКРОГО ГАЗГОЛЬДЕРА
Покрытие колокола рассчитывается для двух положений:
1) газгольдер наполнен газом; расчету подлежит собственно
сферическая оболочка покрытия (на внутреннее давление) и утор-
ная кольцевая конструкция (на действие сжимающих сил, переда-
ваемых оболочкой);
2) давление в газгольдере отсутствует; расчету подлежит каркас
кровли (на действие собственного веса и снеговой нагрузки) и утор-
ная кольцевая конструкция (на действие растягивающих усилий,
передаваемых стропилами).
Рассмотрим расчет покрытия для первого положения. В напол-
ненном газгольдере сферическая оболочка покрытия под действием
внутреннего давления как бы надувается, слегка приподнимаясь
над стропилами. Толщина оболочки определяется по формуле,
выведенной из уравнения безмоментного состояния оболочек для
сферы
2/пЯф ’
(6.6)
где гСф — радиус сферы в см; р — внутреннее давление в кгс/см2.
Вообще говоря, значение р надо брать как разность между внутрен-
ним давлением и собственным весом оболочки, приходящимся на
единицу площади поверхности. Однако собственный вес на единицу
площади невелик и им можно пренебречь. Например, при давлении
0,04 кгс/см2 и толщине оболочки 0,3 см значение р уменьшится
всего на 5,8%, остальные значения в формуле (6.6) те же, что и
в формуле (6.3).
Оболочка сферы имеет весьма малую толщину, значит для опре-
деления краевых изгибающих моментов, действующих по ее пери-
метру, и ширины зоны действия краевого эффекта применим при-
112
ближенное решение для сферической оболочки по Геккелеру. Смысл
этого решения заключается в замене меридиональной полоски бес-
конечно длинной полоской, касательной к сфере на уровне опорного
сечения. Полоску, как и в цилиндрической оболочке, считаем иден-
тичной балке на упругом основании. Запишем дифференциальное
уравнение изгиба взятой нами полоски в виде
d*w . Ед
D -FV- + —Т"^ = 0.
dx& 1 г2
Обозначим угол поворота касательной к меридиану V. Исполь-
зовав известные дифференциальные зависимости при изгибе и
дыдущее уравнение, а также заменив dx =
= rdcp, получим
dq>2
dW________r*_o
dq>2 — “zFy<P:
D dV.
r ' dtp ~ Mf
У, можно
уравнение
Из первых двух уравнений, исключив
получить дифференциальное
изгиба полоски
где
пре-
(6.7)
(6.8)
(6.9)
(6.10)
(6.11)
настила
коло-
покрытия
кола.
2
Общее
вид
решение этого уравнения имеет
= ех? (С\ cos tap+С2 sin tap) + е-х? (С3 cos tap + C4 sin tap).
Так как наша оболочка не имеет отверстия на полюсе,
принять во внимание только слагаемые, уменьшающиеся с
шением угла <р, т. е.
можно
умень-
= (Ci costap+Casin tap). (6.12)
Заменим угол <p на ф = a — ф и введем новые постоянные Сиу
(рис. 6.2). Тогда решение (6.12) примет вид
(?<р = Се~хФ sin (tap+y). (6.12, а)
Используя выражения (6.7) и (6.9), получаем
1 dzQy 2Х2
V = 'eT dtp2 = Ёд~ с'е"Хфсо8(М’+у); (6.13)
м?=~^4г=тЬгСе~’481п(^+у+т)- (6Л4)
из
Из тех же дифференциальных зависимостей выражение для гори-
зонтального прогиба будет иметь вид
Л г • dQ<?
Д=“ £6-Sm’’^- =
sin
(сс—гр) X 1^2 Се“хФ sin
(ч+y—J).
(6.15)
Г
Чтобы установить зависимость между меридиональным усилием
7УФ и поперечной силой (>ф, рассмотрим равновесие части оболочки,
лежащей над параллельным кругом г0. Считая, что внешняя на-
грузка равна нулю (рис. 6.3), получаем
2nr0^cp sin ф +2nr0C<p cos ф = О,
Рис. 6.3. Определение зависимости между Рис. 6.4. Определение произволь-
и Q?. ных постоянных Сну.
откуда
= — <2Tctg ф = —ctg (а—ф) Се-хФ sin (tap+у). (6.16)
Нагрузим оболочку равномерно распределенными по краю (ф =
= а) моментами 7Иф (рис. 6.4), тогда граничные условия
(^ср)ср-а = 0.
Из уравнения (6.16) получаем у = 0. Подставив у = 0 и ф = 0
в уравнение (6.14), получим
или
М“ = 2ГС
С = -^-21.
114
Подставив найденные значения произвольных постоянных у
и С в выражения (6.13) и (6.15), определим поворот и горизонтальное
смещение края оболочки
(6Л7)
(К)ф-о Егд 9
2^2 sin а я-
(Д)ф—о Мд,-
Теперь нагрузим оболочку равномерно распределенным по краю
горизонтальным распором Н (см. рис. 6.4). В этом случае граничные
условия будут
(^т)а-а=0,
(^<р)т-а=— Н cos а.
Из уравнения (6.14) находим у = —л;/4. Подставив это значение
в (6.16), получим
(6.18)
п 2Н sin а
“ /2
Введем это значение в выражения (6.13) и (6.15). Тогда поворот
и горизонтальное смещение края оболочки будут
2Х2 sin a
(^)Ф-о=--ёЪ---
/ах 2rXsin2a „
(Д)ф-о=-----ы—н.
Теперь рассмотрим непосредственно нашу оболочку покрытия
колокола. Будем считать ее защемленной по краям. Рассмотрим
сначала безмоментную задачу. Под действием равномерного внутрен-
него давления в оболочке возникнут растягивающие усилия
^=лгв=^-.
В этом случае край оболочки поворачиваться не будет, а горизон-
тальное смещение его по закону Гука будет
. г sin a z.r . pr2(l —u) ,
Д— pJV^) _ sma. (6.19)
Приложим к краю оболочки равномерно распределенные по
периметру усилия Н и моменты Ма. Эти усилия и моменты должны
дать горизонтальное смещение края, равное по значению и противо-
положное по направлению смещению (6.19). Соответствующий им
поворот края должен быть равен нулю. Таким образом, из (6.17)
и (6.18) получаем
4Х8 , 2X2 sin а
—Ё5~ Я=0:
2X2sina 2rXsin2a рг2(1 —ц)
£6 ---Ё6-Н=--2Я6-Sm “
115
Решая эти уравнения, окончательно находим
Ма=
рг2(1—11)
4Л2
н= рг^-^
2Х sin а
(6-20)
Напряжения, действующие по краю оболочки, будут равны
N, Ма
°~~S~± w
Н cos а 6Л/а
6 ±—62“
(6.21)
Кольцо жесткости в данном случае будет находиться под дей-
ствием распределенного усилия Н и изгибающих моментов, возника-
ющих от реакции стропильных ног. Кручением кольца за счет эксцен-
триситета линии приложения сил Н по отношению к оси, проходя-
щей через центр тяжести сечения, можно пренебречь, так как кольцо
жестко связано со стропильными ногами. Расчет кольца мы приве-
дем в дальнейшем, когда будем рассматривать работу покрытия
на действие собственного веса и снеговой нагрузки.
Необходимо отметить, что изложенный нами метод расчета
настила покрытия при углах подъема сферической поверхности
—46° применим только для очень тонких оболочек [в нашем случае
(г/6) (1,1 4- 1,5) 104]. При (г/6) < 103 этот метод будет давать
значительную ошибку.
Рассмотрим второй случай, когда избыточное давление в газголь-
дере отсутствует и покрытие колокола испытывает нагрузки от соб-
ственного веса и снега. Каркас покрытия рассчитывается в предполо-
жении, что в узлах соединения связей имеются шарниры, как при
расчете ферм. Это предположение правомерно, так как в целом
каркас представляет собой геометрически неизменяемую систему.
Введем следующие обозначения (рис. 6.5):
сот — площадь пояса тп;
р — постоянная нагрузка на 1 м2 проекции кровли, слага-
ющаяся из собственного веса каркаса и настила по-
крытия (р = п3рсб);
Рт = Р®т — постоянная нагрузка на пояс тп;
q — полная нагрузка на 1 м2 проекции кровли, слага-
ющаяся из постоянной нагрузки и снеговой нагрузки
(? = р + «8?сн);
Qm = q(dm — полная нагрузка на пояс т;
к — число стропильных ног;
Ьт — ширина пояса т;
ат — длина грани горизонтального кольца в поясе тп;
Dm — осевое усилие в стропильной ноге в поясе тп;
Тт — осевое усилие в горизонтальном кольце пг;
Nm — осевое усилие в диагонали пояса т;
ат — угол наклона узла т стропильной ноги;
116
Pm — угол между стропильной ногой и диагональю в поясе тп;
п3 и пъ — коэффициенты перегрузки соответственно от собствен-
ного веса и снеговой нагрузки.
Рис. 6.5. Расчетная схема каркаса покрытия колокола.
Наибольшее сжимающее усилие в стропильной ноге в поясе т,
возникающее от полной нагрузки, определится простым уравнове-
шиванием реакций в узле т т
(рис. 6.6). Отбросив часть поясов
каркаса и заменив действие от- А_______^гт
~ _ Рис. 6.6. Расчетная схема каркаса
U том, что усилие Dm сжима- покрытия колокола.
ющее, свидетельствует его направ-
ление — к узлу. Помимо сжатия, участок стропильной ноги в поясе т
испытывает местный изгиб от полной нагрузки, распределенной по
длине элемента. Значение этой нагрузки пропорционально заштри-
хованной площади на рис. 6.5 и равно
=—г {ат^А~агп}
т 4
117
Изгибающий момент определяется как у свободно опертой балки
с нагрузкой по треугольнику
Ь
Dm т
6
Отсюда полное напряжение в участке стропильной ноги составит
Вт
F(p
j/max
т
W
где ф — коэффициент, учитывающий запас устойчивости при сжатии.
Рис. 6.7. Усилия, действующие в узле т.
2ir
к
Силовые треугольники в каждом узле замыкаются горизонталь-
ными растягивающими усилиями DTfn (см. рис. 6.6), разность между
которыми ТТт для соседних узлов воспринимается горизонтальными
кольцами. Максимальное растягивающее усилие в кольце будет
тогда, когда часть кровли, заключенная внутри кольца, будет под-
вержена действию полной нагрузки, а на часть, лежащую вне кольца
действует только постоянная нагрузка. Для узла т (рис. 6.7) имеем
т
% Qt
Drm=~^~ctgam<
2 Qi + Pm+1
Рг(т+1)= " £ ct8 am+l«
118
Усилие, передающееся на кольцо
(т \ / т \
У 1 ат— I 2 ^m+i I ct& ат+1
« гт = х/гт —-----------------------------------------
1 т 1 tn 1 т+1 ц
Тогда максимальное растягивающее усилие в кольце составит
(т \ / т \
У. Qi I ctg ат— I 2 <?/+Лп+11 ctgam+1
i Hi- = ——— ----------^=1^--------f-------- (6.23>
2к sin —
к
Путем аналогичного разложения сил можно показать, что при
полной нагрузке на пояс m + 1 и постоянной нагрузке внутри
кольца т последнее будет подвержено сжатию. Сжимающее усилие
в кольце в этом случае определится выражением
(т \ / т \
2 j c^g ОС/п— I 2 + @m+l j ctg Ot;n+i
- m - = —— ------------------------------- (6.24>
2к sin —
к
Центральное кольцо подвергается действию сжимающего уси-
лия, возникающего от полной нагрузки на первый пояс кровли
Tl== glCtg^ . (6.25>
2к sin —
к
Участки горизонтального кольца в поясе т также подвержены
местному изгибу от воздействия распределенной нагрузки
$Т ="7“ (^m + ^m-1) атЧ-
т 4
Изгибающий момент, как и в участке стропильной ноги, составит
<5 гр а
т 6
откуда напряжения в кольце
max 7’S?ax
= _|------------
tn F 1 W *
mill
Or
m
Tmin
л tn___I_____tn
Ftp “r W
Уторное кольцо жесткости подвергнется растяжению и изгибу
при полной нагрузке на кровлю от действия сосредоточенных гори-
зонтальных сил
а \
2 Qi I ctg «у
^-1 /
(6.26>
119
a
где — полная нагрузка на всю кровЛю; ау — угол наклона
i=l
последнего узла.
При равномерной нагрузке на всю кровлю диагонали не рабо-
тают. Растягивающие усилия в них появляются только в случаях,
когда на одну половину кровли до плоскости, проходящей через
середину диагоналей, действует
Рис.. 6.8. Расчетная схема для опре-
деления усилий в горизонтальных
кольцах каркаса покрытия коло-
кола.
полная нагрузка, а на другую —
постоянная нагрузка. Это усилие
для пояса т составит
т т
На основании вышеизложен-
ного можно заключить, что как
нагрузки, так и все усилия в эле-
ментах поясов пропорциональны
площади этих поясов. Поэтому
при составлении геометрической
схемы для наиболее полного ис-
пользования сечений элементов
конструкций ширина поясов бе-
рется различной, с возрастанием
от периферии к центру.
Для отыскания нормальных и
перерезывающих сил и изгиба-
ющих моментов, возникающих
в уторном кольце от действия горизонтального распора стропил Ту
{рис. 6.8), воспользуемся известными из теории кругового кольца
дифференциальными уравнениями изогнутой оси:
dN Q ,
ds — + lX-Qx
d<2 , TV . _n
-^--0 = 0,
(6.28)
где N — нормальная сила в любом нормальном сечении кольца;
Q — перерезывающая сила, направленная по радиусу кольца;
Мг — изгибающий момент в сечении относительно оси, перпенди-
кулярной к плоскости кольца; qx и qy — распределенная нагрузка
на кольцо, направленная соответственно по радиусу и перпендику-
лярно к его плоскости; в нашем случае qx = qy = 0; ds — элемент
дуги кольца
ds = г йф.
г — радиус кольца.
120
(6.29>
Из уравнений (6.28) с учетом приведенных замечаний можно
составить следующие соотношения:
N = ^-
d<p •
о 1 dM
г d(p 9
-§г+<>=0-
Решение последнего уравнения будет
Q = Cr cos ф+С2 sin ф.
(6.30>
Для определения произвольных постоянных возьмем следующие
граничные условия:
при <р=0 С = Гу/21
при Ф = 2л/Л <2 = —Ту/2,
где к — число стропильных ног.
Подставив граничные условия в решение (6.30) и обозначив угол
1 2Л —А
(6.30, а)
получим
С1 = Ту/2,
С2 = -(Ту/2) ctgO.
Отсюда найдем Q
0=Zx sin(e—ф)
2 sin 0
(6.31>
Нормальная сила определится из первого уравнения (6.29)
N- . cos(0-4>)
Ар “ 2 sinO^ • (6’32)
Из второго уравнения (6.29)
dMz___ д __ Туг sin(0—ф)
</ф ~ 2 sin 0 ’
откуда
Jai" “s27<p) +с- <633>
Круговое замкнутое кольцо является системой внутренне стати-
чески неопределимой. Поэтому, чтобы найти произвольную посто-
янную С, воспользуемся методом Максвелла — Мора для участка
кольца, соответствующего углу 0 = п/к (рис. 6.9). В начале участка
= (б — ср) = 0 действуют усилия
2sin0
(6.34)
121
и изгибающий момент Мо. Поперечная сила Q = 0. Изгибающий
момент в сечении т — п
М = М0—Nr (1 —cosip).
Единичный момент М = 1.
По условиям симметрии при л|) = 0 угол поворота сечения Ait =
= 0. Тогда
е _
А Л Г ММ г Г Туг . ,10
AU=0=J ~ET~rdV= ---------------2L“W’~smiWj0’
О
Рис. 6.9. Расчетная схема для участка уторного
кольца.
откуда, подставив пределы и приравняв все выражение нулю,
*«=^(тшг—5-)- (6-35>
Подставим найденное значение Мо и <р = 0 в выражение (6.35)
____*Л_гуг 1 1а Т^г
2 \ sin0 0 ) 2 sin© ’ 20 '
Изгибающий момент в любом сечении
<«•»
Из последнего выражения можно определить изгибающие моменты
в месте приложения усилия Ту и посредине пролета. Эти моменты
соответственно будут
мт-= (ctg е—^) . (6.36, а)
<6жб>
Использовав полученные в (6.36) результаты, найдем реакции
стропил от сжатия кольца при работе покрытия на внутреннее давле-
ние (первый случай нагружения). Для определения этих реакций
122
составим уравнение совместности деформации уторного кольца
и стропильной ноги в месте соединения
Д«-Д* =Д£Р, (6.37)
где Лх — прогиб кольца от действия неизвестной реакции X; A# —
радиальное перемещение кольца от действия распределенного рас-
пора Н\ А”р — сжатие стропильной ноги под действием реакции X.
Знак минус в левой части получается из-за противоположных напра-
влений X и Н.
Радиальное перемещение кольца от действия распора Н составит
«3-38>
где г — радиус круговой оси кольца; FK — площадь поперечного
сечения кольца.
Прогиб кольца от действия реакции X найдем с помощью интег-
рала Максвелла — Мора, пользуясь выражением (6.36). Единичный
момент от реакции Х/2 = 1
,'ь7т1 -т]- (6-38’”>
Тогда прогиб Д-р определится
дк=__L- f Xr rcos(e-(p) 11 Гсо8(е-ф)
х EIK J 2 L sin 0 О J L sin 0 0 J
о
= 1^[ж(Г<в+“в“’в>+1]’ <6-39‘
где ZK — момент инерции сечения кольца.
Полагая приближенно длину стропильной ноги I = г и считая,
что она испытывает только сжатие, получим
д СТр—
- EFстр
где FCTp — площадь поперечного сечения стропильной ноги.
Подставим (6.38), (6.39) и (6.40) в (6.37) и окончательно получим
у__ %Нт стр
л~ r2FCTp^-2ZK ’ FK
(6.40>
(6.41);
где
§ 4. РАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНЫХ НАПРАВЛЯЮЩИХ
При расчете направляющих нагрузка на газгольдер определяется
при высшем положении подвижных звеньев. Эта нагрузка склады-
вается из суммарного давления ветра на колокол и телескопы и
123
односторонней снеговой нагрузки на половину покрытия колокола
с подветренной стороны (рис. 6.10).
Снеговая нагрузка составит
п_ 1 лП?
Q — “2“ •" <7снЛб,
Рис. 6.10. Определение давления роликов.
где — диаметр колоко-
ла; дсн — нормативная сне-
говая нагрузка; пь — ко-
эффициент перегрузки.
Точка приложения
равнодействующей снего-
вой нагрузки находится
в центре тяжести горизон-
тальной проекции поло-
вины кровли
e = 0,212Z>i.
Ветровая нагрузка на
кровлю колокола прибли-
женно определяется по
формуле
^к = п6двкагсф^ —
— sin a cos а
(6.42)
где qB — нормативный ско-
ростной напор ветра; пв—
коэффициент перегрузки;
а — угол наклона каса-
тельной к меридиану в
месте примыкания кровли
к уторному кольцу; ка — коэффициент обтекания сферической
поверхности (ка = 0,6).
Точка приложения равнодействующей WK находится в центре
тяжести вертикальной проекции кровли при а = 16°
hW~^2f’
тде f — стрела подъема кровли.
Ветровая нагрузка на стенку колокола
Wi = (^1 — Л8)»
где h3 — глубина гидрозатвора; для цилиндрической поверхности
ка = 0,7. Точка приложения равнодействующей ветровой нагрузки
124
Так же определяется ветровая нагрузка и на все последующие
подвижные звенья
= Ледв^а-^2 (Н2 — Л3) >
I <^2— *8
h2 = — 2- -и т. д.
Таким образом, нагрузки, передающиеся роликами на направля-
ющие, определены. Перейдем теперь к вопросу о распределении
нагрузок между внешними и внутренними роликами.
Давление верхних роликов колокола от снеговой нагрузки
Приближенно можно считать, что точка приложения равнодей-
ствующей ветровой нагрузки на кровлю лежит в одной плоскости
с осями верхних роликов, поэтому давление роликов будет
P[ = WK.
Давление роликов от ветровой нагрузки на стенку колокола
1 h
Суммарное давление верхних роликов колокола
Pi = Pi + P”i+P'i'.
Нижние ролики колокола воспринимают только ветровую на-
грузку
Давление верхних роликов телескопа слагается из части ветро-
вой нагрузки на его стенку и давления нижних роликов колокола:
от ветровой нагрузки
от давления нижних роликов колокола
рш
__ РЦ^2 ,
/г *
суммарное давление верхних роликов телескопа
^iii=pni+^ni-
Давление нижних' роликов телескопа:
от ветровой нагрузки
125
от давления нижних роликов колокола
pH =fll£2.
iv /2 ’
суммарное давление нижних роликов телескопа
^iv = ^iv+^iv*
Аналогично можно определить давление верхних и нижних
роликов остальных телескопов.
Определим максимальное давление одного ролика. Внешняя
нагрузка воспринимается роликами, расположенными с подветрен-
ной стороны газгольдера. Давление от внешней нагрузки достигает
Рис. 6.11. Определение максимального давления одного ролика.
своего максимума в точке А (рис. 6.11) и равно нулю в точках В и
Обозначив давление в точке А через So, найдем, что радиальное
давление в любой точке половины окружности будет
5=50 созф.
На бесконечно малый элемент дуги, соответствующий углу d<p,
действует давление
dS = Sr dq> = cos ф йф.
Проекция этого давления на направление нагрузки равна
dP = dS cos ф = Sor cos2 ф dtp.
Отсюда полное давление на половину окружности
91/2
Р=2 j SqT СО82фйф = -5^-
0
ИЛИ
2Р
(6.43)
126
Давление ролика в точке А
„ с лг 2лг
*тах = 5о“^2
где п — число направляющих.
Подставив сюда значение So из (6.43), получим
в - 4Р
Ятах~~
Таким образом, максимальное давление одного
учетверенному суммарному давлению всех роликов
деленному на число направляющих.
По отношению к горизонтальным
кольцам системы направляющих дав-
ление роликов является внешней на-
грузкой и вызывает в них растягива-
ющие усилия. Эти усилия могут быть
найдены путем разложения радиаль-
ного давления на направления
смежных граней кольца (рис.
2\г=---5----
2 sin ((3/2) ’
Рис. 6.12. Усилия в горизон-
тальных кольцах системы на-
правляющих.
Двух
6.12):
где
Р = 2л/л.
Максимальное растягивающее усилие в кольце
тутах — ^тау
2 sin (0/2)’
(6.44)
ролика
данного
равно
ряда,
(6.45)
Помимо осевых растягивающих усилий, на грани кольца дей-
ствует изгибающий момент от собственного веса и случайных нагрузок
где I — длина грани кольца; Ъ — ширина кольца; q — равномерно
распределенная полная нагрузка.
Для колец, служащих одновременно площадкой для осмотра
газгольдера, q = 200 кгс/м2, для промежуточных колец q = 50кгс/м2.
Напряжения в кольце
Хтах + М
F ± W *
Радиальное давление роликов меняется от узла к узлу,благодаря
чему меняются и усилия в горизонтальных кольцах. Поэтому в двух
соседних узлах кольца будем всегда иметь разность усилий N.
Полагая усилия в соседних узлах и N2 (рис. 6.13), будем иметь
H = N1—N2
127
или, подставив значения N,
^1— ^2
2 sin (0/2)-
Величины Hi и R2 можно выразить через 7?тах, учитывая, что
Д1 = ДтаХСО8ф,
Яа = Ятах cos (ф+0),
Ятах[СО8ф-СО8(ф + Р)] _
--------------------= Лтах =1П а>
(6.46)
где а = <р + (0/2).
2 sin (0/2)
Рис. 6.13. Усилия, действующие на диагонали и вертикаль-
ные стойки панели направляющих.
Максимальные усилия Н будут иметь место при а = 90° и при
а = -—90°. Следовательно, усилия Н возникают не только с подвет-
ренной стороны, но и по всему кольцу. Величину 7?тах = 4Р/и,
мы определили путем интегрирования по половине окружности
кольца. Для определения же Нтах следует интегрировать по всей
окружности. В этом случае
Ятах = (2/п)Р.
Эпюры изменения R и Н по окружности кольца представлены
на рис. 6.11 и 6.13.
Разделив всю пространственную систему на отдельные плоские
фермы и нагрузив их найденными силами Н (рис. 6.14), определим
путем разложения сил в плоскости фермы усилия в вертикальных
стойках и диагоналях.
Усилие в диагонали
D1=^1------
cos фх п cos фх
128
Усилие в вертикальной стойке 1
2
Vi = —Di Sin (рх =--------—Рт tgcpi.
Усилие в узле 2 будет складываться из усилий и Я2. Тогда
для диагонали 2 получим
D = н1+нг == —2— р )
cos(p2 ncosq>2 1 111
и для вертикальной стойки 2
V2= — D2 sincp2 =
Подобным образом можно
найти усилия в остальных
стойках и диагоналях других
плоских панелей.
В процессе эксплуатации
газгольдера возможно такое по-
ложение, когда колокол под-
нимается целиком, а телескоп
не полностью. В этом случае
ролик колокола может ока-
заться в середине пролета вер-
тикальной стойки между гори-
зонтальными кольцами и от
его давления в стойке возник-
нет изгибающий момент
М о — ^тах^
iWmax----9
где h — высота участка стойки.
Поэтому напряжение в
стойке должно определяться
с учетом изгиба
Рис. 6.14. Расчетная схема диагоналей
и вертикальных стоек.
V
F(p
где ф — коэффициент запаса устойчивости; R — расчетное сопро-
тивление.
Внутренние направляющие телескопов и резервуара рассчиты-
ваются, как балки на двух опорах с нагрузкой посредине пролета.
Изгибающий момент в этом случае
Af=BZ/4,
где I — свободная длина направляющей.
129
Полагая ширину кольца жесткости как Ьк и высоту телескопа Н*,
г=ят-2-у- = ят-г>к;
максимальное давление ролика определится как
4Р
ртах .
“вн — м »
ПВН
где Ивн — число внутренних направляющих. Обычно их число вдвое
превышает число внешних направляющих, т. е. лвн = 2 п.
Величина Р определяется так же, как и для внешних направля-
ющих. Разница заключается лишь в том, что при подсчете суммарной
ветровой нагрузки W в расчет берется только половина высоты
вышележащего звена. Это обусловлено тем, что максимум изгиба-
ющего момента в направляющей находится посредине пролета I.
§ 5. РАСЧЕТ ВИНТОВЫХ НАПРАВЛЯЮЩИХ
Внешняя горизонтальная или вертикальная кососимметричная
нагрузка, действующая на подвижное звено винтового газгольдера,
передается направляющими на ролики, вызывая в них горизонталь-
ные реакции, направленные по касательной к окружности, которая
проходит через точки касания роли-
ков с направляющими. Кроме того,
несимметричная внешняя нагрузка
создает опрокидывающий момент
относительно оси В В х, перпендику-
лярной к линии действия нагрузки
и лежащей в плоскости размещения
роликов. Этот момент уравновеши-
вается моментом от возникающих
в роликах вертикальных реакций
относительно той же оси. Реакция
ролика может передаваться только
по направлению нормали к направ-
ляющей, поэтому обе реакции —
горизонтальная и вертикальная —
являются составляющими нормаль-
ной реакции. От вертикальных направляющих внешняя нагрузка
воспринимается в данном случае всеми роликами как с наветрен-
ной, так и подветренной стороны (рис. 6.15).
На рис. 6.16 можно видеть, что максимальные горизонтальные
реакции будут в точках В и Вг и изменение их пропорционально
sin ф. Будем считать давление непрерывно распределенным по
окружности и обозначим его в точках ВиВ1 как 50. Тогда в любой
точке
5=50 simp.
130
На бесконечно малый элемент дуги, равный rd <р, действует
давление
dS — Sr dq=Sor sin фйф.
Проекция на направление внешней нагрузки соответственно будет
dР = Sor sin2 ф йф.
Полное давление на всю окружность
Л/2
Р = 4 j Sor sin2 ф йф = 4^ог (л/4),
о
So
dP
ctS
Рис. 6.16. Определение максимальной горизонтальной реакции.
откуда
S0 = P/nr. (6.47)
С другой'стороны, максимальная горизонтальная реакция одного
ролика
(6.48)
(6.49)
тт ___с 2ЯГ
"шах —д0 —~ •
Подставив в (6.48) значение 50, получим
^шах = 2Р/л,
где п — число направляющих.
Так как давление S пропорционально sin ф, то и горизонтальная
реакция промежуточных роликов
Н = 2Р/п sin ф. (6.49, а)
Аналогично будем считать непрерывным вертикальное давление
Sy. В отличие от горизонтального оно будет пропорционально cos ф.
Тогда в точках А и оно будет достигать своего максимума 5у0,
следовательно,
Sy—Sу* cos ф.
131
Давление на элемент дуги
dSy = Svr dq> = Sv г cos ср dq>.
Это давление создает элементарный момент относительно оси ВВГ
dM = dSyr cos ф = Sy r~ cos2 ф dq.
Тогда момент
Л/2
ЛГ = 4 j Svr% cos2 фйф = 5Уолг2
о °
или
SVo = M/nr2. (6.50)
Максимальная вертикальная реакция ролика
^Zmax==1^v0 (2лг/п). (6.51)
Подставив сюда значение (6.50), получим
Vmax = 2M/nr. (6.52)
На промежуточных роликах
V = (2М/пг) cos ф, (6.52,а)
где М равно опрокидывающему моменту внешних сил.
Опрокидывающий момент М, как и при расчете вертикальных
направляющих, можно представить как
M = ^Wh,
где — суммарная ветровая нагрузка на подвижные звенья, рас-
положенные выше рассчитываемого ряда роликов; h — высота
точки приложения равнодействующей суммарной ветровой нагрузки
(центр тяжести проекции на вертикальную плоскость).
Таким образом, нормальная реакция на каждую направляющую,
учитывая, что sin 45° = cos 45°, будет равна сумме, выраженной
(6.49, а) и (6.52, а)
д = (Я + У)8ш45°
или
R = ^-^-sin ф-|—совф^ sin 45° = -^- (jP sin ф + -у- cos ф) sin 45°.
(6.53)
Найдем максимальную величину В:
sin45е ^Рсовф-у-зшф), (6.54)
=з--sin 45° sinф у- cos ф^ . (6.55)
132
Следовательно, из выражения (6.54) для /?тах угол ф будет
Р cos ф — (М/г) sin ф = 0;
tgф = Pr/Лf; (6.56)
ф = аг ctg (Рг /М).
Приближенно, считая Л = Н/2 (где Н — высота подвижного
звена) и принимая М = Ph, для 7?тах из выражения (6.56) получим
ф = arctg (г//г). (6.57)
Например, полагая для газгольдера DjH = 1,6, найдем
Фв =58°.
йтах
Рис. 6.17. Расчетная схема винтовой направляющей.
Оси: 1 — направляющая; 2 — вертикальной стойки; з — плоскость размеще-
ния осей всех роликов.
Следовательно, /?тах будет на роликовой паре, расположенной
под углом примерно 60° к линии действия нагрузки.
Уравнение (6.57) показывает, что при уменьшении отношения
D/Н значение фнтах приближается к 45° и достигает его при D]H = 1.
Нормальная реакция Z?max вызывает появление в направляющей
крутящего момента Мкр — 7?maxZ, где I — расстояние от точки кон-
такта ролика с направляющей до внутренней поверхности стенки
подвижного звена (рис. 6.17).
Крутящий момент в пролете направляющей между двумя вер-
тикальными стойками будет
Мп = МКр(Ь/1п),
где Ъ — расстояние от места контакта до средней вертикальной
стойки каркаса звена; 1П — расстояние между стойками каркаса
по направляющей (см. рис. 6.17).
Касательные напряжения определяются по формулам сопроти-
вления материалов.
У головки рельса
Mnhr п .
•'кр
у подошвы
кр
133
где hr — высота головки рельса; Ьп — суммарная толщина оболочки
звена, накладки и подошвы рельса; 7кр— момент инерции сечения
при кручении; т — коэффициент условий работы; /?гр — расчетное
сопротивление срезу.
§ 6. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ
СУХИХ ГАЗГОЛЬДЕРОВ
шшшшппшшшшд
л I**
- Н н < >| > X
Рис. 6.18. Расчетная схема кольца каркаса
вертикальной стенки шайбы сухого газголь-
дера.
тие сухого газгольдера нагрузки от
Расчет корпуса сухого газгольдера ведется по формуле, выведен-
ной из условий безмоментного состояния цилиндрической оболочки
(пхрг/дф) mR,
nx — коэффициент перегрузки (пх = 1,2); р — внутреннее давле-
ние газа; г — радиус корпуса газгольдера; S — толщина стенки;
Ф — коэффициент прочности сварного шва; т — коэффициент усло-
вий работы (т = 0,9); R — расчетное сопротивление стали.
Толщина стенки, полученная по расчету, обычно невелика и
принимается конструктивно равной 5 мм. В узле сопряжения стенки
с днищем возникает крае-
вой эффект. Расчет сопря-
жения аналогичен расчету
нижнего узла резервуара,
за исключением того, что
в данном случае внешней
нагрузкой является не
гидростатическое давле-
ние р = р (я), а равномер-
ное внутреннее давление
газа р = const. Покры-
внутреннего давления не
испытывает, поэтому расчет покрытия ведется только на нагрузку
от собственного веса и снеговую нагрузку аналогично расчету на
эти же нагрузки покрытия колокола мокрого газгольдера.
Рассмотрим работу шайбы сухого газгольдера с гибкой секцией.
Основной нагрузкой на несущий каркас вертикальной стенки и
днища шайбы является собственный вес конструкции и давление
газа. На каркас днища, кроме того, действует вес пригрузки.
Давление газа через гибкую секцию передается на вертикальную
защитную стенку шайбы, щиты которой прикреплены опорными бол-
тами к кольцевым ригелям каркаса. Шаг кольцевых ригелей по вер-
тикали составляет 700—1000 мм. Так как болты расположены по
каждому кольцевому ригелю-уголку равномерно (шаг 500 мм),
можно считать, что участок кольца между двумя стойками предста-
вляет собой двухшарнирную арку с равномерно распределенной
нагрузкой (рис. 6.18). Такая арка, как известно, является стати-
чески неопределимой системой, поэтому для определения распора
арки Н необходимо использовать один из методов решения таких
систем, например метод Максвелла — Мора. Полагая для балки
434
с прямолинейной осью такого же пролета изгибающий момент и
поперечную силу соответственно ЛГ0 и Qq, для арки можно записать
следующие выражения:
М с=Л/0-Яуа
Q = Qo cos ф—Н sin ф. (6.58)
Перемещение конца арки складывается из перемещения от изги-
бающего момента М и из перемещения от нормальной к сечению
продольной силы N. Считая арку пологой, приближенно допустим,
что N & Н.
Единичный момент от Н = 1 будет М = —у.
Единичная нормальная сила N Н = 1.
Фактически перемещение конца арки равно нулю, поэтому инте-
грал Максвелла — Мора запишется так:
8 В
Л = _ Г + Г --------0 (6.59)
о о
Обозначив Jz/F — i2J можно записать для Н
s
J Moyds
Н = -±--------- (6.60)
J y2ds + i2<is
О
Второе слагаемое в знаменателе характеризует влияние укороче-
ния арки вследствие осевого сжатия. При пологой арке с небольшим
пролетом им можно пренебречь. Тогда для Н получим следующее
выражение:
s
J Moyd8
------ (6.61)
j У2 ds
Так как мы считаем арку пологой, круговую ее форму вполне
можно заменить параболической
где / — стрела подъема арки.
Балочный момент
MQ=(ql2)x(l-x), (6.63)
тогда, подставив формулы (6.62) и (6.63) в уравнение (6.61)/получим
(6.64)
135
Значение распора, полученное по формуле (6.64), приближенное,
однако ошибка в данном случае невелика. Так, например, при диа-
метре шайбы 33,4 м и числе стоек вертикального каркаса 16 (газ-
гольдер объемом 10 000 м3) ошибка составляет (ДЯ/Я)100 <2,3%.
Радиальные балки каркаса днища рассчитываются как балки
с пролетом, равным диаметру шайбы, лежащие на двух опорах с на-
грузкой, слагающейся из веса балки q$ и днища шайбы qRH, давле-
ния газа р, направленного вверх, и веса пригрузки Q. Нагрузки
от собственного веса днища и давления газа пропорциональны пло-
Рис. 6.19. Эпюры распределения нагрузки и
изгибающих моментов.
щади и уменьшаются от
периферии к центру балки
по закону треугольника.
Эпюры распределения на-
грузки и эпюры изгиба-
ющих моментов представ-
лены на рис. 6.19. Опор-
ные реакции, изгибающие
Рис. 6.20. Расчетная схема
для гибкой секции.
моменты и поперечные силы определяются по обычным правилам
сопротивления материалов.
Гибкая секция газгольдера работает в сложных условиях, под-
вергаясь растяжению под действием давления газа, истиранию
ткани шайбы, а также многократному изгибанию. При этом возни-
кает необходимость учитывать неоднородность материала, влияние
низких температур окружающего воздуха и возможные отклонения
толщины материала по всей площади полотнища. Расчетная схема
для гибкой секции приведена на рис. 6.20. Напряжения в ткани
можно подсчитать по формуле
сг = п^рг/тЬ,
где р — давление газа в газгольдере; г — радиус гиба ткани (г
принимается равным половине значения кольцевого зазора между
436
стенками корпуса и шайбы газгольдера); б — толщина ткани (6 =
= 24-3 мм); п± — коэффициент перегрузки (пг = 5,0); т — коэф-
фициент условий работы (т = 0,1).
Значения п и т обусловлены необходимостью высокой надеж-
ности гибкой секции и сложностью условий ее работы. Прочность
прорезиненной ткани должна быть 100 кгс/см2. Кроме того,
ткань должна быть водо- и газонепроницаемой, стойкой химически
и сохранять эластичность при температуре —50° С.
§ 7. РАСЧЕТ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ГАЗГОЛЬДЕРОВ
ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Основная нагрузка для цилиндрического газгольдера — внут-
реннее давление газа. Длина цилиндрической части этих газгольде-
ров для всех объемов в несколько раз превышает диаметр оболочки,
что позволяет рассчитывать корпус газгольдера по безмоментной
теории, учитывая, однако, краевой эффект в месте сопряжения
цилиндрической части со сферическим днищем.
Под действием внутреннего давления в цилиндрической части
газгольдера возникают кольцевые и продольные усилия.
Кольцевые усилия
Nt = pr; (6.65)
продольные
Nx = prl2. (6.66)
Напряжения от усилий (6.65) и (6.66) будут соответственно
Gt=prlb
вх=рГ/2\ (6.67)
где р — давление газа; г — радиус цилиндрической части корпуса;
б — толщина стенки.
Проверку прочности следует провести согласно энергетической
теории прочности
< -J"(6-68)
или, принимая во внимание, что
at=2ax
И
ттах_ _ °х
0,97 (т/п) <рт]В, (6.69)
где т — коэффициент условий работы (т = 0,65); п — коэффи-
циент перегрузки (п = 1,15); ф — коэффициент прочности шва
137
(ф = 1); Л — поправочный коэффициент (ц = 0,9); R — расчетное
сопротивление стали.
К найденной по расчету толщине стенки необходимо прибавить
добавочную величину с = 0,8 мм на недокат стали.
Усилия в сферических днищах
^=ргсф/2, (6.70)
где гсф — радиус сферического днища (обычно равен радиусу
цилиндрической части).
Напряжение в сферическом днище
0= £ < (т/п) фцЯ. (6.71)
^Осф
Обозначения в формуле (6.71) те же, что и в формуле (6.70).
Прибавки к толщине сферических днищ составляют: с = 0,8 мм—
на недокат; сг = 2,8 мм — на вытяжку при штамповке.
Как уже отмечалось, в месте сопряжения цилиндрической части
корпуса газгольдера и сферического днища возникает краевой эффект,
т. е. появляются напряжения от изгиба оболочки. Действительно,
радиальное перемещение стенки цилиндрической части по закону
Гука для цлоского напряженного состояния будет
ДД=(г/Ед)(^-и^)
или, подставив сюда формулы (6.65) и (6.66)
Радиальное перемещение сферического днища
2«[ф " ‘6-И>
Сравнивая формулы (6.72) и (6.73), можно заметить, что в месте
сопряжения мы получаем разрыв непрерывности оболочки. Следова-
тельно, этот разрыв должен компенсироваться равномерно распре-
деленными по окружности изгибающими моментами М0 и попереч-
ными силами Qq. Считая оболочку длинной для отыскания М и Q,
примем решение (6.5) уравнения (6.4), приведенного в § 2 настоящей
главы, причем правую часть уравнения (6.4) пока учитывать не
будем.
В решении (6.5) мы имеем
w = (Cs cos С4 sin fte).
Полагая начало координат в месте сопряжения и подставляя
сюда граничные условия
<ад~— )„„=*•
138
получим
с3=--о^-(ео+₽л/0),
(6.75)
Ci= 2p2£> Af°'
Тогда в окончательном виде для прогиба w получим
е-₽*
W==~2PW (Sin Р®"-008 Р*) —@0 cos 0а;]. (6.76)
Максимальный прогиб получается при х = О
(“’)*-•= --2^р-(₽Л/о+<?о). (6-77)
Знак минус объясняется тем, что положительным считается на-
правление прогиба к оси цилиндра.
Угол поворота сечения может быть найден дифференцированием
уравнения (6.76)
jjh'HW.+W- <e.7S>
Все приведенные выше рассуждения относятся к цилиндрической
части оболочки. Однако, если принять краевую зону сферической
оболочки как часть длинной цилиндрической того же радиуса, то
можно приближенно решить задачу о ее изгибе с помощью тех же
выражений (6.76), (6.77) и (6.78). Для этого следует в последних
заменить б, 0 и D соответственно на бсф, 0Сф и ^Сф- Погрешность в зна-
чениях напряжений изгиба в тонких оболочках при таком приближе-
нии весьма невелика и составляет при г/б > 30 менее 1 %.
Чтобы определить М0 и ()0, необходимо применить один из мето-
дов строительной механики, например метод сил. Для этого прило-
жим в сопряжении момент М = 1 и силу Q = 1 и составим кониче-
ские уравнения (рис. 6.21):
бцЛГо + б1г(?о+A ip = 0;
в ~ (6-79)
621^0 4~^22(?оН~ = 0,
где единичные перемещения равны сумме перемещений цилиндриче-
ской и сферической частей, т. е.
6i2 = d21 = fi&+«5*;
«22=6?,+^;
д1Р=д?р+д$;
Д2р=Д§р+Д$
139
Определим единичные перемещения. Подставив в уравнение
(6.78) Qo = 0 и Мо = 1, получим
1 ж 1
бп=1ш аналогично 6иф=-р^-;
, __i____। 1
11 р£» Т" рсфЯсф ’
Подставим в уравнение (6.77) М0 = (>и(>0 = 1
(6.80, а)
(6.80, б)
Рис. 6.21. Схема расчета сопряжения цилиндрического
корпуса со сферическим днищем.
Для определения 612 = 621 подставим в уравнение (6.77) Мо = 1
и <20 = о
16Ж,)
Так как р от х не зависит, из уравнения (6.5) видно, что переме-
щения Д1Р, представляющие собой угол поворота под действием
внешней нагрузки, равны 0, т. е.
Д?Р = ДС11 = О-
Перемещения Д2Р представлены выражениями (6.72) и (6.73).
Суммарное перемещение
'44--к;)]
Подставив найденные значения перемещений в канонические
уравнения (6.72), можно отыскать перерезывающую силу Qq и изги-
140
бающий момент Мо. Тогда напряжения близ шва найдутся по фор-
муле
Nx
6 ~ 62
(6.81)
где М™1 находится исследованием уравнения
Мх = — D -Л- [2РЛ/О (cos fx-|-sin px)+2^osin рж]. (6.82)
Ct Я?"
Задача отыскания Мо и Qq значительно упрощается, если S =
= бСф, и следовательно, D = 7)Сф, р = рсф. В этом случае 6}2 = б^,
612 = 0.
Тогда непосредственно из первого канонического уравнения
(6.79) находим, что Мо = 0. Из второго уравнения (6.79), учитывая,
что Д2р — prfaE, получаем
1 0 Рг2
vo 2ЕЬ ’
откуда
2Е6
или, пользуясь значениями р и D (см. § 2),
<?о=р/8₽. (6.83)
Теперь, используя обозначения функций от аргумента Рх, при-
веденных в гл. 4, выражения для Мх и w можно записать в следу-
ющем виде:
о—рлс d d
“’=^рзр --8p-cospx = — __е(Ра:); (6.84)
1И* = --^--^-зтрх=--^-£(рх). (6.85)
Подставив сюда значение Р, получим
(О6)
Взяв производную от выражения (6.82) и приравняв ее нулю, най-
дем, что по абсолютному значению будет соответствовать
х = л/4р, следовательно,
ргЬ
Л/*аХ = 8 Кз(1-ц2)
и суммарное максимальное напряжение
[+4-
1
/3(1-Ц2)
Цт)]
(6.87)
141
Найдя по таблице значение £ (л/4) и взяв значение ja для стали,
равным 0,3, формулу (6.87) можно записать в виде
о«ах = 1,293 (рг/2д), (6.87, о)
т. е. продольные напряжения на внешней поверхности оболочки
примерно на 30% превышают напряжения, вычисленные без учета
изгиба.
При вычислении кольцевых напряжений следует учитывать
кольцевой изгибающий момент Mt = \ьМх и кольцевое усилие,
ЯГ ЕЬ
вызванное прогибом N ----------w.
Кольцевые напряжения
pr Ew шх рг Г I 3|Х
(6.88)
Пользуясь таблицей 0 (Par) и £ (Рх) и взяв |А = 0,3, найдем
о®ах = 1,03 (рг(&) при fa;=1,85.
(6.88, а)
Общую проверку прочности следует вести согласно энергетиче-
ской теории по формуле (6.68).
Напряжения в сферических днищах будут меньше найденных
по формулам (6.87) и (6.88), поэтому при равных значениях можно
ограничиться проверкой прочности цилиндрической части корпуса.
Во время работы*в газгольдере может возникнуть вакуум, поэтому
оболочку газгольдера следует проверять на устойчивость под дей-
ствием внешнего давления. Критическое давление может быть опре-
делено по формуле
и-мо.Ю-.Е, Д.[«»-№-»>]
где [р] — допустимое внешнее давление, [р] < ркр; D — внутренний
диаметр оболочки в см; I — расстояние между ребрами жесткости
в см; 6 — толщина стенки’в см; с — прибавка на недокат листа (с =
= 0,08 см); Et — модуль упругости стали при расчетной темпера-
туре t = 50°. Для стали Ст. 3 Et = 2,02* 10е кгс/см2; для стали
09Г2С Et = 1,93-10е кгс/см2.
Последнюю формулу применяют при следующих параметрах
оболочки, где г — ее радиус:
г 30 *
142
§ 8. РАСЧЕТ СФЕРИЧЕСКОГО ГАЗГОЛЬДЕРА
Сферические (шаровые) газгольдеры предназначены для хранения
под давлением газов как в газообразном, так и сжиженном состоя-
нии. Поэтому нагрузкой для них является избыточное и гидростати-
ческое давление. Расчет сферической оболочки ведется в основном
по безмоментной теории. Нарушение безмоментного состояния обо-
лочки происходит в зоне опирания ее на опорную конструкцию.
Под действием внутреннего избыточного давления в оболочке
возникают меридиональные и кольцевые усилия
ЛГт = ЛГв=#=2р (6.89)
откуда можно определить толщину оболочки
д = -^-4-с, (6.90)
2mR<p 11 х '
где п — коэффициент перегрузки (п = 1,2); р — избыточное давле-
ние; т — коэффициент условий работы (тп = 0,65); <р — коэффи-
циент прочности сварного шва (<р = 0,95); с — прибавка к толщине
оболочки: на недокат = 0,8 мм; на вытяжку при штамповке
с2 = 2,8 мм (с = сх + с2); R — расчетное сопротивление стали.
Радиальные перемещения оболочки под действием внутреннего
давления будут
д = -^-ЛГ(1-и) = .^-(1_|х). (6.91)
Чтобы отыскать изгибающий момент на опоре, воспользуемся
теми же уравнениями, что и в § 3 данной главы, т. е. будем искать
момент для полоски единичной ширины, касательной к оболочке
в месте опирания. Уравнение полоски запишем в виде
Решение этого уравнения представим сразу в виде
Q = Ce x?sin (А/ф+у)» гД® ф = а—ф.
Полагая, что оболочка жестко закреплена на опоре, и считая,
что перемещения опоры отсутствуют, можно принять следующие
граничные условия при ф = а:
угол поворота V = 0
прогиб Д = (рг2/Ед) (1 — |х).
Уравнение для радиального прогиба в отличие от уравнения
(6.15) § 3 имеет вид
Д=--^-Х/2Се-Хч,8т(1<р+У-у). (6 92)
143
Подставив в это уравнение и уравнение (6.13) § 3 наши граничные .
условия, получим
Y = n/2 L (6.93)
С = (рг/21)(1—Ц) I
Внося значения произвольных постоянных в уравнение (6.14)
§ 3, получим выражение для изгибающего момента на опоре
Изгибающий момент в кольцевом направлении
(0.Э5>
При расчете оболочки напряжения от изгиба на опоре наклады-
ваются на напряжения от внутреннего давления, подсчитанные по
безмоментной теории.
Меридиональные напряжения
npr t
* 26 "Г 62 ’
кольцевые напряжения
„ _ пРг । 67Ие
2S + бг ‘
(6.96)
(6.97)
Общая проверка прочности согласно энергетической теории
V —а<рОв+°? + Зт= e sSmfl.
Следует отметить, что мы не учитывали напряжения от собствен-
ного веса оболочки, так как это значительно усложняет расчет.
При испытании шарового газгольдера и при хранении в нем сжи-
женных газов или низкокипящих продуктов оболочка его, помимо
избыточного давления, работает на гидростатическую нагрузку.
Рассмотрим сферическую оболочку, заполненную жидкостью и опер-
тую по параллельному кругу АА (рис. 6.22). Гидростатическое давле-
ние на уровне, соответствующем углу ф, будет
Р = уг (1 — cos ф). (6.98)
Равнодействующая этого давления на элементарное кольцо
оболочки, соответствующее углу йф, будет
dR = — 2лгуг (1 — cos ф) sin ф cos ф гйф.
Тогда равнодействующая для всей части оболочки, соответству-
ющей углу ф, составит
ф
R = — 2лгЗ J у (1 — cos ф) sin ф cos ф dtp =
о
= —2лг3у £-|-----COS2 ф ^1 —-|-COS ф)
(6.99)
144
Условие равновесия для части оболочки, соответствующей углу
Ф, выразится уравнением
2лг07У? sin ср + R = 0, (6.100)
где г0 = г sin ф.
Подставив значение R из формулы (6.99) в уравнение (6.100),
получим
[1—cos2q> (3—2cos<p)]— . (6.101)
Рис. 6.22. Определение
усилий в сферической обо-
лочке.
Рис. 6.23. Определение реак-
ций в опоре сферического ре-
зервуара.
Возьмем основное уравнение безмоментного состояния оболочки
вращения
Г1
г2
7—п
= Z — р
(6.102)
и подставим в него = г2 = г, значение N<p из (6.101) и значение р
из формулы (6.98). Получим
= (б-6cos<p +
2 COS2 ср \
1+ cos ср/
(6.103)
Уравнения (6.101) и (6.103) справедливы только для ф < а.
Для части оболочки, расположенной ниже опорного сечения, в зна-
чение равнодействующей R входит еще сумма вертикальных реакций
от веса жидкости в объеме оболочки, распределенных по кольцу АА.
Эта сумма равна у улг3. Равнодействующая для нижней части обо-
лочки
R = —у у лг3 — 2улг3 Г cos2 (р (1 —
О L V Z \
COS ф )]. (6.104)
145
Тогда для меридионального усилия получаем
^(=4
2 COS2 ф
1 — COS ф
(6.105)
для кольцевого
<б-«
Из уравнений (6.101) и (6.105) видно, что на опорном кольце мери-
диональные усилия Ny меняются скачком, отличаясь одно от другого
на величину 2yr2/3 sin2 а. Эту величину мы получим, если разложим
вертикальную реакцию опоры, приходящуюся на единицу длины
окружности, по направлению касательной к меридиану и по гори-
зонтали. Составляющая касательная к меридиану равна скачку вели-
чины на опоре, а горизонтальная составляющая представляет
собой реакцию в опорном кольце, вызывающую в нем равномерное
сжатие (рис. 6.23.) На практике, чтобы избежать возникновения
горизонтальной составляющей реакции, опорные стойки ставят
наклонно, чтобы их направление совпадало с направлением каса-
тельной к меридиану в месте опирания.
Кольцевые усилия N$ также претерпевают скачкообразное изме-
нение на опорном кольце АА,
Скачкообразное изменение усилий и Nq свидетельствует о на-
личии на опоре местного изгиба, т. е. на опоре происходит нарушение
безмоментного состояния оболочки.
Во время работы сферической оболочки в качестве резервуара
или газгольдера в ней может возникнуть вакуум. Значение допусти-
мого вакуума можно получить, определив критическое напряжение
или критическое давление для данной оболочки.
Критическое напряжение
aKp=fcJ^.; (6.107)
критическое давление (внешнее)
Ркр = 2к-^-
(6.108)
где г — радиус сферической оболочки; 6 — ее толщина; к — коэффи-
циент, полученный экспериментально (к = 0,1).
Допустимый вакуум можно определить по формуле
Рдоп —
2СГкр^2^6
пг
(6.109)
где к2 — коэффициент однородности материала; т — коэффициент
условий работы (т = 0,65); п — коэффициент перегрузки (п = 1,2).
На величину рдоп должна быть рассчитана предохранительная
аппаратура газгольдера (клапаны).
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
ИЗГОТОВЛЕНИЕ И МОНТАЖ
СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ И ГАЗГОЛЬДЕРОВ
§ 1. МЕТОДЫ СООРУЖЕНИЯ РЕЗЕРВУАРОВ
И ГАЗГОЛЬДЕРОВ
ПОЛИСТОВАЯ СБОРКА РЕЗЕРВУАРОВ
И ГАЗГОЛЬДЕРОВ
Для полистовой сборки современных резервуаров листовой металл
поступает от металлургической промышленности ровным и, как пра-
вило, не подвергается правке. Продольные и поперечные кромки
листов толщиной до 6 мм обрабатываются строжкой на кромкостро-
гальных станках. Кромки листов толщиной от 7 мм и до 34 мм обре-
зают на газорежущих автоматических устройствах с многопламен-
ными головками.
Вальцуют листы на трехвалковых вальцах. Перед вальцовкой
иногда применяют предварительную подгибку кромок. В отдельных
случаях листы окрашивают или огрунтовывают.
Собирают резервуары с помощью специальных установок типа
копров или самоходных кранов, иногда при строительстве группы
крупных резервуаров используют деррик-краны. Сварку швов ведут
механизированными установками (рис. 7.1).
Плавающие крыши резервуаров собирают поэлементно на времен-
ных подмостях, что требует значительного объема работ, в том числе
ручной сварки швов в различных пространственных положениях.
Иногда плавающие крыши, поднимаемые водой, залитой в нижнюю
готовую часть резервуара, используют в качестве подмостей для
сборки верхней части корпуса. Продолжительность полистового
монтажа резервуаров емкостью 50—100 тыс. м3 составляет пять
месяцев и более.
В ЧССР применяют так называемый «спиральный» полистовой
метод, заключающийся в следующем. На днище, смонтированном
обычным способом, устанавливают и приваривают детали листов
147
первого пояса, срезанные так, что их верхние кромки образуют
винтовую линию с шагом, равным высоте пояса. На днище собирают
Рис. 7.1. Установка для механизирован-
ной сварки соединений корпуса резер-
вуара.
покрытие резервуара и ли-
сты верхнего пояса, также
образующие винтовую ли-
нию. Раскрой листов корпуса
такого резервуара показан
на рис. 7.2. В зазор между
поясами вставляют приводные
блоки, благодаря которым
верхняя часть резервуара,
вращаясь вокруг вертикаль-
ной оси, перемещается по
отношению к нижней. По
мере периодических переме-
щений верхней части к торцу
последнего листа в образо-
вавшемся проеме присоеди-
няют очередной нормальный
лист корпуса, к которому за-
тем крепят следующий и т. д.
Процесс сборки выполняется
с одного рабочего места. На
соседнем рабочем месте ве-
дут сварку предыдущего уста-
новленного листа.
По сравнению с обычной полистовой сборкой этот метод отли-
чается следующими достоинствами: сборка крыши и корпуса произ-
водится в нижнем положе-
нии; удобно организованные
постоянные рабочие места;
сравнительно несложные
приспособления. «Спираль-
ный» метод позволяет повы-
сить производительность
труда по сравнению с обыч-
ной полистовой сборкой, но
при нем несколько ограничи-
вается фронт работ по сборке
корпуса.
В ПНР применяют ком-
бинированный метод при
Рис. 7.2. Раскрой корпуса резервуара*
монтируемого «спиральным» методом.
сооружении корпусов водя-
ных резервуаров крупных
газгольдеров. Верхнюю
часть корпуса из более тон-
ких листов разворачивают
нимают специальными домкратными устройствами и снизу нара-
из рулона. Затем ее целиком под-
148
щивают отдельными листами один-два пояса из более толстого
металла, который на имеющемся оборудовании не представлялось
возможным рулонировать.
ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ МЕТОД
СООРУЖЕНИЯ РЕЗЕРВУАРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ
РУЛОНИРОВАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Отечественное резервуаростроение в последние два десятилетия
шло по пути индустриального изготовления всех конструкций, внед-
рения механизированных методов сварки, уменьшения до минимума
сборочных и сварочных работ на монтаже. В основу индустриальной
технологии лег метод рулонирования листовых оболочек резервуа-
ров, предложенный Институтом электросварки им. Е. О. Патона
(автор — докт. техн, наук Г. В. Раевский). На основе опыта завод-
ского изготовления резервуарных конструкций было успешно освоено
изготовление рулонированных и крупноблочных заготовок для мок-
рых газгольдеров и других листовых конструкций.
Сварные полотнища в процессе изготовления на двухъярусных
установках для рулонирования подвергаются нескольким изгибам.
На современных установках изгиб при сворачивании полотнища
в рулон является определяющим напряженное состояние полотнища.
Радиус рулона одинаков для всех установок и практически может
быть принят равным радиусу барабана, на который наворачивается
полотнище — Нсъ = 1330 мм.
Изгиб полотнища при сворачивании можно рассматривать с до-
статочной степенью точности как чистый изгиб стержня из идеального
упруго-пластического материала с сохранением закона плоских сече-
ний при упруго-пластическом изгибе *. Рулонируемые стали, как
правило, имеют ярко выраженную площадку текучести и достаточно
хорошо отвечают предположению об идеальном упруго-пластическом
материале. Относительная деформация крайних волокон будет в этом
случае определяться радиусом изгиба по формуле
8=6/2Я. (7.1)
При переменной толщине листов изгиб в разных поясах полот-
нища происходит по-разному. Наиболее тонкие листы могут изги-
баться упруго и не претерпевать остаточных деформаций. Возника-
ющие в сечении листа напряжения выражаются треугольной эпю-
рой (рис. 7.3, а).
В листах с большей толщиной относительные деформации крайних
волокон превышают предельное значение упругих деформаций для
данной стали: еу = ет = -^п-(рис. 7.3, б). Наряду с упругими будут
иметь место пластические (остаточные) деформации, а в крайних
волокнах появится фибровая текучесть. С увеличением толщины лис-
тов при данных радиусе сворачивания и пределе текучести металла
* Раздел составлен совместно с инж. Г. А. Ритчиком.
149
зона распространения пластических деформаций увеличивается,
а высота упругой зоны остается постоянной. Последняя показывает,
какой толщины листы будут изгибаться при данных радиусе свора-
Рис. 7.3. Деформации и напряжения упруго-пластического
изгиба полосы.
чивания и пределе текучести в упругой стадии, не претерпевая оста-
точных деформаций. Определяется высота упругой зоны по формуле
27?СВ^Т
д = -.. ,
Е
(7.2)
Из зависимости между от и а при постоянном радиусе сворачива-
ния для каждого предела текучести легко можно определить гра-
150
ницу упругих и пластических деформаций и, следовательно, эпюру
напряженного состояния полотнища при сворачивании.
После освобождения полотнища из свернутого состояния тонкие
листы, которые в процессе рулонирования изгибались в упругой
стадии, распрямятся. Толстые же листы, получившие в процессе
рулонирования пластические деформации крайних волокон, рас-
прямятся незначительно и будут иметь остаточный радиус кривизны,
который определяется в зависимости от радиуса сворачивания по
формуле
'’«'-ЙГЖТ2 <”>
где к = а/б = ет/е — доля упругого ядра во всей толщине
листа.
При разгибе от /?св до /?ост листы пройдут через некоторое проме-
жуточное положение, когда упругие деформации крайних волокон
будут исчерпаны (ву = ет = 0), а останутся только пластические
(остаточные) деформации епл. В этом случае напряжения в крайних
волокнах будут равны нулю (рис. 7.3, в). Но листы благодаря силам
упругих напряжений в ядре^будут продолжать разгибаться. При этом
крайние наружные волокна начнут сжиматься (крайние внутренние
соответственно растягиваться), что вызовет появление напряжений
сжатия (растяжения) оост. Когда площади эпюр сжатия и растяже-
ния будут уравновешены относительно нейтральной оси, выпрямле-
ние полосы прекратится. При этом крайние наружные волокна со-
жмутся на величину ех, а крайние внутренние растянутся на ту же
величину. Листы будут иметь остаточный радиус кривизны /?остг
действительную относительную деформацию крайних волокон А =
= епл — 8Х, остаточные напряжения в них Пост = &1Е и остаточные
напряжения на границе упругой и пластической зон Пост = е2#
(рис. 7.3, г).
При дальнейшем принудительном выпрямлении листов, например
до проектного радиуса резервуара, остаточные напряжения в край-
них волокнах будут увеличиваться, а на границе упругой и пластиче-
ской зон уменьшаться. У полностью выпрямленных листов напряже-
ния в упругом ядре будут равны нулю, а в крайних волокнах они
достигнут предела текучести, если доля упругого ядра во всем сече-
нии к = -у- при сворачивании будет равна или меньше 0,5.
Если же это отношение будет больше 0,5 для данного радиуса сво-
рачивания, напряжения в крайних волокнах будут меньше предела
текучести (рис. 7.3, д).
Напряжения в крайних волокнах на всех этапах изменения кри-
визны листов от сворачивания до плоского состояния выразятся
формулой
151
где R — радиус кривизны листов для данного состояния. При R =
= Яост = 27?св//с3 — Зк + 2) и R = со (т. е. когда листы полностью
выпрямлены) формула примет следующие частные выражения:
^т = -у- (I-*2)'
®выпр ~<^Т 1) • (7.5)
При R = 7?пр (7?пр— проектный радиус резервуара) получим зна-
чение остаточных напряжений в крайних волокнах корпуса смонти-
рованного резервуара
°«ст-пр=^-(1-Л—7^). (7-6)
Из формулы (7.6) видно, что для крупных резервуаров, у которых
7?пр значительно превышает 7?св, значением 7?св/^пр можно пренебречь,
и тогда Пост- пр <*выпр> т. е- крупные резервуары будут иметь в кор-
пусе остаточные напряжения, практически соответствующие выпрям-
ленным листам (рис. 7.3, д). Эпюра напряжений в этом случае, как
и эпюры напряжений при сворачивании, определяется высотой упру-
гого ядра а.
Напряжение на границе упругой и пластической зон при выпрям-
лении полосы будет определяться по формуле
а" = ат(Ясв/Я). (7.7)
Для частных случаев R = 7?ост, -Я = 7?пр и R оо это выраже-
ние примет вид
^т=-^(*3-за-+2);
Оост. пр — (7?св/7^пр)»
авыпр = 0* (7.8)
Таким образом, видно, что корпуса типовых резервуаров вмести-
мостью 10—20 тыс. м3 еще до своего заполнения имеют остаточные
напряжения, достигающие предела текучести. Многолетний опыт
эксплуатации таких резервуаров позволяет сделать вывод о их пол-
ной надежности.
Корпус резервуара можно рассматривать как плоскую пластину
с отношением длины к толщине порядка 10 000—12 000. Нагружен-
ная по обоим концам моментами такая пластина изгибается до пол-
152
Рис. 7.4. Остаточные изгибающие моменты,
введенные в конструкцию корпуса резервуара.
а — в верхних поясах; б — в нижних поясах.
ной окружности. Напряженное состояние в корпусе различно для
верхних и нижних поясов ввиду разной толщины стали.
К тонким верхним поясам, стремящимся из-за упругости после
освобождения рулона от закреплений развернуться почти до плос-
кого состояния, необходимо приложить изгибающий момент, при
котором растянутыми окажутся наружные волокна (рис. 7.4, а).
К толстым нижним поясам, претерпевшим изгиб в упруго-пла-
стической стадии и имеющим остаточную кривизну больше проект-
ной, прилагается момент
противоположного знака
(рис. 7.4, 6), при котором
растянутыми оказываются
внутренние волокна.
Процесс рулонирова-
ния листовых конструк-
ций из сталей повышен-
ной и высокой прочности
с пределами текучести
34; 45 кгс/мм2 и более отли-
чается некоторыми особен-
ностями — уменьшается
зона пластических дефор-
маций, повышается упру-
гость полотнищ и т. п.
Это улучшает условия применения метода рулонирования и расшире-
ния сферы его использования и позволяет применять вместо толстых
листов из малоуглеродистой стали более тонкие из стали повышенной
прочности.
§ 2. УСТАНОВКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
РУЛОНИРОВАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
КОНСТРУКЦИИ УСТАНОВОК
Конструкция двухъярусного стенда представлена на рис. 7.5.
Стенд представляет собой металлическую конструкцию с двумя
рабочими площадками-ярусами. На первом ярусе производится
сборка и сварка полотнища с одной стороны. Листы собирают при
помощи электромагнитов. В задней части стенда устроен свободно
вращающийся решетчатый барабан диаметром 3300 мм, в передней
части — сворачивающее устройство с жестким механическим приво-
дом (рис. 7.6.)
Обработанные листы подаются краном в контейнере к месту
сборки на первый ярус. Затем их по одному при помощи электро-
тельферов, оснащенных магнитными захватами, переносят на сбо-
рочную площадку. Кромки собранных в секцию листов, соединенные
встык, прижимают при помощи электромагнитов к плоской медной
планке и закрепляют прихватками, после чего сваривают автосва-
рочными тракторами ТС-17М.
153
М20
Рис. 7.5. Двухъярусный стенд для изготовления рулонных
конструкций.
1 — стеллаж для готового рулона; 2 — сворачивающее устройство;
3 — стеллаж второго яруса; 4 — направляющий барабан; 5 — тельфер;
6 — стеллажи первого яруса с электромагнитами; г — привод сворачи-
вающего устройства: 8 — площадки; 9 — монорельс тельфера.
Рис. 7.6. Сворачивающее устройство стенда.
Сваренные секции полот-
нища по мере их готовности
перемещают на верхний ярус
стенда, перекантовывая через
направляющий барабан в зад-
ней части стенда. На верхнем
ярусе все швы сваривают авто-
матами с обратной стороны и
испытывают. Здесь же устра-
няют обнаруженные в швах
дефекты. Полотнище сворачи-
вают в рулон в специальном
устройстве стенда, которое со-
стоит из двух установленных
на фундаменты станин. В ста-
нинах закреплены оси план-
шайб диаметром 3,3 м. По ок-
ружности планшайб устроен
цевочный венец для зацепления
с шестернями привода план-
шайб. Привод осуществляется
от электродвигателя мощно-
стью 7 квт через редуктор и
несколько дополнительных пар
шестерен в станинах устрой-
ства. Скорость вращения план-
шайб выбрана такой, чтобы при
сворачивании полотнища дви-
гались со скоростью 2 м/мин.
Полотнище наворачивают на
решетчатый каркас, в качестве
которого применяют шахтные
лестницы или центральные стой-
ки, оснащенные кольцами из
швеллеров диаметром 2660 мм,
соответствующим внутреннему
диаметру сворачивания. Торцо-
вые площадки каркаса соеди-
няют с планшайбами при помо-
щи четырех выдвижных штырей
с каждой стороны. В конце сво-
рачивания после закрепления
конечной кромки рулона под ним
при помощи домкратов подни-
мают выкатные балки. Освобож-
денные от нагрузки штыри вы-
водят из зацепления с каркасом,
и рулон выкатывают на стеллаж.
Рис. 7.7. Механизированный стан для изготовления рулонных конструкций.
1 — магазин заготовок листов; 2 — самоходная тележка с пневмозахватами; з — участок сборки секций; 4 — сварка поперечного шва;
5 — сварка продольных швов; 6 — участок внешнего осмотра швов; 7 — задний барабан; 8 — подварка поперечного шва; 9 — подварка
продольных швов; 10— участок контроля и исправления швов; 11 —- участок грунтовки полотнища; 12— сворачивающее устройство,
155
Механизированный стан (рис. 7.7) для рулонирования полотнищ
шириной до 18 м обеспечивает:
1) максимальную механизацию и автоматизацию всех процессов
по изготовлению рулонированных конструкций;
2) высокое качество продукции, так как полотнища собирают
и сваривают совершенными способами с применением эффективных
методов контроля сварных соединений;
3) высокую производительность, в том числе производительность
труда всех рабочих;
4) максимальное улучшение условий труда рабочих.
На новом стане возможно изготовление полотнищ с толщиной
листов до 16 мм. Размеры листов приняты 1500 X 6000 мм. На стане
механизированы процессы подачи листов на участок сборки и их
сближение, а также прижатие кромок перед сваркой к медным про-
кладкам. Высокопроизводительные сварочные аппараты позволяют
вести сварку двумя дугами на повышенных (до 60—70 м/ч) скоростях,
имеют флюсо- и газоотсасывающие системы, устройства для направ-
ления электрода по шву и другое оборудование, облегчающее управ-
ление процессом и улучшающее условия труда сварщиков.
При сворачивании полотнищ в рулоны предусматривается более
совершенное закрепление начальной и конечной кромок полотнищ,
что значительно сокращает продолжительность этих операций. Осво-
бождение рулона от планшайб сворачивающего устройства происхо-
дит полуавтоматически. Освободившийся от закрепления рулон по
балкам выкатывается на платформу и доставляется на ней к стелла-
жам временного хранения.
Выпуск конструкций на механизированном стане по сравнению
с другими двухъярусными установками значительно увеличивается,
а производительность труда рабочих повышается в 2,5 раза.
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
РУЛОНИРОВАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Корпуса и днища резервуаров и газгольдеров изготовляют из
стальных листов толщиной 4—16 мм и более. Обычный размер листов
1500 X 6000 мм. Металлургические заводы поставляют листы с кром-
ками, грубо обрезанными и имеющими плюсовой допуск 10 и 15 мм
соответственно на короткую и длинную стороны. При отборе листов
проверяют сертификат завода-изготовителя, содержащий указания
о марке, химическом составе и механических свойствах стали.
На листах, идущих на изготовление резервуарных конструкций,
не должно быть расслоений, пленок, трещин, раковин.
При необходимости листы подвергают правке на семи- или девяти-
валковых вальцах. Кромки листов обрабатывают путем обрезки
на гильотинных ножницах или строжкой на кромкострогальных
станках. Как правило, листы не размечают, а кромки обрабатывают
по упорам. На некоторых листах (в частности, на листах для окрай-
ков днищ с криволинейным очертанием) производят наметку линий
обрезки, закрепляемых кернами.
156
На гильотинных ножницах обрезают продольные кромки листов
толщиной до 4—5 мм, соединяемых внахлестку, а также все попереч-
ные кромки. Продольные кромки листов, соединяемые встык, тре-
буют особо тщательной обработки. Эти кромки прострагивают
на кромкострогальных станках под прямым углом к плоскости листа
без какой-либо разделки. Обычно листы строгают пакетами по четыре-
пять листов, что повышает производительность процесса. Кромки
листов для окрайков днищ обрезают также на гильотинных ножни-
цах несколькими прямыми резами по касательным к намеченной
окружности.
Рис. 7.8. Электромагнитные захваты для подачи
листов на сборку.
Обработанные листы маркируют с указанием толщины, номера
заказа и детали и комплектуют на специальных контейнерах. На каж-
дый контейнер укладывают листы, имеющие ту толщину, которая
необходима для сборки одной или двух секций полотнища.
При обработке листы переносят электромагнитными или пневмати-
ческими захватами (рис. 7.8), что позволяет избежать деформирова-
ния кромок.
При сборке части полотнища с нахлесточными соединениями
между поясами первыми с нужным интервалом укладывают листы,
которые должны оказаться внизу. Короткие кромки листов прижи-
мают ,к кромкам листов предыдущей секции. Листы, соединяемые
встык, укладывают рядом и впритык к предыдущей секции с обес-
печением небольших зазоров, необходимых по условиям сварки.
157
Особое внимание обращают на обеспечение прямолинейности ниж-
ней кромки полотнища, что проверяют по упорам или рискам на
стенде, визированием или натяжением нити. Замерами контролируют
ширину полотнища.Проверяют также прямолинейность задней кромки
секции, которая не должна иметь уступов более 2—3 мм. Небольшие
смещения листов возможны за счет изменения в допускаемых пределах
зазоров между кромками или размеров нахлестки. Листы, собранные
в секции, соединяют прихватками. При сборке на магнитных стен-
дах положение листов фиксируется сначала включением магнитов,
затем — электроприхватками. Нахлесточные соединения на первом
ярусе сваривают прерывистыми швами. Впоследствии они оказы-
ваются внутри смонтированного резервуара.
По мере сборки и сварки полотнище перемещается по стенду
в виде широкой стальной полосы. При регулярной работе стендов
одно полотнище следует за другим. Начало каждого нового полот-
нища прикрепляют сваркой к концу предыдущего шестью—восемью
стальными полосами сечением 100 X 4 или 5 мм, длиной около 1 м.
При перемещении и сворачивании частей днища используют такие же
полосы, но различной длины, которые компенсируют криволиней-
ность очертаний этих полотнищ.
После перерыва в работе стенда новое полотнище перемещают
при помощи двух тросов или длинных стальных полос, прикреплен-
ных одним концом к полотнищу, а вторым к барабану сворачива-
ющего устройства.
Полотнища корпуса и днища резервуаров малой вместимости
часто сворачивают по нескольку в один рулон.
Начальную кромку полотнищ прикрепляют стальными полосами,
привариваемыми к кольцам каркаса (шахтной лестницы или цен-
тральной стойки). Чтобы начальная кромка из-за упругости не от-
ступала от колец лестницы и другого каркаса и не деформировала
при этом последующие витки корпуса, в кольцевых элементах лест-
ницы (или каркаса) на участке длиной 1 м делают «карман», в который
заводят начальную кромку. В начале сворачивания начальная
кромка не выступает за плоскость колец и сворачивание полотнища
происходит без нарушения кривизны.
Для регулирования и повышения плотности навивки витков
в рулоне применяют прижимной ролик.
Конечную кромку свернутого полотнища закрепляют, привари-
вая к последнему витку рулона полосы, соединяющие два полотнища.
По завершении сворачивания они плотно прилегают к рулону.
Готовый рулон с закрепленной задней кромкой освобождают
из планшайб сворачивающего устройства и выкатывают на
стеллаж.
Листовые элементы мокрых газгольдеров сходны с резервуар-
ными рулонированными полотнищами. Их изготовляют на тех же
установках и по тому же технологическому процессу, что и обычные
резервуарные конструкции.
158
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ,
ПОНТОНОВ, ЛЕСТНИЦ И ДРУГИХ КОНСТРУКЦИЙ
Серийный выпуск щитов покрытия, в большинстве своем однотип-
ных для резервуаров определенной вместимости, позволяет организо-
вать поточное изготовление деталей-заготовок, сборку и сварку
самих щитов.
Детали из профильного и листового металла заготовляют в цехе
обработки на обычном оборудовании, обрезая по упорам или по-
стоянным шаблонам. Уголки и швеллеры обрезают на прессножни-
цах, а тяжелые двутавровые балки — кислородной резкой. Заготовки
из листов для настила кровли обрезают на гильотинных ножницах.
Правку и гибку элементов производят либо на кулачковых прессах,
Рис. 7.9. Кондуктор для сборки щитов покрытия резервуаров
вместимостью 1000—3000 м3.
либо при помощи гибочных вальцов. Готовые детали комплектуют
по типам щитов и в контейнерах направляют к месту сборки.
Щиты собирают в специальных кондукторах (рис. 7.9) — карка-
сах, повторяющих очертания щита в его зеркальном изображении.
Кондукторы для удобства работы устанавливают на козлах.
Все элементы каркаса соединяют прихватками. Настил кровли
приваривают к каркасу прерывистыми швами, поджимая его рычаж-
ными приспособлениями. Кромки листов поджимают к ребрам жест-
кости специальным рычагом, перемещающимся между спаренными
швеллерами кондуктора.
Собранный щит за стропочные уголки, приваренные к продольным
элементам каркаса, снимают с кондуктора и переносят к месту сварки.
Для сварки швов настила кровли щит перекантовывают и уклады-
вают на козлы. Швы на настиле кровли выполняются автоматической
сваркой под слоем флюса тракторами ТС-17М.
Поскольку в конструкции щитов размещение всех стыков листо-
вого настила предусмотрено над поперечными ребрами, прожоги
листов исключаются.
Сферические щиты покрытия резервуаров вместимостью 10 000
и 20 000 м3 собирают и сваривают также с помощью кондукторов,
159
но работы здесь отличаются большей сложностью. Каждый из сфери-
ческих щитов для возможности перевозки разделяется на две части.
Для каждой из этих частей применяют специальные кондукторы.
Изготовленные части щитов обычно проходят контрольную сборку
на заводе.
Короба понтонов или плавающих крыш резервуаров, а также
элементы кольца жесткости, необходимого в конструкции сфериче-
ского покрытия, собирают и сваривают в отдельных кондукторах-
кантователях.
Для шахтных лестниц в кондукторе отдельно собирают марши
и кольцевые площадки. Затем эти конструкции собирают вместе
с продольными уголками и связями. Собранные лестницы сваривают
на роликовом стенде, на который их опирают кольцами, или на месте,
вращая с помощью манипулятора с двумя торцовыми приводными
планшайбами. Центральные стойки покрытия обычно представляют
собой трубу, к торцам которой приварены две кольцевые площадки,
нижняя и верхняя опорные базы.
Конструкции площадок, переходного мостика, ограждений изго-
товляются в кондукторах и поставляются комплектно с резервуа-
ром. На каждую конструкцию краской наносят номер заказа и марки.
Для мокрых газгольдеров на заводах изготовляют конструкции
покрытия, внешних и внутренних направляющих и другие.
В связи с индустриализацией монтажных работ заводы изгото-
вляют укрупненными блоками ранее поставлявшиеся поэлементно
металлоконструкции гидрозатворов. Их собирают в кондукторах
и сваривают, частично применяя полуавтоматическую сварку. Длина
поставляемых в настоящее время блоков гидрозатворов составляет
4,5—5 м.
Конструкция покрытий газгольдеров не позволяет изготовлять
их в виде щитов с приваренным листовым настилом, как при изго-
товлении резервуаров. Стропила покрытия изготовляют с учетом
строительного подъема. Изготовленные стропила проверяют шабло-
ном или по одной тщательно выверенной стропильной ноге.
Окрайки кровли поставляются с завода в виде отдельных сегмен-
тов, которые в дальнейшем укрупняют на монтажной площадке.
Тонколистовое покрытие колокола поставляется обычно в виде
отдельных листов. Опыт монтажа листовых покрытий газгольдеров
в виде заранее сваренных полотнищ подтверждает возможность их
рулонной поставки.
Кольцевые площадки газгольдеров изготовляются вместе с при-
варенными к ним уторными уголками резервуара. Это упрощает
монтаж площадок по мере разворачивания рулона резервуара.
При изготовлении внешних и внутренних направляющих особое
внимание обращают на соблюдение их прямолинейности, при этом
рекомендуется проводить контрольную сборку направляющих на
всю длину. Внешние направляющие по длине не вмещаются в габа-
риты обычной железнодорожной платформы. Их поставляют двумя-
тремя частями и предусматривают накладки в местах стыковки.
160
Обеспечение правильной геометрической формы полотнищ при их
изготовлении играет важную роль для последующего монтажа
конструкций. Поэтому при изготовлении полотнищ контролируют их
ширину, прямолинейность продольных и поперечных кромок, пер-
пендикулярность поперечных кромок продольным, уступы на кром-
ках и правильность окружности (или многоугольника) на полотнищах
днища.
§ 3. СВАРКА И КОНТРОЛЬ
ПРИ ЗАВОДСКОМ ИЗГОТОВЛЕНИИ КОНСТРУКЦИЙ
Сварка резервуарных и газгольдерных конструкций выполняется
общепринятыми методами и известным оборудованием. Однако в ряде
случаев, в частности при изготовлении рулонированных конструкций,
имеются некоторые особенности ведения этих работ.
В соответствии с техническими условиями (СНиПШ-В,5—62*,
раздел 1) для сварки полотнищ применяют электродную проволоку
марок Св-08, Св-08А, Св-08Г, Св-08ГА (ГОСТ 2246—54) диаметром
4—5 мм, а также флюс марок АН-348А, ОСЦ-45 и др.
При сборке полотнищ днища на сборочной площадке нижнего
яруса раскладывают листы окрайков первых секций днища, кон-
тролируя правильность получающейся при этом окружности. Затем
укладывают листы средней части днища, обычно соединяемые с окрай-
ками внахлестку. Листы соединяют прихватками и сваривают. Следу-
ющие секции днища собирают, контролируя правильность окруж-
ности днища.
Полотнища корпусов и днищ сваривают с двух сторон.
Стыковые швы, сваренные на первом ярусе, должны на 80—70%
перекрывать сечение стыка. Особенно важно соблюдать это требова-
ние при сварке поперечных швов (по коротким кромкам), так как они
при перекантовке полотнищ на второй ярус подвергаются изгибу кор-
нем шва наружу.
§ 4. ТРАНСПОРТИРОВКА КОНСТРУКЦИЙ РЕЗЕРВУАРОВ
И ГАЗГОЛЬДЕРОВ
Конструкции резервуаров и газгольдеров перевозят с завода-
изготовителя к месту монтажа обычно двумя этапами: первый — с за-
вода до промежуточного склада — на железнодорожных платформах
или по воде; второй — от промежуточного склада к месту монтажа—
на трейлерах, санях или автомашинах.
Наиболее крупными элементами являются рулоны полотнищ кор-
пуса и днища. Длина рулонов при изготовлении их на большинстве
существующих стендов достигает 12 м, а диаметр 3 м. Согласно
железнодорожным правилам такие рулоны являются габаритными
грузами. Рулоны таких размеров грузят каждый на одну четырехос-
ную или на сцеп двух двухосных платформ. Процесс погрузки руло-
нированных конструкций на железнодорожные платформы не
161
представляет затруднений. Рулоны просто перекатывают со стелла-
жей сворачивающего устройства (или с промежуточных стеллажей)
на установленную рядом платформу. При этом используют специ-
ально установленные лебедки или мостовой кран.
При накатывании рулона между стеллажами и платформой уклады-
вают специальные балки, колеса платформы затормаживают «башма-
ками», а раму платформы со стороны стеллажей подпирают стойками
или домкратами, чтобы она не опрокинулась. Рулон укладывают либо
непосредственно на пол платформы, либо на подкладки, без больших
(не более 50 мм) смещений к бортам. С боков под него подбивают дере-
вянные клинья, закрепляемые строительными скобами. К платформе
рулон прикрепляют специальными хомутами в виде стальной полосы
с винтовой стяжкой или скрутками из проволоки-катанки. Хомуты
и скрутки ставят после подъема бортов и закрепляют за гнезда для
стоек. Чтобы предотвратить смещение, между рулоном и торцовым
бортом платформы закладывают упорные бруски, в гнездах платформы
устанавливают короткие стойки и ставят дополнительные скрутки-
связи.
Другие резервуарные конструкции отгружают с завода на желез-
нодорожных платформах и доставляют к месту монтажа с учетом обыч-
ных рекомендаций по перевозке стальных конструкций, принимая
все меры для предупреждения общих и местных деформаций конструк-
ций. Особое внимание при этом уделяют таким большеразмерным эле-
ментам с криволинейными гнутыми деталями, как щиты покрытия,
в частности щиты сферического покрытия резервуаров вместимостью
10 000 и 20 000 м3, элементы кольца жесткости и др. При укладке их
на платформу, промежуточном складировании и складировании
у места монтажа принимают меры, предупреждающие искривление
основных элементов. Эти элементы поднимают специальными стро-
пами за приваренные на заводе серьги. Щиты устанавливают на
ребро на деревянных подкладках так, чтобы грани щитов с выступа-
ющими кромками настила были сверху.
Скатывают рулоны весом до 50 т на эстакаду или трейлер с по-
мощью двух тракторов, один из них является тяговым, другой исполь-
зуется как тормозной. Иногда при большом числе рулонов вместо
тракторов используют электролебедки грузоподъемностью 5 тс
(рис. 7.10, а). Трос диаметром 20—22 мм, с помощью которого ска-
тывают рулон, обертывают несколькими витками вокруг рулона
и закрепляют сжимами. Такой же трос в качестве тормозного при-
крепляют к рулону против его центра тяжести. Край платформы перед
разгрузкой подпирают от опрокидывания стойками или винтовыми
домкратами. Колеса затормаживают или подкладывают клинья.
Для обеспечения безопасности работ выполняют следующие меры:
а) тормозную лебедку (или трактор) располагают против центра
тяжести рулона на расстоянии около 25 м от оси железнодорожной
платформы;
б) тяговую лебедку (или трактор) располагают в 25—30 м от оси
железнодорожного пути и в 4—5 м в стороне от торца рулона;
162
в) разгружают рулоны под руководством ответственного за эту
операцию и по его сигналам, видимым на тормозном и тяговом агре-
гатах;
г) тормозной трос в начале скатывания должен иметь небольшое
натяжение, чтобы при переходе рулона с горизонтальной плоскости
на наклонную не произошло рывка;
Рис. 7.10. Схема разгрузки рулонов.
а — с помощью лебедок; б — трактором.
1 — разгрузочные балки; 2 — эстакада; 3 *— тормозная лебедка или
трактор; 4 — якорь; 5 — тяговая лебедка или трактор; 6 и 7 — тормозной
и тяговый тросы; 8 — шпальная клетка; 9 — инвентарный клин.
д) на пути скатываемого рулона не должны находиться люди
и оборудование.
Разгрузку рулона одним трактором производят по следующей
схеме (см. рис. 7.10, б). Стальные разгрузочные балки опирают
одним концом на платформу, другим на землю через деревянные
подкладки. На рулон навивают несколько витков троса, один конец
которого крепят к рулону сжимами, а другой направляют на крюк
163
трактора. Со стороны трактора под рулон заводят длинные клинья,
на которые усилием трактора накатывают рулон. При этом из-под
рулона извлекают заводские подкладки. При движении трактора в сто-
рону рулона последний, удерживаемый тросом, по клиньям, а затем
по балкам скатывается на землю.
ЧР Q£>------------------
Рис. 7.11. Схемы перекатывания рулонов при помощи
трактора.
Рулонированные заготовки резервуаров и газгольдеров обычно
перевозят к месту монтажа на одном или сцепе двух трейлеров соот-
ветствующей грузоподъемности. При хорошей дороге для перемеще-
ния трейлеров с рулоном достаточно одного трактора 80—100 л. с.
или тяжелого тягача. При перемещении по грунтовой дороге приме-
няют сцеп из двух или трех тракторов.
На небольшие расстояния допускается перекатывание рулонов по
грунту или подтаскивание на санях. Схемы перекатывания руло-
164
нов представлены на рис. 7.11, где а — перекатывание при помощи
тракторной лебедки; б — при помощи «бесконечного» троса; в — при
помощи двух инвентарных щек на осях, временно прикрепченных
в торцах рулона. Для поворота необходимо рулон накатить его сред-
ней частью на возвышение из грунта или брусков и потянуть за трос
от нужного торца рулона.
§ 5. МОНТАЖ ВЕРТИКАЛЬНЫХ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ
МОНТАЖ РЕЗЕРВУАРОВ СО СТАЦИОНАРНЫМ ПОКРЫТИЕМ
Основными этапами монтажа вертикальных цилиндрических
резервуаров являются:
приемка и разметка основания;
монтаж, сварка и разметка днища;
установка в вертикальное положение рулонов корпуса и цен-
тральной стойки (монтажной или постоянной);
разворачивание корпуса с одновременным монтажом щитов
покрытия (и колец жесткости в резервуарах вместимостью 10 ООО—
20 000 м3);
сварка монтажных соединений;
испытание резервуаров.
Методы ведения монтажа регламентируются строительными нор-
мами, техническими указаниями и проектами производства работ.
В последних приводится перечень необходимых механизмов, оборудо-
вания, приспособлений и материалов.
Вертикальные цилиндрические резервуары вместимостью до
5000 м3 монтируют на песчаных основаниях.
Основание принимают под монтаж по акту. При этом фиксируют
геометрические размеры основания, проверяют его отметки в центре
и по окружности (не менее чем в восьми точках, но не реже чем через
6 м). Допускаются следующие отклонения: отметки центра основа-
ния — 150 мм; отметки точек на окружности — от ±15 до 130 мм
между смежными точками, но по диаметрально противоположным
точкам разность отметок не должна превышать 40—50 мм (в зависи-
мости от вместимости резервуара).
Затем на основании разбивают две взаимно перпендикулярные оси
днища и закрепляют эту разбивку и положение центра колышками.
Рулон днища накатывают на основание либо по грунтовому пан-
дусу, либо непосредственно с трейлера. В зависимости от вместимости
резервуара днище по условиям перевозки поставляют целиком (при
вместимости до 1000 м3) или двумя—четырьмя частями. Для днищ,
поставляемых целиком, предусматривают возможно точное их разме-
щение после разворачивания в проектное положение. В днищах,
состоящих из нескольких частей, последние разворачивают одну
на другой и потом перемещают на место или каждую из них разво-
рачивают на своем проектном месте, для чего по основанию переме-
щают в различные положения рулон.
165
Прежде чем срезать планки, удерживающие рулон, его охватывают
петлей троса, чтобы предупредить самопроизвольное разворачивание.
Один конец троса крепят к якорю, другой — к трактору (или на крюк
и к барабану тракторной лебедки). Планки срезают при нижнем при-
жатом положении кромки, что вместе с обтяжкой петлей обеспечи-
вает безопасность выполнения этой работы.
Разворачивание рулонированного днища показано на рис. 7.12.
Иногда в начале разворачивания для перекатывания рулона исполь-
зуют вспомогательный трактор.
Рис. 7.12, Разворачивание рулонированного днища резервуара вме-
стимостью 5000 м3.
Развернув все части днища, их устанавливают в проектное поло-
жение, передвигая трактором или лебедкой с помощью струбцины
и троса.
В резервуарах вместимостью 10 000—20 000 м3 днище состоит из
центральной части и деталей сегментного кольца. Центральная часть
поставляется на площадку в виде четырех стальных полотнищ 5и 6 мм,
свернутых в один рулон для резервуара вместимостью 10 000 м3 или
в два рулона для резервуара вместимостью 20 000 м3. Соответственно
поступают 18 или 24 сегментные окрайки днищ из стали толщиной
6—10 мм. Рулоны центральной части днища разворачивают при по-
мощи трактора на основании резервуара. Все полотнища устанавли-
вают в проектное положение и соединяют электроприхватками. Затем
по периметру основания раскладывают окрайки, соединяют их между
собой встык, а с центральной частью — внахлестку. Раскладывают и
собирают окрайки при помощи трубоукладчика, перемещающегося
166
вокруг основания. Для подъема окрайков применяют трехконечный
строп, концы которого прикрепляют к временно приваренным кре-
пежным скобам или уголкам.
Монтажные швы днищ сваривают автоматической, полуавтомати-
ческой или ручной электродуговой сваркой и испытывают на плот-
ность вакуумным способом. Окрайки сваривают на остающихся под-
кладках швами длиной около 300 мм. На части шва, где к окрайкам
примыкает корпус, усиление шва снимают.
Чтобы уменьшить деформации днища от сжатия по контуру,
окрайки приваривают к центральной части днища после монтажа кор-
пуса и полной сварки нижнего уторного шва.
На смонтированном и сваренном днище размечают центр и риски
для монтажа корпуса и покрытия. В центре приваривают штырь, от
которого циркулем ведут разметку рисок. У края днища очерчи-
вают риску по наружному диаметру нижнего пояса корпуса. Для ре-
зервуаров вместимостью 10 000—20 000 м3 очерчивают несколько
рисок: для установки корпуса; проверки его вертикального положе-
ния отвесами, опускаемыми с элементов кольца жесткости; установки
центральной стойки. Одну риску прочерчивают (радиусом 1500 мм)
для проверки отвесами положения центрального щита покрытия.
Риски фиксируют на днище кернами или масляной краской.
Для резервуаров вместимостью до 5000 м3 включительно корпус
поступает в виде одного свернутого в рулон полотнища. Для уста-
новки рулонов в вертикальное положение на днище в настоящее
время чаще всего используют монтажные самоходные краны соответ-
ствующей грузоподъемности.
В резервуарах вместимостью 100—700 м3 вес рулонов не превы-
шает 10 т, поэтому их установка не представляет трудностей.
Иногда в один рулон сворачивают корпуса нескольких резервуа-
ров малой вместимости.
Рулоны корпусов резервуаров 2000, 3000 и 5000 м3 имеют вес 25,
34 и 45 т. Корпуса резервуаров вместимостью 10 000 м3 поставляются
в виде двух, а резервуаров вместимостью 20 000 м3 — трех рулонов
весом около 50 т каждый. Рулоны такого веса поднимают с помощью
одного мощного или двух спаренных менее мощных кранов. Сравни-
тельно несложным является подъем рулонов в вертикальное положе-
ние при помощи А-образной падающей стрелы — шевра, полиспаста
и тракторов или тракторных лебедок. Для этого рулон накатывают
на днище одним концом или полностью и размещают его на клетках
(рис. 7.13). Под нижний конец рулона подводят шарнирное устрой-
ство (рис. 7.14), средняя часть которого приварена или прикреплена
винтовыми стяжками к рулону. Концы трубы шарнирного устрой-
ства, переходящие через отрезок трубы в средней части, упираются
в детали, привариваемые временно к днищу. К этой же трубе присо-
единяются ноги А-образной стрелы. Стрела при оснастке лежит перед
рулоном. В вершине стрелы фиксируются верхний блок подъемного
полиспаста, тросы для стропки вершины рулона и нитка троса, за
которую стрелу поднимают в вертикальное положение. Стропочный
167
трос крепят к вершине рулона легко разнимающейся петлей-удавкой.
Перед рулоном укладывают поддон в виде стального диска из листов
толщиной’8 мм с диаметром, на 600—800 мм большим диаметра
Рис. 7.13. Схема под-
готовки рулона к
подъему при помощи
падающей стрелы.
1 — рулон; 2 — шевр’и
шарнирное устройство;
з — поддон; 4 — поли-
спаст; 5 — тракторная
лебедка; 6 — тормозной
трактор.
рулона. На этом поддоне рулон впоследствии перемещают по днищу.
Нижний блок полиспаста крепят к якорю или к крюку тракторной
лебедки, а сбегающий трос
полиспаста — к барабану
тракторной лебедки (или
к трактору, который, дви-
гаясь, сможет его выбирать).
Рулон заранее оснащают
монтажной лестницей и вер-
тикальными элементами же-
сткости, используемыми впо-
следствии для удержания
начальной кромки полотни-
ща. От вершины рулона на
другой трактор или лебедку
направляют тормозной трос.
Перед подъемом рулона
проверяют совпадение в од-
ной плоскости продольной
оси рулона, подъемного меха-
низма, вершины шевра и тор-
мозного [трактора. Эта пло-
скость должна] быть перпен-
дикулярна оси шарнира.
Подъем происходит при
выбирании сбегающей нитки
полиспаста на барабан трак-
торной лебедки или вытя-
гивании троса с помощью
Рис. 7.14. Шарнирное устрой-
ство и А-образная стрела для
подъема рулонов.
168
передвигающегося тягового трактора (рис. 7.15). Тормозной трактор
слегка ослабляет тормозной трос. При достижении рулоном положе-
ния, когда его центр тяжести проходит над шарниром, в работу вклю-
чается тормозной трактор. Он поддерживает рулон и дает ему воз-
можность плавно опуститься на поддон. Оснастку после подъема
рулона снимают.
Подъем рулона — операция ответственная, и к ее выполнению
допускаются только опытные монтажники, руководитель монтажа
и водители механизмов.
Рис. 7.15. Подъем рулона при помощи А-образной стрелы и трак-
торной лебедки.
Установленный в вертикальное положение рулон корпуса переме-
щают на поддоне и поворачивают так, чтобы его кромка после освобо-
ждения от закреплений оказалась в намеченном в проекте месте мон-
тажного стыка корпуса. Эта точка фиксируется при разметке наднище.
Прежде чем срезать закрепляющие планки, рулон охватывают од-
ним витком троса, который удерживает освобождающуюся кромку от
резкого развертывания. Планки перерезают с монтажной лестницы,
начиная с верха. При перерезании нижних двух планок резчик стоит
на днище. Освободившуюся начальную кромку подтягивают к огра-
ничителям из отрезков уголков, прихваченным по намеченной на
днище риске, и приваривают к днищу. Верхнюю часть освобожденного
полотнища закрепляют расчалками, идущими от вертикальной стойки
жесткости. На высоте около 0,5 м к неразвернутой части рулона
приваривают скобу (рис. 7.16), за которую закрепляется трос от трак-
тора, разворачивающего рулон. При движении трактор натягивает
трос, заставляя рулон вращаться и одновременно передвигаться
у края днища; нижнюю кромку прижимают к ограничителям (если
169
нужно, с помощью клиньев и домкратов) и закрепляют электропри-
хватками.
Развернув 5—6 м корпуса, этот процесс приостанавливают, и мон-
тируют щит покрытия. Плоские щиты покрытия резервуаров вмести-
мостью до 5000 м3 устанавливают с помощью крана, расположенного
снаружи резервуара. Один конец щита присоединяют к центральному
узлу покрытия, установленному в виде оголовка центральной стойки.
Другим краем щит с помощью пластин-ловителей совмещают с верх-
ней кромкой развернутой части полотнища. После этого продолжают
Рис. 7.16. Скоба для крепления тягового троса.
1 — корпус; 2 — скоба; з — трос; 4 — подкладной лист.
процесс разворачивания. Скобу приваривают в новом месте. Трактор
передвигает рулон. Нижнюю кромку развернутой части полотнища
прикрепляют электроприхватками к днищу. Развернув еще 4—5 м
полотнища, устанавливают следующий щит, обеспечивая его примы-
кание по радиальной кромке к предыдущему.
Процесс монтажа корпуса и сферического покрытия резервуаров
вместимостью 10 000 и 20 000 м3 имеет некоторое отличие от рассмо-
тренного выше. Поскольку корпус крупных резервуаров поставляют
в двух-трех рулонах, то последние размещают у края днища в местах,
откуда будет начинаться их разворачивание. В центре днища устана-
вливают монтажную стойку с прикрепленным к ее вершине централь-
ным щитом покрытия. Стойка, являясь каркасом для наворачивания
полотнищ, поступает на монтаж внутри рулона днища. Высота стойки
зависит от радиуса покрытия, строительного подъема и высоты факти-
ческой отметки центра основания. Центральный щит покрытия при-
170
соединяют к стойке при помощи оголовка с регулирующими винто-
выми закреплениями, позволяющими плавно опустить покрытие в про-
ектное положение и легко освободить стойку при ее демонтаже.
Стойку со щитом устанавливают краном. Нижнее кольцо стойки
скобами прикрепляют к днищу. Верхнюю часть стойки раскрепляют
расчалками с винтовыми стяжками, которые позволяют регулировать
положение стойки при монтаже резервуара. Вертикальное положе-
ние стойки контролируют несколькими отвесами, опущенными с цен-
трального щита к риске, нанесенной на днище.
При монтаже резервуаров вместимостью 10 000 и 20 000 м3 приме-
няют последовательное разворачивание полотнищ корпуса. Несмотря
на то, что толщина нижних поясов корпуса составляет 14 мм, для раз-
ворачивания рулона достаточно усилия одного трактора мощностью
80—100 л. с. Разворачивают полотнище и закрепляют его нижнюю
кромку прихватками на риске так же, как при монтаже резервуаров
меньшей вместимости.
Сферическое покрытие резервуара состоит из 32 секторных лепест-
ков для резервуаров вместимостью 10 000 м3 и из 48 лепестков для
резервуаров 20 000 м3. Каждый щит по условиям перевозки поста-
вляют на площадку двумя частями. Перед монтажом покрытия эти
детали собирают в один лепесток на специальном кондукторе, причем
в лепестке предусматривается строительный подъем со стрелкой около
150 мм.
Очередной участок полотнища разворачивают после освобождения
7—8 м полотнища. Затем начинают монтаж кольца жесткости. Сег-
ментные секции кольца жесткости длиной около 6 м имеют вес
0,6—0,9 т. Элементы кольца жесткости совмещают с верхней кромкой
корпуса при помощи ловителей. Внутренняя часть элементов поддер-
живается либо легкой стойкой, опирающейся на днище, либо опор-
ными кронштейнами, временно привариваемыми к сегменту. Вер-
тикальность корпуса при этом проверяют отвесами.
Монтаж секторов сферического покрытия отличается от монтажа
кровли из плоских щитов как большими размерами щита (длина около
17 или 20 м, вес 1,7—2,5 т), так и наличием распора. Для монтажа
лепестков покрытия используют кран с вылетом стрелы, обеспечива-
ющим установку щитов на место в положении, близком к проектному
(рис. 7.17). Щиты поднимают четырех- или шестиконечным стропом,
концы которого зацепляют за крепежные скобы, приваренные к щиту
на заводе. При этом отвесами проверяют вертикальное положение мон-
тажной стойки. В случае отклонения от вертикали положение стойки
выправляют натяжением и ослаблением соответствующих расчалок.
Щиты сферического покрытия устанавливают по мере разворачи-
вания корпуса и монтажа кольца жесткости. Каждый щит предвари-
тельно закрепляют монтажными болтами на центральном кольце,
затем, опуская, опирают на кронштейны кольца жесткости. Следят
за правильным совмещением кромок двух щитов, зазоры устраняют
винтовыми или клиновыми приспособлениями. После этого свари-
вают стыки накладок в узлах пересечения радиальных и кольцевых
171
элементов, прижимают к предыдущему щиту выступающую часть
настила кровли и прихватывают ее по всей длине.
В резервуарах вместимостью до 5000 м3 замыкание одного вер-
тикального стыка корпуса — работа относительно несложная. На-
чальную и конечную кромки полотнища корпуса совмещают друг с дру-
гом, как правило, внахлестку. Путем последовательного прижатия
кромок клиновыми приспособлениями и вытягивания отдельных участ-
ков стыка наружу тросом от трактора или лебедки обеспечивают
Рис. 7.17. Монтаж кольца жесткости и первого сферического
щита покрытия резервуара емкостью 10 000 м$.
правильную цилиндрическую форму корпуса в этой зоне. В некото-
рых случаях для получения требуемой формы в зоне стыка устанавли-
вают короткие балки из швеллера. Их прикрепляют к корпусу при-
вариваемыми скобами и клиньями. Обычно для стыка корпусов резер-
вуаров вместимостью до 5000 м3 более сложные приспособления
(винтовые стяжки, формообразующие трубы) не применяют.
В резервуарах вместимостью 10 000 и 20 000 м3 замыкание вер-
тикальных монтажных соединений корпуса из-за повышенной тол-
щины листов выполняют встык. После сборки и сварки промежуточ-
ного стыка разворачивание полотнища продолжается обычным
образом.
Для последнего замыкающего стыка приходится изменить кри-
визну кромок, имеющих.в нижних толстых поясах некоторую заваль-
цованность.
172
Формообразование кромок может быть выполнено либо путем по-
следовательного перегиба полотнищ в обратную завальцованную сто-
рону с помощью вертикальных труб, мощной струбцины и трактор а
Рис. 7.18. Сборка монтажного стыка корпуса с по-
мощью приложения изгибающего момента.
1 — вертикальные жесткости; 2 — крепежные скобы; 3 — вин-
товые стяжки.
либо путем приложения к кромкам изгибающего момента обратного
знака по отношению к завальцованным участкам (рис. 7.18).
Кроме того, при соединении кромок встык требуется срезка при-
пуска на одной из них в последовательности, показанной на рис. 7.19.
При сближении кромки __________
занимают положение а,
после их поджатия дости-
гается положение б, в ко-
тором кромки закрепляют
монтажными планками,
затем размечают и обре-
зают внутреннюю кромку
по очертанию наружной.
В положении в показаны
к р омки, совмещенные
встык. На толстых листах
перед ручной сваркой
стыка снимают фаску, за-
тем стык заваривают сна-
ружи и изнутри (положе-
ние г).
На сферических покры-
Рис. 7.19. Соединение вертикальных кромок
корпуса встык.
тиях предусматривают
ограждения по всей окружности резервуара. Для сварки монтажного
шва между верхней кромкой корпуса и покрытием устраивают под-
весную люльку, которая опирается катками на край покрытия или
поручень ограждений. Люльку тяжем на шарнирах прикрепляют
к патрубку, приваренному в центре покрытия. С люльки монтируют
и приваривают наружные стойки жесткости.
173
Монтаж покрытия завершается установкой замыкающего щита.
Швы между корпусом и днищем сваривают по мере разворачивания
рулона. Монтажное нахлесточное соединение (замыкающий шов)
сваривают с двух сторон сплошными швами в направлении от нижнего
пояса корпуса к верхнему, на каждом поясе сверху вниз обратносту-
пенчатым способом.
Внутренний и наружный кольцевые швы, соединяющие корпус
с днищем, выполняют двухслойным обратноступенчатым способом.
Сварку ведут несколько сварщиков (два, четыре) с двух сторон, при-
чем они должны встать по контуру равномерно и двигаться в одном
направлении (например, по часовой стрелке). Сварщик, находящийся
внутри резервуара, должен опережать своего напарника на 300—
350 мм. Второй слой следует накладывать, пока не остыл первый.
Сварку щитов кровли между собой и приварку их к корпусу про-
изводят вручную или механизированным методом.
Завершив монтаж покрытия и сварив все монтажные соединения,
в резервуарах со сферическим покрытием центральный щит отсоеди-
няют от оголовка, а оголовок от самой монтажной стойки. Стойку
и оголовок удаляют из резервуара через люк-лаз.
На резервуарах монтируют оборудование и лестницы, производят
испытание и окраску резервуаров.
МОНТАЖ РЕЗЕРВУАРОВ
С ПОНТОНАМИ И ПЛАВАЮЩИМИ КРЫШАМИ
В соответствии с принципами индустриального изготовления и
блочного монтажа конструкций понтоны поставляются следующим
образом. Днище понтона изготовляется на заводе в виде рулонирован-
ных полотнищ, сворачиваемых в один рулон с днищем резервуара.
Сегменты понтонного кольца поставляются крупными блоками, удоб-
ными для перевозки.
Технология монтажа понтонов предусматривает изготовление
днища диаметром до внутреннего очертания кольца. Сегменты кольца
поставляются в виде замкнутых коробов со всеми швами, сваренными
и проверенными на заводе на плотность.
Понтон монтируют в следующем порядке. Днище понтона развора-
чивают на днище резервуара сразу же после завершения монтажа по-
следнего. В центре днища понтона имеется отверстие диаметром
2760 мм для установки центральной стойки. Если отверстие вырезают
при монтаже, среднюю часть полотнища' приподнимают над днищем
резервуара, чтобы не повредить последнее.
Развернутые полотнища размещают в проектном положении,
проверяя размеры циркулем из центра и закрепляя прихватками
по контуру. Прихватками соединяют между собой части составных
днищ. На днище резервуара намечают оси стыков элементов кольца
понтона, а на днище понтона — окружность для правильного раз-
мещения внутренних узлов соединения сегментов. После этого в обыч-
ном порядке устанавливают рулоны корпуса и центральную стойку,
разворачивают корпус и монтируют щитовое покрытие.
174
Сегменты кольца понтона собирают по мере разворачивания кор-
пуса. Их подают на днище трубоукладчиками через незамкнутую
часть корпуса, а устанавливают на место при помощи крана, обслужи-
вающего монтаж покрытия. Возможна схема, при которой короба
подают внутрь развернутого резервуара монтажным краном поверх
корпуса.
Сегменты раскладывают по окружности у корпуса в соответствии
с метками, нанесенными на днище. Перед укладкой каждого сегмента
удаляют все прихватки, удерживающие днище понтона, что прове-
ряют, приподнимая его край ломом.
Сварку сегментов между собой и приварку их к днищу понтона
производят после тщательной проверки правильности расположения
сегментов. Все соединения выполняют внахлестку, что предусмотрено
в конструкции совмещающихся деталей сегментных элементов. Одно-
временно сваривают монтажный шов днища понтона. Швы проверяют,
поднимая в сегментах понтона давление до 100 мм вод. ст. и промазы-
вая их мыльным раствором. В местах образования пузырей отмечают
дефект, который затем исправляют, а это место шва проверяют вто-
рично. Плотность швов днища понтона контролируют при помощи
вакуум-камеры. Особо контролируют монтажные швы, соединяющие
сегменты с днищем и полотнища днища между собой.
После контроля и исправления дефектов места соединения сегмен-
тов понтона закрывают двумя планками, которые обваривают по кон-
туру. Вокруг центрального отверстия к днищу понтона на время
монтажа приваривают вертикальное кольцо высотой 200 мм.
В настоящее время в СССР разработаны и применяют понтоны
открытого типа. Их конструкция отличается отсутствием замкнутых
коробов по периферии понтона. Существует два варианта конструк-
ции понтонов открытого типа: с кольцевым ребром и с радиальными
ребрами. В первом случае кольцевая стенка по краю понтона корот-
кими радиальными ребрами соединяется с кольцевым ребром, обра-
зуя по периферии понтона жесткое кольцо. Во втором случае радиаль-
ные ребра более развиты к центру понтона и вместе с кольцевыми эле-
ментами разделяют днище понтонов на ряд отсеков.
При сооружении понтонов открытого типа индустриально изгото-
вляется не только центральная часть, но все полотнище днища.
Заготовки ребер приходят пакетами. Их устанавливают в проектное
положение, в требуемых местах размещают косынки и приваривают
к днищу плотными угловыми швами с одной стороны.
Для опирания понтона в его нижнем рабочем положении к корпусу
резервуара приваривают детали, поворотных кронштейнов. Опорные
конструкции понтона показаны на рис. 7.20. Правильность верхней
отметки кронштейнов (+1,8 м) проверяют при их установке нивели-
ром. При наличии центральной стойки в резервуаре у ее низа соби-
рают опорное кольцо на стойках, которое служит для опирания
средней части понтона. Перед подъемом понтона все кронштейны
поворачивают и прижимают к корпусу. Дальнейший монтаж понтона
выполняют после завершения работ по остальным конструкциям
175
резервуара настолько, чтобы резервуар можно было наполнить во-
дой примерно на 2 м. Затем еще раз проверяют, не осталось ли где-
либо прихваток между понтоном и днищем резервуара.
При наполнении резервуара водой понтон всплывает. После того
как нижняя поверхность понтона поднимется на 50—100 мм над верх-
ней отметкой кронштейна, подачу воды прекращают. Кронштейны от-
ворачивают, ориентируя их на центр резервуара, и в этом положении
фиксируют. Центральное кольцо понтона тремя-четырьмя тяжами
прикрепляют к центральной стойке. Затем воду сливают. Понтон
опирается по краям на кронштейны, а в центре остается подвешенным
Рис. 7.20. Опорные конструкции понтона.
1 — поворотный кронштейн; 2 — внутренняя стойка; 3 — центральное опорное кольцо;
4 — ТЯЖ.
к стойке. В пространстве под понтоном ведут работы по сварке мон-
тажных швов понтона с нижней стороны и устанавливают стойки под
внутренним контуром двухдечной части понтона. Опоры стоек прива-
ривают к днищу, а высоту регулируют по уровню кронштейнов, при-
поднимая понтон домкратом или специальным винтовым приспособ-
лением. Отверстие в середине днища понтона уменьшают, приваривая
кольцевой элемент из листа. В центре приваривают цилиндрическое
кольцо, образующее горловину. В понтоне прорезают отверстия и вва-
ривают детали для пропуска пробоотборника и установки светового
и замерного люков, люка для прибора замера уровня.
В понтонах открытого типа опорные стойки прикрепляют к штуце-
рам, вваренным в днище понтона. Смонтированный понтон испыты-
вают при его пробных подъемах. Проверяют, чтобы все швы на
видимой части днища были непроницаемы и отсутствовала вода в
двухдечной части (в понтонах закрытого типа). Последнюю проверку
ведут через вваренные для этой цели пробки в каждом из сегментов.
176
Окончательно проверку на плотность соединений производят при
пробных подъемах и опусканиях понтона.
Одновременно наблюдают за плавностью движения понтона и его
горизонтальностью, проверяют изменения зазора по всей окруж-
ности на каждом поясе. Геометрическая форма корпуса выверяется
предварительно, она не должна превышать допусков, определенных
СНиП III-B.5—62*. Кроме того, следят за правильностью перемеще-
ния понтона по отношению к центральной стойке и вертикальным
частям технологического оборудования, проходящего сквозь понтон.
При обнаружении каких-либо неполадок в работе понтона испытания
прекращают и не возобновляют до выяснения и устранения причин
замеченных дефектов.
Плавающие крыши по конструкции аналогичны понтонам закры-
того типа. Основные принципы их монтажа остаются теми же. Отли-
чия в монтаже резервуаров с плавающими крышами сводятся к следу-
ющему. Жесткость верхней части корпуса обеспечивается кольцевой
площадкой, которую монтируют по мере разворачивания корпуса, под-
нимая по секциям при помощи крана. На плавающей крыше отсут-
ствует центральное отверстие, так как нет центральной стойки. В не-
которых конструкциях таких резервуаров для поддержания средней
части крыши после первого подъема водой предусматривается опуска-
ние опорных стоек через специальные люки в крыше. У верха стоек
имеются специальные головки, которые после опускания стойки раз-
водят до большего размера, чем диаметр лючка. При опускании
крыши ее средняя часть опирается на стойки. После слива воды стойки
прикрепляют к днищу резервуара путем приварки прутковых под-
косов. По окончании сборки и сварки понтона или плавающей крыши
в кольцевом пространстве монтируют уплотняющий затвор.
МОНТАЖ РЕЗЕРВУАРОВ
СО СФЕРОЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ И БЕЗМОМЕНТНЫМИ КРОВЛЯМИ
Для резервуаров со сфероцилиндрической кровлей (ДИСИ) и
с облегченной безмоментной кровлей основные листовые элементы
(днище, корпус) поставляются в виде рулонов и монтируются обыч-
ным способом.
Торосферическое покрытие монтируется путем последовательной
установки лепестков краном. В центральной части лепестки опи-
раются на верхнее кольцо монтажной стойки, а по периметру с по-
мощью ловителей совмещаются с верхней кромкой корпуса. После
подгонки очередной лепесток электроприхватками закрепляют в ука-
занных местах и к последующему лепестку.
При сборке крыш больших пролетов на период монтажа приме-
няют промежуточные опорные конструкции, поддерживающие сред-
нюю часть лепестка. Обращают внимание на правильность устройства
и равномерного натяжения анкерных болтов по окружности корпуса.
В резервуарах со сфероцилиндрической кровлей место сопряжения
днища и корпуса закрепляется анкерными болтами. Болты заделы-
ваются в бетонное заглубленное кольцо. Над отметкой днища они
177
возвышаются на 450—500 мм. При монтаже рулонных конструкций
днищ и корпусов анкеры обкладывают деревянными клетками, что
предохраняет их и рулоны от повреждений.
Лепестки сфероцилиндрической кровли имеют вид гибких тонко-
стенных (4—6 мм) секторов длиной до 6—8 м, провальцованных с за-
данной кривизной с большим радиусом у центра и меньшим на пери-
ферии. Такие лепестки устанавливают на место, соблюдая проектную
кривизну во всех частях кровли,
следующими способами:
1) одиночными лепестками;
2) блоками, укрепленными на
стендах;
3) собирают кровлю целиком в
нижнем положении.
Первый способ требует наимень-
ших подготовительных работ. Его
применяют обычно при монтаже
одиночных резервуаров, когда нет
смысла изготовлять сборочные стенды
и другие приспособления. Этот спо-
соб представлен на рис. 7.21.
Лепестки 2 кровли поступают
с завода готовыми в пакетах и рас-
кладываются на днище. К средней
части каждого лепестка приваривают
короткими швами на ребро мон-
тажный шаблон 3 из полосы 150 х
X 8 мм. Шаблон обеспечивает тре-
буемую форму лепестка на время
монтажа. К нему же крепят подъем-
ные тросы. Лепестки с шаблоном
поднимают последовательно один за
Рис. 7.21. Монтаж сфероцилин-
дрической кровли отдельными
лепестками.
другим краном или поворотной
стрелой 4. Каждый лепесток устанавливают периферийной частью
на верхнее обвязочное кольцо жесткости резервуара 1, а средней —
на кольцевую опору 5, имеющуюся на центральной монтажной стойке.
Радиально направленные кромки смежных лепестков соединяют
внахлестку. Точная установка элемента кровли обеспечивается фикса-
торами на верхнем и нижнем кольцах. Кромку, прилегающую к со-
седнему лепестку, прижимают и подгибают при помощи клиньев
и приваренных карманов из уголков, а затем соединяют прихватками.
Замыкающий (последний) лепесток укладывают с нахлесткой на пер-
вый и предпоследний листы. Сваривают соединения лепестков с вну-
тренней стороны резервуара прерывистыми швами со специальной
поворотной монтажной площадки 6. Для сварки стыков между лепест-
ками сверху применяют инвентарную легкую лестницу.
Монтаж завершается установкой центрального круглого листа
кровли и верхнего марша лестницы и разборкой центральной стойки.
178
На центральном листе устанавливают оборудование. Швы и весь
резервуар подвергают испытаниям.
Для сборки сфероцилиндрической кровли крупными блоками на
монтажной площадке изготовляют специальный стенд. Его устана-
вливают на днище, с тем чтобы собранные блоки было удобно подни-
мать при помощи поворотной стрелы. Стенд представляет собой кон-
струкцию, имеющую по верхнему контуру форму кривизны лепестков.
Отдельные лепестки (или их части — нижнюю и верхнюю) уклады-
вают на стенде и прижимают натяжными винтовыми и клиновыми
приспособлениями.
Сваривают сначала кольцевые соединения между нижней и сред-
ней частями, затем — нахлесточные радиальные. Готовый блок отсо-
единяют от стенда и поднимают на место установки. Для обеспечения
Рис. 7.22. Монтаж кровли, собранной внизу.
1 — телескопическая мачта; 2 — трактор; 3 — полиспаст; 4 — трос; 5 — оттяжки; 6 —
распорка; 7 — падающая стрела; 8 — рулон; 9 — тормозной трактор.
его устойчивости при подъеме используют траверсу с четырьмя кон-
цами. В некоторых случаях по краям блока приваривают временные
элементы жесткости. Опирание блоков и завершение монтажа произ-
водятся так же, как в первом случае. Центральную стойку иногда
оставляют в резервуаре приваренной к кровле, но обязательно пре-
дусматривают возможность ее свободного подъема при подъемах
кровли.
При сборке сфероцилиндрической кровли целиком внизу (рис. 7.22)
на развернутом днище монтируют мачту, вокруг нее размещают
каркас-шаблон и собирают всю кровлю, за исключением центрального
листа. На время подъема ее раскрепляют монтажными распорками
и при помощи полиспастов поднимают примерно на 0,5 м выше кор-
пуса. В этом положении ее закрепляют на мачте и расчаливают. Под-
нимают корпус. Затем кровлю опускают до проектного положения
и закрепляют.
При разворачивании корпуса его верхняя кромка должна касаться
нижнего борта кровли. Их соединяют прихватками. Такой метод мон-
тажа кровли довольно сложен. Он рекомендуется только для резер-
вуаров вместимостью до 700 м3.
179
При сооружении резервуаров с безмоментной кровлей, днище и
корпус монтируют обычным способом из рулонированных заготовок.
У верхней кромки корпуса с внутренней его стороны по мере монтажа
устанавливают (секциями длиной 4—6 м) кольцо жесткости из одного,
двух или четырех уголков в зависимости от вместимости резервуара.
Секции сваривают между собой, прижимают и приваривают к кор-
пусу. Этот элемент воспринимает радиальные нагрузки от кровли.
В центре резервуара устанавливают и закрепляют растяжками
постоянную стойку с коническим зонтом в верхней части, отметка
которого должна соответствовать проектной.
Специальные решения требуются для подъема весьма гибких тон-
костенных секторных элементов кровли из стали толщиной 2,5—3 мм.
Рис. 7.23. Монтаж безмоментной кровли с помощью двух
укосин.
Их обычно вырезают при монтаже из прямоугольного полотнища, по-
ставляемого с завода в виде рулона. Лепестки поднимают при помощи
траверсы с несколькими концами или приваривают к ним временные
жесткости. Подъем производят кранами или поворотными фермами —
укосинами (рис. 7.23), закрепленными на центральной стойке. Па-
раллельно монтируют по два лепестка с противоположных сторон.
Установив очередной лепесток в проектное положение, крюк подъем-
ного механизма не опускают, пока широкая часть лепестка не будет
приварена к кольцу у верхней кромки корпуса, а центральная —
к зонту. Все сопряжения лепестков с корпусом, зонтом и между собой
выполняются внахлестку.
Сборка, прихватка и сварка стыков между лепестками в безмо-
ментных кровлях затруднены из-за большой их гибкости. Для веде-
ния этих работ устраивают поворотную площадку.
180
§ 6. МОНТАЖ ТРАНШЕЙНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
При монтаже траншейных резервуаров соблюдается следующая
последовательность работ:
рытье котлована и устройство песчаной подушки с верхним гидро-
изоляционным слоем;
разворачивание полотнищ оболочки и нанесение на них антикор-
розийного покрытия;
укладка полотнищ в проектное положение, сварка и испытание
на плотность монтажных швов;
установка ферм, монтаж торцовых шпангоутов и связей;
заворачивание краев оболочки вокруг шпангоутов и приварка их
к каркасу;
монтаж перекрытия резервуара;
монтаж оборудования, испытания, нанесение гидроизоляции и за-
сыпка грунтом.
Устройство котлована под траншейный резервуар начинают со
снятия растительного слоя бульдозерами. Затем открывают сам кот-
лован экскаваторами, оборудованными ковшами и стрелами типов
драйглайн, скреппер или струг. Вынутый грунт к месту временного
отвала перемещают бульдозерами. Последние 10—15 см поверхности
откосов и дна для получения проектных размеров зачищают вруч-
ную. Грунтовую поверхность котлована покрывают песчаной по-
душкой толщиной 100 мм. Влажный песок подушки уплотняют
площадочными вибраторами или трамбовками. Поверх песчаной
подушки укладывают гидроизоляционный слой из смеси песка и би-
тума (мазута, обезвоженной нефти). Толщина гидрофобного слоя
100 мм. Его укладку с уплотнением трамбовками начинают с ниж-
ней части котлована.
Дно котлована должно иметь уклон 0,3%. По оси котлована уста-
навливают металлический контрольный лоток с тем же уклоном.
У верхнего края откосов котлована вынимают местами грунт
и устраивают железобетонные (монолитные или из блоков) фунда-
менты под опорные стойки. Для выполнения работ используют
трубоукладчик или кран. Пазухи возле фундаментов заполняют
грунтом и тщательно трамбуют. Площадку после этих работ зарав-
нивают, подготовляя фронт для монтажа стальной облицовки резер-
вуара.
Облицовка резервуара поставляется с заводов в виде полностью
сваренных автоматической сваркой полотнищ, свернутых в рулоны.
Толщина стальных листов облицовки составляет 4 мм. Число руло-
нов может быть различным. При поперечном расположении полот-
нищ вся оболочка весом до 58 т поступает в виде шести-семи полот-
нищ, свернутых по одному или нескольку в рулон. Более целесооб-
разно решение с продольным расположением всего трех полотнищ.
Практически возможна поставка всех полонищ в одном рулоне.
При поперечном раскрое и наличии достаточной площади на
площадке рулоны раскатывают рядом с котлованом. Затем двумя
181
тракторами — тяговым и тормозным — перемещают поперек котло-
вана, последовательно одно за другим на место укладки (рис. 7.24).
Для прикрепления троса к торцу полотнища используют траверсу.
Полотнища надвигают при минимальном касании их к гидрофоб-
ному слою, с тем чтобы не повредить его. Совмещают полотнища с на-
хлесткой около 40 мм.
Рис. 7.24. Монтаж оболочки траншейного резервуара вме-
стимостью 5000 м3 с поперечным расположением рулонов.
1 — рулон; 2 — якорь; 3, 4 — тракторы надвижки и торможения
листа.
После опускания полотнище плотно прилегает к гидроизоля-
ционному слою по всему контуру траншеи. Надвижку последующих
полотнищ выполняют так же, но одну кромку полотнища перемещают
по кромке предыдущего. Практика показала, что кромки полотнищ
плотно прижимаются одна к другой и почти отсутствуют участки,
где требуется дополнительная их подбивка или прижатие клиньями.
182
Нижнюю поверхность полотнищ покрывают при монтаже гидро-
изолирующим покрытием (праймером и одним-двумя слоями битума).
Обычно в процессе разворачивания рулона покрытие наносят с по-
мощью окрасочных форсуночных установок. Если у края резервуара
места для размещения полотнищ недостаточно, можно развора-
чивать их одно на другом у торца резервуара. Затем полотнища
последовательно передвигают к месту укладки. Операцию выпол-
няют двумя кранами, приподнимая полотнище за концы, затем при
совместном повороте стрел, перемещая его по траншее. Задняя
кромка полотнища скользит по предыдущему полотнищу.
Чтобы не повредить гидроизоляционного слоя, под передний
край полотнища подкладывают бревна или доски. Каждое полот-
нище скрепляют с соседним прихватками или сборочными приспособ-
лениями.
В рассмотренном процессе значительные трудности представляет
монтаж торцовых оболочек. Полотнище должно образовать два
перегиба в углах котлована и совместиться кромками со смежным
полотнищем. Торцовые полотнища перед укладкой разрезают по
раскрою непосредственно на месте монтажа. Для формирования
перегибов применяют протаскивание груза (например, бетонного
блока весом 2 т) по временным направляющим или прилагают мест-
ные воздействия клином-бойком.
Монтаж оболочки резервуаров с продольными полотнищами
(рис. 7.25) несколько отличается от рассмотренных способов монтажа.
Полотнища могут быть развернуты как вдоль резервуара, так и в его
торце, а затем целиком надвинуты в проектное положение. При раз-
ворачивании рулонов нижнюю сторону полотнищ покрывают гидро-
изоляционным покрытием.
Плотность швов определяют впрыскиванием керосина в нахле-
сточные соединения, сваренные плотными швами с обеих сторон.
Затем вырезают ендову * по шаблону согласно раскрою. Полотнища
оболочки стаскивают в траншею на место двумя тракторами или
тракторными лебедками. Среднее полотнище разворачивают на од-
ном из торцовых полотнищ и вместе с ним перемещают в траншею,
где укладывают на место.
При монтаже облицовки из трех полотнищ общая трудоемкость
работ и сроки монтажа уменьшаются. Значительно сокращается
протяженность монтажных сварных соединений.
Смонтировав полотнища, выполняют сварку монтажных соеди-
нений. Кромки, как правило, плотно прилегают друг к другу или
требуют небольших усилий для прижатия. Из нахлесточных соеди-
нений удаляют путем продувки сжатым воздухом песок, грунт, гид-
рофобную смесь, которые могли попасть во время монтажа.
При поперечных полотнищах швы сваривают вручную или полу-
автоматом плотным швом электродами соответствующих марок.
* В данном случае — линия пересечения боковой и торцовой частей обо-
лочки.
183
4-Д
Рис. 7.25. Монтаж обо-
лочки при продольном
размещении полотнищ.
1 — боковое полотнище обо-
лочки; 2 — окрасочный рас-
пылитель.
При продольных полотнищах монтажные соединения можно свари-
вать под флюсом автоматами ТС-17М.
Сварные швы облицовки резервуара проверяют на плотность
вакуумным методом. Для этого применяют вакуум-камеры разных
размеров.
После сварки и проверки плотности швов на облицовке разме-
чают места установки ферм (над местами скрытых под оболочкой
фундаментов) и приваривают фиксирующие уголки. Монтаж ферм
покрытия ведут обычно краном со стрелой 30 м и соответствующей
грузоподъемностью. Фермы опирают опорными башмаками на обо-
лочку и расположенный под нею фундамент.
Фермы можно устанавливать двумя кранами, размещаемыми
с двух сторон траншеи. После установки их закрепляют временными
расчалками.
Связи, шпангоуты монтируют с помощью гусеничных и автомо-
бильных кранов.
Выверив и закрепив металлоконструкции, приступают к образо-
ванию боковых стенок путем заворачивания свободных краев обо-
лочки. Края оболочки с поперечным размещением полотнищ подтя-
гивают вверх автокраном и обтягивают вокруг шпангоутов с
помощью трактора, установленного с противоположной стороны ре-
зервуара. Поджатую оболочку прикрепляют к конструкции каркаса.
Подобным же образом (иногда с применением вспомогательных
мачт) поднимают край полотнища торцовых стенок. После этого
сопрягают с помощью угловых вставок и сваривают криволиней-
ные поверхности оболочек в углах резервуара.
Несколько сложнее монтировать боковые стенки при продоль-
ном расположении полотнищ оболочки. В этом случае приходится
поднимать одновременно край полотнища по всей 50-метровой длине
резервуара. Проектом производства работ для этого предусматри-
вается прикрепление на скобах жесткого элемента — трубы к краю
полотнища и установка вдоль длинной стенки на смонтированном
каркасе ряда легких стрел — шевров (рис. 7.26). Тяговые тросы
от вершины шевров прикрепляют к краю оболочки. При натяжении
подъемных тросов тракторами или ручными лебедками все шевры,
одновременно поворачиваясь, поднимают край полотнища и под-
жимают его к корпусу. После этого производят подгонку, подрезку и
сварку швов в ендовах, а также испытание их на плотность керосином.
В качестве несущих элементов покрытия в резервуаре приме-
няют сборные железобетонные балки пролетом 18 м, опирающиеся
на ограждающие стенки. По балкам укладывают пустотелые железо-
бетонные плиты покрытия.
Швы между плитами затирают цементным раствором. Поверх
плит делают цементную стяжку толщиной 20 мм и замок из глины
слоем 100 мм. Резервуар засыпают грунтом.
В резервуарах с металлическими конструкциями покрытие по-
ступает отдельными щитами. Щиты укладывают на фермы краном
и сваривают между собой и с несущими конструкциями.
185
Плотность швов кровли проверяют путем повышения давления
воздуха внутри резервуара (при его гидравлических испытаниях)
и обмазки мыльным раствором.
Окончательное испытание траншейных резервуаров на прочность
и плотность производят водой. (До этого, как указывалось выше,
испытывались на плотность оболочка, кровля и монтажные швы.)
Резервуар заполняют водой до проектного уровня хранения нефте-
продукта и наблюдают за его осадкой, поведением конструкций,
Рис. 7.26. Заворачивание кромки продольного полотнища легкими шеврами.
1 — оболочка; 2 — тросовая тяга; 3 — шевр; 4 — труба — жесткость; 5 — трос к трактор-
ной или ручной лебедке; 6 — отводной блок.
уровнем воды и ее появлением в контрольном лотке, уложенном
под облицовкой по оси резервуара. Испытание длится 72 ч. В дре-
нажном колодце не должно быть поды. Если она появилась, ее сле-
дует откачать, а затем следить за скоростью ее прибывания. Резер-
вуар с неплотностями следует опорожнить, оболочку вновь прове-
рить вакуум-камерами или нагнетанием воздуха под нахлесточные
соединения оболочки и устранить все места течи. После этого произ-
водят новое гидравлическое испытание.
§ 7. МОНТАЖ ГАЗГОЛЬДЕРОВ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ
МОНТАЖ МОКРЫХ ГАЗГОЛЬДЕРОВ
В настоящее время в СССР все мокрые газгольдеры сооружают
с применением рулонированных конструкций. Конструкции днища
и стенки резервуара, а также стенок телескопа и колокола изготов-
186
ляются на обычных установках по технологии, рассмотренной
выше.
Днища газгольдеров поставляются в виде рулона, в который
свернуто одно-два (объем до 3000 м3) или три-четыре (объем свыше
6000 м3) полотнища, обычно с приваренными к ним утолщенными
окрайками. В отдельных случаях окрайки днищ поступают отдельно
в виде сегментов. Стенка резервуара газгольдера подобна корпусу
нефтерезервуара. Наибольшая толщина листов нижнего пояса —
12 —14 мм, толщина верхних поясов 4—5 мм.
Конструкции кольцевых гидрозатворов телескопа и колокола,
а также кольцевые площадки поставляются блоками. Эти конструк-
ции затем укрупняются на монтажной площадке.
Настил тонколистового покрытия колокола обычно поставляется
отдельными листами. Иногда для сборки настила кровли исполь-
зуют рулонированные заготовки. Более толстые окрайки кровли
поставляются в виде обрезанных на заводе сегментов.
Подготовляя площадку к монтажу газгольдеров, выполняют
строительные работы и выверяют железобетонный фундамент, полу-
чают и складывают в должном порядке все металлоконструкции,
отводят площадки для укрупнительной сборки конструкций, подво-
дят линии электро- и водоснабжения.
Днища однозвенных газгольдеров небольшого объема монтируют
так же, как и днища обычных резервуаров. Рулоны днищ газголь-
деров объемом 6000 м3 и более, состоящие из трех-четырех частей,
последовательно разворачивают и размещают в проектное положе-
ние на основании, затем сваривают монтажные стыки.
Размечают днища стальной рулеткой с помощью специально
натягиваемого троса или жесткого циркуля, закрепляемых одним
концом к штырю в центре днища. По краю днища наносят концен-
трические окружности, соответствующие наружному радиусу стенки
резервуара, наружному и внутреннему краям подкладных балок,
наружному радиусу стенки колокола, а в трехзвенных газгольдерах —
и наружному радиусу телескопа. Кроме того, на днище намечают
ось, проходящую через его центр и центр шахтной лестницы. При
этом учитывают положение газовых приемников. От оси на соответ-
ствующих окружностях по хордам отмечают расстояния, определяю-
щие положение начальных кромок рулонов, места установки под-
кладных балок, внутренних направляющих и опорных стоек.
Завершив разметку, на днище устанавливают в вертикальное
положение рулоны стенок резервуара, телескопа и колокола. Рулоны
поднимают трактором и А-образной стрелой или кранами соот-
ветствующей грузоподъемности (рис. 7.27).
Разворачивают рулон резервуара обычным способом на под-
доне с помощью трактора. Развернув полотнище на 10—12 м краном,
устанавливают первую секцию кольцевой площадки и внутренние
направляющие телескопа. Для подготовки площадки, приварки
кронштейнов, закрепления направляющих используют специаль-
ные монтажные люльки и подвесные подмостки. Последующие секции
187
площадки и направляющие монтируют таким же образом по мере
разворачивания корпуса и резервуара.
Подкладные двутавровые балки устанавливают по намеченным
рискам с внутренней стороны у развернутого корпуса резервуара
и приваривают прерывистым швом. На них укладывают опорное
кольцо телескопа, заранее укрупняемое из нескольких частей. От-
метки окружности телескопа с днища переносят на опорное кольцо
при укладке очередного участка. В двухзвенных газгольдерах затем
монтируют телескоп. Рулон телескопа при подъеме в вертикальное
положение устанавливают на постамент высотой 320 мм. Вместе
Рис. 7.27. Установка рулонов в вертикальное
положение при помощи крана.
с постаментом рулон придвигают тракторами вплотную к опорному
кольцу и разворачивают трактором через отводные блоки, а иногда
с применением полиспаста. При этом нижняя кромка упирается
в ограничительные уголки на опорном кольце.
Верхнюю часть стенки телескопа прикрепляют к корпусу резер-
вуара временными распорками. У развернутой части стенки теле-
скопа устанавливают направляющие колокола, а в верхней части
монтируют краном секции верхнего блока гидрозатвора. Положение
гидрозатвора выверяют отвесами и временно закрепляют распорками
к верхней части стенки резервуара.
Рулон стенки, колокола разворачивают так же, как и рулон
телескопа, трактором через отводные блоки и при необходимости
используют полиспаст. Нижнюю кромку прижимают к фиксаторам
и закрепляют прихватками. Положение верхней кромки фиксируют
распорками, временно привариваемыми между колоколом и верти-
кальным листом затвора телескопа. У развернутой части полотнища
устанавливают стойки колокола. К стойкам предварительно прива-
ривают опорные детали для опирания стропильных ног перекрытия
колокола.
188
Покрытие колокола монтируют из укрупненных блоков, заранее
собранных на специально спланированной площадке. Стропильные
ноги, опирая на сборочные козла, ставят в проектное положение,
затем монтируют остальные элементы покрытия. После полной вы-
верки сваривают узловые соединения. Затем монтажные блоки —
секторы покрытия краном и специальными стропами или травер-
сами поднимают и устанавливают на место (рис. 7.28). Нижние
концы стропильных ног крепят болтами, затем сваркой к опорным
столикам на стойках телескопа, а центральную часть покрытия
опирают и приваривают к центральному кольцу, укрепленному
Рис. 7.28. Монтаж укрупненного сектора покры-
тия колокола.
на временной монтажной стойке. Просветы между смонтированными
секторами покрытия заполняют прогонами и связями поэлементно.
При предварительной сборке и установке на место конструкциям
покрытия придается строительный подъем, равный:
для газгольдеров объемом 100—600 м3................... 50 мм
» » » 1000—3000 м3 ............... 75 »
» » » 6000—20 000 м3........... . 100 »
» » » 30 000 м3......................150 »
Строительный подъем обеспечивается установкой центрального
кольца покрытия на монтажной стойке с соответствующим превыше-
нием высотной отметки по сравнению с проектной. Одновременно
ведется монтаж окрайков покрытия колокола, также укрупняемых
в кондукторе. Тонкие листы кровли подают наверх пакетами или
укрупненными партиями из нескольких сваренных внизу листов.
Настил кровли сваривают на месте. Все оборудование на кровле
колокола (люки, колпаки, свечи) приваривают только к настилу.
189
На кровле колокола монтируют площадки, на которых разме-
щают грузы. Грузы же для установки у нижней части стенки коло-
кола подают краном через проем в кровле.
Укрупненными блоками устанавливают и приваривают балконы
площадки опорного кольца телескопа.
Внешние направляющие газгольдера монтируют панелями из
двух вертикальных элементов, соединенных ригелями и связями.
Панели предварительно собирают на стеллажах вблизи газгольдера.
Панели, имеющие значительную высоту, поднимают и устанавливают
Рис. 7.29. Монтаж внешних направляющих газгольдера.
одним или двумя кранами с соответствующими стрелами. Тра-
версу для подъема панелей крепят не в верхних узлах, а на неко-
торой высоте над центром тяжести панели, что позволяет применять
краны с меньшей стрелой, чем полная высота панели.
Каждую панель внешних направляющих .устанавливают на свои
опорные детали, фиксируют на них, а верхнюю часть раскрепляют
четырьмя расчалками. Расчалками выполняют рихтовку направляю-
щих. Проектное положение панелей проверяют теодолитом и отве-
сами. В промежутках между панелями монтируют ригели и связи,
после чего сваривают все монтажные соединения. Монтаж направляю-
щих показан на рис. 7.29.
Верхние и нижние ригели подают краном к местам установки
и закрепляют на проектных болтовых соединениях, которые до-
пускают их регулировку по направляющим. Газовый стояк устанав-
ливают с кровли колокола до монтажа внешних направляющих.
Наиболее прогрессивным в настоящее время следует признать
способ одновременного разворачивания всех стенок, предложенный
190
монтажником В. Ф. Бардаковым (рис. 7.30). Способ заключается
в том, что основные монтажные работы по разворачиванию стенок
резервуара, телескопа и колокола со всеми сопутствующими опера-
циями ведутся параллельно, т. е. разворачивание стенки резервуара
всего на 10—15 м опережает монтаж стенки телескопа, за которым
в свою очередь разворачивают стенку колокола. Рулоны развора-
чивают с помощью одной лебедки или трактора, трос от которого
легко направить к каждому из рулонов. Для большинства осталь-
ных операций используют сравнительно небольшой кран. На круп-
ных двухзвенных газгольдерах монтаж ведут три звена по три-
четыре слесаря-монтажника 4—5 разряда в каждом звене.
Рис. 7.30. Одновремен-
ное разворачивание ру-
лонов мокрого газголь-
дера.
1 — внутренние направля-
ющие резервуара; 2 — дни-
ще; 3 — двутавровые под-
кладки; 4 — рулон коло-
кола; 5 — тяговый трос на
тракторную лебедку; 6 —
центральная монтажная
стойка; 7 — стропила по-
крытия колокола; 8 — гид-
розатвор колокола; 9 —
окрайки покрытия колокола;
10 — гидрозатвор телескопа;
и — обслуживающая пло-
щадка резервуара.
Первое звено ведет разворачивание всех трех рулонов. После
того как полотнище стенки резервуара развернуто на 10—15 м,
открывается фронт работ для второго звена, которое устанавливает
на корпусе резервуара внутренние направляющие, подкладные
балки под нижнее опорное кольцо телескопа и подготовляет первому
звену фронт для разворачивания рулона телескопа. Третье звено
готовит фронт работ для разворачивания рулона колокола, монтируя
на подкладках гидрозатвор колокола.
По мере разворачивания стенки резервуара монтируют кольце-
вые площадки, внутренние направляющие, подкладки и опорное
кольцо телескопа.
При разворачивании стенки телескопа устанавливают внутрен-
ние направляющие и укрупненные секции гидрозатвора, а на под-
кладках — гидрозатвор колокола.
При разворачивании стенки колокола монтируют опорные стойки
и перекрытие. Качество монтажа постоянно контролируется. Выве-
ренные участки соединяют по верху временными распорками, что
повышает общую жесткость и неизменяемость всех смонтированных
191
элементов. Нижние кромки полотнищ приваривают электропри-
хватками.
Монтаж газгольдеров данным способом рассчитан на максималь-
ное совмещение работ, что сокращает сроки их выполнения.
В ходе монтажа днище испытывают на плотность вакуум-каме-
рой, стенки резервуара и кровли — керосином, а гидрозатворы —
путем налива воды. Общие испытания газгольдера нагнетанием воз-
духа проводят после нанесения антикоррозийных покрытий. При
этом проверяют работу подвижных звеньев, плотность сварных швов
колокола и телескопа. В течение семи суток газгольдер испытывают
на утечку воздуха.
Особое внимание при общем испытании газгольдера обращают
на плавность подъема звеньев без заеданий и перекосов. Заедание
обнаруживают либо по увеличению давления воздуха в трубопроводе
на входе в газгольдер при сохранении уровня его заполнения по-
стоянным, либо по снижению давления воздуха при неизменном
уровне колокола. В случае обнаружения заедания необходимо,
поддерживая нужный уровень давления, плавно опустить подвиж-
ные звенья и ликвидировать причины нарушения нормальной работы.
Заедание может быть обнаружено также по снижению давления
воздуха в газгольдере при неизменном уровне колокола. Увеличив
подачу воздуха в газгольдер, удерживая колокол на одном уровне,
а затем осторожно поднимая его выше отметки заедания, послед-
нее ликвидируют. Во всех случаях проверяют состояние направляю-
щих и роликов, наличие перекоса у подвижных звеньев.
В соответствии со строительными нормами допустимая величина
перекоса подвижных звеньев газгольдера составляет 1 мм на 1 м
диаметра.
Работа подвижных звеньев газгольдера может нарушаться в ре-
зультате следующих причин:
отклонения внешних направляющих от вертикальности;
криволинейности ездовых балок внешних направляющих;
неправильной установки роликов;
отклонения от правильной геометрической формы цилиндриче-
ских оболочек телескопа и колокола;
несимметричного расположения пригрузки колокола;
плохой смазки роликов.
На величину зазоров может также влиять ветер, воздействую-
щий на звенья в поднятом состоянии. Со стороны ветра ролики
могут несколько отойти от направляющих, а на противоположной
стороне — прижаться вплотную.
Перекос колокола может быть выполнен при замере по всему
периметру уровня воды в гидрозатворе. При подъеме колокола
ведут наблюдения и принимают меры, чтобы паровая обвязка, обо-
гревающая воду в гидрозатворе телескопа, не терлась о стенки ко-
локола. Если при верхнем положении колокола давление внутри
него будет меньше проектного, колокол догружают дополнительными
грузами, располагая их равномерно по периметру.
192
Сварные швы телескопа и колокола при их подъеме проверяют
путем покрытия мыльной эмульсией. Места утечек воздуха через
стенки колокола и телескопа можно обнаружить по пузырькам
перед выходом этих участков из воды. Величину утечки воздуха
определяют с учетом поправки на барометрическое давление и давле-
ние водяных паров по следующей формуле:
273 (В — Дпар + Р)
750(273 + 0
(7.9)
где Vo — нормальный объем сухого воздуха (в м3) при температуре^
0° С и давлении 760 мм рт. ст.; Vt — измеренный объем воздуха
(в м3) при средней температуре, барометрическом давлении В (в мм
рт. ст.) и среднем давлении воздуха в газгольдере р (в мм рт. ст.);
Рпар — парциальное давление водяных паров, находящихся в воз-
духе при температуре t и давлении В (в мм рт. ст.); t — средняя
температура воздуха, определяемая как среднее арифметическое
замеров температур в разных местах под крышей колокола (не менее
трех).
При небольшой разнице температур в начале и конце испыта-
ния /?пар можно не учитывать.
В этом случае вычисление производят по формуле
у = у 273 (В+р)
0 /50(273 + ^)*
(7.10)
В процессе семисуточного испытания газгольдера каждое утро
производят контрольные промежуточные замеры и определяют
утечки воздуха.
Утечку воздуха, определенную в конце испытания, пересчиты-
вают на соответствующую утечку газа путем умножения величины
утечки воздуха на рв/рг, гДе Рв — плотность воздуха; рг — плот-
ность газа.
Газгольдер считается выдержавшим испытание на плотность,
если полученное в результате пересчета значение утечки газа при
непрерывном испытании за семь суток не превышает 3% для газ-
гольдеров объемом до 1000 м3 включительно и 2% для газгольдеров
объемом 3000 м3 и выше. Величина утечки относится к номиналь-
ному объему газгольдера.
После испытания на плотность подвижные звенья газгольдера
проверяют на быстроту их опускания, для чего нужно приоткрыть
один из его смотровых люков. Скорость опускания должна быть
1—1,5 м/мин.
При сдаче газгольдера в эксплуатацию оформляется следующая
техническая документация:
1) сертификаты завода-изготовителя;
2) акт приемки кольцевого фундамента и искусственного осно-
вания;
3) акт приемки антикоррозийной защиты днища газгольдера;
4) акт испытания днища;
193
5) акт испытания корпуса резервуара;
6) акт испытания гидравлических затворов;
7) акт испытания звеньев газгольдера и газовых вводов на утеч-
ку воздуха и газа;
8) акт приемки сделанной части грозовой защиты;
9) журнал производства электросварочных работ с указанием
атмосферных условий во время производства работ;
10) материалы по испытанию сварщиков и заключения по резуль-
татам испытания сварных швов просвечиванием или другими ме-
тодами;
11) комплект рабочих чертежей с внесенными в них отступлениями
и дополнениями к проекту.
МОНТАЖ ГАЗГОЛЬДЕРОВ
С ВИНТОВЫМИ НАПРАВЛЯЮЩИМИ
По типовым проектам винтовых газгольдеров объемом от 1000
до 30 000 м3, разработанным институтом «Проектстальконструк-
ция», предусмотрено изготовление всех основных листовых элементов
в виде рулонированных заготовок. Монтаж этих элементов произ-
водится описанными выше способами. Однако необходимо соблюдать
все мероприятия, обеспечивающие повышенную точность цилиндри-
ческих оболочек, так как они непосредственно служат базой для
крепления направляющих.
Для изготовления винтовых направляющих предложены следу-
ющие способы: гибка в гибочных вальцах с установкой заготовки
под углом 45° к осям валков; гибка на прессах с использованием спе-
циальных матриц и пуансонов; гибка на вальцах с размещением
нескольких заготовок между плоскими листами; сварка направля-
ющей из отдельных элементов.
В допусках при изготовлении направляющих отклонения от оси
винтовой линии принимаются ± 2 мм на каждые 3 м.
Перед установкой винтовых направляющих на стенках керном
делают наметку их осей и на расстоянии 400—500 мм еще двух па-
раллельных рисок. Наиболее удобно делать наметку во время изго-
товления рулонных заготовок, когда полотнища находятся в гори-
зонтальной плоскости. Точная разбивка осей очень важна, ибо при
непараллельности направляющих возможно их заедание в роликах.
Угол наклона направляющих составляет 45° с допуском не более 5 .
Винтовые направляющие должны плотно прилегать к оболочке
телескопов или колокола. В предусмотренных проектом местах под
направляющей устанавливают подкладки. Винтовую направляющую
приваривают к оболочке на всю длину сплошными швами с катетом
3—4 мм.
Допускается изменение расстояния между направляющими в пре-
делах 50 мм при строгом соблюдении их параллельности.
Важными деталями винтовых газгольдеров являются парные
ролики, между которыми закрепляется винтовая направляющая.
194
Опорная плита парных роликов приваривается к верхней плос-
кости верхнего гидрозатвора или к консольной площадке резервуара
в местах, строго определяемых по специальному шаблону. Прорезь
шаблона охватывает профиль винтовой направляющей. При этом
определяется место приварки опорной плиты. Затем на нее устанав-
ливают и закрепляют на болтах станину с парными роликами.
МОНТАЖ СУХИХ ГАЗГОЛЬДЕРОВ
Газгольдеры с гибкой секцией сооружаются по проектам инсти-
тута «Проектстальконструкция», предусматривающим емкости от
100 до 20 000 м3. В проектах использован прогрессивный отечест-
венный метод заводского изготовления листовых конструкций —
корпуса, днища газгольдера, днища шайбы — в виде рулонирован-
ных заготовок. Соединение листов предусмотрено на сварке, что су-
щественным образом изменило технологию монтажа таких газголь-
деров.
Рулонная заготовка стенки изготовляется из листов толщиной
5 мм. Максимальная длина рулона 17,9 м.
Процессы монтажа днища, подъема и разворачивания рулона
стенки аналогичны рассмотренным выше.
Газгольдер монтируют на песчаном основании, покрытом гидро-
фобным слоем, имеющем коническое повышение к центру. Днище
разворачивают, собирают и сваривают из двух половин. Толщина ли-
стов днища 6 мм. Коническую форму днища обеспечивают изменением
величины нахлестки в монтажном соединении между частями днища.
Чтобы усилить жесткость стенки, к ней с наружной стороны по
мере разворачивания прикрепляют несколько горизонтальных ко-
лец жесткости из швеллеров, изогнутых в плоскости стенки.
Рядом с корпусом устанавливают шахтную лестницу, служившую
каркасом для сворачивания полотнища. Стенку к днищу привари-
вают угловыми швами.
Кровлю монтируют из гнутых по радиусу стропил из швеллеров
или двутавров, между которыми устанавливают распорки из швел-
леров.
Каркас собирают на конструкциях шайбы, а затем поднимают
на место и приваривают посредством косынок к стенке газгольдера.
На каркасе раскладывают и сваривают окрайки кровли и затем
листы настила кровли толщиной 3 мм. Листы настила сваривают
между собой и приваривают к каркасу проплавными швами. Для
монтажа кровли используют краны или систему лебедок.
На кровле монтируют люки, коробки натяжных приспособлений
для канатов, коробку газосборного устройства, молниеотводы. По
мере разворачивания корпуса на днище укладывают подкладные
опорные балки, на которые опирается шайба в ее нижнем положении.
Днище шайбы разворачивают из рулонированной заготовки
толщиной 5 мм. К днищу в центре приваривают кольцо—опорный
барабан, от которого радиально расходятся двутавровые балки
195
каркаса днища, соединенные распорками из уголков. На этих же
балках располагают от одной до трех кольцевых площадок из гнутых
уголков для установки бетонных грузов.
Рис. 7.31. Креп-
ление гибкой сек-
ции.
а — верхний, б —
нижний уэлы.
1 — резервуар; 2 —
шайба; 3 — днище
шайбы; 4 — гибкая
секция; 5 — уголок
крепления к стенке
резервуара; 6 — при-
жимные планки; 7 —
уголок крепления
к шайбе; 8 — защит-
ная стенка; 9 — шту-
цер для спуска кон-
денсата.
Гибкая секция из прорезиненной ткани поставляется заводом
в виде готовой цилиндрической манжеты. Манжету разворачивают
из упаковки и вывешивают по периметру стенки на стальных кана-
тах. Верхнюю утолщенную часть оболочки подгоняют и прикрепляют
да болтах к кольцевому крепежному уголку резервуара (рис. 7.31, а).
Нижний утолщенный край оболочки прикрепляют также на болтах
к кольцевому уголку на краю днища шайбы (рис. 7.31, б). В местах
196
постановки болтов в оболочке по месту пробивают отверстия. Бла-
годаря многослойности утолщенных краев манжеты происходит ее
сжатие и достигается надежное уплотнение в местах закрепления.
Кроме того, места соприкосновения оболочки с металлом в участках
крепления промазывают клеем и прокладывают полосками сырой
резины.
По периметру шайбы монтируют цилиндрическую защитную
стенку. Монтаж заканчивается протяжкой тросов системы, обеспе-
чивающей горизонтальность положения шайбы при ее перемещениях
через ролики. Испытание газгольдера производят по специальной
инструкции.
§ 8. ИЗГОТОВЛЕНИЕ И МОНТАЖ РЕЗЕРВУАРОВ
И ГАЗГОЛЬДЕРОВ ПОВЫШЕННОГО ДАВЛЕНИЯ
ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ
Заводское изготовление основного элемента резервуаров — обо-
лочки заключается в придании плоским стальным листам сфериче-
ской формы и обрезке по заданным очертаниям кромок с соответ-
ствующей их обработкой. Последовательность и методы выполнения
этих операций зависят от раскроя оболочки, толщины металла, ос-
нащенности заводов и принятой технологии.
Основной процесс — гибка заготовок с двоякой кривизной —
может выполняться следующими способами:
горячей или холодной штамповкой на прессах;
горячей или холодной вальцовкой;
обработкой давлением с помощью взрыва, электрогидравличе-
ского эффекта и др.
За рубежом для изготовления заготовок сферических резер-
вуаров и газгольдеров объемом до 50 000 м3 с давлением 2,5—6—
18 кгс/см2 наиболее распространен метод холодной штамповки
с постепенным формированием лепестков на прессах мощностью
от 750 до 3000 тс (рис. 7.32).
В СССР до недавнего времени лепестки для оболочек сфери-
ческих емкостей изготовлялись только методом горячей штамповки
на прессах значительной мощности с пуансоном и матрицей боль-
шой площади. При этом способе изготовления заготовки перед
штамповкой нагревают до 850° С. Кромки обрабатывают ручной
или автоматической кислородной резкой и тщательно зачищают
от шлака. На заводе производят контрольную сборку половины
сферы, во время которой подгоняют все соединения и делают марки-
ровку для сборки оболочки при монтаже.
В настоящее время в СССР заготовки для сферических резервуа-
ров вместимостью 600 и 2000 м3 с толщиной оболочки до 16 мм
изготовляют методом холодной вальцовки, предложенным Г. С. Са-
бировым. Основным оборудованием при этой технологии являются
вальцы. Оси двух рядов валков располагаются по окружностям,
концентричным кривизне изготовляемой оболочки. Валки верхнего
197
и нижнего рядов имеют специальную форму, обеспечивающую при-
дание заготовке нужной кривизны.
Заготовки лепестков вырезаются полуавтоматическими резаками
на всю длину (от нижнего до верхнего днища оболочки). Листы,
из которых вырезают заготовку лепестков, предварительно сва-
ривают автоматической сваркой. Заготовки раскраивают по шабло-
нам. Очертания шаблонов рассчитаны так, что после вальцовки
Рис. 7.32. Штамповка лепестков оболочки сфе-
рических резервуаров на гидравлическом прессе.
обеспечиваются требуемые размеры лепестков без какой-либо до-
полнительной обработки.
Формообразование сферического лепестка производится за один
проход через вальцы. Для укладки плоской заготовки и приема
свальцованного лепестка вальцы оборудованы стеллажами и роль-
гангами.
Метод холодной вальцовки сферических лепестков отличается
рядом достоинств.
1 Не требуется сложного и дорогостоящего оборудования.
2. Отпадает необходимость в дополнительном расходе энергии
на нагрев заготовки (в случае горячей штамповки).
198
3. В несколько раз повышается производительность процесса
формообразования лепестков.
4. Сочетание предварительной обрезки кромок по шаблону с про-
цессом вальцовки обеспечивает жесткие допуски в размерах и пол-
ную взаимозаменяемость лепестков.
5. Увеличение размера лепестков создало условия для сокраще-
ния трудоемкости и сроков монтажа сферических резервуаров.
Изготовление оболочек для каплевидных резервуаров отличается
некоторыми особенностями. Толщина металла оболочки сравни-
тельно невелика (до 8 мм). Однако лепестки должны иметь кривизну,
различную в меридиональной и экваториальной плоскостях.
Для изготовления лепестков каплевидных резервуаров можно
использовать холодную и горячую штамповку, штамповку взрывом
или гидродинамический эффект. Возможно применение способа хо-
лодной вальцовки на специальных вальцах, допускающих перена-
ладку на вальцовку лепестков с различной кривизной.
Для некоторых каплевидных резервуаров вместимостью 2000 м3,
сооруженных в СССР, применялась упрощенная технология изгото-
вления лепестков. Сначала заготовке из плоских листов на цилиндри-
ческих вальцах придавали кривизну в одном направлении. Затем
каждый лепесток на специальном штампе с пуансоном, прижимае-
мым винтами, получал формовку в другой плоскости кривизны.
Заготовки для оболочек горизонтальных и вертикальных газ-
гольдеров высокого давления постоянного объема выполняют обыч-
ным оборудованием котельных заводов. Эти конструкции отличаются
большой толщиной стенок и сравнительно небольшими габаритами.
Полусферические днища выполняются горячей штамповкой в мощ-
ных прессах, причем матрица и пуансон имеют размеры, соответ-
ствующие конечным размерам днищ. Кромку днищ обрабатывают
после штамповки. Эту операцию производят на больших карусель-
ных станках.
Обечайки цилиндрической части вальцуют на цилиндрических
вальцах из прямоугольных заготовок. Форма обработки кромок
зависит от толщины металла и технологии сварки.
Из-за больших размеров сосудов такого типа (диаметр состав-
ляет 3,2 м) их собирают и сваривают целиком на заводе. Сборку
выполняют с помощью приспособлений со струбцинами сборочными
скобами. Кромки соединяют прихватками. Сварку производят авто-
матами под слоем флюса. Газгольдер при этом размещают на ролико-
вом стенде, обеспечивающем его вращение с нужной скоростью.
Металлические конструкции сферических и каплевидных резер-
вуаров (опоры, площадки, жесткости, лестницы) изготовляют на
заводах, как обычные металлоконструкции.
Сферические днища газгольдеров постоянного объема иногда
выполняют из двух частей, которые соединяют на прихватках.
Затем обе части временно на прихватках объединяют в сферу и сва-
ривают ее автоматической сваркой, вращая на манипуляторе (за
исключением стыка между полусферами).
199
МОНТАЖ РЕЗЕРВУАРОВ И ГАЗГОЛЬДЕРОВ
ПОВЫШЕННОГО ДАВЛЕНИЯ
Сферические резервуары и газгольдеры
монтируют на площадке из отдельно поставляемых лепестков путем
их сборки и последующей сварки.
В зарубежной практике принята сборка оболочки методом по-
степенного наращивания отдельных лепестков или укрупненных
скорлуп от экваториального пояса к полюсам. Сборку осуществляют
непосредственно на проектных фундаментах. Сварку выполняют
вручную в несколько слоев снаружи и изнутри.
В отечественной практике при монтаже сферических резервуаров
вместимостью 600 и 2000 м3 применяют полностью автоматическую
сварку под слоем флюса при их вращении на манипуляторах. Такое
прогрессивное решение сопровождалось разработкой эффективных
методов монтажа с максимальным (последовательно совершавшимся)
укрупнением монтажных элементов, вплоть до полусферы.
Для сферических резервуаров и газгольдеров вместимостью
4000 м3 и более разрабатываются методы полностью механизиро-
ванной сварки в среде защитных газов или порошковыми проволо-
ками.
Рассмотрим две наиболее распространенные в СССР схемы мон-
тажа сферических резервуаров вместимостью 600 м3: 1) из лепестков,
изготовленных горячей штамповкой, и 2) из лепестков, изготовлен-
ных холодной вальцовкой. При первом раскрое па монтаж посту-
пает для сборки 28 элементов (по 12 лепестков в каждом поясе и два
днища из двух элементов каждое). Такие резервуары используют
в качестве электродегидраторов с расчетным внутренним давле-
нием 7 кгс/см2. Тогда толщина лепестков из стали 09Г2С составляет
24 мм.
Перед подъемом лепестки обычно сваривают в блоки (по два-три
лепестка) на специальных шарнирпо-качающихся стендах (рис. 7.33).
Такие стенды позволяют сваривать швы автоматической сваркой
под слоем флюса, причем место сварки все время находится в поло-
жении, близком к горизонтальному. При наличии разделки кромок
с наружной стороны оболочки лепестки укладывают на выпуклую
раму стенда и наоборот. Обратная подварка швов выполняется
на таких же стендах с соответствующей рамой.
Весьма важной является правильная сборка лепестков в блоке,
для чего используют специальный жесткий шаблон.
Автоматическая сварка и подварка выполняется в несколько
слоев.
Шарпирно-качающийся стенд состоит из трех основных частей:
неподвижной нижней рамы с укосиной, качающейся на шарнирах
верхней рамы (сменной), и приводного механизма в виде лебедки
грузоподъемностью 1 тс с дополнительным редуктором. Лебедка
поднимает или опускает один из концов качающейся рамы в зависи-
мости от требуемого положения блока для сварки.
200
Блоки собирают с помощью крана в полусферы на лучевом стенде
(рис. 7.34). В центре стенда устанавливают стойку с приварен-
ным к ней днищем. По краю стенда размечают и фиксируют привар-
кой упоров окружность диаметрального сечения оболочки. Блоки
подают краном и устанавливают широкой частью на упоры внизу,
а узкой, верхней, частью — на монтажные планки, приваренные
к днищу. Сборку стыков ведут на клиновых сборочных приспособле-
ниях.
Рис. 7.33. Сварка лепестков в блоки на шарнирно-качающемся стенде.
Правильность геометрической формы полусферы проверяют шаб-
лоном, промеряют окружность по экватору. Колебания этого раз-
мера для нижней и верхней полусферы не должны превышать 20 мм.
Для последующей автоматической сварки швы на лучевом стенде
приходится подваривать вручную. Сначала сваривают меридиональ-
ные, а затем кольцевые швы.
Завершают сборку оболочки переворачиванием и установкой
нижней полусферы на фундамент или на временную опору, а затем
сборкой и установкой на нее верхней полусферы. Для подъема
полусфер используют два крана СКГ-30 или две мачты высотой
30 м каждая.
Для облегчения установки полусфер к верхней из них привари
вают отрезки уголка, являющиеся направляющими, а для подгонки
201
сборки и ручной подварки стыка по окружности резервуара устра-
ивают один ярус подмостей.
Автоматическую сварку резервуара выполняют трактором ТС-17М,
при сварке наружных швов его размещают в зените наверху
оболочки, а при сварке внутренних швов — внутри внизу.
Рис. 7.34. Сборка полусферы из блоков на лучевом стенде.
Рис. 7.35. Манипулятор со стальными роликами для
вращения оболочки резервуара вместимостью 600 м3.
Сварку выполняют на манипуляторах (рис. 7.35), обеспечиваю-
щих вращение всей оболочки с нужной скоростью и в заданном на-
правлении. Оболочку устанавливают на манипуляторе в определен-
ном положении, так чтобы свариваемый (меридиональный или эква-
20
ториальный) шов находился в вертикальной плоскости. Кольцевые
швы у днищ сваривают несколькими участками при их положении
в зените или в нижней части оболочки (при сварке с наружной или
внутренней стороны).
После сварки сферическую оболочку по отвесу, закрепленному
внутри, ставят в вертикальное положение и на домкратах манипуля-
тора опускают на опоры.
При монтаже оболочек сферических резервуаров из укрупненных
лепестков, изготовленных холодной вальцовкой, трудоемкость и про-
должительность работ значительно сокращаются благодаря умень-
Рис. 7.36. Сборка оболочки сферического резервуара из лепестков, изготовлен-
ных методом холодной вальцовки.
шению общего числа лепестков, их большому размеру (от днища до
днища), а также обеспечению взаимозаменяемости лепестков.
Оболочку, состоящую из 18 поясных лепестков, собирают на вре-
менном опорном кольце, закрепленном кронштейнами на девяти
проектных трубчатых стойках резервуара. Предварительно лепестки
на земле укрупняют по три в один блок, являющийся шестой частью
оболочки. Блоки с внутренней стороны сваривают вручную. Затем
на опорное кольцо устанавливают блоки в последовательности,
указанной на рис. 7.36. Для сборки блоков используются сборочные
приспособления обычного типа или специальные стяжные с пласти-
ной, пропускаемой сквозь зазор.
Корпус поднимают на катках манипулятора и сваривают его
примерно в таком же порядке, как рассматривалось выше. Пока
сваренная оболочка удерживается на домкратах манипулятора,
убирают временные кронштейны и опорное кольцо, оболочку опу-
скают на опоры в проектное полож-л i.e. Строго выверяют верти-
кальность оси оболочки, проходяще? ерез центры днищ.
203
Оболочку укрепляют на восьми выверенных стойках. Девятую
стойку временно снимают, чтобы убрать манипулятор, а затем опять
восстанавливают и прикрепляют к оболочке.
Накоплен значительный опыт монтажа сферических резервуаров
вместимостью 2000 м3 из 28 укрупненных вальцованных лепестков
и двух днищ из стали 09Г2С толщиной 16 мм. Диаметр такой обо-
лочки 16 м, вес 101,2 т. Оболочка опирается на 14 стоек. Монтируют
такие резервуары двумя способами. Первый из них такой же, как
и монтаж оболочки резервуара вместимостью 600 м3 из вальцован-
ных лепестков. Второй способ основан на установке лепестков
Рис. 7.37. Монтаж сферического резервуара
емкостью 2000 м3 с применением опорной стойки.
с вертикальной ориентацией. В начале монтажа на специальной
опоре укрепляют нижнее днище, а на нем — трубчатую монтажную
стойку с верхним днищем. Стойку раскрепляют тремя расчалками
и прикрепляют к ней поворотную монтажную люльку. По окруж-
ности устанавливают на фундаменте первую опорную стойку-ко-
лонну.
Лепестки предварительно укрупняют в 14 блоков в специальном
кондукторе. Для придания блоку жесткости на время монтажа
внутри его укрепляют временную распорку из трубы. Первый блок
поднимают в вертикальное положение краном СКГ-40 и крепят по-
средством сборочных планок и клиньев к днищам.
Последующие блоки собирают в таком же порядке, устанавливая
и временно крепя к блоку очередную опорную стойку (рис. 7.37).
204
Каждый блок прикрепляют на сборочных приспособлениях к дни-
щам, а одной кромкой — к предыдущему лепестку. Вес блоков
через временно прикрепленную стойку передается на фундамент*
Сборочные планки устанавливают на шайбы, заранее приваренные
у кромок лепестков с внутренней стороны. Для перемещения рабо-
чих при постановке закреплений используется люлька, смонтиро-
ванная в средней части стойки. С помощью лебедок люлька может
подниматься вблизи внутренней поверхности оболочки в вертикаль-
ной плоскости, а также вращаться вокруг центральной стойки*
Рис. 7.38. Манипулятор конструкции ВНИИМон-
тажспецстроя.
При сборке блоки соединяют также прихватками через каждые
250 мм с глубиной провара 4 мм, длиной 100 мм. Установку бло-
ков проверяют шаблонами. Затем блоки сваривают ручным подва-
рочным швом, демонтируют и удаляют трубы жесткости, централь-
ную монтажную стойку и монтажную люльку. Под собранной обо-
лочкой монтируют манипулятор для вращения ее при сварке.
Для резервуаров вместимостью 2000 м3 применяют манипулятор
конструкции ВНИИМонтажспецстроя (рис. 7.38), в котором обо-
лочка опирается на 16 пневматических колес большого диаметра*
Половина из них ведущие.
Пока сфера, освобожденная от внешних стоек, покоится на не-
подвижной опоре, подвижную часть манипулятора по кольцевому
рельсу поворачивают в нужное положение и с помощью четырех
гидравлических подъемников поднимают до соприкосновения с обо-
лочкой. После этого производится вращение шаровой оболочки
205
в нужной для сварки плоскости. Сварку выполняют трактором
ТС-17М, размещаемым в зените для сварки основного внешнего
шва или в нижней части сферы при сварке внутренних швов. Сва-
ренную оболочку устанавливают в проектное положение и прикре-
пляют к стойкам, после чего манипулятор демонтируют.
Монтаж шаровой емкости заканчивается установкой металло-
конструкций стоек, связей, лестницы, ограждений, а также врез-
кой люков, патрубков трубопроводов и технологического оборудо-
вания.
Монтаж и сварку сферических резервуаров как сосудов, работаю-
щих под давлением, ведут в соответствии с правилами Госгортех-
надзора.
Производится тщательный внешний осмотр всех швов снаружи
и внутри с исправлением замеченных дефектов (трещин, подрезов,
наплывов). Определенную часть швов (не менее 10%) подвергают
гамма- или рентгенографированию, в том числе всех пересечений
сварных швов. В отдельных случаях применяют 100%-ный контроль
швов ультразвуком.
Установив и закрепив резервуар на фундаменте и опорах, произ-
водят его гидравлические испытания. Все люки и штуцеры пере-
крывают или закрывают заглушками, а в верхней точке устанавли-
вают патрубок для выпуска воздуха. Затем патрубок закрывают
заглушкой. По манометру проверяют внутреннее давление (оно
должно быть на 50% выше рабочего давления). Спустя 5 мин проб-
ное давление снижают до рабочего. Производят тщательный осмотр
оболочки, отмечая дефекты. Исправляют дефекты после слива воды.
Затем повторяют испытание.
После испытаний и приемки резервуара производят окраску
его конструкций и, если предусмотрено проектом, наносят тепловую
изоляцию.
Монтаж каплевидных резервуаров вмести-
мостью 2000 м3 начинают с укладки на песчаное основание листов
днища. Основание уплотняют, смачивая водой, затем выверяют
по шаблону его чашеобразную форму. Верхний слой основания
толщиной 100 мм делают гидроизоляционным из смеси песка с би-
тумом. Днище монтируют из предварительно собранных и сваренных
карт. На монтаже каплевидных резервуаров обычно используют
установленную в центре монтажную стойку с краном-укосиной.
Стойку с укосиной закрепляют на центральной части днища,
смонтированной в первую очередь. Периферийные карты уклады-
вают с помощью крана-укосины. Ручную или полуавтоматическую
сварку нахлесточных соединений днища выполняют с одной внеш-
ней стороны, что требует особо тщательного соблюдения режимов
и контроля швов. Сначала сваривают меридиональные швы каждого
очередного кольца, затем это кольцо приваривают к предыдущему.
Для установки опорного кольца укладывают кольцевую плиту
шириной 1600 мм из заранее вырезанных секций из стали толщиной
10 мм. На плите монтируют конструкции опорного кольца, состоя-
206
щего из радиальных и кольцевых ребер, раскосов, верхнего и ниж-
него уголков опорного кольца.
Следующий этап работ — сборка при помощи крана-укосины двух
нижних поясов оболочки (от днища до опорного кольца), а также
их сварка. После этого внутри резервуара устанавливают 40 ребер
жесткости. Ребра приваривают к оболочке прерывистыми швами*
К каждому второму ребру прикрепляют на болтах 20 стоек каркаса*
Верхушку стоек присоединяют болтами к центральному кольцу
на монтажной стойке.
Затем последовательно снизу вверх монтируют остальные пояса
оболочки (рис. 7.39). На уровне каждого пояса устанавливают
кольцевые связи.
Рис. 7.39. Монтаж каплевидного резервуара.
Четвертый и пятый пояса оболочки собирают и сваривают с под-
мостей, укрепляемых на временных стойках или кронштейнах.
Шестой—девятый пояса собирают с монтажной люльки, перека-
тываемой по нижней части собранной оболочки. С подмостей и люль-
ки сваривают швы оболочки с наружной стороны и контролируют
их плотность.
Подварку швов с внутренней стороны можно вести с передвиж-
ных подмостей или с плотика, всплывающего по мере наполнения
резервуара водой.
Монтируют лестницу и ограждение круговой площадки. В верх-
нее днище врезают световой люк и патрубки для оборудования.
Здесь же монтируют настил круговой площадки.
Каплевидные резервуары испытывают путем заполнения водой.
Избыточное давление и разрежение создают при подаче или сливе
воды в закрытый резервуар. Если рабочее давление составляет
4000 мм вод. ст. и разрежение 300 мм вод. ст., то испытания произ-
водят с некоторым превышением этих значений.
За рубежом сооружают как обычные каплевидные, так и много-
торовые резервуары, рассчитанные на давление 1,4—2,1 кгс/сма-
207
Вместимость таких резервуаров достигает 25 000 м3. При их монтаже
используют поворотные деррик-краны и мачты в центре резервуара,
а также мощные краны, перемещающиеся снаружи резервуара.
Цилиндрические горизонтальные и верти-
кальные газгольдеры постоянного объема, рассчитан-
ные на повышенное внутреннее давление, поступают на площадку
готовыми целиком или крупными частями. Их перевозят по желез-
ной дороге.
На монтажной площадке при необходимости производят укруп-
нительную сбопку и сварку кольцевого монтажного стыка между
Рис. 7.40. Установка горизонтальных газгольдеров высокого давления.
частями газгольдера. Эти работы выполняют на стеллажах. Враще-
ние конструкции при сварке производят на роликовых стендах
или перекатывая по балкам.
При монтаже .горизонтальные газгольдеры можно накатывать
на опоры по специально уложенным балкам (рис. 7.40). На опоры
газгольдер, в зависимости от его размеров и веса, можно укладывать
одним или двумя трубоукладчиками.
Вертикальные газгольдеры устанавливают на фундаменты одним
из способов, применяемых при монтаже вертикальных аппаратов
с помощью кранов, монтажных мачт, порталов, шевров. Возможно
также использование ранее установленных газгольдеров для при-
крепления к ним верхнего блока полиспаста.
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
СООРУЖЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ХРАНИЛИЩ
ДЛЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ И СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ
Все многообразие подземных хранилищ можно классифициро-
вать следующим образом:
хранилища, сооружаемые в отложениях каменной соли размывом
через буровые скважины;
хранилища, сооружаемые в прочных и плотных горных породах
шахтным способом;
хранилища, сооружаемые в отложениях вечномерзлых пород;
хранилища, создаваемые приспособлением естественных пещер
и искусственных выработок;
хранилища, создаваемые в пористых структурах, выработанных
газовых и нефтяных месторождений;
емкости, сооружаемые специальными методами.
Наибольшее количество подземных емкостей строят для хране-
ния сжиженных углеводородных газов. Сооружают их также для
нефтепродуктов и сырой нефти.
§ 1. ПОДЗЕМНЫЕ ХРАНИЛИЩА
В ОТЛОЖЕНИЯХ КАМЕННОЙ СОЛИ
Подземные хранилища, сооружаемые в отложениях каменной
соли, получили наибольшее распространение.
МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАМЕННОЙ СОЛИ
И ЕЁ СВОЙСТВА
Подземные емкости можно создавать в месторождениях каменной
соли всех пяти морфологических типов: в пластовых, пластово-
линзообразных, гнездообразных, купольных и штоковых. Соляные
отложения залегают на разных глубинах от поверхности земли.
В некоторых местах соляные купола выходят на поверхность. Так,
209
в Средней Азии соляной купол Ходжа-Мумын возвышается над
окружающей поверхностью на 900 м, а купол Ходжа-Сартис — на
700 м. В других районах отложения каменной соли залегают глу-
боко. Для подземных хранилищ практически используют пласты
соли, залегающие на глубине до 1200 м. Мощность пластов соли
самая различная, от нескольких метров до километра, а отдельные
купола от вершины до основания измеряются несколькими кило-
метрами.
Пласты соли мощностью менее 20—30 м для создания подземных
емкостей размывом не используются. Разработанные в СССР методы
размыва позволяют сооружать подземные хранилища в пластах
минимальной мощности 4—5 м.
Пласты и купола сложены либо из почти чистой соли — мине-
рала галита, содержание которого достигает 99,6%, либо содержат
рассеянные включения, прослои и линзы ангидритов, гидрослюд,
гипса, полигалитов, карбонатов кальция и других минералов. Хи-
мический состав галита — 39,39% Na и 60,61% С1. Молекулярный
вес его 58,44, удельный вес 2,1—2,2, твердость по Моосу 2,0—2,5.
Физико-механические свойства каменной соли разных месторож-
дений весьма различны. Рядовая соль характеризуется пределом
прочности 250—300 кгс/см2, а прочность соли некоторых месторожде-
ний достигает 600 кгс/см2. Предел прочности на сжатие каменной
соли выше при горизонтальном напластовании. При наклонном
напластовании прочность на сжатие значительно снижается. Изме-
няются механические свойства соли (снижается ее прочность) при
загрязнении глинистыми и другими примесями. Прочность каменной
соли уменьшается и в том случае, если она подверглась тектониче-
ским нарушениям.
Предел прочности при изгибе каменной соли 25—40 кгс/см2.
По данным П. Н. Червинского, пределы прочности каменной соли
при сжатии асж, изгибе ои и растяжении ор относятся между собой
как 1 : 10 : 51.
Предел прочности при растяжении каменной соли изменяется
до 2 до 10% предела прочности при сжатии. Меньшее значение его
относится к соли, слои которой расположены перпендикулярно
к действующим на нее нагрузкам.
Соль переходит из хрупкого состояния в пластичное уже при
давлении 150—275 кгс/см2. Особенно пластичной она бывает при
смачивании или погружении в воду. В горячей воде соляной кри-
сталл может быть изогнут пальцами. При смачивании водой капил-
лярные трещины в кристаллах закрываются, значительно повы-
шается предел прочности на растяжение. Пластичность зависит от
времени. Достаточно длительное время каменная соль способна
течь даже при небольшом внешнем давлении. Из-за высокой пластич-
ности соль не сохраняет трещин. Однако эти качества каменной
соли ухудшаются при наличии пропластков и рассеянных вклю-
чений.
210
ПРИНЦИПЫ СООРУЖЕНИЯ ЕМКОСТЕЙ
И ВЫБОР ПЛОЩАДОК ПОД СТРОИТЕЛЬСТВО
Подземные емкости в отложениях каменной соли сооружают
путем размыва (выщелачивания) полостей в толще соли через буро-
вые скважины. Размывают ка-
менную соль по двум принци-
пиально различным схемам:
1) закачкой пресной воды
по одной колонне труб и вы-
давливанием на поверхность
рассола по другой — циркуля-
ционный метод (рис. 8.1);
Рис. 8.1. Размыв подземной емкости
в пласте каменной соли циркуляцион-
ным методом.
1 — пласт каменной соли; 2 — рассолозабор-
ная (рабочая) колонна труб; з — водозабор-
ная (рабочая) колонна труб; 4 — оголовок
скважины; 5 — цементация затрубного про-
странства; 6 — колонна обсадных труб; 7 —
нерастворитель; 8 — размываемая камера;
9 — проектный контур емкости.
Рис. 8.2. Размыв подземной емко-
сти в каменной соли струйным мето-
дом.
1 — ороситель с насадками; 2 — погруж-
ной электронасос для откачки рассола;
3 — проектный контур емкости.
2) струями воды, разбрызгиваемыми при атмосферном или повы-
шенном давлении в емкости специальным оросителем — струйный
метод или метод орошения (рис. 8.2). Рассол откачивается из
зумпфа размываемой камеры погружным насосом или выдавливается
сжатым воздухом.
211
Как показано на рис. 8.1 скважина для циркуляционного раз-
мыва оборудуется тремя колоннами труб. Вода для размыва подается
в скважину по водоподающей колонне труб. Растворяя каменную
соль, она превращается в рассол, при этом увеличивается ее плот-
ность, рассол опускается в нижнюю часть камеры. Новые порции
«свежей» воды всплывают вверх камеры. При повышении давления
воды на оголовке скважины рассол выдается (вытесняется) на поверх-
ность по рассолоподъемной колонне труб.
Отмытую до проектных размеров верхнюю часть подземной камеры
искусственно закрывают от дальнейшего растворения (консерви-
руют) путем снижения уровня нерастворителя, вводимого по обсад-
ной колонне труб.
Нерастворителем называют жидкость легче воды или газ, не
входящие в химические соединения с каменной солью, рассолом
и водой. Обычно в качестве нерастворителя используют нефтепро-
дукты, для хранения которых размывается емкость, или воздух.
Каменная соль легко растворяется в пресной воде. В 1 м3 воды
при 20° С может растворяться до 358 кг соли. При условии полу-
чения концентрированного рассола для образования 1 м3 емкости
требуется 6—7 м3 воды, при получении слабых рассолов количество
воды увеличивается.
Эксплуатация подземной емкости производится так же, как и раз-
мыв, через буровую скважину. На период эксплуатации водопо-
дающая колонна из скважины извлекается. Продукт подается и
отбирается по обсадной колонне.
Отбор продукта из подземной емкости производят замещением
(выдавливанием) его рассолом, который подают по рассольной
колонне вниз камеры под продукт из специального рассолохрани-
лища, а при заполнении, наоборот, замещают рассол продуктом.
Для хранения рассола на поверхности необходимо иметь рассоло-
хранилище объемом, равным объему всех емкостей хранилища,
или в отдельных случаях объемом, равным емкости одной самой
крупной подземной емкости.
Минимальную глубину заложения подземных емкостей сжижен-
ного газа определяют исходя из физических свойств газа, упругости
его паров и конкретных геологических условий. Так, для сжижен-
ного бутана глубину заложения емкостей принимают не менее 40—
60 м, а для сжиженного пропана — 80—100 м. При этом учитывают,
что 1 кгс/см2 рабочего давления в емкости уравновешивается давле-
нием толщи пород над емкостью мощностью не менее 6 м.
РАЗМЕЩЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ЕМКОСТЕЙ
Расстояния между отдельными емкостями по площади залежи
определяют в зависимости от максимального диаметра .емкости,
возможного искривления скважин, минимально допустимой величины
междукамерного целика, возможного искажения формы емкости при
размыве и погрешностей при ее контроле.
212
Расстояния между устьями эксплуатационных скважин опреде-
ляют по формуле
/ = 0,07Яб+Я (т + п + к), (8.1)
где 0,07 — коэффициент, учитывающий возможное искривление сква-
жины при бурении; Нб — глубина бурения в м; R — радиус под-
земной емкости в м; т — коэффициент, учитывающий минимальную
величину между камерного целика в зависимости от формы емкостей;
п — коэффициент, учитывающий погрешности контроля за фор-
мообразованием; к — коэффициент, учитывающий расстояние от сте-
нок емкости до оси скважины и возможную асимметричность формы
емкости, образуемой при выщелачивании.
Значение коэффициента т принимают равным для емкостей:
шаровой формы..........................3
в виде тел вращения, вытянутых вдоль оси
скважины...............................4
Значение коэффициента п принимают равным для выщелачи-
вания по методу:
сверху вниз.............................0,1
снизу вверх.............................0,5
комбинированному .......................0,2
Значение коэффициента к определяют по данным табл. 8.1.
Таблица 8.1
Тип месторождения Значение k при выщелачивании
сверху вниз снизу вверх комбини- рованном
Пластовые 2,2 2,7 2,4
Пластово-линзообразные 2,2 2.7 2,4
Купольные и штоковые 2,5 3,5 3,0
При размещении подземных емкостей по площади учитывают воз-
можность их размыва в мощных соляных залежах на разной глубине
на разных ярусах. При таком расположении емкостей расстояние
между устьями скважин может быть уменьшено, причем минимальное
расстояние от стенки емкости до соседней скважины не должно быть
меньше 30 м.
Величину целика по наименьшему расстоянию между соседними
емкостями рассчитывают по формуле (8.1).
БУРЕНИЕ И ИСПЫТАНИЕ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СКВАЖИН
Скважины для размыва подземных емкостей и их эксплуатации
бурят обычными методами, применяя оборудование, используемое
при бурении нефтяных и газовых скважин.
213
Для обсадки скважин применяют трубы диаметром 194—325 мм.
Диаметр труб обсадной колонны, которая при эксплуатации емкости
становится трубопроводом для закачки и отбора продукта, опреде-
ляют из условия обеспечения необходимой производительности по
выдаче и приему продукта и равенства гидравлических сопротивлений
движения рассола по центральной рабочей колонне и продукта по
обсадной.
По принципу равенства гидравлических сопротивлений выбирают
колонны подачи воды и отбора рассола. При бурении, особенно в соли,
из-за повышенного скольжения бурового инструмента часто наблю-
дается уход скважин от вертикали. Искривление скважин усложняет
производство спуска и подъема рабочих колонн, усложняет или делает
невозможным спуск в скважину геофизических приборов, пробоот-
борников, каверномеров и гидролокатора. Искривление скважин
в рабочей зоне размыва может вызвать образование асимметричной
емкости, что снижает устойчивость подземной камеры. Общее значи-
тельное искривление скважин может привести к уменьшению расчет-
ных размеров целиков и сбойке камер. Поэтому отклонения скважины
от заданного направления не должны выходить за пределы конуса,
образующая которого составляет угол 2° с вертикалью, проходящей
через устье скважины.
Обсадная колонна труб должна обеспечивать надежную изоляцию
покрывающих пород над подземной емкостью и герметичность сква-
жины. Герметичность колонны достигается надежным уплотнением
стыков с помощью герметизирующих^ смазок, сварки колонн или
заварки муфтовых соединений.
Скважину тампонируют на всю высоту. Как показывает практика,
для качественной цементировки скорость восходящего потока должна
быть не менее 1,5 м/с. Время ожидания затвердения цемента (ОЗЦ)
принимают не менее 48 ч.
Качество тампонажа и высоту подъема цементного раствора опре-
деляют термокаротажем скважины.
По окончании ОЗЦ обсадную колонну труб проверяют на герме-
тичность. Испытание производят рассолом. Испытательное давление
ри на оголовке определяют по формуле
Ри = 1,25 [ОЛЯ (рР-рп) + АЛ]. (8.2)
где 1,25 — коэффициент, учитывающий увеличение испытательного
давления; 0,1 — переводной коэффициент с тс/м2 в кгс/см2; Н —
высота столба жидкости в м; рр — плотность рассола в т/м3; рп —
плотность хранимого продукта в т/м3; Afe — сумма гидравлических
сопротивлений в скважине в кгс/см2.
При испытании давление на оголовке не должно превышать зна-
чения, определяемого по формуле
Ртах = 0.1L (Лу Уи)> (8.3
где ртах — максимальное допустимое давление на оголовке скважины
в кгс/см2; L — глубина спуска обсадной колонны в м; к — коэффици-
214
ент запаса, учитывающий явление гидроразрыва, к = 0,9; у — сред-
ний объемный вес покрывающих пород в т/м3; ри — плотность
испытательной жидкости в т/м3.
Колонна считается выдержавшей испытания, если в течение 30 мин
падение давления не превышает 2% испытательного, причем падение
давления считается после трехкратного его доведения до испытатель-
ного без промежуточной разрядки. Заглубление скважины по рабочей
толще соли на высоту будущей емкости производят после цементи-
ровки обсадной колонны труб. Затем по правилам, приведенным выше,
вновь производят испытание скважины.
После испытания скважину промывают рассолом, а затем спускают
в нее рабочие колонны труб. Так как по обсадной колонне будет по-
даваться в емкость и отбираться из нее продукт, после спуска рабочих
колонн испытывают нефтепродуктом под максимальным и эксплуата-
ционным давлением обсадную колонну и надежность цементировки
затрубного пространства.
СПОСОБЫ СООРУЖЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ЕМКОСТЕЙ
МЕТОДОМ РАЗМЫВА
Подземные камеры хранилищ — капитальные сооружения, рас-
считанные на длительную эксплуатацию. Поэтому они должны иметь
размеры и форму, обеспечивающие устойчивость в условиях большого
горного давления. Высокие требования к устойчивости подземных
емкостей диктуются также соображениями безопасности, так как
в случае обрушения камер возможен выход газа или нефтепродуктов
на поверхность.
Наиболее устойчивы подземные камеры, имеющие форму, близкую
к шаровой и в виде эллипсоида вращения. Создание в отложениях
каменной соли камер заданной конфигурации возможно только путем
управляемого выщелачивания с контролем их объема и формы.
Размыв каменной соли через буровые скважины с целью добычи
хлорнатриевых рассолов начался в России с 1909 г. Возможность
разработки пластов каменной соли на большой глубине, небольшой
объем подготовительных работ и высокая экономичность способство-
вали развитию этого метода. Вначале подземное выщелачивание
осуществлялось прямоточным и противоточным методами (рис. 8.3)
при помощи двухтрубной системы: колонны обсадных труб и централь-
ной рабочей колонны.
Прямоточное выщелачивание — режим выщелачивания камеры,
при котором уровень ввода воды в емкость находится ниже уровня
отбора рассола. Противоточное выщелачивание — режим выщелачи-
вания камеры, при котором уровень ввода воды в емкость находится
выше уровня отбора рассола.
При размыве каменной соли противоточным методом
башмак рабочей колонны устанавливают у забоя скважины; воду по-
дают по обсадной трубе, а рассол отбирают по рабочей колонне, как
показано в левой части рис. 8.3. Растворение каменной соли про-
исходит в камере, заполненной жидкостью. При таком способе
215
выщелачивания образуется камера в форме конуса с вершиной, обра-
щенной вниз, и сильно развитой потолочиной, что зависит от распреде-
ления рассола по степени насыщения воды солью. Новые порции воды,
подаваемой по обсадной трубе вверх необсаженной скважины, вызы-
вают интенсивное растворение зоны потолочины; получающийся рас-
сол опускается ниже. Эта зона размывается слабым рассолом, поэтому
растворение здесь происходит менее интенсивно. Более насыщенный
Рис. 8.3. Размыв каменной соли про-
тивотоком и прямотоком.
I — гравий; II — известняк; III — водяной
пласт; IV — сланец. 1 — кондуктор 200 мм;
2 — обсадная труба 150 мм; 3 — труба
90 мм; 4 — скважина 150 мм.
рассол опускается ниже, и
здесь размыв еще более ослаб-
ляется. У забоя рассол полу-
чается высокой концентрации
или даже насыщенный рассол
с относительной плотностью
1,2. Здесь размыва практически
не происходит. Поступление
все новых порций воды в ка-
меру позволяет выдавливать
рассол по центральной трубе на
поверхность.
Боковая поверхность конуса
по мере растворения становится
более пологой, покрывается
различными примесями, нахо-
дящимися в каменной соли.
Процесс ее растворения замед-
ляется, растворение же у кровли
камеры происходит примерно
с постоянной скоростью, равной
линейной скорости растворе-
ния вертикальной поверхности
каменной соли в пресной воде
(10—12 см в сутки). Причем
высота растворяющейся верх-
ней части будет весьма незна-
чительной. Диаметр основания
конуса за год может достигнуть
75-90 м.
Таким образом, при размыве противоточным методом породы
кровли соляного пласта обнажаются на большой площади. Это вызы-
вает обрушение пород под действием горного давления и, как след-
ствие, обрыв труб, завал нижней части камеры и, в конечном итоге,
выводит скважину из строя.
При прямоточном методе размыва вода подается по центральной
трубе, как показано в правой части рис. 8.3, а рассол выдавливается
через обсадную трубу.
В начальный момент размыва образуется камера грушевидной
формы, затем емкость принимает форму противоточной камеры
с сильно развитой потолочиной. Образование камеры такой формы
216
объясняется тем, что в начальный момент «свежая» вода, поданная
вниз, растворяет близлежащую зону, поэтому внизу образуется наибо-
лее-размытая часть. Вода, насыщаясь солью, теряет активность рас-
творения по ходу движения, поэтому верхняя часть камеры размы-
вается мало.
Насыщенный рассол вначале не стекает вниз камеры из-за значи-
тельных скоростей движения восходящего потока. Когда размеры
камеры увеличатся, скорость движения жидкости в ней уменьшится
и более тяжелый рассол не будет увлекаться в верх камеры. При этом
возникают два встречных потока. В периферийной части камеры вода
все более насыщается солью и опускается вниз. Преимущественное
растворение нижней части камеры прекращается. Опыт размыва по-
казывает, что такой период наступает при диаметре камеры 9 м.
Однако это зависит от высоты камеры, производительности размыва
и положения рабочих колонн. Приходит момент, когда новые порции
«свежей» воды всплывают раньше, чем достигнут удаленных точек
в забое. Начинается более интенсивный размыв верхней части и обра-
зование сначала цилиндрической, а в конечном итоге конусообразной
формы камеры с сильно размытой потолочиной, что имеет место и при
противоточном размыве.
Достоинство обоих методов в простоте и небольших расходах
металла, так как применяется только двухколонная система труб.
Элементы этих методов встречаются во всех усовершенствованных
схемах, принятых для размыва емкостей.
Дальнейшее развитие подземного метода выщелачивания камен-
ной соли пошло по пути создания управляемых методов размыва.
Растворение каменной соли в воде — процесс гетерогенный,
идущий в диффузионной области.
Почти одновременно Щукаревым (1896 г.), Нойесом и Уитнеем
(1897 г.) было дано следующее общее уравнение кинетики раство-
рения:
2^£.=AS(CH-C), (8.4)
ах
где V — объем раствора; С — концентрация раствора к моменту вре-
мени; Сн — концентрация насыщенного раствора; S — поверхность
растворения; к — коэффициент скорости растворения.
Для определения линейной скорости растворения W можно поль-
зоваться зависимостью Нойеса и Уитнея
W = -^-= (8.5)
Рс Рс
где q — количество соли, переходящее в раствор с единицы поверх-
ности в единицу времени; к — коэффициент растворения; Сн — кон-
центрация насыщения; Со — концентрация растворителя в удалении
от поверхности; рс — плотность каменной соли.
Из уравнения (8.5) следует: чем меньше концентрация раствори-
теля, тем больше скорость растворения.
217
Исследования Кулле и Королева (1940 г.) показали, что коэффи-
циент растворения и скорость растворения изменяются в широких
пределах в зависимости от угла наклона ф растворяющейся поверх-
ности к горизонту. Например, при ф = 0 q 3,5 кг/м2-ч, при ф =
= 90° q 10 кг/м2-ч, при ф = 180° q 24 кг/м2-ч. Эти значения q
справедливы для Со -> 0 и температуры t = 15° С.
Следовательно, наибольшую скорость растворения будет иметь
горизонтальная поверхность, или кровля камеры. Скорость раство-
рения вертикальной поверхности (стенки камеры) примерно в 2,5 раза
меньше максимальной. Подошва камеры растворяется с минималь-
ной скоростью, которая практически стремится к нулю, так как
в процессе растворения на эту поверхность выпадают нерастворимые
примеси, затрудняющие проникание растворителя к соли.
По Нернсту, коэффициент растворения
/с = Р/6, (8.6)
где D — коэффициент диффузии; б — толщина слоя насыщенного
раствора у растворяющейся поверхности.
П. А. Кулле были получены эмпирические зависимости для опре-
деления съема каменной соли (скорость растворения) W при располо-
жении поверхностей растворения под различными углами к гори-
зонту.
Съем соли при растворении поверхностей, расположенных к гори-
зонту под углами от 0 до 90°, определяется по уравнению
ll'"(,-TSL)(,+isi-)13as’*'‘+18)- (8'7>
А для поверхностей, расположенных к горизонту под углами от
90 до 180°, следует пользоваться формулой
(* + ай") «“ Si" "+8’87>’ <8'8)
где Рнр — плотность насыщенного рассола; р0 — плотность раствори-
теля; р — угол наклона поверхности; 3,25; 1,8; 5,87; 8,75 — размер-
ные коэффициенты.
При повышении температуры воды скорость растворения камен-
ной соли увеличивается. Для вертикальной поверхности
’-s-87(,+ik) 18-9)
Выщелачивание подземных емкостей протекает в условиях выну-
жденной конвекции при изменяющейся концентрации растворителя.
Поэтому скорость растворения каменной соли и другие параметры
размыва, определенные расчетным путем, будут иметь некоторые рас-
хождения с фактическими.
Формулы, которыми пользуются в настоящее время для расчета
процесса выщелачивания подземных камер, получены путем упроща-
218
ющих процесс растворения допущений и распространяются на камеры
относительно простой геометрической формы.
Растворение каменной соли сопровождается эффектом электро-
стрикции, в результате чего объем полученного рассола будет меньше
суммарного объема каменной соли и воды. Это обстоятельство учиты-
вают при расчете объема камер выщелачивания и испытания их на
герметичность.
В результате экспериментальных исследований А. Г. Позднякову
удалось уточнить формулы П. А. Кулле для определения концентра-
ции рассола:
при размыве пресной водой
(8.10)
при размыве рассолом с концентрацией Со
(п \ п
^klSi | ^kiSi
___г=1 I г°1
1-е J +Сое Q
(8.11)
где Q — производительность выдачи рассола из камеры в м3/ч; п —
число различно ориентированных в пространстве элементов активной
поверхности.
Время Т размыва подземной емкости вычисляют по формуле
т_ ГкУс
*$б. ср^Ср
(8.12)
где VK — объем размываемой камеры в м3; 5б. ср — усредненная для
всего периода размыва боковая поверхность растворения в м2; ГИСР —
средняя скорость съема соли с единицы боковой поверхности.
Для сооружения подземных емкостей в отложениях каменной соли
разработаны специальные способы размыва. Наиболее широко приме-
няется комбинированный метод (рис. 8.4), включа-
ющий в себя элементы метода ступенчатого противотока сверху вниз.
Размыв по комбинированному методу подразделяется на два этапа.
На первом этапе формируют в восходящем направлении емкость. Вна-
чале размывают гидровруб (I ступень размыва), а затем еще несколько
ступеней до получения камеры определенных размеров. На втором
этапе верхнюю и нижнюю части емкости формируют навстречу друг
другу: верхнюю в нисходящем направлении, нижнюю — в восходя-
щем. Выщелачивание идет по методу сверху вниз для придания пото-
лочине заданной формы (HI, IV ступени).
При переходе со II ступени на III, т. е. при переходе с размыва
по схеме снизу вверх на размыв сверху вниз, уровень нерастворителя
поднимается до кровли будущей емкости и изменяет уровень (отметку)
подачи воды в камеру. Производится дальнейшее выщелачивание при
219
постоянном положении водоподающеи колонны с периодическим под-
качиванием нерастворителя по регламенту, обеспечивающему форми-
рование верхней части камеры на противоточном режиме.
Рис. 8.4. Комбинированный метод
размыва.
1 — обсадная колонна труб; 2 — водо-
подающая рабочая колонна; з — рассоло-
подъемная рабочая колонна; 4 — нерас-
творитель; 5 — контур проектной емко-
сти. Г—v — ступени размыва.
Для выщелачивания по схеме
сверху вниз в качестве основного
режима предусматривается сбли-
женный противоток. Сближенным
противотоком называют режим
выщелачивания, при котором рас-
стояние между уровнем ввода воды
и отбора рассола в камере меньше
половины расстояния между уров-
нем нерастворителя и отбора рас-
сола.
Сближенный противоток обе-
спечивает более равномерное раз-
витие камеры по высоте, что по-
зволяет формировать свод емкости
с помощью нерастворителя без
перестановки рабочих колонн.
Рассолоподъемная колонна дол-
жна быть спущена до самого низа
камеры, но она не должна заби-
ваться осевшими частицами нерас-
творимых пород.
Принятый в комбинированном
методе порядок размыва позволяет
сочетать надежное управление
формообразованием емкости с вы-
сокой интенсивностью размыва
при благоприятных условиях при-
ема нерастворимых включений,
что делает метод надежным для
создания камер шаровой и сферо-
идальной формы в различных
горно-геологических условиях.
В отдельных случаях, особенно
при сравнительно небольших по
мощности соляных пластах, под-
земные хранилища большой ем-
кости целесообразно строить путем сбойки двух скважин и прямой
промывки. Сбойка скважин может осуществляться сбойкой двух
гидроврубов или направленным бурением.
После сбойки скважин производится размыв целика соли между
ними. Верх сбитых емкостей формируют по схеме сверху вниз.
При размыве емкости сверху вниз и при комбинированном методе
основное условие — получить сводчатую потолочину, которая по
сравнению с плоской потолочиной позволяет значительно повысить
220
устойчивость емкости и увеличить предельный радиус подземной
емкости.
Чтобы управлять процессом размыва, необходимо определить
закономерности подачи нерастворителя и закономерности .размыва
соли в заданном контуре.
Производительность подкачки нерастворителя qH как функция
времени определяется по уравнению
dQ н
dx ’
(8.13)
где dQH — элементарный объем камеры, заполняемый за время dx.
Значение qu вычисляют для потолочин различной конфигурации.
Так, например, для шаровой формы
лг^р. г tg г|)
^CB^Htg^+rK ’
(8.14)*
где гк — радиус камеры в месте контакта нерастворителя и рассола
в м; рр.г — горизонтальная скорость растворения соли в м/ч; /?св —
радиус свода в м; feH — высота слоя нерастворителя в м; ф — угол
наклона растворяющейся поверхности.
Для подкачки нерастворителя при формировании потолочины
камеры составляют график производительности подкачки, по кото-
рому подбирают насосы или группу насосов. Работа насосов, как и
весь процесс размыва, может быть полностью автоматизирована.
РАЗМЫВ ЕМКОСТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ГАЗООБРАЗНОГО НЕРАСТВОРИТЕЛЯ
Управляют процессом выщелачивания с помощью жидкого или
воздушного растворителя. Наиболее простым и дешевым нераствори-
телем является воздух, так как его не нужно транспортировать и хра-
нить; а процесс размыва становится пожаро- и взрывобезопасным.
При использовании воздуха не требуется последующая отмывка
готовой емкости.
В камеру выщелачивания воздух в качестве нерастворителя можно
вводить, закачивая компрессором, непосредственно в затрубное про-
странство между обсадной и водоподающей колоннами или путем
подачи его вместе с водой по водоподающей колонне. Учитывая боль-
шую глубину заложения емкостей, для закачки воздуха по обсадной
колонне необходимы компрессоры высокого давления. Так, при рас-
положении подземной емкости на глубине 1000 м, учитывая, что
система может быть заполнена рассолом, компрессор должен разви-
вать давление не менее 120 кгс/см2. Это требует сложных устройств
и экономически себя не оправдывает.
* Формула В. А. Грохотова.
221
Более выгодной является подача в камеру размыва воздуха вместе
с водой. В камере воздух выделяется и собирается в верхней ее части,
создавая воздушную подушку, которая предохраняет потолочину
от произвольного размыва.
Схемы подачи воздуха в водяную линию показаны на рис. 8.5.
Ввод воздуха в напорную линию от насоса к скважине (рис. 8.5, а)
требует установки компрессора достаточно высокого давления, что
снижает эффективность метода.
Рис. 8.5. Схемы подачи воздуха в подземную камеру»
а — в напорную линию; б — в промежуточную линию.
1 — компрессор; 2 — насос низкого давления; з — насос среднего
давления.
Наиболее эффективны схема с применением двух последовательно
соединенных центробежных насосов (низкого и среднего давления)
с вводом воздуха после первого насоса низкого давления (рис. 8.5, б),
а также схема подачи воздуха через специальные отверстия в кор-
пусе многоступенчатого насоса и смешения с водой после первого
(или второго) рабочего колеса. И в этих схемах используют компрес-
соры низкого или среднего давления, а насосы выполняют роль
дожимных компрессоров.
В воздушной смеси при движении ее вниз по скважине давление
и растворимость воздуха в воде возрастают. Каждый кубометр воды
несет с собой определенное количество воздуха, равное удельной
производительности, т. е. подачи воздуха на 1 м3 воды — дв. Тогда
222
в подземной камере из 1 м3 воды в результате резкого снижения ско-
рости смеси выделится некоторый объем воздуха
^в = <7в—*в, (8.15)
где 5В — растворимость воздуха в воде при температуре и давлении
на выходе из водоподающей колонны.
Кроме того, вода, насыщенная воздухом, попадая в камеру,
перемешивается с рассолом. В рассоле растворимость воздуха меньше,
чем в воде, причем она уменьшается с увеличением концентрации
рассола. Следовательно, при превращении воды в рассол из каждого
кубометра рассола будет выделяться дополнительно объем воздуха,
определяемый разностью растворимости воздуха в воде и в рас-
соле 5р при данных концентрации, давлении и температуре.
Пузырьки воздуха вследствие своей малой плотности по сравне-
нию с рассолом будут подниматься вверх и скапливаться у размы-
ваемой соляной потолочины, предотвращая ее размыв. Количество
воздуха, выделяющегося из раствора за сутки,
q = 24СВ (<7в -5В) + 24СР (5В-5Р), (8.16)*
где QB — производительность по воде в м3; — производительность
по рассолу в м3; 5Р — растворимость воздуха в рассоле в м3/м3.
Чтобы определить объем, который может занять выделившийся
воздух, необходимо определить давление воздуха р на границе раз-
дела рассол — воздух
р — (Ь+Л) Рсм^ + Ра» (8.17)
где L — глубина контакта воздух — рассол в м; h — потери напора
в рассолоподъемной колонне в м вод. ст.; рсм — среднее значение
плотности рассоловоздушной смеси по высоте рассолоподъемной
колонны в т/м3; — атмосферное давление в кгс/см2.
Для комплексного решения задачи по размыву с воздушным нера-
створителем определяют давление водовоздушной смеси на оголовке
скважины и необходимое количество воздуха для закачки в размы-
ваемую емкость.
Возникающие при непрерывной дегазации рассола мельчайшие
пузырьки воздуха, поднимаясь вверх в больших количествах, произ-
водят дополнительный макроперенос растворяющегося вещества.
При этом наблюдается более интенсивное растворение боковых сте-
нок камеры и некоторое замедление растворения горизонтальных
поверхностей, что благоприятно сказывается на формообразовании
емкостей.
♦Б. Н. Федоров. Формообразование подземных емкостей, выщела-
чиваемых в отложениях каменной соли с использованием газообразного нерас-
творителя. «Газовая промышленность». М., ЦНТИ газовой промышленности.
223
ВОДОСТРУЙНЫЙ СПОСОБ РАЗМЫВА
ПОДЗЕМНЫХ ЕМКОСТЕЙ
если подавать воду в
Рис. 8.6. Размыв ем-
кости водоструйным
методом.
Растворение соли при циркуляционном выщелачивании по самой
природе физико-химических процессов протекает сравнительно мед-
ленно. Попытки интенсифицировать процесс размыва путем приме-
нения ультразвука, повышения температуры воды, подаваемой
в скважину, и других приемов успеха не имели.
Условия растворения каменной соли принципиально меняются,
виде струй с помощью направляющего аппарата
непосредственно на поверхность соли. Вода
подается из направляющего аппарата на по-
верхность соли при атмосферном давлении
в камере, в среде сжатого воздуха или в виде
затопленных струй (под уровень воды). Во всех
°тих случаях обеспечивается непосредственное
взаимодействие воды с солью и добавляется
гидродинамический фактор, способствующий
интенсивному растворению последней.
На рис. 8.2 и 8.6 показаны схемы создания
подземных емкостей водоструйным методом.
Скважина имеет колонну обсадных труб и две
рабочие колонны труб, водоподающую, закан-
чивающуюся системой насадок, и рассоло-
заборную внутри водоподающей.
На рис. 8.6 показано, что насадки на
водоподающей колонне расположены по всей
высоте будущей емкости. При этом размыв идет
равномерно при вращении колонны труб с на-
садками. Задавая диаметр насадок и напор,
можно получить такую траекторию и длину
струй, которые обеспечивают размыв емкостей
заданной формы (с куполообразной потолочи-
ной) и размеров. Вода, попадая на соляные
стенки, разрушает и растворяет их, стекает
вниз и превращается в рассол. Отбирать рассол
можно погруженными насосами, струйными установками или
сжатым воздухом при условии создания необходимого избыточ-
ного давления в емкости.
На рис. 8.2 показана схема, предусматривающая расположение
специального устройства с насадками на водоподающей трубе либо
вверху будущей емкости, либо перемещающейся по высоте емкости.
Это устройство медленно вращается.
Струйный размыв с атмосферным давлением в емкости применяют
при создании емкостей на сравнительно небольших глубинах (300—
400 м) в условиях залежей соли высокой прочности. Создание повы-
шенного давления воздуха в подземной камере обеспечивает устой-
чивость емкости на больших глубинах.
224
Давление воздуха в емкости определяют, исходя из необходимости
обеспечить устойчивость подземной камеры и выдавить рассол на
поверхность. Если давление емкости выше расчетного, о чем судят
по показанию манометра, излишки воздуха сбрасывают и дав-
ление снижают. Поддержание нужного давления можно автоматизи-
ровать.
Сопоставительные данные по циркуляционному и водоструйному
методу размыва приводятся в табл. 8.2.
Таблица 8.2
Показатели Методы размыва
циркуляци- онный водоструй- ный
Высота зоны растворения, м 10.0 10,0
Производительность размыва, м3/я 11,8 11,8
Объем камеры, м3 221,0 221,0'
Время размыва, я 530 122
Средняя минерализация рассола, кг/м3 64,0 277,0
Расход воды на 1 м3 камеры, м3 28,4 6,54
Способ управления формообразованием Примене- ние нераст- ворителя Подбор параметров струй воды
Преимущества струйного метода сооружения подземных емкостей
в отложениях каменной соли заключаются в следующем.
1. Создание подземных камер хранилищ заданной формы со сфе-
роидальной кровлей вследствие придания струям расчетных траек-
торий.
2. Высокая производительность, в 3—4 раза превосходящая
производительность циркуляционного способа.
3. Размыв идет без применения нерастворителя, что обеспечивает
большую экономию и значительно упрощает процесс.
Размыв емкостей галерейного типа
Многочисленные месторождения каменной соли имеют пласты
мощностью 5—20 м. Размывать через вертикальные скважины в та-
ких пластах емкости небольшой высоты, следовательно, небольшого
объема экономически невыгодно. За рубежом пласты соли такой
мощности для создания подземных хранилищ не используются.
225
О. М. Иванцов и Ю. С. Васюта разработали метод сооружения
подземных емкостей в таких пластах. Сущность его заключается
в проводке наклонно-горизонтальных (наклонно-направленных)
скважин и размыве галерейных (тоннельных) камер вдоль простира-
ния тонкого пласта. Из-за большой протяженности подземных камер,
даже при их небольшой высоте, можно создать крупные емкости
с обеспечением их долговременной устойчивости. Схемы размыва
такой емкости представлены на рис. 8.7.
Рис. 8.7. Схемы размыва галерейных емкостей.
А — противоток; Б — прямоток.
Обычно вмещающими породами тонких соляных пластов бывают
плотные ангидриты. Если они имеют трещиноватость, емкость необ-
ходимо в пласте располагать так, чтобы вмещающие породы были
полностью прикрыты каменной солью толщиной в 2—3 м. Чтобы
обеспечить сохранность целика соли ниже камеры, горизонтальную
ветвь скважины бурят выше подошвы пласта на указанном расстоя-
нии. Ниже скважины соль практически размываться не будет и со-
хранность целика будет обеспечена.
Верхний защитный целик можно сохранить при размыве, задав
программу выщелачивания.
Таким образом, в пласте каменной соли с трещиноватыми вме-
щающими породами высота камеры Нк составляет
Як = Н—2а, (8.18)
где Н — мощность пласта соли в м; а — защитный целик
соли в м.
Поскольку обычно задается объем подземной емкости, ограни-
чение ее высоты скажется на длине Z, так как пролет потолочины
(ширина емкости) В и, следовательно, площадь поперечного сече-
ния S находятся в определенной зависимости от высоты емкости.
226
Длина камеры
l = v/s. (8.19)
Наклонно-горизонтальные скважины бурят роторным способом
или с применением забойных двигателей (турбобуров или электро-
буров). Второй способ обеспечивает более высокую скорость бурения
и значительно сокращает спуско-подъемные операции.
Для успешного выщелачивания емкости весьма важна точная
проводка скважины. Ее необсаженная часть должна пройти в непо-
средственной близости от подошвы пласта каменной соли, с тем чтобы
обеспечить большую высоту емкости.
Для размыва тоннельных емкостей используют двухколонную
систему без применения нерастворителя. Башмак обсадной колонны
устанавливают у кровли пласта. В пробуренную скважину до забоя
спускают рабочую колонку труб. Тоннельные емкости размывают
по следующим технологическим схемам.
1. Выщелачивание при неподвижном положении рабочей колонны
труб.
Воду подают через центральную колонну труб, а рассол удаляют
по межтрубному пространству — прямоточный режим (см. рис. 8.7)
или воду подают по обсадной трубе и межтрубному пространству,
а рассол удаляют по центральной трубе — противоточный режим.
При выщелачивании прямотоком или противотоком площади (раз-
меры) поперечных сечений убывают по направлению движения рас-
творителя. Следовательно, для получения камеры одинакового сече-
ния необходимо периодически изменять режимы размыва. Однако
этот простой способ можно применять только в чистой соли. В загряз-
ненной соли при противотоке рабочая колонна будет зашламовы-
ваться.
2. Выщелачивание емкости при периодическом перемещении
рабочей колонны труб (рис. 8.8).
В загрязненной соли камеру одинакового сечения по длине
можно получить при размыве с периодическим перемещением рабо-
чей колонны труб назад к устью скважины, т. е. с постепенным
вытягиванием рабочей трубы из скважины.
Всю длину размываемой емкости делят на равные участки на их
границах останавливают башмак рабочей колонны труб для размыва
очередной захватки. С каждой позиции рабочей колонны труб выще-
лачивание ведут до тех пор, пока подземная камера в окрестности
башмака не достигнет проектных размеров. Участки, отмытые
ранее, практически не растворяются при размыве последующих
участков.
Этим способом можно создать камеру с равновеликими сече-
ниями.
Схемы размыва, указанные в пп. 1 и 2, являются основными.
3. Выщелачивание подземной емкости путем сбойки наклонно-
горизонтальной и вертикальной скважин. Данный способ можно
применять при создании хранилищ крупного объема.
227
Размыв многочисленных модельных емкостей, вскрытие и обсле-
дование опытных емкостей, размытых в каменной соли через наклон-
но-горизонтальные скважины, позволили определить форму и раз-
меры сечений тоннельных камер (рис. 8.8). Они имеют горизонталь-
ную потолочину, боковые стенки, наклоненные под углом 75—80е
к горизонту, нижние грани наклонены к горизонту под углом 5е.
Отношение пролета потолочины к высоте камеры В/Н = 1,20.
Рис. 8.8. Схема размыва галерейной емкости при
периодическом пэремещеннии рабочей колонны труб.
В пластовых месторождениях каменной соли с углами падения
20—40° подземные емкости можно располагать по падению пласта,
по восстанию и простиранию. Поперечные сечения камер в таких
пластах имеют некоторые отличия от сечений камер в горизонталь-
ных пластах. Так, вместо нижних плоскостей под углом одна к дру-
гой имеется горизонтальная площадка, свод более подъемист.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМА
И ФОРМЫ ПОДЗЕМНЫХ ЕМКОСТЕЙ
При строительстве и эксплуатации подземных хранилищ необ-
ходимо определять объем и форму подземных камер. Расчетным
путем из-за сложности гидродинамических процессов размыва,
анизотропии соли, наличия пропластков определить действительную
форму и размеры камеры практически невозможно.
Объем камеры можно определить по количеству закачиваемой
воды, отбираемому рассолу и его концентрации. Для этого во время
размыва камеры непрерывно замеряют количество подаваемой
в скважину воды и извлекаемого из нее рассола, а также через рав-
ные промежутки определяют плотность рассола. По этим данным
в любой момент выщелачивания камеры можно вычислить ее объем.
При определении объема учитывают эффект электрострикции.
228
Распространение получил метод определения площади попереч-
ного сечения камеры на разных уровнях по способу равновесных
давлений. Этот способ основан на принципе гидростатического равно-
весия в камере, заполненной нефтепродуктом или сжиженным газом
и рассолом. Так как хранимый продукт легче рассола на устье
скважины (обсадной колонны), у задвижки на подводящем продукто-
проводе будет избыточное давление. При снижении уровня контакта
продукт — рассол, т. е. при заполнении камеры продуктом, это
давление увеличивается.
Состояние же равновесия, изображенное на рис. 8.9, можно опи-
сать уравнением
Ьк = —10, (8.20)
Рр —рп
где hK — глубина до контакта продукт — рассол в м; р — внутрен-
нее давление в подземной емкости (давление на устье обсадной ко-
лонны) в кгс/см2.
ДЛк=—~~ 1°. (8.21)
Рр —рп
где Др — приращение давления на устье обсадной колонны; AfeK —
приращение глубины (изменение уровня продукт—рассол).
Тогда для элементарного объема камеры высотой AfeK средний
радиус 7?к (при условии осесимметричности камеры) определяется
RK = 1,772 /дСп/ДЛк, (8.22)
где Д()п — объем продукта, введенного для заполнения нового объема
камеры при приращении глубины на AfeK, в м3.
Вытесняя рассол нефтепродуктом или сжиженным газом из камеры
с точным замером продукта и давления на устье обсадной колонны,
можно вычислить радиус и, следовательно, площадь для ряда попе-
речных сечений камеры. Однако этот метод не позволяет определить
асимметричность размытой камеры и радиус сечения.
При размыве с применением жидкого нерастворителя, когда
отмытый объем камеры заполняется продуктом, возможно измере-
ние среднего радиуса сечения камеры путем замера глубины закачки
до границы нерастворителя и повторного замера уровня нерас-
творитель — рассол. Зная изменение уровня нерастворителя и его
объем, можно найти усредненный радиус камеры и усредненную
площадь сечения для определения объема.
Уровень нерастворитель — рассол определяют различными мето-
дами: подбашмачным; методом контрольной трубки; электрическим,
основанным на токопроводящих свойствах рассола и диэлектри-
ческих свойствах углеводородов; радиоактивным каротажем и др.
Подбашмачный метод — один из самых простых и надежных.
Сущность его заключается в том, что нерастворитель в камере под-
держивают на уровне башмака водоподающей колонны. Проверяют
уровень при остановке размыва путем подкачки нерастворителя
229
до тех пор, пока он не всплывет и не появится в водоподающей ко-
лонне труб на оголовке скважины, что свидетельствует о нахождении
его на уровне башмака водоподающей колонны.
Применяют также электрические контакты, которые размещают
на водоподающей трубе и соединяют кабелем с сигнальной электро-
лампой на поверхности. Когда уровень раздела нерастворитель —
рассол смещается вверх, контакты попадают в рассол и лампа заго-
Рис. 8.9. Схема определения
емкости и размеров камеры
методом равновесных давле-
ний.
1 — сжиженный газ; II — рассол.
ю
Рис. 8.10. Блок-схема гидролокатора для
съемки камер выщелачивания.
1 — стабилизатор; 2 — демодулятор; 3 — самопи-
сец; 4 — блок питания; 5 — усилитель; 6 — осцил-
лограф; 7 — пульт управления; 8 — фильтры; 9 —
приборная стойка; 10 — кабель; 11 — скважинный
снаряд; 12 — реле режима; 13 — датчик азимута;
14 — механизм вращения; 15 — акустическая си-
стема; 16 — генератор.
Для отбивки контакта определения границы между нефтепро-
дуктом и рассолом наиболее широко применяется радиоактивный
каротаж.
Все описанные выше способы обмера формы и замера объемов
подземных камер при размыве каменной соли являются косвенными.
Они позволяют получить лишь усредненный радиус конкретного
сечения, что не характеризует истинную форму емкости, ибо нерас-
творимые включения, пропластки, анизотропия соли делают весьма
вероятным ее асимметричное развитие.
Прямой обмер подземных камер осуществляется методом ультра-
звуковой локации с помощью гидролокатора. Гидролокатор состоит
из двух основных частей (рис. 8.10): скважинного снаряда и прибор-
ной стойки.
230
Скважинный прибор спускают в скважину по колонне труб
диаметром 100—150 мм. Для выполнения гидролокационного «обзора»
камеры принят вариант круговой развертки в горизонтальной пло-
скости. Излучая прерывистые звуковые импульсы, часть снаряда
непрерывно вращается. Приемо-излучающий преобразователь при-
нимает отраженные от стен камеры сигналы, которые фиксируются
на поверхности на экране катодной трубки и фотографируются или
вычерчиваются самописцем на круговой диаграмме.
Ультразвуковой прибор измеряет время, необходимое для про-
хождения посылаемых импульсов от глубинного вибратора до стенок
емкости и обратно. Зная время и скорость распространения коле-
баний в рассоле, определяют расстояния и за каждый оборот прочер-
чивают контур сечения на определенной глубине.
Азимутальным датчиком отбивается магнитный меридиан, что
позволяет строго ориентировать сечения. На катодной трубке фикси-
руется направленный сигнал, передаваемый прибором каждый раз,
когда он проходит магнитный север.
Отечественные ультразвуковые приборы позволяют производить
съемку на глубине до 1,5 км. Они обеспечивают обмер контура емко-
стей в радиусе 100 м, обеспечивая точность показаний 2—3%.
ПРОЧНОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ ЕМКОСТЕЙ
В КАМЕННОЙ СОЛИ
Камеры выщелачивания — горные выработки, пройденные раз-
мывом, необходимо рассматривать как капитальные сооружения,
рассчитанные на длительный срок эксплуатации. Они должны быть
устойчивыми и герметичными на весь период эксплуатации.
Образование трещин и утечка через них газа могут создать опас-
ность для наземных сооружений. Обвалы и обрушения могут вызвать
потерю большого количества ценных продуктов и вывести из строя
подземную емкость.
При проектировании подземных хранилищ без креплений исход-
ными данными являются свойства природных материалов, поэтому
в каждом конкретном случае необходимо изучать механические свой-
ства пород.
Прочность камер оценивается вероятностью появления вывалов.
При размещении подземных емкостей на больших глубинах, следо-
вательно в условиях большого горного давления, наивыгоднейшими
формами камер с точки зрения прочности являются шаровая и сферо-
идальная.
Вероятность разрушения, т. е. вероятность невыполнения крите-
рия прочности, составляет
А
V = 1---4= Г е 2 dz, (8.23)
2 /2я J
О
д
где Ф (Д) = - 2 dz — функция Лапласа.
о
231
Величина Д называется характеристикой безопасности, причем
/п2У«ж+^’
(8.24)
где Гсж, Уд — соответственно коэффициенты вариации предела проч-
ности на сжатие и действующего напряжения; п — коэффициент
запаса прочности, определяемый через среднее значение осж и од
по формуле
л = (Усж/^д- (8.25)
При проектировании подземных хранилищ определяют наиболь-
ший радиус сферических камер, подбирают целики между камерами
с таким расчетом, чтобы практически исключалось влияние одной
камеры на другую.
§ 2. ПОДЗЕМНЫЕ ХРАНИЛИЩА ШАХТНОГО ТИПА
В районах, где нет соляных месторождений, пригодных для
сооружения хранилищ сжиженных газов, можно строить шахтные
емкости в монолитных осадочных, метаморфических и изверженных
горных породах. Необходимо, чтобы эти породы имели минимальную
пористость и трещиноватость, проницаемость не выше 100 мд, доста-
точную прочность, а также легко поддавались разработке. Наиболее
пригодны для строительства подземных шахтных емкостей следую-
щие горные породы: осадочные (плотные известняки, доломиты,
гипс, мел, алевриты, аргиллиты и др.), метаморфические (глинистые
и шиферные сланцы, кварцит, кремнистый сланец и др.), извержен-
ные (граниты и др.). Можно использовать песчаники и другие пори-
стые или имеющие местную трещиноватость, но устойчивые породы,
при условии создания эффективной и дешевой их изоляции.
Наибольшее количество шахтных хранилищ сжиженного газа
сооружено в глинистых сланцах, известняках, меле и гранитах.
Чтобы определить глубину заложения емкости, проводят расчет,
основное условие которого — обеспечить противодавление горных
пород давлению паров газов. Для примерных расчетов противода-
вление избыточному давлению паров газов 1 кгс/см2 принимается
равным напластованию горных пород мощностью 6 м.
Исходя из этих условий и принимая во внимание температурные
режимы подземного хранения, емкости для сжиженных углеводо-
родных газов можно располагать, начиная с глубины 60—70 м.
КОНСТРУКЦИЯ ШАХТНЫХ ХРАНИЛИЩ
Шахтные хранилища сжиженного газа — это подземная емкость
или группа емкостей и комплекс наземных сооружений (рис. 8.11).
В отдельных случаях в непосредственной близости к хранилищу
располагают установку регазификации сжиженного газа.
Подземная часть шахтных хранилищ для сжиженного газа состоит
из вертикальных выработок (стволов или скважин большого диа-
232
метра), околоствольных выработок, камер или горизонтальных
выработок — собственно хранилища. У периферийных границ хра-
нилища бурят скважины для закачки продукта в емкость.
Рис. 8.11. Принципиальная схема подземного шахт-
ного хранилища сжиженного газа.
1 — поверхность; 2 — трубопровод для закачки продукта;
3 — шахтный ствол; 4 — колонна для фракционирования;
5 — дегидратор; 6 — промежуточная емкость; 7 — наливная
эстакада; 8 — насос; 9 — подземная емкость; 10 — трубопро-
вод для подачи продукта.
Рис. 8.12. План подземного газо-
хранилища ячеистого типа.
1 — ствол; 2 — целик; з — выработки-
емкости.
При строительстве подземной шахтной емкости вертикальными
или наклонными выработками вскрывают пласт породы, в котором
намечено расположить храни-
лище.
Вертикальные выработки при
строительстве хранилища служат
для спуска и подъема рабочих ме-
ханизмов грузов и рабочих, извле-
чения породы, для целей вентиля-
ции, прокладки водоотливных
труб, кабеля и т. д. На период
эксплуатации в них проклады-
вают трубопроводы и кабель для
насоса.
По окончании горных работ
хранилище оснащают технологи-
ческим оборудованием и трубо-
проводами, монтируют системы КИП и проводят окончательное
испытание хранилища. Для ремонтов и осуществления надзора
обеспечивают вентиляцию, спуск оборудования и спуск рабочих.
Сооружаются также хранилища ячеистого типа (рис. 8.12). В этом
случае подземная емкость в плане имеет форму прямоугольника,
квадрата или неправильную форму. Кровля выработок поддержи-
вается целиками породы. Ствол располагается в центре, и гермети-
зирующая перемычка устраивается только в стволе. Иногда кровля
между целиками крепится анкерными болтами.
233
ПРОХОДКА ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ
Стволы подземных шахтных хранилищ проходят на глубину от
60 до 200 м. Их сооружают с малой площадью поперечного сечения
Рис. 8.13. Стволы подземных
хранилищ, используемые в период
эксплуатации:
а — как емкость; б — частично как
емкость; в — только для размещения
коммуникаций и оборудования; 1 —
рабочая толща пород, непроницаемых
для хранимых продуктов; 2 — выра-
ботки-емкости, заполненные продук-
том; 3 — герметичные перемычки;
4 — верхние проницаемые породы.
и водонепроницаемыми.
Если при эксплуатации ствол
полностью используется под хране-
ние сжиженного газа (рис. 8.13, а),
конструкция и материалы обсадки
должны обеспечивать газонепрони-
цаемость ствола. В таких случаях
обычно используют стальные обсад-
ные трубы с тампонированием за-
крепленного пространства специаль-
ными растворами.
При частичном использовании
ствола в качестве емкости (рис.
8.13, б) до герметичной перемычки
к стволу предъявляются такие же
требования, как и в предыдущем слу-
чае, а выше перемычки конструкция
ствола должна обеспечивать водо-
непроницаемость. Лишь в исключи-
тельных случаях, в очень сложных
геологических условиях, допускается
незначительное поступление воды
в ствол. При этом необходимо
устраивать кольцецое сборное устрой-
ство с водоприемником и автомати-
ческой насосной установкой для
откачки воды.
Если ствол не используется в ка-
честве емкости и герметичные пере-
мычки располагаются в околостволь-
ных выработках, как показано на
рис. 8.13, б, сохраняются требования
только по водопроницаемости. Здесь
также в исключительных случаях
разрешается незначительный приток
воды. Коммуникации и оборудование
в стволе должны иметь надежную
защиту от коррозии.
Проходка вертикальных ство-
лов связана с трудностями, воз-
никающими из-за ограничения фронта работ небольшими размерами
этих стволов. По трудовым затратам проходка вертикальных стволов
имеет большой удельный вес в строительстве хранилища (до 30—
50% стоимости). На проходку стволов обычно затрачивают 40—50%
всего времени строительства.
234
Так как во время эксплуатации емкости достаточно иметь ствол
минимальных размеров, всесторонний технико-экономический ана-
лиз показал целесообразность проходки стволов минимального диа-
метра, даже в ущерб скорости строительства.
Вертикальные стволы хранилищ проходят обычным горнопро-
ходческим, буро-взрывным способами, способом бурения, а в слож-
ных гидрогеологических условиях при помощи кессона или искус-
ственного замораживания.
Вертикальные выработки квадратного или круглого сечения
диаметром до 4 м проходят буро-взрывным способом. Грунт из ствола
в этом случае выбирают бадьями объемом до 1 м3. При проходке
горизонтальных выработок устанавливают подъемную клеть и породу
выбирают в скипах или в шахтных вагонетках.
Проходка стволов бурением более прогрессивна, так как при
этом полностью механизируются все работы по разрушению и уборке
породы. На последнюю операцию при ручном труде затрачивается
60—70% времени цикла проходки.
Бурят стволы хранилищ роторными установками с шарошечными
долотами, используемыми для проходки нефтяных скважин, но
модернизированными и приспособленными к специфике стволов под-
земных емкостей. Бурение ведут по многоступенчатой схеме, сначала
бурят пилот-скважину, затем ее расширяют до проектного диаметра.
Роторным бурением проходят стволы диаметрами 1,3, 1,5 и 1,8 м.
Стволы крепят стальными трубами со стенками толщиной 15—
18 мм. Трубы спускают секциями длиной 6—12 м, соединяют на
сварке. К обсадным трубам перед спуском с наружной стороны
приваривают вентиляционные трубы и трубы для пропуска высоко-
вольтного кабеля. Там же размещают трубы для подачи раствора
на тампонаж затрубного пространства. Диаметр труб, располагаемых
по внешнему контуру обсадных труб, 38—50 мм. Такое решение
позволяет освободить полезное сечение ствола от трубопроводов
и кабелей и избежать аварий при проходке ствола и движении
по нему груженых бадей с породой и спуске оборудования.
Колонну обсадных труб опускают на песчаную подушку, кото-
рую создают по окончании бурения внизу ствола путем засыпки
песка в глинистый балласт. Чтобы балласт выдавливался в обсадной
нижней (первой) трубе, перед спуском колонны делают бетонную
перемычку толщиной 1,5 м.
Песчаная подушка и бетонная перемычка облегчают ведение
работ по цементировке закрепного пространства. Цементировку
проводят с целью предотвращения коррозии обсадных труб, мигра-
ции и прорыва воды из водоносных горизонтов в нижележащие
пласты и создания непосредственного контакта горных пород с обсад-
ной трубой. Цементировку проводят обычным способом, применяя
цементы с добавками, повышающими его плотность и прочность.
По окончании цементировки песок откачивают насосами или
поднимают наверх в .бадьях. Балласт перекрывает низ ствола на
высоту примерно 10 м, и после его извлечения обнажается
235
незакрепленный участок ствола, что позволяет сразу же присту-
пить к проходке околоствольного двора.
Оптимальный диаметр ствола — 1,3 м (вчерне). Такой диаметр
является минимально возможным для спуска и подъема людей,
Рис. 8.14. График стоимости
проходки 1 м ствола.
1 — установкой УКБ-3,6; 2 —
обычным способом (ствол диамет-
ром 3,6 в проходке); 3 — уста-
новкой РТБ-2,08.
узлов горнопроходческого оборудова-
ния и выборки породы.
Для проветривания выработок
в период строительства бурят специ-
альные вентиляционные скважины диа-
метром 100, 200, 300 и 500 мм. Сква-
жины диаметром 500 мм, кроме целей
вентиляции, служат запасным выходом
для людей в случае аварии и оборуду-
ются специальным подъемником. Для
нагнетания свежего воздуха исполь-
зуют скважины диаметром 100—300 мм.
Исходящая струя выходит через сква-
жины большего диаметра (500 мм).
При объеме хранилища более
25 000 м3, помимо главного ствола, про-
ходят два вентиляционных, а при
объеме свыше 35 000 м3 — три и бо-
лее.
График стоимости различных спо-
собов проходки стволов показан на рис.
8.14. На графике видно, что бурение
стволов обходится дешевле, чем про-
ходка другими способами.
В отдельных случаях в качестве вскрывающих выработок исполь-
зуют штольни. Это возможно в условиях сильно пересеченной мест-
ности при боковой врезке в хранилище.
ПРОХОДКА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК
Подземные емкости представляют собой системы взаимо связан-
ных горизонтальных выработок, имеющих уклон в сторону ствола
или от него в зависимости от технологической схемы сливно-налив-
ных операций. Для обеспечения устойчивости подземных емкостей,
испытывающих давление вышележащих пород, в процессе их про-
ходки оставляют породные целики.
При проходке горизонтальных выработок на площади, отведен-
ной под хранилище, вынимают 30—70% всей породы, остальные
70—30% оставляют в качестве предохранительных целиков. Вели-
чина предохранительных целиков зависит от устойчивости горных
пород. В глинистых сланцах обычно разрабатывают не более 35%
породы, а в гранитах — 70—65%, оставляя в качестве целиков
30-35%.
В зависимости от объема емкости, прочности горных пород
и размеров выработок хранилища занимают площадь 1000—10 000 м2.
236
Так как горизонтальные выработки проходят в устойчивых породах,
их сечения достигают размеров 30, 60 и 80 м2. Высота выработки
может быть от 4 до 12 м, ширина от 4,5 до 7,5 м.
В породах небольшой устойчивости, чтобы избежать крепления,
размеры выработок принимают минимальными. Формы поперечных
сечений выработок подземных хра-
нилищ показаны на рис. 8.15.
Размеры емкостей принимают
в зависимости от механических
свойств вмещающих пород.
Для крепления пород применяют
анкерование. Под анкерованием по-
нимается искусственное упрочнение
пород, окружающих горную выра-
ботку, путем скрепления отдельных
пластов и наслоений слагающих
пород анкерными болтами с под-
хватами. Используют большое число
различных типов анкерных болтов,
но основные из них — клино-щеле-
вые и распорно-клиновые (рис. 8.16).
При забивке клино-щелевой
штанги в пробуренный шпур усы
верхней части анкера, скользящие
по скошенным поверхностям клина,
раздвигаются. В результате все
Рис. 8.16. Анкерные болты:
а — клино-щелевые; б — распорно-
клиновые.
Рис. 8.15. Форма поперечных сечении вы-
работок подземных хранилищ.
большего проникновения клина в щель анкерного болта его верхний
конец все больше и больше распирается между стенками шпура,
чем достигается надежное закрепление анкера в шпуре.
Распорно-клиновой анкер расклинивается при завинчивании
болта в шпур. При этом усы раздвигаются в результате скольжения
их по конусной втулке.
Клино-щелевые анкеры лучше закрепляются в крепких, но не
твердых породах. В очень крепких и в слабых породах обычно при-
меняют распорно-клиновые анкеры.
Длина анкерных болтов 1,2—1,8 м, диаметр 18—24,5 мм.
237
Крепление анкерными болтами выработок производится с затяж-
кой кровли и стен металлической сеткой, с опорными планками,
с подхватами из швеллера или круглой арматуры, с торкретированием
стенок по металлической сетке.
Площадь поверхности выработок, приходящаяся на один устана-
вливаемый болт, зависит от устойчивости пород и составляет до 3 м2.
При проходке применяют механизмы специальной конструкции
на гусеничном или пневматическом ходу. В выработках большой
протяженности используют механизмы и на рельсовом ходу. В этом
случае откатку производят шахтными электровозами и вагонетками.
Проходку без крепления осуществляют полным сечением, а при
больших поперечных сечениях — уступным забоем. Разрушают по-
роды чаще всего буро-взрывным способом ослабленными заря-
дами ВВ, чтобы нарушения сплошности пород по контуру выработок
были минимальными. В качестве взрывчатых веществ используют
низкобризантные ВВ.
Стоимость шахтных хранилищ зависит от их объема. При измене-
нии объемов подземных хранилищ от 25 000 до 100 000 м3 стоимость
1 м3 емкости в базовой застройке колеблется от 54 до 18 руб. При
этом стоимость горных работ составляет от 40 до 61% общей стои-
мости хранилища.
Подземные хранилища шахтного типа эффективны только в ис-
ключительно благоприятных условиях при создании очень круп-
ных хранилищ.
§ 3. ЛЬДОГРУНТОВЫЕ ХРАНИЛИЩА
ДЛЯ СВЕТЛЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ
Для развивающегося народного хозяйства Крайнего Севера
и Северо-Востока СССР требуется большое количество нефтепродук-
тов. Горючее в эти районы завозят преимущественно танкерами в пе-
риод очень короткой летней навигации. Поэтому надо иметь большое
количество резервуаров значительного объема, обеспечивающих
годовой запас горючего.
Строить и эксплуатировать металлические резервуары в этих
районах вследствие низкой температуры воздуха и сильных ветров
технически сложно и дорого. Имеются случаи разрушения стальных
резервуаров. Поэтому в ряде мест строят казематные металлические
емкости — более надежные в работе. Однако на них расходуется
большое количество металла и стоимость их весьма высокая.
В связи с этим были предложены и разработаны способы соору-
жения подземных хранилищ в отложениях вечномерзлых пород.
Подземные емкости сооружают двух типов: а) шахтные (рис. 8.17)
и б) траншейные с ледяным сводовым перекрытием (рис. 8.18). Чтобы
исключить прямой контакт хранимых нефтепродуктов с напласто-
ванием вечномерзлых пород и надежно герметизировать подземные
емкости, их облицовывают льдом.
Физико-химические свойства нефтепродуктов, их товарные каче-
ства после длительного контактирования со льдом практически
238
Рис. 8.17. Принципиальная схема льдогрунтового хранилища
шахтного типа на один продукт.
I — ствол; 2 — оголовок; 3 — погружной насос; 4 — дыхательный кла-
пан с огневым предохранителем; 5 — термоизоляционная засыпка; 6 —
ледяная облицовка.
Рис. 8.18. Принципиальная схема льдогрунтового хранилища траншейного
типа.
1 — камера-емкость; 2 — эксплуатационный колодец; 3 — насос артезианского типа; 4 —
ледяное перекрытие; 5 — электродвигатель; 6 — дыхательный клапан с огневым предохрани-
телем; 7 — оголовок; 8 — термоизоляционная засыпка; 9 — уровень налива нефтепродукта.
не изменяются. Горные выработки, пройденные в вечномерзлых
породах, длительное время сохраняют устойчивость. Льдогрунтовые
хранилища лучше всего строить в тонкодисперсных, не засоленных
льдонасыщенных суглинистых грунтах, имеющих общую весовую
влажность не менее 20%. Мерзлый грунт должен обладать длитель-
ной прочностью (3—5 кгс/см2), которая может обеспечить устойчи-
вость камер хранилищ без установки крепи. Температура горных
пород, в которых размещают емкость, не должна превышать —2° С.
Глубину заложения емкости принимают минимальной, так как даже
при хранении нефтетоплив с высокой упругостью паров при минусо-
вой температуре окружающего массива в емкости не создается
сколько-нибудь значительного избыточного давления.
Площадки для строительства льдогрунтового хранилища рас-
полагают не ближе чем в 50 м от рек, водоемов и водоносных гори-
зонтов — естественных источников тепла. Конструкция хранилища
и способы производства работ выбираются в зависимости от геоло-
гических и геокриологических условий конкретного района, назна-
чения и объема хранилища.
Льдогрунтовое хранилище включает подземные камеры (соб-
ственно емкости), вскрывающие выработки в шахтных хранилищах,
охлаждающие устройства, наземные здания и сооружения, подъезд-
ные пути, инженерные коммуникации и трубопроводы.
Шахтные емкости можно сооружать для хранения нескольких
продуктов в разных камерах (рис. 8.19). В этом случае размеры
межкамерных целиков для обеспечения длительной устойчивости
емкостей принимают не менее 15 м.
Вскрывающие выработки, служащие в качестве строительных
подходов, а также для эксплуатационных целей, выполняют в виде
вертикальных или наклонных (рис. 8.20) стволов в зависимости от
рельефа местности. Сечение стволов принимают минимальным.
Устья вскрывающих выработок закрепляют постоянной железо-
бетонной или металлической крепью. Рассчитывают крепи по
общепринятой методике расчета таких конструкций.
Чтобы обеспечить возможность полного опорожнения камер-
емкостей от продукта и образовавшихся паров, их сооружают с про-
дольным уклоном не менее 0,002 в сторону зумпфа в стволе, из кото-
рого продукт забирают насосом.
Самые высокие точки камер могут быть соединены с поверх-
ностью буровой дыхательной скважиной. Емкость оборудуют дыха-
тельным трубопроводом, с тем чтобы не образовывались газовые
«мешки».
Камеры проектируют круглой, сводчатой или трапецеидальной
с закругленными углами формы. Ширину камер назначают исходя
из глубины их размещения по аналогии с отработанными долгостоя-
щими выработками в подобных геологических и геокриологических
условиях, но не более 8 м. Камеры облицовывают льдом толщиной
не менее 3 см. Ледяная облицовка обеспечивает герметичность и пре-
дохраняет продукт от засорения механическими примесями.
240
Рис. 8.19. Принципиальная схема льдогрунтового
хранилища шахтного типа на три вида продукта.
1 — камера-емкость; 2 — скважины для залива продукта;
3 — перемычка; 4 — дыхательные скважины; 5 — колодец
для размещения погружного насоса; 6 — перемычка в стволе
из замороженного грунта.
Рис. 8.20. Принципиальная схема льдогрунтового хранилища
шахтного типа с наклонным стволом.
1 — оголовок хранилища; 2 — наклонный ствол; 3 — камера-емкость;
4 — дыхательная скважина; 5 — уровень налива нефтепродукта.
Однако не всякая ледяная облицовка отвечает предъявляемым
требованиям. Для создания ледяной оболочки необходимого качества
установлены закономерности формирования микроструктуры льда
в зависимости от температуры воздуха, при которой происходит
его намораживание.
Микроструктура льда значительно влияет на его механические
свойства, и следовательно, на прочность сооружения изо льда.
На размеры кристаллов льда влияет не только температура
воздуха, но и толщина одновременно замерзающего слоя. При низких
температурах воздуха толщину одновременно замерзающего слоя
воды можно увеличивать, при этом структура образующегося льда
существенно не меняется, лишь ускоряется процесс намораживания.
Температура намораживания влияет также и на ориентировку
осей кристаллов льда. С понижением температуры кристаллы стре-
мятся занять перпендикулярное положение относительно поверх-
ности замерзания. Следовательно, чем ниже температура при замер-
зании воды, тем более мелкие кристаллы и более строгая ориенти-
ровка оптических осей образующегося льда. Ледяную облицовку
намораживают только в зимнее время следующими методами:
устанавливают опалубку и заливают за нее воду или закладывают
лед и заливают его водой;
выкладывают из ледяных блоков;
наносят на охлаждаемые стенки мелкораспыленную воду.
В процессе намораживания облицовки в камеру подают холод-
ный воздух.
Для заливки применяют металлическую или деревянную инвен-
тарную опалубку. Деревянную опалубку покрывают плотной бумагой,
тканью или другим материалом и обливают водой, чтобы образо-
валась тонкая корка льда. За опалубку воду заливают с температу-
рой, близкой к 0° С, малыми порциями, с тем чтобы толщина одно-
временно намерзающего слоя не превышала 1 см.
Для ускорения намораживания за опалубку закладывают слоями
толщиной до 10 см битый пресный лед и заливают его водой до пол-
ного насыщения. После замерзания очередного слоя процесс намо-
раживания повторяют.
Ледяную облицовку методом распыления производят после охла-
ждения стенок камеры-емкости холодным воздухом, подаваемым с по-
верхности. Намораживание выполняют тонкими слоями, начиная
с верхней части камеры, причем струю холодного воздуха подают
по вентиляционным трубам непосредственно на место набрызга воды.
В последнюю очередь намораживают лед на днище емкости (почва
камеры).
Проходку камер-емкостей шахтного хранилища можно произво-
дить и в летний период. При этом необходимо тщательно изолировать
вход в ствол для предотвращения попадания в него теплого воз-
духа. Кроме того, обязательно нагнетание в выработки воздуха,
охлажденного до температуры породы окружающего горного мас-
сива.
242
Траншейные льдогрунтовые хранилища строят при отрицатель-
ной температуре воздуха. Ширину хранилищ данного типа опреде-
ляют в зависимости от реологических свойств льда на перекрытии,
но обычно не более 5 м. Ледяное перекрытие делают сводчатой формы
с опиранием на грунтовые бермы шириной не менее 1 м, оставляемые
по контуру траншеи. Свод в замке должен иметь толщину не менее
1,5-2 м.
Верхнюю образующую ледяного покрытия предусматривают на
0,5 м ниже деятельного слоя. На ледяное покрытие сверху наносят
мерзлый грунт, слой торфа или другого теплоизоляционного мате-
риала. Термоизоляцию рассчитывают на сохранение на ледяной
поверхности свода температуры не выше —3° С.
Рис. 8.21. Схемы льдогрунтового траншейного хранилища и расчетные
схемы.
Все сооружения изо льда даже при неизменной температуре
и постоянной нагрузке со временем деформируются. К. Ф. Войтков-
ский предложил оценивать эту деформацию следующим образом.
Простейшими методами сопротивления материалов находят упругое
смещение характерных точек сооружения, зависящее от упругих
констант материала: модуля упругости Е и коэффициента Пуассона.
В полученное выражение для смещения вместо Е подставляют
приведенный модуль упругости льда Еп.л, определяемый как
2(1 + р)п
(8.26)
где т] — коэффициент вязкости льда; t — время.
Указанный метод и схема расчета для определения упругих
смещений ледяного свода были уточнены Л. Н. Кислер и
Т. П. Махо. На рис. 8.21 изображены схемы расчета. На схеме а
ледяное перекрытие рассматривается как свод с заделанными пятами,
загруженный суммарным весом ледяного перекрытия и засыпки,
на схеме б поперечное сечение хранилища рассматривается как
243
круговое отверстие в весомой полуплоскости, загруженной дополни-
тельно по краю весом засыпки.
Так как в схеме б учитывается работа всего массива вокруг
хранилища (за исключением засыпки), а пяты свода не считаются
заделанными, эта схема более полно отражает действительную работу
материала конструкции.
Используя точное решение задачи теории упругости для изо-
тропной однородной полуплоскости с круговым отверстием, распо-
Рис. 8.22. Номограмма для опреде-
ления годовой осадки замка свода
льдогрунтового хранилища (приме-
нима при ?л = 0,9 т/м3,у3 = 1,8 т/м3,
Н = 3 м).
ложенным достаточно близко от
ее границы, и введя коэффициент
вязкости льда, осадку замка свода
(р, = 0,5) вычисляют по формуле
Д/ = 4г (УзЯ+улЛ) R (-£±* -
где AZ — время в ч; ц — коэф-
фициент вязкости льда в кгс *ч/см2;
у3— объемный вес засыпки
в кг/см3; ул — объемный вес льда
в кг/см3; Я, A, R — геометриче-
ские параметры в см.
На рис. 8.22 приведена номо-
грамма для определения относи-
тельной годовой осадки замка
свода.
Пусть, например, требуется найти
годовую»осадку замка свода льдогрун-
тового хранилища при R = 3 м, h =
= 1,8 м, Я = 4 м.
Находим параметры
h/R = 1,8/3,0 = 0.6 и h/H= 1,8/4.0= 0,45.
Точке пересечения вертикальной прямой, соответствующей h/H = 0,45, с наклон-
ной прямой h/R = 0,6 отвечает относительная годовая осадка Дгод/103Я = 6,8.
Решение показано на номограмме пунктиром. Так как Н = 4 м, полученное
значение умножаем на 4/3 (ибо величина засыпки взята отличной от 3 м). Тогда
относительная годовая осадка замка свода.
Дгод/ЮЗЯ = 6,8 • 4/3 • 10-» = 9Л . ю-8.
Абсолютная годовая осадка замка свода
Агод = 9-1-10“3-3 = 0,027.
Годовые осадки ледяных хранилищ имеют значительно большие
значения. Для траншейных хранилищ считается допустимым
Дрод IR = 0,01.
Льдогрунтовые хранилища траншейного типа имеют эксплуата-
ционный колодец, который выполняется из сборных железобетонных
колец. Сечение колодца определяютв зависимости от зумпфа, а объем
244
и размеры последнего в свою очередь зависят от типа насоса, техно-
логических трубопроводов, уровнемера и других устройств. При
этом необходимо учитывать возможность спуска людей для осмотра
и ремонта оборудования.
Слив продукта в подземную емкость предусматривается само-
теком. Сливной трубопровод заканчивается в зумпфе или камере-
емкости струебойным приспособлением для предотвращения механи-
ческого и термического воздействия продукта на ледяную облицовку.
Отбирают продукт из емкости с помощью погружных или артезиан-
ских насосов, а также струйных установок или обычных насосов,
размещенных в подземных камерах.
Над колодцем траншейного хранилища и над устьем ствола
шахтной емкости сооружают оголовок, который делят несгораемыми
перегородками на отсеки. В отсеках устанавливают эксплуатацион-
ное оборудование, приборы автоматики и контроля, в том числе
контроля за температурой ледяной облицовки и свода в разных
точках.
Размещая в оголовке электродвигатели, предусматривают при-
нудительную вентиляцию, устройство которой должно исключать
оттаивание окружающей мерзлой породы.
Оголовок хранилища на поверхности обваловывают, причем
обвалование предусматривают в радиусе не менее Юме откосами
1 : 3. Обвалование, как и термоизоляцию, выполняют из термоизо-
ляционных материалов: мерзлого грунта, покрытого торфом и мхом.
При сооружении льдогрунтовых хранилищ не только выбирают
породы с определенной температурой, но и устанавливают темпера-
турные условия, которые соблюдают при строительстве и эксплуата-
ции емкостей.
Наиболее сложно предотвратить нарушение естественных тем-
пературных условий горного массива при заполнении хранилища
нефтетопливом с положительной температурой. Предварительное
охлаждение топлива перед сливом в хранилище связано с дополни-
тельными затратами.
Нефтепродукты, доставляемые танкерами по морским и речным
путям, прибывают с температурой 8—15° С. Решая вопрос их охла-
ждения, в первую очередь рассматривают возможность использо-
вания льда и мерзлых грунтов. Лед обладает большой скрытой тепло-
той плавления, используя которую можно получить эффективный
охладитель. С помощью чистого льда топливо можно охладить до
0° С. Если температуру нефтепродукта необходимо снизить до отри-
цательной, можно применять криогидратные смеси, т. е. механиче-
скую смесь снега или льда с различными солями. Охлаждение про-
дукта производят и с помощью компрессорных установок (механи-
ческий способ).
Анализ различных методов охлаждения показал, что наиболее
экономично использовать природные хладоагенты — мерзлый грунт
и лед, а в прибрежной полосе — морскую воду. В отдельных случаях
применяют комбинированное охлаждение, т. е. используют холод
245
верхних слоев криолитозоны (криогенный способ) в сочетании
с искусственным охлаждением. В льдогрунтовые емкости нефтето-
пливо сливают, как правило, с отрицательной температурой.
Приведенные затраты на охлаждение 1 т нефтепродуктов при
криогенном способе и интенсивности слива до 125 м3/ч меньше, чем
при механическом. С повышением интенсивности слива предпочти-
тельнее механический способ охлаждения. Так, для базы на 39 000 т
при интенсивности слива 50 м3/ч приведенные затраты на 1 т грузо-
оборота составляют 0,27 руб/т для криогенного способа и 0,74 руб/т
для механического, а при интенсивности слива 250 м3/ч — соот-
ветственно 1,21 и 1,06 руб/т.
Траншейные льдогрунтовые хранилища по капиталовложениям
и по эксплуатационным затратам более эффективны, чем шахтные.
Стоимость 1 м3 траншейной емкости объемом 200 м3 применительно
к условиям Севера с учетом обвязки составляет 12,3 руб., а 1 м3
стального резервуара 24 руб»; для емкостей объемом 5000 м3 стои-
мость 1 м3 составляет соответственно 10,7 и 15,8 руб.
§ 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗАБРОШЕННЫХ ВЫРАБОТОК
ПОД ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩА
Большой практический интерес для организации подземного
хранения нефтепродуктов и сжиженных газов представляет исполь-
зование отработанных шахт, рудников и карьеров. Однако наиболее
распространенные отработанные угольные шахты, как и сланцевые,
мало пригодны для переоборудования в хранилища, ибо угли и
сланцы не обладают достаточной прочностью, в шахтах необходимо
восстанавливать и поддерживать крепи, а породы содержат примеси
органических веществ, растворимых в углеводородах, и поэтому
теряют прочность под воздействием нефтепродуктов и сжиженных
газов.
В мировой практике накоплен значительный опыт переоборудо-
вания, успешной эксплуатации и герметизации горных выработок
в трещиноватых породах грунтовыми водами. Особенно успешно
эксплуатируются такого вида хранилища нефти и бензина в Швеции.
Для обеспечения надежной герметизации днища и стенок выби-
рают выработки, расположенные ниже уровня грунтовых вод, кото-
рые создают подпор, предотвращающий утечку продукта из храни-
лища. Давление грунтовых вод на стенки и днище хранилища должно
быть выше давления на них хранимого нефтепродукта. Так как
плотность нефти и нефтетоплив меньше единицы, то уже при незна-
чительном превышении уровня грунтовых вод над зеркалом храни-
мого нефтепродукта обеспечивается необходимая разность давлений,
гарантирующая от утечки нефтепродукта в горную породу.
Разностью внешнего и внутреннего давлений определяется при-
ток воды в хранилище. Постоянную разность давлений поддержи-
вают путем периодической откачки воды со дна хранилища. Так как
режим грунтовых вод и колебания их уровня в течение года известны,
можно определить заренее и режим эксплуатации хранилища.
246
На рис. 8.23 приведены схемы подземных емкостей, закрытых
сверху, но негерметизированных, и графики зависимости давления
нефти и воды от глубины; на рис. 8.24 — схема подземной емкости
Рис. 8.23. Схемы закрытых сверху (негерметизированных) подземных емкостей
и график зависимости давления нефти и воды от глубины.
а — емкость, полностью заполненная нефтью; б — порожняя емкость; в — емкость, за-
полненная наполовину. 1 — нефть; 2 — грунтовые воды; 3 — водяная подушка днища;
4 — трубопровод для нефти; 5 — трубопровод для воды; 6 — поверхность; 7 — верхний
уровень грунтовых вод. Примечание. В схеме б уровень водяной подушки днища
совпадает с уровнем грунтовых вод.
с герметизированным облицовкой устьем, а на рис. 8.25 — схема
открытой емкости, заполненной нефтепродуктом с низкой упру-
гостью паров.
247
Такие хранилища являются весьма выгодными в эксплуатацион-
ном отношении. • Годовые расходы при хранении нефтепродуктов
в подземных емкостях составляют 30—40% расходов при хранении
нефтепродуктов в наземных резервуарах. Это объясняется прежде
всего сокращением потерь от испарения.
При хранении тяжелых нефтей значительно снижаются расходы
на нагрев нефти при отборе.
Рис. 8.24. Схема подземной
емкости, закрытой сверху
(с герметизированным
устьем) и график зависи-
мости давления нефти и
воды от глубины.
I — нефть; 2 — грунтовые во-
ды; 3 — водяная подушка дни-
ща; 4 — трубопровод для неф-
ти; 5 — трубопровод для воды;
6 — облицовк а устья скважины;
7 — поверхность; 8 — верхний
уровень грунтовых вод.
Для хранения тяжелых нефтепродуктов в США с успехом исполь-
зуют шиферные карьеры. Герметизация хранимых продуктов здесь
достигается путем устройства в емкости водяной подушки и благо-
даря подпору грунтовых вод.
Уровень продукта в таких хранилищах всегда должен быть ниже
уровня грунтовых вод, что обеспечивает перемещение жидкости
только в емкость.
Рис. 8.25. Схема открытой
сверху подземной емкости,
заполненной нефтепродук-
том с низкой упругостью
паров, и график зависимо-
сти давления нефти и воды
от глубины.
1 — нефть; 2 — грунтовые всь
ды; 3 — водяная подушка дни-
ща; 4 — трубопровод для неф-
ти; 5 — трубопровод для воды;
6 — поверхность; 7 — уровень
грунтовых вод.
В период повышенного расхода отобранный из резервуара нефте-
продукт возмещается водой, которую закачивают под уровень нефте-
продукта. В качестве резервуара для воды используют другой карьер.
Для повседневного наблюдения за уровнем воды в емкости
и предотвращения проникновения загрязненной нефтью воды в есте-
ственные водоемы вокруг подземного хранилища бурят несколько
небольших контрольных скважин. Из этих скважин периодически
отбирают пробы воды и определяют наличие в ней нефтепродуктов.
248
При оборудовании карьеров для хранения нефтепродуктов
наиболее сложно устраивать перекрытия, защищающие продукт
от загрязнения и испарения. Существуют две наиболее пригодные
для этой цели конструкции перекрытия: 1) понтонная плавающая
крыша и 2) подвесная крыша.
Плавающая крыша имеет форму, очерченную по периметру
карьера. Эта форма может быть геометрически неправильной. Крыша
состоит из отдельных понтонов, объединенных вместе.
Подвесная крыша состоит из стальных листов, укрепленных
на сетке из тросов. Сетка подвешена в пролете карьера.
Имеется целый ряд отработанных шахт, где добывались гипс,
каменная и калийные соли, в том числе методом лугования (запол-
нения водой камер с последующей откачкой рассола). Такие шахты
не нуждаются в дополнительной герметизации.
Техническое решение приспособления выработок под хранилища
привязывают к конкретным условиям. Целесообразность переобо-
рудования определяют технико-экономическим расчетом. Так, на-
пример, стоимость переоборудования луговней объемом 31 000 м3
на одном из месторождений каменной соли составляет 2,6 руб. на 1 м3
емкости.
§ 5. ПОДЗЕМНЫЕ ХРАНИЛИЩА, СООРУЖАЕМЫЕ
МЕТОДОМ ВНУТРЕННИХ ВЗРЫВОВ
В 1960 г. был предложен новый метод сооружения подземных
емкостей в пластичных глинах и суглинках внутренними взрывами.
Сущность этого метода заключается в том, что на расчетную
глубину бурят скважину с заходом в пласт глины или суглинка
и обсадкой ее трубами до верха будущей емкости. Затем в сква-
жине взрывают прострелочные заряды. При этом образуются проме-
жуточные котлы для размещения сосредоточенного основного заряда.
В результате полного камуфлетного взрыва основного заряда обра-
зуется полость сферической или сфероидальной формы с уплотнен-
ными и упрочненными стенками. При камуфлетном взрыве пластич-
ная среда вначале сжимается по определенному закону, затем дефор-
мируется с образованием подземной полости, причем на дневной
поверхности при этом не наблюдается какого-либо заметного вспу-
чивания, образования трещин и других изменений.
Технологическая схема образования подземных емкостей внутрен-
ними взрывами представлена на рис. 8.26. На схеме показаны две
предварительные прострелки перед основным взрывом. Такое число
прострелок с зарядами ВВ4 и 12—13,5 кг соответственно для первой
и второй прострелки применяют для сооружения емкостей объемом
100—150 м3 при взрыве основного заряда 450—600 кг на глубине
20—22 м. Число прострелок перед основным взрывом зависит от
физико-механических свойств конкретных глин и суглинков и объема
емкости. С увеличением объема и, следовательно, основного заряда
число подготовительных взрывов увеличивается.
249 <
Желательно, чтобы при прострелках промежуточный котел для
размещения основного заряда имел форму, близкую к сферической,
так как такая форма в значительной степени определяет контуры
будущей емкости.
Подземная емкость и промежуточные котлы могут иметь правиль-
ную форму лишь при равномерном распределении давления от вну-
треннего взрыва, что выполнимо только при взрыве в полностью
замкнутом неограниченном горном массиве.
Рис. 8.26. Технологическая схема образования подземных емкостей внутрен-
ними взрывами в отложениях пластичных глин и суглинков.
Стадии: а — первая, 6 — вторая, в — третья, г — готовая емкость; 1 — водная забойка;
2 — первоначальный заряд; 3 — глинистый i аствор; 4 — основной заряд; 5 — цементный
раствор.
При проходке буровой скважины замкнутость среды нарушается,
поэтому применяют гидрозабойку, т. е. скважину и котел заливают
водой до дневной поверхности перед первой и последующими про-
стрелками, а также перед основным взрывом. Гидрозабойка повышает
коэффициент полезного использования энергии взрыва и защищает
скважину от его действия. Еще лучше для гидрозабойки использо-
вать глинистый раствор. При гидрозабойке для взрывания необхо-
димо применять только водоустойчивые ВВ и водостойкие средства
взрывания.
Окончательный выбор ВВ зависит от физико-механических
свойств глин и суглинков. Так, для образования емкостей в высоко-
пластичных породах применяют ВВ с метательными свойствами
{пироксилиновые пороха), а в тугопластичных породах типа кем-
брийских глин — бризантные ВВ (аммониты, тротил и др.). На
рис. 8.27 показан момент взрыва с выбросом водяной забойки при
образовании подземной емкости в кембрийской глине зарядом 1,5 т.
250
При сооружении подземных емкостей заряды прострелочные
и основной взрывают только электрическим способом.
Глины различных генетических типов и суглинки по-разному
уплотняются под воздействием взрыва.
Рис. 8.27. Выброс водяной забойки при обра-
зовании подземной емкости взрывом заряда В В
в 1,5 т.
Наиболее благоприятны для создания подземных хранилищ
взрывным способом пластичные глины и суглинки, так как они
обладают необратимыми пластическими деформациями под действием
больших давлений, возникающих при взрыве.
В настоящее время выдвинуты сравнительно жесткие требования
к горным породам, пригодным для создания хранилищ способом
взрыва. Основные требования сводятся к следующему: глинистые
частицы (0,005 мм) в породе должны составлять не менее 15%, пыле-
видные (0,05—0,005 мм) — не менее 35% и песчаные (2—0,05 мм)
не более 40%, естественная влажность 10—20%, пористость более
30% и показатель простреливаемости не менее 0,1 м8/кг. При этом
число пластичности должно быть больше 12.
251
Различные нефтепродукты и сжиженный газ практически не
изменяют своих товарных свойств при длительном прямом контакте
с самыми разнообразными глинами и суглинками.
Опыт хранения дизельного топлива во взрывных емкостях сви-
детельствует о герметичности последних.
Для создания устойчивых подземных емкостей, образуемых
методом внутренних взрывов, необходимо знать условия полного
камуфлетного взрывания. Важно при этом определить минимальное
заглубление, так как от глубины размещения емкости зависят
эксплуатационные затраты и горное давление.
Предельной (минимальное) глубине заложения заряда полного
камуфлета соответствует критическое значение заряда внутреннего
взрыва Q.
Вес камуфлетных зарядов определяют по формуле
Q = qw3f(n)t (8.28)
где q — удельный расход ВВ в кг/м3; w — линия наименьшего со-
противления взрыва в м; / (и) — функция показателя действия взрыва
(для камуфлетных взрывов принимают / (и) 0,1).
На основании обработки результатов опытных взрывов мини-
мальное заглубление центра заряда внутреннего взрыва предло-
жено определять по формуле
» = V <?//(?. п). (8.29)
где / (д, п) — функция действия внутреннего взрыва, которая для
глин и суглинков колеблется в пределах 0,03—0,07.
Следует отметить, что указанные значения функции получены
при взрывании зарядов от 100 до 1500 кг из некондиционных пирок-
силиновых порохов на глубине от 12 до 30 м. При большей глубине
взрывания заряда значение функции будет увеличиваться.
При применении других ВВ в формулу (8.29) необходимо ввести
коэффициент эквивалентности пироксилиновым порохом по работо-
способности.
При слоистом геологическом разрезе функция действия каму-
флетного взрыва определяется как сумма функций пород всех выше-
лежащих над зарядом слоев.
Обт>ем емкости F, получаемой после взрыва, зависит от веса
заряда внутреннего взрыва и показателя простреливаемости /7пр,
который для глинистых пород колеблется в пределах 100—
1400 дм3/кг.
Однако в дополнение к зависимостям, полученным при взрыва-
нии камуфлетных зарядов небольшого веса, оказалось необходимым
ввести поправочный коэффициент к:
V = knUp^Qit (8.30)
где 2 Qi — суммарный вес прострелочных и основного зарядов ВВ
в кг.
252
Зная веса зарядов ВВ и замеряя фактические объемы полученных
емкостей Уф, можно определить поправочный коэффициент:
/с==Уф/(?Лпр. (8.31)
Для условий взрывания камуфлетных зарядов поправочный
коэффициент к = 0,8, т. е. полученный объем на 20% был меньше
расчетного. При возрастании величины зарядов значение коэффи-
циента к будет уменьшаться.
Для определения пригодности данного метода сооружения хра-
нилищ было произведено вскрытие емкости. С этой целью в стороне
от нее проходили шурф. Исследования показали, что уплотнение
породы равно примерно трем радиусам образованной полости.
Участки поверхности отдельных емкостей в неоднородных суглинках
имели незначительную поверхностную трещиноватость. Глубина
трещин достигала 12—15 см.
В результате сжатия породы при взрыве происходят структурно-
текстурные изменения, изменяется дисперсность и другие свойства
глин и суглинков. Эти изменения и их характер зависят от петро-
графического состава, генезиса, возраста и глубины залегания
рабочей толщи. В то же время было установлено, что минералоги-
ческий состав пород после воздействия внутреннего взрыва не изме-
няется.
В результате воздействия на грунт взрывной волны происходит
изменение его влажности, плотности и прочностных характеристик
(сцепления, угла внутреннего трения, прочности на одноосное
сжатие). Объемный вес грунта увеличивается на 10—15%, а пори-
стость уменьшается на 15—20%, вследствие чего увеличивается
в 2—3 раза предел прочности породы на сжатие и в 4—5 раз сцеп-
ление.
Для взрыва наиболее целесообразно и экономично применять
отходы пироксилиновых порохов различных марок. Они хорошо то-
нут и детонируют в воде, просты и безопасны в обращении. Для
детонации пироксилиновых порохов применяют промежуточный
заряд, составляющий 3—5% веса основного заряда. Окончательный
выбор ВВ зависит от физико-механических свойств глин и суглинков.
Взрывают заряды электрическим способом с применением водо-
стойких электродетонаторов мгновенного и короткозамедленного
действия.
На рис. 8.28 представлена форма емкости, полученная посред-
ством съемки телекамерой. Съемка произведена по нескольким
сечениям.
Если часть емкости из-за неблагоприятных геологических усло-
вий попадания воды обрушилась или произошло частичное осыпание
свода, необходимо дополнительно проводить закрепление ее обжигом
или другими искусственными способами.
Для базовой застройки емкостей методом внутреннего взрыва
необходимо прежде всего определить минимальные расстояния между
отдельными емкостями. На устойчивость подземной емкости при
253
базовой застройке влияют не только ее форма, глубина заложения,
физико-механические свойства упрочненной породы вокруг полости,
но и сейсмическое разрушающее воздействие взрывов при образова-
нии последующих емкостей.
При сооружении емкости рядом с готовыми емкостями в конту-
рах последних возникают волны растяжения, которые могут привести
их к разрушению.
Сближение емкостей, образуемых внутренними взрывами, воз-
можно в том случае, если будут созданы условия для гашения встреч-
ных взрывных (ударных) волн и поддержания во всех взрываемых
Рис. 8.28. Форма емкости, полученная посредством съемки специаль-
ной телекамерой.
емкостях группы большого внутреннего противодавления продуктов
взрыва (ПВ). Это нейтрализует воздействие ослабленных вторичных
ударных волн растяжения от движущейся границы раздела емкости
ПВ на контур взрывных емкостей.
Время образования емкости зависит от физико-механических
свойств среды и веса заряда ВВ. Например, для образования неболь-
шой емкости (100 м3) в суглинке при заряде тротила весом 450 кг
оно составляет 60—80 мс.
Интервалы между взрывами при базовой застройке самые раз-
личные, но в сумме они должны быть меньше времени образования
отдельной емкости. В этом случае достигается максимальное сбли-
жение емкостей с соблюдением их устойчивости и надежности при
эксплуатации.
Необходимым и достаточным условием образования устойчивых
подземных емкостей при указанных режимах взрывания является
^емк ^зам» (8.32)
где ^емк — время образования подземной емкости в мс; £вам — пе-
риод (замедление) между взрывами основных зарядов ВВ в мс.
254
При выполнении этого условия в процессе одновременного
образования группы емкостей внутри всех расширяющихся полостей
будет поддерживаться большое внутреннее противодавление продук-
тов взрыва, которое воспрепятствует обрушению емкостей от воз-
действия взрывных волн соседних внутренних взрывов. Следова-
тельно, при такой системе взрыва емкости на глубине 20 м можно
сближать даже на расстояние, равное глубине заложения. В таком
случае сокращается протяженность коммуникаций и резко умень-
шается площадь застройки самой базы.
Отдельные емкости объемом 100—150 м3 сооружают за две смены;
причем собственно процесс строительства — образование емкости
взрывом — занимает доли секунды. Основное время идет на бурение
и зарядку скважин. Еще меньших сроков сооружения можно достиг-
нуть при одновременном взрывании группы емкостей. В этом случае
за доли секунды создается целая база.
Взрывные емкости дешевле стальных. Эффективность их во мно-
гом зависит от глубины заложения, стоимости эксплуатации и от
срока службы.
Для самых емкостей не требуется металла, стальные трубы
необходимы лишь на обсадку скважин и на колонны труб подачи
и отбора хранимых нефтепродуктов. Экономия металла во взрывных
емкостях по сравнению со стальными резервуарами значительна.
Технико-экономические показатели взрывных хранилищ объемом
до 400 м3 приводятся в табл. 8.3.
Т а б л и ц а 8.3
Хранимый продукт Стоимость 1 м3 емкости, руб. Затраты металла на 1 м3 емкости, кг
стальной взрывной стальной взрывной
Нефтепродукт 15 4-10 36 7-10
Сжиженный газ 60—120 15 112-350 10—15
Температурные условия хранения в подземных взрывных емко-
стях нефтепродуктов и сжиженных газов более благоприятны, чем
в наземных резервуарах, причем исключаются потери от «малых
дыханий».
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ
§ 1. ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ
ДЛЯ ХРАНЕНИЯ НЕФТИ
Железобетонные резервуары по сравнению со стальными имеют
ряд преимуществ и недостатков, которые необходимо учитывать при
строительстве резервуарных парков. Положительными качествами
железобетонных резервуаров являются:
а) значительное уменьшение расхода листовой стали; в железо-
бетонных резервуарах вместимостью 10 000—30 000 м3 расход стали
составляет 5—6 кг на 1 м3 объема, а в стальных резервуарах той же
вместимости расход стали 15—18 кг на 1 м3 объема;
б) железобетонные резервуары не подвержены коррозии, в связи
с чем их можно заглублять в землю, что уменьшает пожарную опас-
ность и приводит к значительному сокращению площади застройки
резервуарного парка;
в) будучи заглубленными в землю железобетонные резервуары
не подвергаются воздействию суточных колебаний температуры, что
снижает потери продукта от испарения;
г) поскольку железобетон (при использовании специальных
цементов) не подвергается разрушению при воздействии на него нефте-
продуктов и паров, агрессивных по отношению к стали, железобе-
тонные резервуары практически не требуют ремонта при эксплуа-
тации.
Отрицательными качествами таких резервуаров являются:
а) большая по сравнению со стальными резервуарами стоимость;
в среднем заглубленные железобетонные резервуары вместимостью
10 000 м3 дороже наземных стальных резервуаров на 40—50%; при
сравнении стоимости резервуаров в резервуарных парках благодаря
сокращению площади застройки и уменьшению протяженности ком-
муникаций (трубопроводы, дороги) разница в стоимости умень-
шается до 20—25%;
б) значительно большая трудоемкость работ; трудоемкость при
сооружении железобетонных резервуаров (по сравнению со сталь-
256
ними) увеличивается из-за наличия мокрых процессов (бетониро-
вание днища, заделка стыков между сборными элементами конструк-
ций), значительного объема земляных работ, большого количества
сборных элементов конструкций, подлежащих монтажу; трудоем-
кость работ по сооружению железобетонных резервуаров увеличи-
вается при производстве работ в зимнее время, так как необходимо
применять специальные мероприятия по обогреву бетона (электро-
или пароподогрев, тепляки и др.);
в) необходимость применения специальных мероприятий по обес-
печению газонепроницаемости покрытия при хранении нефтепродук-
тов с высокой упругостью паров (светлые нефтепродукты, сырая
нефть);
г) особые требования к площадке, на которой предполагается со-
оружение заглубленных резервуаров; грунты здесь должны залегать
однородные, плотные и непучинистые, чтобы исключались неравно-
мерные осадки резервуаров и подпор грунтовых вод, уровень кото-
рых (с учетом сезонных и многолетних колебаний) должен быть
на 1—2 м ниже предполагаемой отметки заложения днища.
Учитывая перечисленные качества железобетонных резервуаров
для хранения нефти, в настоящее время сооружают в основном ци-
линдрические заглубленные резервуары большой емкости с водяным
экраном на покрытии. Такие резервуары полностью (стенку, покры-
тие и днище) подвергают предварительному напряжению.
Для хранения темных нефтепродуктов применяют как цилиндри-
ческие, так и прямоугольные заглубленные резервуары без герме-
тизации покрытия. Чтобы уменьшить затраты на подогрев продукта,
обеспечивают термоизоляцию (засыпают землей) покрытия.
Железобетонные резервуары сооружают в основном в крупных
резервуарных парках.
§ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Железобетонные резервуары классифицируют по следующим при-
знакам:
а) по виду хранимого продукта: резервуары для светлых нефте-
продуктов, резервуары для нефти, резервуары для темных нефте-
продуктов (мазут, котельное топливо и др.);
б) по конструктивной форме: цилиндрические, прямоугольные,
траншейные, линзовые и др.;
в) по расположению относительно поверхности земли: наземные,
заглубленные.
Железобетонные резервуары сооружают также в особо сложных
условиях, например при наличии подпора грунтовых вод, в сейсми-
ческих районах, в районах вечной мерзлоты.
Технико-экономические показатели железобетонных резервуаров
приведены в табл. 9.1.
257
Таблица 9.1
Резервуары Емкость, м3 Расход стали на 1 м3 вместимости, кг Расход бетона на 1 м3 вмести- мости, м3
для светлых нефтепродуктов для темных нефтепродуктов и нефти
Цилиндрические 5 000 12,8 6,14 0,074
заглубленные 10 000 11,9 5,45 0,060
20 000 11,0 5,00 0,056
30 000 — 4,50 0,055
Прямоугольные 5 000 14,5 7,36 0,080
заглубленные 10 000 12,2 6,00 0,069
20 000 11,0 5,50 0,065
Данные табл. 9.1 показывают, что удельный расход основных
материалов при строительстве резервуаров уменьшается с увеличе-
нием вместимости резервуаров. С увеличением вместимости резервуа-
ров уменьшается также площадь застройки резервуарного парка.
Таблица 9.2
При оборудовании парка резервуарами вместимостью, м3
10 000 20 000 30 000
Показатели для нефти для светлых нефтепро- дуктов для нефти для светлых нефтепро- дуктов для нефти для светлых нефтепро- дуктов
Площадь парка, га .... % Протяженность технологи- ческих трубопроводов, км % Протяженность противопо- жарного трубопровода, км % Автодороги, м2 . ... % Стоимость парка, млн. руб. % Стоимость парка на 1 м3 полезной вместимости, руб % 11,40 100 5,47 100 2,21 100 11,37 100 2,4620 100 10,2 100 11,40 100 5,47 100 2,21 100 11,37 100 2,6521 100 11,0 100 9,55 84 3,83 70 1,75 79 9,40 83 2,2514 92 9,4 92 9,55 84 3,83 70 1,75 79 9.40 83 2,2952 86 9,6 86 7,00 61 1,97 36 1,49 67 7,70 68 1,7279 70 7,2 70 7,00 61 1,97 36 1,49 67 7,70 68 1,8426 70 7,6 70
258
Технико-экономические показатели ’резервуарного парка общей
емкостью 240 000 м3 резервуарами различной вместимости приве-
дены в табл. 9.2, из которой видно, что стоимость парка при приме-
нении резервуаров вместимостью 20 000 и 30 000 м3 меньше, чем
стоимость парка, скомпонованного из резервуаров вместимостью
10 000 м3. Так, для светлых нефтепродуктов она снижается от 12
до 25 %, для темных — от 14 до 30%. Соответственно уменьшается
площадь застройки парка: при цилиндрических резервуарах на 15 —
38%, при прямоугольных резервуарах на 20—45%.
Кроме того, сравнительными расчетами определено:
а) при применении резервуаров вместимостью 20 000 и 30 000 м3
по сравнению с резервуарами вместимостью 10 000 м3 расход металла
уменьшается: в резервуарах для светлых нефтепродуктов от 10 до
30%, в резервуарах для темных нефтепродуктов от 6 до 25%; для
резервуаров прямоугольной формы расход металла на 10% больше,
чем для цилиндрических;
б) стоимость резервуарных парков, скомпонованных из цилин-
дрических резервуаров, ниже стоимости парков из прямоугольных
резервуаров в среднем на 10%.
Приведенные данные показывают, что необходимо стремиться
применять резервуары большой емкости.
§ 3. УНИФИКАЦИЯ КОНСТРУКЦИЙ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РЕЗЕРВУАРОВ.
НОРМАЛЬНЫЙ РЯД РЕЗЕРВУАРОВ
Железобетонные емкостные сооружения, в том числе резервуары,
являются одними из наиболее распространенных сооружений во
всех отраслях народного хозяйства.
Чтобы устранить сезонность, снизить трудоемкость работ на
строительной площадке и отказаться от дорогостоящей опалубки,
при сооружении очень большого числа емкостных сооружений в на-
шей стране применяют сборные типовые конструкции заводского
изготовления. Применение сборных типовых конструкций в данном
случае особенно эффективно, так как железобетонные резервуары
сооружают большими группами.
В результате большой работы, проделанной рядом проектных ин-
ститутов, были установлены: нормальный ряд вместимости резер-
вуаров для хранения различных жидкостей, формы резервуаров
(цилиндрическая, прямоугольная), их габаритные размеры и макси-
мальная вместимость (табл. 9.3 и 9.4).
'В результате унификации конструкций резервуаров удалось
резко сократить количество типоразмеров сборных железобетонных
конструкций и частично использовать типовые конструкции про-
мышленных зданий, внесенных во всесоюзный каталог (табл. 9.5).
Как видно из табл. 9.5, несмотря на общее сокращение типораз-
меров почти в 2 раза, диапазон вместимости резервуаров значительно
расширился.
259
Вместимость ре
Вид хранимой жидкости 50 100 250 500 1000 2000
Цилинд
Вода + + + + +
Мазут . . . : +
Нефть +
Прямоу
Вода
Мазут .........................
Таблица 9.4
Вместимость резервуара, м8 Размеры (в м) резервуаров
цилиндрических прямоугольных
диаметр высота в плане высота
50 6 1,8 3X6 3,6
100 6 3,6 6X6 3,6
250 9 3,6 6X12 3,6
500 12 4,8 12X12 3,6
1000 18 4,8 12X18 4,8
2 000 24 4,8 18X24 4,8
3 000 30 4,8 24X30 4,8
5 000 42 4,8 — —
6 000 30 7,8 36X36 4,8
10 000 42 7,8 48X48 4,8
20000 54 9,0 66X66 4,8
30 000 66 9,0 78X84 4,8
40 000 78 9,0 90X96 4,8
Унификация сборных железобетонных конструкций резервуаров
позволяет не только повысить степень индустриализации строи-
тельства, но и снизить их стоимость.
260
Таблица 9.3
зервуаров, м®
3000 5000 6000 10 000 20 000 30 000 40 000
рические + +
+ + + +
+ гольные + + + + + + + + + +
Та блица 9.5
До унификации После унификации
Форма резервуаров вместимость, м® количество типоразмеров вместимость, м® количество типоразмеров
Цилиндрические Прямоугольные . 50-10 000 3000—20000 45 16 50-40 000 50-40 000 21 12
Всего — 61 — 33*
* Из них 9 каталожные (серии ИИ 22, 23 и 24).
§ 4. КОНСТРУКЦИИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
Конструкция цилиндрического резервуара включает в себя по-
крытие, стенку, днище и колонны, поддерживающие покрытие.
До 1956—1957 гг. железобетонные резервуары выполнялись главным
образом из монолитного железобетона; конструкция их состояла из
плоского днища толщиной 10—15 см, стенки и покрытия, монолитно
связанных между собою. Покрытие резервуара проектировалось без-
балочного типа или купольное.
261
Цилиндрические резервуары из монолитного железобетона
(рис. 9.1) без предварительного напряжения стенки не трещиностоп-
ки, для хранения нефти и нефтепродуктов их применяют только при
малых объемах (до 1000 м3). Основной конструкцией цилиндрических
железобетонных резервуаров, принятой для всех типовых проектов
нормального ряда, является комбинированная, когда днище выпол-
няется из монолитного железобетона, а стенки, покрытие и колонны
из сборного (рис. 9.2).
Рис. 9.1. Цилиндрический резервуар из монолитного
железобетона.
1 — грязевая труба; 2 — лаз; 3 — приямок.
Рассмотрим подробнее элементы этой конструкции.
Днище резервуара выполняется из монолитного железобетона.
Практика применения сборных железобетонных плит для сооруже-
ния днищ не дала положительных результатов. При большой пло-
щади днища (до 3000—4000 м2) протяженность швов между плитами
достигает большой величины, кроме того, для обеспечения горизон-
тальности днища требуется весьма точное устройство естественного
основания. Поэтому от устройства днищ резервуаров из сборных
плит пришлось отказаться. В резервуарах большой вместимости
262
(20 000—40 000 м3) площадь днища достигает 3000—4000 м2, по-
этому для устранения опасности появления усадочных трещин при
бетонировании оставляют рабочие швы, которые в дальнейшем за-
моноличивают. Практика строительства резервуаров показала, что
Рис. 9.2. Резервуар вместимостью 10 000 м3 со сборными стен-
кой и покрытием и монолитным днищем.
1 — днище; 2 — покрытие; 3 — стенка; 4 — приямок.
конструкция днища из монолитного железобетона является наиболее
надежной, когда днищу после замоноличивания швов сообщают
предварительное напряжение (сжатие). В этом случае все швы об-
жаты и могут быть неармированы, что позволяет выполнять швы
в опалубке и хорошо их обрабатывать перед замоноличиванием.
26
Предварительно напряженное днище (с напряжением 20—
30 кгс/см2) позволяет резко сократить расход арматуры.
Предварительное напряжение днища осуществляется навивкой
высокопрочной проволоки на стенку резервуара в зоне сопряжения
днища со стенкой.
Ненапряженное днище применяют для резервуаров при хране-
нии в них темных нефтепродуктов. В таком случае днище армируют
сварными сетками.
Стенка сборного цилиндрического железобетонного резер-
вуара состоит из вертикальных панелей, высота которых равна высоте
резервуара. Стеновые панели унифицированы. На весь ряд резер-
вуаров в настоящее время приняты три типоразмера, по одному
на группы резервуаров вместимостью 1000—3000 м3, 5000—10 000 м3
и более 10 000 м3.
Номенклатура стеновых панелей и габаритные размеры их при-
ведены в табл. 9.6.
Толщина стеновых панелей для резервуаров вместимостью до
10 000 м3 (включительно) принимается постоянной по высоте, для
резервуаров вместимостью более 10 000 м3 — переменной.
Стеновые панели изготовляют на заводах железобетонных изде-
лий из бетона марки 300—400 в стальных формах.
Арматура стеновых панелей состоит из сварных стандартных се-
ток и вертикальной арматуры, рассчитанной на действие изгибающих
моментов в вертикальной плоскости. В резервуарах вместимостью
10 000 м3 и более для обеспечения трещиностойкости вертикальную
арматуру подвергают предварительному напряжению. Наибольший
вес стеновых панелей принят 10 т.
Покрытия цилиндрических резервуаров сооружают либо
купольного типа, либо плоские — балочные. На 1 м2 купольного
покрытия резервуара вместимостью 10 000 м3 расходуется железо-
бетона от 0,056 до 0,088 м3, стали — от 5,6 до 10,5 кг, а на 1 м2 пло-
ского покрытия такого же резервуара расходуется железобетона
от 0,15 до 0,20 м3, стали — от 13,6 до 16,5 кг.
Купольное покрытие применяют при строительстве резервуаров
из монолитного железобетона. Несмотря на экономичность, оно имеет
существенные недостатки:
а) в сборном варианте трудно поддается унификации для всего
ряда емкостей, сложно и трудоемко в выполнении;
б) резервуары с купольным покрытием имеют большой неисполь-
зованный объем (газовое пространство), при заглубленных резер-
вуарах усложняется утепление покрытия грунтом.
К покрытию резервуара в зависимости от типа хранимого нефте-
продукта предъявляют различные требования. В соответствии с этими
требованиями определились два типа покрытия.
Покрытия первого типа должны удовлетворять условиям
прочности, трещиностойкости, во до- и газонепроницаемости, а
покрытия второго типа — тольк оусловиям прочности и водоне-
проницаемости.
264
Таблица 9.6
Kq п/п Эскиз Номинальные размеры, мм Вес изде- лия, т
H(L) в б R
1 j 3,60 1,57 0,12 3,0 1,5
1
2 4,80 1,57 0,12 6,0 2,0
3 4,80 1,57 0,14 9,0 2,4
4 в 4,80 2,35 0:18 15,0 2,9
|ф° 1
5 1 X*/ i 5 ‘ r*— 5,20 1,57 0,16 15,0 3,0
6 6 - f — 8,60 | 2,35 0,20 15,0 | 9,1
7 9,60 2,35 0,16-0,26 30,0 10,5
8 1 в et 3,60 3,00 0:18 - |_5Л_
9 3,60 | 2,00 0,18 — 2,9
10 t=rtr=i 4,80 3,00 0,20 7,3
11 JOO 7,20 0,40 — — 2,4
12 4,30 | 0,40 — — | 1,5
13 t 8,16 | 0,40 — — 2,7
14 0,50 1,50 — — 1,4
H 1 «О L
*0=J
15 1 e —> 0,60 1,20 — — 1,4
l\/\ 4
Isl
265
Продолжение табл. 9.6
№ п/п Эскиз Номинальные размеры, мм Вес изде- лия, т
H(L) в б R
16 (/ L I 6,70 3,06 0,56 3,35 6,0
17 1 iZF 5,90 0,82-2,90 I 0,12 — 3,3
18 45 5,90 1,73—2,97 0,12 — 4,2
19 1 L И 5,90 2,12—3,00 0,12 — 4,6
20 5,90 2,45—3,00 0,12 — 4,8
21 I L„ГГТ s I Г”! <| L_ J 1 1 1 1 и 5,70 0,90 0,60 — 2,7
22 6,00 0,90 0,60 — 2,8
23 1 1 в -* i JL 6 1 4,80 3,00 0,14 — 4,4
24 1 5,55 1,485 0,40 — 2,2
L J 4
25 г= «о я L_j Г’Т L-J 1”! 5,95 1,485 0,40 — 2,4
26 5,48 0,80 0,65 — 4,4
tz
Ji
27 L 5,28 0,80 | 0,3 — 3,1
28 i. L —* 5,48 0,80 | 0,3 — 3,2
29 4,80 0,40 1 - — 2,1
30 £ № 4,80 0,40 — — 2,3
31 1г 3,60 0,40 — — 1,6
32 l | CQ 3,60 0,40 — 1,8
33 5,12 0,40 — — 2,4
Прим ечание. Изделия 1 — 23 —индивидуального изготовления, остальные—серий-
ного: 24—ИИ 24-1, 25—ИИ 24-2, 26—ИИ 23-1, 27, 28—ИИ 23-3, 29-33—ИИ 22-23,
ИИ 23-3-
Для покрытия первого типа могут быть применены следующие
конструктивные решения.
Покрытие с водяным экраном (рис. 9.3), состоящее из системы
прямолинейных балок, покоящихся на колоннах, расположенных
по концентрическим окружностям. На балки укладывают радиаль-
ные безреберные предварительно напряженные плиты (толщиной
10—12 см), пролет которых составляет 6 м.
Прямолинейные балки легко монтировать, но для возможности
укладки радиальных плит они должны иметь ширину 90 см. Балки
имеют П-образное сечение (рис. 9.4), их изготовляют на заводах из
бетона марки 300—400 с предварительно напряженной арматурой.
Вес балки 5—6 т.
Укладывают балки на консоли колонн и приваривают к ним через
закладные детали. Перед укладкой плит покрытия верхнюю поверх-
ность балки покрывают тонким слоем глины, обработанной нефтью
или мазутом, что обеспечивает скольжение плит покрытия по балкам
при производстве предварительного напряжения всего диска по-
крытия.
Уложив все плиты покрытия и замонолитив стыки, производят
предварительное напряжение всего диска покрытия путем навивки
высокопрочной проволоки на стенку резервуара в месте сопряжения
ее с покрытием. Получается полностью напряженное покрытие
(включая все швы), повышенной трещиностойкости, на которое затем
заливают слой воды 15 см. При этом особенно тщательно заделывают
в покрытии все люки, на которые устанавливают оборудование.
Общий вид готового покрытия представлен на рис. 9.5. Вода, про-
никая в толщу бетона на глубину 20—40 мм, делает его газонепро-
ницаемым.
Покрытие такой конструкции выполнено на резервуарах вмести-
мостью 30 000 м3 на нефтепроводе «Дружба» и ряде других объектов
и полностью себя оправдало.
В районах с интенсивным испарением водяной экран на по-
крытии следует поддерживать, добавляя воду обычным пожарным
шлангом.
К покрытиям первого типа относятся также покрытия из ребри-
стых радиальных плит, герметизация которых достигается путем
обклейки их синтетической или резинотканевой пленкой. Пленку
заранее склеивают или вулканизируют и надежно, герметически,
соединяют с покрытием и стенкой резервуара специальным клеем.
Особо тщательно выполняют работы по герметизации мест установки
люков и горловин для оборудования. На покрытие в этом случае
засыпают слой земли 30—40 см. Покрытия резервуаров с газоизоля-
цией из синтетической пленки сооружают пока в экспериментальном
порядке.
Для покрытия второго типа (в резервуарах для темных нефте-
продуктов), когда не требуется обеспечения газонепроницаемости,
применяют ребристые радиальные плиты (см. рис. 9.2), заменив син-
тетическую пленку обычным трехслойтям рубероидным ковром.
267
Узлы сопряжений сборной
стенки цилиндрических резервуа-
ров с покрытием и днищем зави-
сят от конструкции покрытия и
днища и могут быть двух типов.
К первому типу относятся кон-
струкции сопряжений стенки
с предварительно напряженными
покрытием и днищем (рис. 9.6
и 9.7).
Основные требования, предъ-
являемые к этим узлам, следу-
ющие. Возможность осуществле-
ния передачи усилия от навивки
на стенку предварительно напря-
женной арматуры, перекрытие и
днище; надежная герметизация
сопряжений.
Первое требование удовлетво-
ряется при укладке плоских плит
покрытия на консоли стеновых
панелей, второе — при замоноли-
чивании узла сопряжения. Поло-
жение консоли выбирают из усло-
вия возможности размещения в
верхней части стеновой панели
необходимого количества витков
напряженной арматуры (до 500
витков), причем витки размеща-
ются симметрично относительно
срединной плоскости покрытия,
чтобы не создавать дополнитель-
ного изгибающего момента в по-
крытии от горизонтальной равно-
действующей, возникающей в ре-
зультате навивки арматуры.
Замоноличивают сопряжения
до навивки арматуры, что обес-
печивает жесткость и трещино-
стойкость узла.
Сопряжение стенки с днищем,
как видно из рис. 9.7, осущест-
вляется путем установки стено-
вых панелей на фундаментные
плиты, которые лежат на слое пе-
ска (5 см). Передача усилия от на-
виваемой на стенку арматуры
днищу резервуара и обеспечение
268
5
Рис. 9.3. Резервуар емкостью 30 000 м3
с водяным экраном на покрытии.
а — разрез; б — план плит напряженного по-
крытия.
Рис. 9.4. Балки П-образного сечения
напряженного покрытия резервуара.
Рис. 9.5. Общий вид покрытия резервуара с водяным
экраном.
100 100 150 50
Рис. 9.6. Сопряжение стен-
ки цилиндрического резер-
вуара с предварительно
напряженным покрытием.
1 — плиты покрытия и водя-
ной экран; 2 — монолитный
бетон; з — навитая напряжен-
ная арматура; 4 — стенка ре-
зервуара.
Рис. 9.7. Сопряжение сте-
нок цилиндрического ре-
зервуара с предварительно
напряженным днищем.
1 — днище резервуара; 2 —
стенка резервуара; з — нави-
тая напряженная арматура;
4 — подготовка; 5 — податли-
вая прокладка; 6 — песок.
герметичности узла осуществляются устройством из монолитного бе-
тона утолщенного участка днища. Бетонируют утолщенную часть
после бетонирования днища, установки стеновых панелей и замоно-
личивания швов между ними. Навиваемая на стенку арматура пере-
дает сжимающую силу на днище и на-
дежно герметизирует плоскость кон-
такта между стенкой резервуара и
утолщенной частью днища. Для обе-
спечения возможности деформации
днища при его обжатии под фундамент-
ную плиту и само днище насыпают слой
песка (5 см). Обычно принимается
напряжение сжатия при обжатии днища
30 кгс/см2. Испытания данной кон-
струкции днища показали, что пред-
Рис. 9.8. Сопряжение стенки
цилиндрического резервуара
с ненапряженным покрытием.
1 — плиты покрытия; 2 — слой
цементного раствора; з — стенка
резервуара; 4 — торкрет-штука-
турка.
варительное напряжение его падает
к центру не более 10—12%. Для того
чтобы колонны не препятствовали де-
формации днища при его обжатии, под
подколонниками устраивают слой сколь-
жения из глины, пропитанной нефтя-
ными остатками или мазутом.
Ко второму типу относятся такие конструкции сопряжения, в ко-
торых не требуется герметизация сопряжения стенки с покрытием,
а днище не имеет предварительного напряжения (рис. 9.8 и 9.9).
Рис. 9.9. Сопряжение стенки резервуара с ненапря-
женным днищем.
1 — плита днищ; 2 — фундаментная плита; 3 — стенка резер-
вуара.
Плиты покрытия в этом случае делают радиально-ребристыми.
Они свободно лежат ребрами на верхних торцах стеновых панелей.
Пространство между плитой и стенкой заделывают бетоном, только
чтобы предотвратить попадание грунта и влаги в резервуар.
Сопряжение стенки с днищем осуществляется путем заделки стено-
вых панелей в паз, который выполняют в монолитном бетоне при бе-
тонировании днища. Разбивка паза должна быть достаточно точной
271
и ширина его должна быть больше толщины стеновой панели не ме-
нее чем на 10 см. Бетонируют паз после замоноличивания стыков
между стеновыми панелями и навивки напряженной арматуры на
стенку резервуара, в противном случае стенка не сможет деформи-
роваться при обжатии навиваемой арматурой, что вызовет значитель-
ный изгибающий момент в месте сопряжения стенки с днищем. Для
уменьшения трения между торцом стенки резервуара и поверхностью
днища паза на него укладывают два слоя рубероида или затирают
дно паза цементным раствором. После установки панелей стен паз
необходимо предохранять от попадания в него мусора и бетона, для
Рис. 9.10. Сопряжение стенки
резервуара с днищем посред-
ством резиновой ленты.
1 — стенка резервуара; 2 — профили-
рованная лента; з — резиновые пло-
ские ленты; 4 — днище резервуара.
чего его временно засыпают песком
или опилками.
За рубежом, где железобетон-
ные резервуары сооружают из
Рис. 9.11. Швы в днище резервуара.
1 — днище; 2 — арматурные сетки; з — подго-
товка.
монолитного железобетона, применяют конструкцию сопряжения
стенки с днищем из бетоностойких резиновых прокладок и специаль-
ной профилированной резиновой ленты (рис. 9.10). Прокладки по-
зволяют деформироваться стенке при ее предварительном напряже-
нии, а лента обеспечивает герметичность узла.
Стыки в днищах, стенках и покрытиях замоноличивают бетоном
с мелким заполнителем, причем марка бетона должна быть не ниже
марки бетона замоноличиваемых конструкций.
Конструкция швов при ненапряженном днище указана на
рис. 9.11.
Швы между стеновыми панелями делают прямыми (шириной 20 см)
с выпусками арматуры (рис. 9.12). Выпуски перед бетонированием
сваривают. Диаметр выпусков 8—10 мм, расстояние между ними по
высоте 70—100 см. Выпуски используют для крепления опалубки
при замоноличивании стыка. Во избежание появления течи продукта
скрутки проволоки, служащие для крепления опалубки, не должны
пронизывать всю толщу стыка.
Стыки между плитами покрытия не армируют, заполняют бето-
ном марки 300—400 и тщательно уплотняют путем вибрирования.
В стенках цилиндрических резервуаров предварительное напря-
жение принимают таким, чтобы результирующее напряжение в стенке
272
при заливе продукта и незасыпанно'^ резервуаре было сжимающим
(8—10 кгс/см2).
Для предварительного напряжения цилиндрических резервуа-
ров применяют различные методы, но наиболее распространенным
Рис. 9.12. Стыки между стеновыми панелями.
а — прямой, б — шпоночный; 1 — наружный торкрет; 2 — на-
витая арматура; 3 — бетон стыка; 4 — внутренний торкрет;
5 — свариваемые выпуски.
является метод навивки высокопрочной проволоки (d = 5 мм). Про-
волоку навивают с напряжением 0,65 7?а, где Ra — предел проч-
ности проволоки (17 000—20 000 кгс/см2). Шаг витков определяют
расчетом. Навитую арматуру защищают от коррозии слоем торкрет-
штукатурки 30 мм.
§ 5. КОНСТРУКЦИИ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
Прямоугольные резервуары по нормальному ряду предусматри-
ваются вместимостью до 40 000 м3, что соответствует площади днища
8000 м2. Чтобы устранить опасность появления в днище трещин от
температурных воздействий, устраивают деформационные швы через
30—40 м. Конструкция деформационного шва довольно сложная
и требует применения нержавеющей листовой стали. Кроме того,
деформационный шов может явиться местом появления течи продукта.
Учитывая, что растягивающие напряжения в конструкции резер-
вуара возникают лишь при его охлаждении, опасность появления
трещин будет тогда, когда резервуар пуст и не утеплен грунтом.
Таким образом, если при бетонировании днища через 30—40 м оста-
вить незабетонированные полосы (не прерывая арматуры) и забетони-
ровать их при минимально возможной для бетонирования темпера-
туре (—5° С) или при электроподогреве (при 10 4-15° С), то
при эксплуатации резервуара трещины не появятся. Такой прием
бетонирования вполне себя оправдал при строительстве ряда объек-
тов и принят при выполнении типовых проектов.
Стенки прямоугольных резервуаров (высотой 3,6 и 4,8 м) соору-
жают из унифицированных панелей (см. табл. 9.6) по двум конструк-
тивным схемам: 1) в виде консолй, заделанной в днище (при высоте
до 3,7 м), 2) в виде упругой заделки в днище и шарнирной опоры
в плоскости покрытия. Стеновые панели при консольном решении
проектируют с предварительным напряжением из бетона марки 300.
273
На боковых гранях стеновых панелей имеются выпуски (d = 8
-ь 10 мм), которые сваривают при монтаже.
Места пересечения продольных и поперечных стенок прямоуголь-
ных резервуаров в настоящее время выполняют тремя способами
(рис. 9.13): 1) в виде монолитной угловой вставки, 2) специальной
угловой сборной панели и 3) в виде пересечения прямых панелей
с бетонированием углового стыка и изоляцией его синтетической
пленкой или стеклопластиком. Наиболее широко применяется первый
способ.
Для сооружения покрытий прямоугольных резервуаров прини-
мают сборные типовые каталожные конструкции покрытий промыш-
ленных зданий (серии ИИ 22, 23 и 24). Учитывая большую нагрузку
Рис. 9.13. Угловые стыки стен прямоугольных резервуаров.
а — монолитная угловая вставка; б — угловая панель; в — угловой пластический шарнир;
1 — монолитный бетон; 2 — выпуски арматуры; 3 — типовые стеновые панели; 4 — прямой
стык панелей; 5 — угловая нстиповая панель; 6 — гидроизоляционная мастика, армирован-
ная стеклотканью, или резиновая лента.
на покрытие (вес земляной засыпки, снег, монтажные нагрузки),
для его сооружения используют типовые конструкции многоэтаж-
ных промышленных зданий. Как указано выше, в прямоугольных
резервуарах стенка при ее высоте 4,9 м должна иметь опору в пло-
скости покрытия. В этом случае реакция, возникающая в узле со-
пряжения стенки и покрытия от гидростатической нагрузки или да-
вления земли, должна быть передана конструкции покрытия, что
достигается жесткой связью балок покрытия со стенкой путем
сварки через закладные детали. В стенках, к которым не примыкают
балки, связь с покрытием может быть осуществлена через плиты
покрытия. Для создания жесткого соединения балок покрытия и сте-
нок панели последних имеют наверху консольные уширения, кото-
рые работают как обвязочные балки на участках между связями
(см. табл. 6.6).
Сетка колонн прямоугольных резервуаров принимается 6 X 6 м,
колонны и подколонники — типовые по сериям ИИ 22, 23 и 24.
Стыки между стеновыми панелями прямоугольных резервуаров
и плитами покрытия замоноличивают так же, как стыки в цилиндри-
ческих резервуарах.
Ввиду того что днища прямоугольных резервуаров не имеют пред-
варительного напряжения, сопряжение стенок с днищем произво-
дится в паз.
274
§ 6. КОНСТРУКЦИИ ТРАНШЕЙНЫХ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
Траншейными называют прямоугольные резервуары, у которых
большая часть емкости образуется выемкой в грунте (рис. 9.14).
Днище траншейного резервуара, как правило, имеет корытообраз-
ную форму глубиной 3—4 м. Уклон откосных частей днища зависит
от характера грунта (обычно 1:2).
Стенки траншейных резервуаров имеют высоту 1 —2 м и могут
быть выполнены как из железобетонных панелей, так и из бетонных
блоков. Покрытия не имеют промежуточных опор. Для перекрытия
применяют обычные сборные конструкции покрытий промышленных
зданий (пролетом 12—24 м). Так как пролет несущих конструкций
покрытий большой, то для уменьшения нагрузки на них земляную
засыпку заменяют эффективным утеплителем (пенобетоном) и гидро-
изоляционным ковром (три слоя рубероида).
Траншейные резервуары, как и прямоугольные, недостаточно
трещиностойки и в них весьма трудно обеспечить газонепроницае-
мость покрытия. У резервуаров траншейного типа технико-эконо-
мические показатели ниже, чем у прямоугольных, поэтому в насто-
ящее время их применяют редко. Однако при использовании синтети-
ческих или резинотканевых пленок траншейная форма резервуара
оказалась весьма эффективной.
§ 7. ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ
В РЕЗЕРВУАРОСТРОЕНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Применение синтетических или резинотканевых пленочных ма-
териалов при сооружении железобетонных резервуаров может идти
двумя путями. Первый, когда эти материалы могут заменить железо-
бетонное днище и возможно покрытие, чтобы освободиться от трудо-
емких работ по бетонированию и улучшить герметизацию покрытия.
На рис. 9.15 показаны решения узлов этих конструкций. Следует
отметить, что объем бетона днища резервуара составляет в среднем
15% общего расхода бетона, а время, затрачиваемое на бетонирова-
ние днища и замоноличивание стыков (считая необходимое время для
твердения бетона), составляет 30—40% времени, потребного для
монтажа стенок и покрытия.
В конструктивном отношении замена железобетонного днища
синтетической пленкой не представляет трудностей, необходимо лишь
освоить надежные клеевые соединения (или вулканизацию) полотнищ
пленок между собой и пленок с бетоном.
Второй путь — это применение мешков вкладышей, что вносит
радикальные конструктивные изменения в строительство железо-
бетонных резервуаров. Железобетонные конструкции таких резер-
вуаров выполняют лишь прочностные функции, вопросы же, связан-
ные с трещиностойкостью и герметичностью, отпадают. В результате
мы получим возможность значительно упростить и удешевить
275
Рис. 9.14. Траншейный резервуар вместимостью 10 000 м3 для светлых нефтепродуктов с оболочкой-вкладышем.
1 — уплотненный грунт; 2 — положение оболочки-вкладыша при опорожненном резервуаре (пунктир); з — то же, при заполненном резер-
вуаре; 4— люк в оболочке; 5—сборные железобетонные плиты, покрытые гидроизоляционным ковром; 6 — приемно-раздаточная труба;
7 — бетон марки 50; 8 — камни шлако-бетонные; 9 — железобетонные стеновые панели; ю — железобетонные фундаментные блоки;
11 — асфальтовая отмостка; 1^ s— железобетонные съемные плиты
конструкцию. И цилиндрическая форма резервуара не будет иметь пре-
имущества перед траншейной, так как обе просты в изготовлении.
Мешки-вкладыши следует изготовлять в заводских условиях
и перевозить в сложенном виде, а затем опускать в заготовленную
конструкцию резервуара. Мешок-вкладыш изолирован от наружного
Рис. 9.15. Соединение сте-
новых панелей резервуаров
с днищем из синтетической
пленки.
а — при напряженном днище;
б — при ненапряженном днище;
1 — бетонное днище или под-
готовка; 2 — синтетическая
или резинотканевая пленка;
3 — клеевое соединение; 4 —
напряженная арматура; 5 —
сборные фундаментные плиты;
6 — упругая прокладка.
воздуха, при наполнении его продуктом верхняя его поверхность
поднимается (плавает) вместе с продуктом. При такой конструкции
днище можно делать в виде бетонной подготовки из тощего бетона,
а стены — из бетонных блоков. Покрытие же может быть выполнено
аналогично покрытиям промышленных цехов. Потери продукта от
испарения практически устраняются.
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ
СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
§ 1. НАГРУЗКИ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ
НА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ
Расчет железобетонных резервуаров для нефти и нефтепродуктов
ведется на нормативные нагрузки с учетом коэффициентов пере-
грузки, точности натяжения арматуры, перегрева или переохлажде-
ния, приведенных в табл. 10.1, 10.2 и 10.3.
Значение активного бокового давления q (в кгс/м2) грунта на
стенки резервуаров определяют по формуле
q = nyrpHtg2 (45~ 2")> (Ю-1)
где п — коэффициент перегрузки; угр — объемный вес грунта за-
сыпки в кг/м3; Н — расстояние от планировочной отметки грунта
до расчетного уровня в м; ф — угол внутреннего трения. Объемный
вес продукта принимают по проекту, но не менее 900 кг/м3.
§ 2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ
РЕЗЕРВУАРОВ
Резервуары рассчитывают для следующих случаев загружения:
а) резервуар заполнен водою, но не засыпан грунтом (испытание
резервуара);
б) резервуар пустой, но обсыпан грунтом;
в) резервуар заполнен частично или полностью продуктом и об-
сыпан грунтом; кроме того, конструкции подвержены неравномер-
ному нагреву или охлаждению.
Сочетания нагрузок принимают в соответствии со СНиП H-A.ll—
62 «Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования». Усилия в ста-
тически неопределимых конструкциях резервуаров определяют по
упругой стадии.
278
Таблица 10.1
Нагрузки и воздействия на покрытия железобетонных резервуаров Нормативные нагрузки, кгс/м2 Коэффициенты пере- грузки, точности натяжения, перегре- ва и переохлаждения
Постоянные нагрузки п воздействия Собственный вес покрытия По проекту 1,1 (0,9)
Вес утепляющего слоя: а) термоизоляционный слой . . . То же 1,2 (0,9)
б) грунты » 1,3 (0,8)
Вес гидроизоляции и газоизоляции . . » 1,2 (0,9)
Радиальное воздействие напрягаемой арматуры (в предварительно напря- женных покрытиях) — 1,1 (0,9)
Временные длительные нагрузки и воздействия Вес слоя воды на водонаполненных плоских покрытиях 1,1 (0,9)
Вес технологического п противопожар- ного оборудования (в местах его рас- положения) По весу оборудо- 1,2 (0,9)
Избыточное давление в газовом про- странстве вания По проекту, но В соответствии
Температурные воздействия не менее 200 с паспортом ды- хательной арматуры, но не менее 1,1 1,1 (0,9)
Кра тко временные на грузки и воздействия Снеговая нагрузка По СНиП 1,4
Монтажные нагрузки II-A.11-62 По проекту 1,2
Вакуум в газовом пространстве . . . По проекту, но В соответствии
Особые нагрузки и воздействия Сейсмические воздействия не менее 100 По специа с паспортом ды- хательной арма- туры, но не менее 1,1 льным ТУ
Таблица 10.2
Нагрузки и воздействия на стенки железобетонных резервуаров Нормативные нагрузки, кгс/м2 Коэффициенты перегрузки, точ- ности натяжения, перегрева или переохлаждения
Постоянные нагрузки и воздействия Нагрузки от покрытия Активное боковое давление грунта на стен- ку резервуара По табл. 10.1 По формуле (10.1) 1,3 (0,8)
279
Продолжение табл. 10.2
Нагрузки и воздействия на стенки железобетонных резервуаров Нормативные нагрузки, кгс/м2 Коэффициенты перегрузки, точ- ности натяжения, перегрева или переохлаждения
Радиальное воздействие напрягаемой кольце-
вой арматуры Временные длительные нагрузки и воздействия По проекту 1,1 (0,9)
Нагрузки от покрытия По табл. Ю.1 —
Давление продукта По формуле р = Ну 1,1
Вакуум в газовом пространстве По табл. 10.1 1,0
Избыточное давление в газовом пространстве По табл. 10.1 —
Температурные воздействия — 1.1 (0,9)
Давление грунтовых вод Кратковременные нагрузки и воздействия —
Нагрузки от покрытия Нагрузки от монтажных и транспортных ме- ханизмов, материалов и т. д. на призме обрушения грунтовой обсыпки По табл. 10.1 —
По проекту, но не менее 1000 1,3 (0,8)
Давление воды (при испытании резервуаров) Особые воздействия и нагрузки По формуле р = Ну 1,0
Сейсмические воздействия По специальным ТУ
Таблица 10.3
Нагрузки и воздействия на днища железобетонных резервуаров Нормативные нагрузки, кгс/м* Коэффициенты перегрузки, точ- ности натяжения, перегрева или охлаждения
Постоянные нагрузки и воздействия
Нагрузки от покрытия : По табл. ЮЛ —
Вес стенок и колонн Радиальное воздействие напрягаемой арма- По проекту 1,1
туры Временные и длительные нагрузки и воздействия То же 1,1 (0,9)
Нагрузки от покрытия По табл. 10.1 —
Давление от продукта По формуле р==Яу 1,1
Избыточное давление в газовом пространстве По табл. 10.1 —
Технологическое оборудование По весу обо- рудования 1,2 (0,9)
Температурные воздействия — 1,1
Давление грунтовых вод — —
280
Продолжение табл. 10.3
Нагрузки и воздействия на днища железобетонных резервуаров Нормативные нагрузки, кгс/м* Коэффициенты перегрузки, точ- ности натяжения, перегрева или охлаждения
Кратковременные нагрузки Нагрузки от покрытия Давление воды (при испытании резервуара) Особые нагрузки и воздействия Сейсмические воздействия По табл. 10.1 По формуле Р = Ну По специа 1,0 льным ТУ
Примечания. 1. Указанные в табл. 10.1. —10-3 в скобках значения коэффици-
ентов перегрузки, точности натяжения, перегрева или переохлаждения принимаются в тех
случаях, когда уменьшение соответствующих нагрузок приводит к ухудшению работы
конструкции.
2- Радиальное воздействие предварительного напряжения кольцевой арматуры опре-
деляется по контролируемому напряжению в зависимости от рассматриваемой стадии ра-
боты элемента, условий напряжения арматуры и потерь в соответствии
со СНиП П-В. 1-62.
Усилия в местах сопряжения стенок резервуаров с днищами
и покрытиями в статически неопределимых конструкциях резервуа-
ров определяют согласно схемам, приведенным на рис. 10.1.
Рис. 10.1. Основные схемы резервуаров при рас-
чете узлов сопряжения стенки с покрытием (а) и
днищем (б).
1 — стенка; 2 — покрытие; 3 — днище; 4 — утолщенная
часть днища.
В стенках цилиндрических резервуаров, имеющих радиально
подвижное опирание на днище, кольцевые усилия от осесимметрич-
ной нагрузки, распределенной по линейному закону (гидростатиче-
ская, давление земли), определяют по формуле
?’о=Р'-ср, (ю.г)
281
где р — радиальное давление на стенки в рассматриваемом уровне
в кгс/см2; гср — радиус серединной поверхности стенки в см.
Днища и стенки железобетонных резервуаров рассчитывают из
условий прочности и на образование или раскрытие трещин. По-
крытие резервуаров, кроме того, в ряде случаев рассчитывают и по
деформациям.
При армировании днища напряженной арматурой оно относится
к конструкции первой категории трещиностойкости и рассчитывается
по образованию трещин. Расчет производится на следующие случаи
нагрузок:
а) на усилия от расчетных нагрузок без учета температурных
воздействий:
б) на усилия от нормативных нагрузок с учетом температурных
воздействий; предварительное напряжение бетона днища принимают
20—25 кгс/см2.
Днища, армируемые ненапрягаемой арматурой, рассчитывают
по раскрытию трещин на усилия от нормативных нагрузок с учетом
температурных воздействий.
В резервуарах без внутренней облицовки ширина раскрытия
трещин должна быть не более 0,1 мм, а при наличии внутренней
облицовки — не более 0,2 мм.
Стенки рассчитывают как конструкции первой категории трещи-
ностойкости, т. е. по образованию трещин на усилия от расчетных
нагрузок с учетом температурных воздействий. Раскрытие горизон-
тальных трещин допускается до ширины 0,1 мм.
Если стенки резервуаров армируют ненапряженной арматурой,
раскрытие трещин в них от изгиба допускается шириной не более
0,1 мм, а значение сквозных трещин от кольцевых усилий не должно
превышать 0,05 мм. Потери предварительно напряженной кольце-
вой арматуры определяются согласно табл. 14 СНиП П-В.1—62,
причем потери от усадки и ползучести бетона в сборных резервуарах
со стыками из вибрированного бетона определяют как для монолитных
конструкций, принимая для всей стенки модуль упругости и куби-
ковую прочность бетона равными прочности и модулю упругости
бетона стыков в момент навивки.
Покрытия резервуаров (цилиндрических и прямоугольных), ар-
мированных предварительно напряженной арматурой, относятся ко
второй категории трещиностойкости и рассчитываются по образова-
нию трещин от нормативных нагрузок.
В покрытиях, армированных ненапряженной арматурой, раскры-
тие трещин от нормативной нагрузки допускается шириной не более
0,1 мм.
§ 3. СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
Стенка цилиндрического резервуара представляет собой осесим-
метричную цилиндрическую оболочку, жестко связанную с днищем
резервуара. Если бы стенка резервуара могла свободно переме-
282
щаться относительно днища и подвергалась нагрузкам (равномерной,
гидростатической или от давления земли), то оболочка испытывала бы
только кольцевые усилия (растягивающие или сжимающие). При
наличия жесткой связи с днищем оболочка в месте сопряжения с ним
не деформируется в радиальном направлении (днище считаем нера-
стяжимым) и, следовательно, кольцевые усилия оболочки в этом
месте равны нулю.
Упругая линия (деформация) оболочки от гидростатической на-
грузки имеет вид, указанный на рис. 10.2, т. е. в меридиональном
направлении оболочки воз-
никают изгибающие моменты.
Главная задача статиче-
ского расчета стенки (обо-
лочки) цилиндрического ре-
зервуара — определить изги-
бающий момент и перерезы-
/
Рис. 10.2. Деформация
стенки резервуара при
жесткой связи ее с днищем
и покрытием.
I
Рис. 10.3. Расчетная схема резервуара для опре-
деления М1и и Я20 и действующие нагрузки:
Pt — гидростатическая нагрузка; — давление земли;
N — вертикальная нагрузка от покрытия и веса стены;
1 — уровень взлива продукта; 2 — отметка засыпки
резервуара.
вающую силу, возникающие от гидростатического давления,
давления земли и нагрузки от навиваемой напряженной арматуры
в месте сопряжения стенки с днищем.
Основной системой при расчете цилиндрических резервуаров,
у которых стенка жестко связана с днищем и покрытием или только
с днищем, принимается цилиндрическая оболочка, отрезанная в пер-
вом случае от днища и покрытия, а во втором случае только от днища.
При этом конструкция днища рассматривается как плита на упругом
основании (грунт). В местах расчленения конструкции на составные
схемы необходимо приложить действующие в этих сечениях изгиба-
ющие моменты и перерезывающие силы (рис. 10,3), определить кото-
рые — задача расчета.
На рис. 10.3 представлена простейшая конструкция днища —
плоская плита, что имеет место лишь в резервуарах монолитной кон-
струкции. Для резервуаров из сборных конструкций расчетная схема
днища несколько сложнее (см. рис. 10.1).
Искомые изгибающие моменты и перерезывающие силы определя-
ются решением канонических уравнений неразрывности деформаций
283
оболочки, днища и покрытия в местах их расчленения. Для со-
ставления уравнений неразрывности деформаций необходимо опре-
делить значения единичных деформаций в местах расчленения кон-
струкции от лишних неизвестных (М и Н) и деформаций от внешних
нагрузок для каждой составной расчетной схемы. Следует отметить,
что жесткое соединение стенки резервуара с покрытием применяют
лишь при предварительно напряженном покрытии (например, при
устройстве водяного экрана), в других случаях покрытие свободно
ложится на стенку. Как будет показано далее, стенку (оболочку)
железобетонного цилиндрического резервуара благодаря большому
отношению ее длины к толщине можно считать как оболочку беско-
нечной длины, т. е. считать, что деформации одного конца оболочки
не отражаются на деформации другого конца. Это значительно упро-
щает расчет.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВНЕШНИХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА РЕЗЕРВУАР
Значение внешних нагрузок и коэффициентов перегрузки при-
нимается согласно данным § 10.1. На стенку и днище резервуара
(при свободном опирании покрытия на стенку) действуют следующие
основные нагрузки (см. рис. 10.3):
а) лишние неизвестные — М10 и
б) гидростатическая нагрузка от продукта (р0), включая давле-
ние в газовом пространстве (р±)
Ро^иОупрЯ+Рп (10.3)
Pi = 0,2-1,20, (10.4)
где уПр — объемный вес продукта, 1,10—1,20 — коэффициенты пере-
грузки:
в) давление земли на стенку резервуара
5o=VrP^1tg2 (45—1)1.30; (10.5)
51 = Yrp^2tg2 (45-1)1,30; (10.6)
Я^Я^-^; (10.7)
Yrp
Я2 = Я2 + -£в£_. (10.8)
Yrp
здесь рвр — временная нагрузка на примыкающую к резервуару
территорию (трактор, бульдозер и пр.);
г) сила N от собственного веса покрытия и временных нагрузок.
Кроме указанных нагрузок, при расчете необходимо учитывать:
а) при жестком соединении стенки резервуара с покрытием —
лишние неизвестные (М и Я) в верхнем узле стены резервуара;
б) нагрузку от температурных воздействий, вакуума и др.
284
ОБОЗНАЧЕНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ
И ПРАВИЛО ЗНАКОВ
Примем следующие обозначения для единичных краевых дефор-
маций стенки и днища от действия М10 = 1 и Н20 = 1 (абсолютные
значения), аналогичные обозначениям в гл. 4: бХ1 — увеличенный
в Е раз угол поворота от действия М10 = 1; б12 — то же, от действия
Н20 = 1; S22 — увеличенное в Е раз смещение в месте приложения
Я20 от действия Н20 = 1; б21 — то же, от действия М10 = 1; Д1р —
увеличенный в Е раз угол поворота в месте приложения М10 от дей-
ствия внешней нагрузки р; Д2р ~ увеличенное в Е раз смещение
в месте приложения Н20 от действия внешней нагрузки р; Д17Уи
A2N — соответственные деформации от силы N.
Общее выражение деформации 8тп обозначает деформацию в на-
правлении лишней неизвестной т' от действия силы (нагрузки) п'.
При составлении канонических уравнений неразрывности дефор-
маций углы поворота и смещения принимаются положительными,
когда направленияих совпадают с направлениями лишних неизвест-
ных (М и Н). Отсюда следует, что знаки главных деформаций
и б22 всегда положительны.
Знаки деформаций от внешней нагрузки учитываются при соста-
влении канонических уравнений неразрывности деформаций по
тому же правилу.
Заметим, что всегда имеет место равенство 6тп = &пт.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ
(УГЛЫ ПОВОРОТА И СМЕЩЕНИЯ)
СТЕНКИ (ОБОЛОЧКИ) ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕЗЕРВУАРА
Нас интересуют деформации в точке приложения М10 и Я20,
т. е. точки А. Памятуя о тождественности вырезанной полоски обо-
лочки (стенки) с балкой, лежащей на упругом основании, мы для
определения интересующих нас деформаций воспользуемся форму-
лами (4.37)—(4.41), заменив в них Q на Н и q0 и qr на р0 и pv В ре-
зультате будем иметь следующие значения единичных деформаций
от лишних неизвестных и деформаций от внешних нагрузок, увели-
ченных в Е раз:
а) угол поворота точки А под действием М10 = 1
лет— Е
011 ~ рп
б) смещение точки А под действием М10 или угол поворота точ-
ки А под действием Н20 = 1
лет _ лет — .
°21 -°12- 202/) >
в) смещение точки А под действием Н20 = 1
Е
лет _ д _ •
°2я~ 2рз/) >
285
г) перемещение точки А от внешней нагрузки принимается по
формулам (4.41):
при отсутствии давления в газовом пространстве резервуара
дет =_У_Е.
1Ро А,ст
где кст = Е8/г2; у = р^/Н*,
при наличии давления в газовом пространстве резервуара
<io.9>
(10.10)
Согласно принятому правилу знаков и расчетной схемы, приведен-
ной на рис. 10.3, значения Д£р войдут в канонические уравнения
неразрывности деформаций со знаком «+», а — со знаком «—»;
д) при определении деформаций оболочки от давления земли
можно пользоваться теми же формулами, что и для гидростатиче-
ского давления, заменив pQ — —qQ и р± = —qr; значения q0 и q^
принимаются согласно формулам (10.5) и (10.6).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕДИНИЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ
ОТ ЛИШНИХ НЕИЗВЕСТНЫХ (УГЛЫ ПОВОРОТА И СМЕЩЕНИЯ)
И ДЕФОРМАЦИЙ ОТ ВНЕШНИХ НАГРУЗОК В ДНИЩАХ РЕЗЕРВУАРОВ
На значения деформаций днища цилиндрического резервуара су-
щественно влияют его конструкция, которая определяет его жест-
кость, и характеристика основания (грунта), отражаемая в формулах
коэффициентом постели к.
Существующие конструкции днищ и сопряжения их со стенками
резервуара можно классифицировать на следующие четыре типа:
1) ненапряженное днище в виде плоской плиты, жестко связан-
ной со стенкой резервуара из монолитного железобетона;
2) ненапряженное днище, допускающее радиальное перемещение
и поворот стенки резервуара & месте их сопряжения;
3) ненапряженное днище, жестко связанное со стенкой из сбор-
ных панелей;
4) напряженное днище, жестко связанное со стенкой из сборных
панелей.
Рассмотрим каждый тип днища.
Ненапряженное днище в виде плоской плиты — простейшая его
конструкция. Днище рассчитывается как полоса плиты шириною
1 м, лежащая на упругом основании. Расчетная схема приведена на
рис. 10.3. В этом случае к плите днища полностью могут быть при-
286
менены формулы (4.37) и (4.38), а увеличенные в Е раз деформации
в точке А будут выражаться следующими формулами:
а) от действия момента М10 = 1
лдн_да.
°51 ~ к ’
6f2H = 6§1H = 0; (10.li)
б) от действия Я20 = 1
6&н = 0;
Рис. 10.4. Расчетная схема опорного узла (сече-
ние Л) при днище третьего типа.
в) от действия силы N
N
Д^ = °-
(10.12)
От давления продукта в плите деформаций не возникает. При
конструкции сопряжения днища со стенкой, допускающей ее ра-
диальное перемещение и поворот относительно плиты днища (второй
тип), в плите возникает деформация лишь от силы N [формула
(10.12)1.
Третий тип днища при сопряжении со стенкой в паз применяется
в резервуарах при сборной стенке и когда отсутствует необходимость
в преднапряжении днища резервуара. Как видно на рис. 9.9, в
месте сопряжения стенки и днища имеет место значительное утолще-
ние днища, что влияет на значения деформаций. Расчетная схема
днища для данного случая условно принимается согласно рис. 10.4.
Для определения М10 и Н20 необходимо определить М30 и Я40
(изгибающий момент и перерезывающую силу в точке С), где плита
днища резко меняет свою толщину. Произведя в точке С разрез
и приложив в месте разреза усилия 7ИЗО и Я40, мы можем составить
канонические уравнения неразрывности деформаций участков днища
287
lL и Z2. Участок днища lr при небольшой длине имеет значитель-
ную толщину, которая принимается как среднее из толщин днища в
точках А и С. Отношение длины участка к толщине Лср обычно при-
нимается 3—4, что позволяет считать этот участок абсолютно жестким
(штамп). Участок же плиты днища 12 является плитой бесконечной
длины, лежащей на упругом основании. Из этих условий опреде-
лим выражения деформаций для участков плиты в точках А и С
и для участка плиты Z2 в точке С.
1. Угол поворота участка плиты
Все деформации, относящиеся к участку Zlt будем обозначать с ин-
дексом «ф». Так как участок плиты является бесконечно жестким,
то его угол поворота (увеличенный в Е раз), как кольца с радиусом г,
лежащим на упругом основании с коэффициентом постели к, от
воздействия момента Мо = 1 будет
12^2
00 r2b0lfk + El1hl ’
(10.13)
где Ъ0 — ширина плиты, равная 1.
Мо — момент всех сил относительно центра тяжести участка
плиты 1Г (см. рис. 10.4). При fecp 0,5 м можно пользоваться фор-
мулой (10.14)
мо = М30 + Я4о«1 - М10 - Я20 -^ + 2 МР> (1°-15>
где ^Мр — момент всех внешних сил относительно центра тяжести.
На рис. 10.4 внешняя нагрузка состоит из силы NnP.N — нор-
мальная сила стеновой панели от веса стенки и нагрузки от покры-
тия; Р — давление продукта на участке (Zx — Ъ — hCT)
Р = Ро — b— бет)-
2. Смещение участка плиты 1Г
Так как участок 1г абсолютно жесткий, то смещения его будут
составлять:
по горизонтали (в направлении силы H2Q от Мо = 1)
(10.16)
по вертикали (в направлении силы Я40)
^?0=^00а1.
Осадка участка плиты от действия всех вертикальных сил
(увеличенная в Е раз)
ж Е
(Ю.17)
288
где
2р = лг + р+я4о + рф;
Е — модуль упругости бетона; Рф — вес плиты
3. Деформации участка плиты днища Z2
Все деформации, относящиеся к плите Z2, обозначим индексом
«дн»-. Так как плита Z2 полубесконечная, для определения деформаций
воспользуемся формулами (4.37) и (4.38) (увеличив их значения в Е
раз), приняв х = 0.
Угол поворота точки С от действия М30 = 1
33 к
(10.18)
Рис. 10.5. Расчетная схема опорного узла при
днище четвертого типа.
То же от действия Я40 = 1
6^ = ^-. (10.19)
Смещение точки С от действия Я40 = 1
= (10-20)
Осадка плиты от действия веса продукта (р0)
Д$.=-ЛГ> (40-21)
где Р — коэффициент деформации; /дн — момент инерции плиты ши-
риною 1 м.
При действии на стенку резервуара только давления земли
Четвертый тип конструкций днища применяется, когда днищу
сообщается предварительное напряжение. На рис. 9.7 приведена
конструкция узла сопряжения днища со стенкой, на рис. 10.5 —
расчетная схема этого узла.
289
При статическом расчете, кроме лишних неизвестных в опорном
узле (М10 иЯ20). необходимо определять лишние неизвестные в верх-
нем узле резервуара.
Из теории цилиндрических оболочек известно, что если высота
оболочки (Н) больше 2,5 j/rfi, то оболочку можно считать длинной
и деформации ее одного конца не влияют на деформации другого.
Это дает право производить статические расчеты опорного (нижнего)
и верхнего узлов независимо. Резервуары большой емкости имеют
следующие размеры: Н = 9 м, б = 0,25 м (среднее значение) и г =
= 30 35 м. Следовательно, 2,5 ]/г6 = 2,5^35-0,25 = 7,4 < 9,0.
Значит, оболочка длинная.
Если толщина стенки резервуара постоянна по высоте (или из-
меняется незначительно), деформации стенки в опорном сечении
можно определить по формулам (4,37)—(4,41), принимая в них ниж-
нюю толщину стенки, кроме деформаций от внешних нагрузок в верх-
нем узле. При действии гидростатического давления и давления в га-
зовом пространстве (рг) деформации в верхнем узле будут =
= -^г Е, а Д“р при х = Н будет
&1Р=^ЕН. (10.22)
Ост
Так как покрытие и днище в резервуарах этой конструкции под-
вергаются предварительному напряжению, то в канонических урав-
нениях для верхнего и нижнего узлов появятся дополнительно сво-
бодные члены, характеризующие деформацию днища и покрытие от
обжатия (6§н и б2Я).
Для определения единичных деформаций разделим опорную часть
днища на три участка: Zx, Z2 и h- Участок 1г представляет абсолютно
жесткий элемент высотой Лф (обычно равный 150 см) и длиной 150 см;
для определения его единичных деформаций надлежит пользоваться
формулами (10.13)—(10.17). Участок Z2 имеет среднюю высоту 30—
35 см и длину 2—2,5 м. Момент инерции этого участка 7= —
= 0,0036 м4 при к = 5-103 т/м3 и Е = 2-10® т/м2. Характеристика
жесткости участка Z2 будет
0 V 4EI У 4- 2-106. о,0036 0,65 •
Балка (или плита), лежащая на упругом основании, считается
короткой, если приведенная полудлина ее L = Р — I больше 0,6
и меньше 2. В нашем случае L = 0,65 (2,5/2) = 0,81 > 0,6, т. е.
участок днища 12 является короткой плитой, лежащей на упругом
основании.
В короткой плите в отличие от плиты бесконечной длины (длин-
ная плита) деформации одного конца балки влияют на деформации
другого конца, что необходимо учитывать при расчете.
290
В табл. 10.4 приведены единичные деформации концевых сечений
короткой балки при различных Z, бд3, 643 = 634, 655, 6g6 = бд5,
которыми’ можно пользоваться при составлении канонических урав-
нений неразрывности деформаций в точках Б и С (см. рис. 10.5),
увеличив их в Е раз.
Деформации участка /2_будем обозначать индексом «б».
Что касается участка днища Z3, то при определении единичных
деформаций на него распространяются формулы, приведенные выше,
т. е.
$Дн_ 403£ е едН _ §дн _ . лдн _ 1 ддн _ (10 231
к ’ °₽в-ОД- к , °вв-2рз7днэ АбРо- к ‘
Как было указано выше,
если днище и покрытие резер-
вуара подвергаются предвари-
тельному напряжению, то при
составлении канонических ура-
внений неразрывности дефор-
маций в верхнем (точка Д) и
нижнем (точка А) узле необ-
ходимо учитывать деформации
покрытия и днища от сжатия.
Обозначим деформации днища
б^н и покрытия б^я. Если в
результате предварительного
напряжения в днище и по-
крытии возникают соответ-
ственно напряжения и о#,
покрытия будет
Рис. 10.6. Расчетная схема верхнего
узла (Д) при жесткой связи стенки с по-
крытием.
1 — покрытие; 2 — стенка.
то уменьшение диаметра днища и
Ои1 / л \
= j—L ]D и ДПП =
Е \ т )
(10.24)
и смещения опорного и верхнего узлов стенки резервуара, увели-
ченные в Е раз, будут
(10.25)
где г — радиус резервуара; 1/тп — пуассоново отношение; для бе-
тона можно принимать 1/тп = 0,167.
При расчете верхнего узла абсолютные значения единичных де-
формаций будут равны (рис. 10.6):
ЕЕ Е
б*1=*0П’ ^2== *203/7’ 6Ь = 621= 20^ • (10.26)
От гидростатической нагрузки и давления в газовом пространстве
(р0) единичные деформации будут согласно формулам (10.9) и (10.22)
Д1Р=^-£; Д§р=^-. (10.27)
291
Таблица 10.4
Схема балки Прогиб Угол поворота
12 + 21— . ₽ фр= ~ф₽+
ГА 5 ЧЦ 21 —*| « ₽2 УМ=°>м-Ъъ
Знаки деформации Прогиб положителен, если направлен вверх Угол поворота положителен, при напра- влении по часовой стрелке
Единичные перемещения Приведенная полудлина балки
0,7 0,8 0,9 1,2 1,4 1,5
точка А точка Б точка А точка Б точка А точка Б точка А точка Б точка А точка Б точка А точка Б
Фр 3.463 +2.827 2,86 +2,045 2,492 +1,487 2,062 +0,502 2,007 +0,164 2,001 +0,056
Фм 6,422 +3,681 5,249 +2,159 4>63 +1,224 4,062 -0,038 4,018 -0,297 4,015 -0,340
“р 2,959 -1.353 2,649 -1,139 2,43 -0,959 2,099 -0,529 2,028 -0,313 2,013 —0*226
“м 3,463 -2,827 2,860 -2,045 2,492 -1,487 2,062 -0,502 2,007 -0,164 2,001 -0,056
Примечание. Таблица 10.4 заимствована из книги Б. Г. Коренева и Е. И. Черниговской «Расчет плит на упругом основании».
М., Госстройиздат, 1962.
В резервуарах с предварительно напряженным покрытием кон-
струкция последнего обычно состоит из плоских плит, уложенных
по широким (90 см) балкам. Поэтому с достаточной точностью покры-
тие можно рассматривать как плиту (единичной ширины), полностью
заделанную в месте опирания на балку. Тогда единичные перемеще-
ния покрытия в месте сопряжения со стенкой резервуара (точка Д)
будут (увеличенные в Е раз)
6П — —• Дп —
011~ 4Zn ’ 48Zn ’
где I — пролет плиты; 1П — момент инерции плиты покрытия; q —
внешняя нагрузка на покрытие, включая собственный вес.
(10.28)
СОСТАВЛЕНИЕ КАНОНИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ
НЕРАЗРЫВНОСТИ ДЕФОРМАЦИЙ
Примем расчетную схему согласно рис. 10.3, т. е. когда стенки
жестко связаны только с днищем, которое представляет плоскую
плиту, лежащую на упругом основании (первый тип). Внешние на-
грузки — гидростатическое давление продукта (р0) и сила N. Де-
формации стенки резервуара будем обозначать индексом «ст», а де-
формации днища индексом «дн».
Взаимный угол поворота стенки и днища в точке А равен нулю
[6?J + 6g1] М10-6$?Я20+Д^ + = °. (10.29)
Взаимное смещение стенки и днища в точке А равно нулю
[6SJ+ 6§2Н] Я20-6^М10- AJJ = O. (10.30
Лишние неизвестные в этих уравнениях М10 и Н20.
Сила N — собственный вес стенки и нагрузка на покрытие, пере-
дающиеся на стенку резервуара, — не сообщает составной расчет-
ной схеме цилиндрической оболочки каких-либо деформаций (6^ =
= 6^ = 0). Что касается плиты днища, лежащей на упругом осно-
вании, то сила N вызывает в ней угол поворота в точке A (А{$). От
действия гидростатического давления в оболочке (точка А) возни-
кают угол поворота (6Jp) и смещение (А^р).
Значение единичных деформаций для днища данного типа прини-
маются согласно формулам (10.11)—(10.13). Решив уравнения (10.29)
и (10.30) для каждого вида нагрузки — гидростатической, давления
земли (q) и силы N, определим лишние неизвестные М10 и H2Q-
При конструкции днища, допускающей радиальное перемещение
и поворот стены резервуара в опорном узле (второй тип), канони-
ческих уравнений неразрывности деформаций составлять не надо,
так как стена и днище резервуара имеют возможность деформиро-
ваться независимо. Кольцевые усилия Т в стенке определяются как
для безмоментной оболочки
Т = у(Н—х) г,
(10.31)
где х отсчитывается от опорного узла.
293
Меридиональных моментов в оболочке не возникает. Плита днища
рассчитывается от воздействия силы N по обычным формулам для
балок, лежащих на упругом основании.
При конструкции днища третьего типа в соответствии с расчет-
ной схемой, приведенной на рис. 10.4, составим уравнения нераз-
рывности деформаций в сечениях А и С при действии гидростатиче-
ского давления (р0) и вертикальной силы N.
Сечение в точке С
Равенство углов поворота
<Л/о+ОДМзо-6&нЛ4о=0. (10.32)
Равенство смещений
6|0М0+ Д$2р- ег8н^зо+ ОДЯ40- Д^о = 0. (10.33)
Подставив в уравнения (10.32) и (10.33) значения деформаций
согласно формулам (10.13)—(10.17) и решив их, определим Мзо
и Н^о как функции MQ. Подставив полученные значения для М80
и Я40 в формулу (10.15), определим Л/о как функцию М10 и Я20.
Сечение в точке А
Равенство углов поворота
б^о-б&Мо-б^Яго+Д^О. (10.34)
Равенство смещений (в направлении H2Q)
6£Я2о-б£Л/10-Д$-фИо=0. (10.35)
Подставив в уравнения (10.34) и (10.35) значения Мо, выражен-
ные через М10 и Н20, и решив их, определим искомые М10 и Н20.
В уравнениях (10.32), (10.33), (10.34) и (10.35) знаки единичных де-
формаций приняты согласно правилу, изложенному выше, и приме-
нительно к расчетной схеме (рис. 10.6).
Для удобства пользования уравнениями (10.34) и (10.35) введем
следующие обозначения:
п=-^~- (10.36)
Ост
С= (10.37)
-“СТ
Р = Ро—Pi (10.38)
Подставив принятые обозначения в значения единичных дефор-
маций, получим
о 1,31
Р=Л
Ост V Л
хст 9п2/^
бст = ест = ^^
б£=2,62пИГ;
Д1р = пср;
Д$ = гагр0;
(10.39)
294
а уравнения (10.34), (10.35) примут вид
9ra8rfn м1о-^- H20-^M0+ncp = 0-, (10.40)
2,62га V7TЯ20 - Мю - 6|>°МО - пгр0 = 0. (10.41)
Уравнения (10.40) и (10.41) составлены при действии на резер-
вуар нагрузки от залитого продукта (р0). При действии на резервуар
нагрузки от давления земли можно пользоваться теми же уравне-
ниями, производя следующие замены:
р = — q и р0 = — qQf (10.42)
где q = g0 — 9i (см- Рис- Ю.6). При этом силу Р и AJJ следует
считать равными нулю.
Решив уравнения (10.40) и (10.41), где значения MQ выражены
через М10 и H2Q, определим лишние неизвестные Л/10 и Н20.
Если днище и покрытие резервуара подвергаются предваритель-
ному напряжению (четвертый тип), то согласно расчетным схемам,
приведенным на рис. 10.5 и 10.6, для определения лишних неизвест-
ных необходимо составить канонические уравнения неразрывности
деформаций в сечениях А, Б и С для нижнего опорного узла стенки
и для сечения Д верхнего узла сопряжения стенки резервуара с по-
крытием. Ввиду того, что мы имеем оболочку длинную, решение этих
уравнений может производиться независимо одно от другого. При
предварительном напряжении днища и покрытия резервуаров в по-
следних возникают деформации, которые необходимо учитывать при
расчете, но для простоты изложения рассмотрим вначале порядок
составления уравнений неразрывности деформаций (без учета дефор-
маций) от предварительного напряжения, а затем напряженное
состояние конструкции от предварительного напряжения.
Рассмотрим нижний узел сопряжения стенки резервуара с дни-
щем (рис. 10.5).
Сечение С
+^бЯв0+6J3M30+ ^4Я40+ОДЛГбо - едя6о = 0; (10.43)
^вЯво+б^бо + ^Я4о + ^^^ . (10.44)
Для определения знаков 653, 634, 6f4 и б£3 необходимо учитывать
направления единичных деформаций согласно данным табл. 10.4.
Сечение Б
о Н- <^зо ^б2И6О— 4о -|- бзвЯдо = 0; (10.45)
+ ^4Я40 - ^Зм80 + + 6$вяво + Д$2р - Д$р = 0. (10.46)
Сечение А
- 6g#20 -<М0 += 0; (10.47)
-Да" = 0. (10.48)
295
Подставив в приведенные уравнения значения единичных переме-
щений из формул (10.13)—(10.17) и (10.23), а также из табл. 10.4
и решив их совместно, определим лишние неизвестные М10, М30,
#20, #4о, Л^5о- Для определения лишних неизвестных от давле-
ния земли на стенку резервуара следует в приведенных уравнениях
произвести замену согласно формуле (10.42) и считать 6qP = =
— — 0 и силу Р = 0.
Рассмотрим составление уравнений для определения лишних не-
известных (М1Н и Н2Н) в верхнем узле (рис. 10.6).
^1н-%Я2Н-Д?р+бГ1Л/1Н+Д?^ = 0;
(10.49)
б®2^ 2Н ^21^ 1Н — 0.
(10.50)
Значения единичных деформаций в уравнениях (10.49) и (10.50)
принимаются согласно формуле (10.26). Решив приведенные уравне-
ния, определим искомые М1Н и Н2Н.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕРИДИОНАЛЬНЫХ МОМЕНТОВ
И КОЛЬЦЕВЫХ УСИЛИЙ
В СТЕНКЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕЗЕРВУАРА
Если известны краевые условия оболочки, т. е. значения М10,
Я20, М1Н, Н2Н, то меридиональный момент и кольцевые условия Т
могут быть определены по формулам (для гидростатического дав-
ления):
нижняя часть стенки
^ix ~ -ЛЛофр* Spjo
(10.51)
Тгх — 2гр
(10.52)
верхняя часть стенки
Н2Н
м^х = М 1НфВдс р
Пх = -2гр(Я2Н0‘^-М1Н₽^х).
(10.53)
(10.54)
Коэффициенты (ррх, фрх, табулированы (см. гл. 4), причем х
отсчитывается для нижней части стенки от опорного сечения (точ-
ка Л), а для верхней части стенки от верха стенки (точка Д).
Вычисленные Т2Х суммируются с T2Q согласно формуле (10.81).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В СТЕНКЕ
ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕЗЕРВУАРА ОТ НАВИВКИ НА НЕЕ
КОЛЬЦЕВОЙ НАПРЯЖЕННОЙ АРМАТУРЫ
Кольцевую напряженную арматуру навивают на стенку цилин-
дрического резервуара для компенсации растягивающих усилий,
возникающих в стенке от действия гидростатического давления про-
дукта.
296
При ненапряженном днище (третий тип) и заделке стены в паз
стена может свободно поворачиваться в пазу, так как навивка про-
изводится до бетонирования паза, но радиальное смещение ее сдер-
живается силой трения, развивающейся между торцом стенки и дном
паза. При вычислении результирующих кольцевых усилий и момен-
тов в этом случае необходимо учитывать влияние этой силы трения.
Учитывая, что 7И10 = 0, сила трения будет равна
Я20 = —Мр,
где N — вертикальное давление, передающееся через стенку во
время навивки (до забетонирования узла Л); ф — коэффициент
трения.
л/k = = -у- (10.55)
(10.56)
= (10-57)
где сг = 2 грМр.
Эпюра кольцевых усилий (для безмоментной оболочки)
от навивки имеет ступенчатый вид, причем нижняя зона навивки
(первый пояс) равна почти половине высоты стенки, верхние
пояса навивки более слабые. Z20 — кольцевые усилия в безмо-
ментной оболочке (стенке) подбираются таким образом, чтобы
результирующие кольцевые усилия Т2Х [формула (10.57)] везде
перекрывали эпюру растягивающих кольцевых усилий от гидро-
статического давления (Т2Х). Необходимое количество навиваемой
арматуры определяется по T2Q. Фактически в процессе навивки
и в местах резкого изменения кольцевых усилий (Т20) в обо-
лочке возникают меридиональные моменты, но, как показали
исследования, значения их по сравнению с расчетным опорным мо-
ментом М10 невелики и потому при конструировании их не учиты-
вают.
Вычисление М*х и Т2Х удобно вести в табличной форме.
При конструировании резервуара с предварительно напряжен-
ным днищем и покрытием (четвертый тип) статический расчет зависит
от порядка производства работ по напряжению стены, днища и по-
крытия. Если навивка на стену производится до замоноличивания
опорного узла (точка Л) и верхнего узла стены (точка Д), то стенка
при навивке свободно покоится на опорной плите и имеет возмож-
ность свободно поворачиваться, а радиальному смещению ее препят-
ствует лишь сила "трения (стенки по опорной плите). При этом в верх-
нем узле стенка практически свободно может перемещаться в ра-
диальном направлении. Очевидно, при таком порядке производства
работ напряженное состояние стенки не будет отличаться от разо-
бранного выше случая при днище третьего типа. Но дополнительно
необходимо выявить влияние на напряженное состояние стенки де-
формации днища и покрытия при их напряжении после замоноличи-
вания верхнего и нижнего узлов стенки [см. формулы (10.25)].
297
Для определения M1Q и Н20 в сечении А (см. рис. 10.5) от де-
формации днища можно составить следующие уравнения равенства
деформаций стенки и днища:
бцЛГю - ^2тЯ20 - о = 0; (10.58)
б$;я20 - ЪЦМ 10 - дФ0Л/0 - Д 2Н = °* (Ю.59)
Значения единичных деформаций были приведены выше.
Уравнения для сечения С аналогичны уравнениям (10.43) и (10.44),
но при этом ДбР и равны нулю.
Уравнения для сечения Б принимают по формулам (10.45) и
(10.46), приняв в них Д$2р = Д$р = 0. Момент
Мо = 4-Мзо -Я20 . (10.60)
А А
Решив эти уравнения, определим искомые лишние неизвестные.
Для определения М1Н и Н2Н в верхнем сечении стенки (см.
рис. 10.6) от деформации покрытия составим уравнение равенства
деформаций в^узле Д
= (Ю.61)
^22^ 2Н ^21^ 1Н ^2Я=0* (10.62)
Подставив в эти уравнения значения единичных деформаций, при-
веденные выше, и решив их, определим искомые лишние неизвестные
AfjH и Н2Н.
В результате приведенных выше решений получим значения М10,
ff2o, М1Н, Н2Н для следующих нагрузок:
а) от гидростатического давления (или давления земли);
б) от навивки напряженной арматуры на стенку резервуара;
в) от предварительного напряжения днища;
г) от предварительного напряжения покрытия.
Далее, пользуясь формулами (10.51) и (10.53), определим для
случая «а» значения М1Х и Т2х как для верхнего, так и для нижнего
участков стенки. Для случая «б» значения Ми Т2Х определим по
формулам (10.55), (10.57). Для случаев «в» и «г» М1Х и Т2х найдем
по тем же формулам, что и для случая «а», приняв Т20 = 0.
Суммируя соответственно полученные значения, получаем на-
пряженное состояние конструкции резервуара для следующих слу-
чаев нагрузок:
а) резервуар заполнен продуктом, но не засыпан;
б) резервуар не заполнен продуктом и засыпан;
в) резервуар заполнен продуктом и засыпан.
При ином порядке производства работ, когда напряженную ар-
матуру навивают на стенку резервуара после замоноличивания верх-
него и нижнего или только нижнего узлов стенки резервуара, узло-
вые моменты, перерезывающие силы и кольцевые усилия от гидро-
статической (или давления земли) нагрузки и деформаций днища
298
и покрытия определяют как изложено выше, т. е. когда навивка на
стены производилась до замоноличивания узлов. Определение же
напряженного состояния стенки резервуара от навивки на нее арма-
туры для данного случая существенно отличается от разобранного
выше.
Характер эпюры кольцевых усилий Z^o (и» следовательно, на-
грузки от них на стену) в безмоментной оболочке от навивки напря-
женной арматуры на стенку резервуара имеет характер, указанный
на рис. 10.7, а. Скошенная верхняя часть эпюры практически осу-
ществляется рядом уступов (нанесены пунктиром). Чтобы опреде-
Рис. 10.7. Характер эпюры от (pj — pf) (а) и разделение
на две составные эпюры (б) для расчета узла А.
лить деформации нижнего узла от этой нагрузки, разобьем эпюру
Z”o на две эпюры (рис. 10.7, б) и заменим кольцевые усилия соответ-
ствующими им нагрузками на стенку резервуара. Сумма деформаций
от этих схем нагрузок дает искомые деформации (рис. 10.8). По пер-
вой схеме нагрузок (рис. 10.8, а) оболочка является длинной и дефор-
мации нижнего узла определяются формулами, приведенными ранее
Д$=- Д$=р?пг, (10.63)
где — поворот узла Л; ЛЦ — смещение узла А.
Для определения деформаций узла А от второй схемы нагрузки
(рис. 10.8, б), что аналогично частичному наполнению резервуара,
рассечем оболочку по ЕЕ\ в месте сечения необходимо будет прило-
жить пока неизвестные моменты М3. Нижняя оболочка в плоскости
ЕЕ не имеет радиального смещения и, следовательно, в этом сече-
нии не будет взаимной (между оболочками) радиальной реакции.
Условие неразрывности деформации по линии воображаемого раз-
реза будет выражаться только углом поворота образующих оболо-
чек и соответствующими моментами М3. Длины каждой оболочки
(0,5Я) меньше, чем величина 2,5 ]Лгбст, следовательно, оболочки
299
являются короткими. Чтобы определить концевые деформации этих
оболочек, можно воспользоваться методом поправочных коэффициен-
тов (С1? С2! . . .), приведенным в книге В. И. Никиреева и В. Я. Ша-
дурского «Практические методы расчета оболочек» (М., Стройиздат,
1966). Угол поворота в первой и второй оболочках в сечении ЕЕ будет
(увеличенный в Е6 раз)
(10-64)
d33 = 4₽3nrC<i);
Рис. 10.8. Расчетные схемы нагрузки для узла А.
а — первая; б — вторая; в — схема лишних неизвестных.
от нагрузки
Ро~~Р1
2
(10.65)
где Yi = .
И М3 определится из
уравнения
Дзр=— Yi™*>
^з(б?8+^э)+Дзр=0,
(10.66)
Мо— —
3 8₽3С^>'
откуда
300
Деформации узла А нижней оболочки от внешних сил (М3 и р)
будут
613=4 ₽3nrC3; Д ip = Yir n;
(10.67)
д23 = 2р2пгС2; &2р = Ч1Нпг. (10-68)
Деформации узла А от лишних неизвестных М10, H2Q и нагруз-
ки ро определяют по формулам:
4₽3nr; 6ct = 60J = - 2₽2nr;
6g=2₽nr; AJT = y2Hnr;
(10-69)
(10-70)
где у2 = pg/Я.
Суммарные значения деформации в точке А будут
У1Сз 1 .
— 2nrp2 2p.Mio—Я2о+ ^ргс<1) >
Е£л = 2ш-р Я20-₽ЛГю4
ViC2_ _i_2Lfv,
8р2С^> 2Р V
(10.71)
(10-72)
802tV> 2₽ V2
Yig2 , Я (
8₽2<V>^ 2Р V2
отличается от вы-
чем на 4—5%. Это показывает,
и, следовательно, нагрузки
где у2 — Vi = 1 % смещение узла А (в направлении Н20)-
Подсчитаем выражения и
для геометрических данных практически применяемых резервуаров,
у которых величина Jy-= 2 4-2,5. Для этого случая коэффициенты
равны: С<1) = 1,05 4-1,01; = 1,14-1,02; С2 = 0?45 4- 0,20; С3 =
= 0,14-(—0,03). Подставив эти данные, увидим, что выражение
2р2С<1)" °, а выражение
/ Po+Pi X
ражения nr I — ) не оолее
что изменение формы эпюры Т^о
Ро и pH в верхней половине стенки резервуара почти не влияет
на деформацию узла Лис достаточной точностью эти деформации
можно вычислить исходя из прямоугольной эпюры 2"ао с основа-
нием [см. формулу (10.10)].
Определив 2?<рАи Е^А по формулам (10.71) и (10.72), составим
канонические уравнения неразрывности деформаций в точке А
E4>a~^Mq = (); (10.73)
Е1а-о- = 0. (10.74)
Уравнения неразрывности деформации в сечениях Б и [С
принимаются в соответствии с указаниями, приведенными выше
для случая, когда навивка арматуры на стенку производится до
301
Рис. 10.9. Эпюра нагрузки от
навивки и разделение ее на две
составные при расчете узла Д.
Рис. 10.10. Расчетные
схемы для узла Д.
а — первая; б — вторая;
в — схема лишних неиз-
вестных.
в
замоноличивания узла А. Обычно арматуру навивают на стенку до
замоноличивания верхнего узла стенки резервуара, но если замоно-
личивание его производится до навивки арматуры на стенку, то необ-
ходимо определить М*н и в узле Д (рис. 10.8). На рис. 10.9 при-
ведены схемы разделения нагрузки от Для верхнего узла Д,
а на рис. 10.10 — расчетные схемы оболочки при расчете узла Д.
Для первой схемы нагрузки
Д?р = 0; 6Ь=4₽8пг; S& = 2pnr; 6?i=S?1 = -2₽2nr; =
для второй схемы нагрузки
618 = 4₽8пгС3; Aip = Yirz?; 6»3 = 2₽2zirC2; Ajp = —ухЯпг.
Уравнения неразрывности деформации в узле будут
- 6*2Я2Н + 6*8М з + б&Л/1Н + Aft + Aft = 0; (10.75)
&&Н2Н + Aft+ 6§3М3 = 0. (10.76)
Решив эти уравнения, определим М1Н и Н2Н.
Определив лишние неизвестные М10, #2о» и Н2Н из урав-
нений (10.73)—(10.76), мы сможем, пользуясь формулами (10.51),
(10.52), определить М*х и Т$х.
Расчетными моментами и кольцевыми усилиями будут наиболь-
шие их значения от сочетаний нагрузок:
а) гидростатической или давления земли;
б) от навивки арматуры на стену резервуара;
в) от влияния деформаций днища и покрытия при их напря-
жении.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОГО КОЛИЧЕСТВА
НАВИВАЕМОЙ АРМАТУРЫ
Для армирования применяют углеродистую и высокоуглеро-
дистую холоднотянутую сталь (ГОСТ 7348—63 и ГОСТ 8480—63)
с нормативным сопротивлением 7?”» равным соответственно 17 000
и 15 000 кгс/см2 (для проволоки d = 5 мм). Условное расчетное
сопротивление для данной арматуры соответственно принимается
9500 и 8400 кгс/см2. Нормативный модуль упругости стали Е* =
= 1,8 «10е кгс/см2. Контролируемое напряжение при навивке для
проволоки d = 5 мм принимается оак = —0,65Я£ = 11 050 кгс/см2
(ГОСТ 7348—63), что соответствует тяговому усилию в одном стержне
(витке) d = 5 мм, Т = 2166 кгс. При расчете арматуры потери
в напряжении вычисляют согласно СНиП И.В-1—62. Сумма всех
потерь аап обычно выражается величиной 1500 кгс/см2. Напряжение
в кольцевой арматуре после проявления всех потерь будет он =
= (Так — аап. Несущая способность навиваемой арматуры из усло-
вия прочности будет
Т нес = /н°н*
(10.77)
303
Из условия трещиностойкости стены резервуара допускаемое
усилие в арматуре должно быть
Ттр /н (О’н^т-}' 0.3),
(10-78)
где шт — коэффициент условия работы, равной 0,9 (Ттр — в т;
ов — в т/см2; /н — в см2).
Для определения необходимого количества навиваемой арматуры
принимают меньшую из величин Тнес и Тт?
Т’Н
Р ____________2 20 /
Гтр (или ТнеС)
(10-79)
где Fn — суммарная площадь навиваемой арматуры на единицу
длины.
При залитом, но не засыпанном резервуаре напряжение в бетоне
стенки будет
* СТ
(10.80)
где — площадь сечения стенки; Т%х — кольцевое усилие от
залитого продукта.
Напряжение в кольцевой арматуре после залива резервуара
продуктом
сгц—сгн -|"
(10.81)
где п = EJE&
Подбор сечения арматуры удобно оформлять в виде таблицы.
РАСЧЕТ СТЕНКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕЗЕРВУАРА
НА ТЕМПЕРАТУРНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
Железобетонные резервуары, предназначенные для хранения
нефти и разнообразных нефтепродуктов, подвергаются значительным
температурным воздействием. Согласно нормативным данным при
расчете необходимо учитывать следующие температурные режимы
хранения:
нефть от —10 до +60° С;
светлые нефтепродукты (бензин, керосин) от —20 до +4б° С;
мазут (и близкие к нему по физическим константам моторные
топлива) от —5 до +95° С.
Так как сырая нефть поступает в крупные резервуарные парки
главным образом по трубопроводам при температуре, значительно
более низкой, чем +60° С, то на температурное воздействие рассчи-
тывают резервуары, предназначенные в основном для мазута.
Теоретическими расчетами и экспериментальными данными опре-
делено, что при заливе продукта с температурой 90—95° С перепады
температуры между внутренними и наружными поверхностями,
304
конструкций резервуара и средняя температура £ср конструкций
составляют:
стенка резервуара Д; = 50 н- 60° С при £ср = 65 ч- 70° С;
днище резервуара Д£ = 35ч-40° С при zcp = 65° С;
фундаментная плита у опорного узла Д t = 80° С
при £ср = 55 ч-60° С;
температура грунта при этом принималась 0° С.
Резервуары для хранения мазута не требуют газонепроница-
емости покрытия и повышенной герметизации днища, поэтому
конструкция днища принимается ненапряженная, сопряжение со
стенкой — в паз (третий тип), покрытие ненапряженное, свободно
положенное на стену резервуара.
Расчет конструкций резервуара на температурное воздействие
включает в себя определение изгибающих моментов и кольцевых
усилий от разности деформаций стенки и днища и отдельно от пере-
пада температур на наружных и внутренних поверхностях. При
средней температуре стенки и днища разность деформаций
стенки и днища равна
Дз^ = ЫцтЕ б (^ср ^ср) »
а с учетом сил трения
As<=aIr£6(tgp-t§>)—
Но так как взаимного смещения стенки и днища быть не может,
то в узле сопряжения их (узел А) возникнут изгибающий момент
и перерезывающая сила, которые определяются из следующих урав-
нений:
^12^20 = (10-82)
~ = 0. (10.83)
Значения единичных деформаций берутся по формулам (4.37)—
(4.41), (10.13) и (10.39); MQ - по формуле (10.15).
Для составления уравнений равенства деформаций в точке С
(см. рис. 10.4) следует пользоваться уравнениями (10.32), (10.33).
Значение меридионального момента М1Х находят по формуле (10.51).
Изгибающий момент в стенке резервуара от разности температуры
на наружной (t2) и внутренней (fx) поверхностях определяется
= (10.84)
где Мг — изгибающий момент в направлении образующей; М2 —
кольцевой момент.
От момента Мг при t± > t2 на внутренней поверхности возни-
кают сжимающие, на наружной растягивающие напряжения. Мо-
мент равномерно распределен по длине образующей. Но если обо-
лочка имеет свободный край, то вдоль него Мг = 0. Следовательно,
305
чтобы удовлетворить этому условию, мы должны по торцам при-
ложить равномерно распределенный момент Мг с обратным знаком.
Таким образом, по верхнему (свободному) краю оболочки будет
действовать по образующей момент Мх, а в опорном сечении (точка А)
изгибающие моменты Мг и М10, определяемые уравнениями (10.82),
(10.83).
Расчет на температурное воздействие производится для эксплу-
атационных условий, т. е. в предположении, что резервуар зали-
вается нагретым продуктом, когда он обсыпан землей.
При расчете на температурное воздействие модуль упругости
принимается с коэффициентом 0,8 (при t = 90° С). При расчете
стенок и днищ резервуаров с учетом температурного воздействия
раскрытие трещин допускается шириной до 0,1 мм.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ НА ГРУНТ
В МЕСТЕ ОПИРАНИЯ СТЕНКИ РЕЗЕРВУАРА НА ДНИЩЕ
И РАСЧЕТ ПЛИТЫ ДНИЩА В МЕСТЕ ОПИРАНИЯ КОЛОНН
(РИС. 10.11)
Наибольшее давление на грунт развивается на жестком участке
днища 1Г Как было указано, на этом участке действуют момент
и нормальная сила
^P = N+P+P^H4Q,
(10.85)
где N — давление от стенки резервуара.
Площадь плиты на участке F$ = Z1fe0, где Ьо —- ширина плиты,
равная 1 м.
Модуль сопротивления подошвы плиты
6 6 ’
Нагрузка на грунт
"S’-Bf—Г1]-
Значения nip и п£р не должны превышать расчетных нагрузок
на грунт.
Железобетонная плита днища в межколонном пространстве испы-
тывает незначительные изгибные напряжения и армируется обычно
по конструктивным соображениям (учитываются случайные пере-
грузки и нормативные требования). В местах опирания колонн
плита днища обычно имеет большую толщину. Так как колонны
передают на днище большую нагрузку, то на этом участке плиты
возникают изгибающие моменты и перерезывающие силы. Из условия
равномерного распределения нагрузки на утолщенную часть плиты
п устранения местных концентраций напряжений следует пред-
почитать круглую форму подколонников и утолщенной части плиты.
Сборные подколенники, устанавливаемые на плиту днища,
должны иметь размеры, гарантирующие устойчивость колонн во
306
время монтажа. Утолщенная часть плиты при сравнительно неболь-
шом диаметре (2 м) имеет большую толщину (0,4—0,5 м) и потому
может рассматриваться как абсолютно жесткая конструкция (штамп).
Площадь утолщенной части плиты
Гф = -^; Л^ДГ.^ф+ЛГпр + ЛГпл, (10.87)
где NK — нормальная сила колонны; N$ — вес подколонника;
ТУпр — вес продукта на площади F$; 7VnjI — собственный вес плиты
на площади F$ (диаметром D).
1 — плита днища; 2 — утолщенная часть плиты днища; 3 — под-
кол онник.
К утолщенной части плиты примыкает тонкая железобетонная
плита днища, которая воспринимает нагрузку только от про-
дукта (р0). Нагрузки NK, и (Л^ — TVgjz), где Д^л — вес части
утолщенной плиты толщиной, равной толщине тонкой плиты днища,
действуют только на утолщенную часть плиты и, следовательно,
в местах сопряжения утолщенной и тонкой плиты (точка С) от
действия этих сил возникнут моменты Мг и перерезывающие
силы #2.
Значения Мх и Н2 определим, решив канонические уравнения
неразрывности деформаций в точке С (см. рис. 10.11). Так как утол-
щенная часть плиты является абсолютно жесткой, то угол поворота
ее от действия симметричных нагрузок Мг и Н2 равен нулю.
307
А силы No и H2 сообщают плите лишь осадку 6|г (увеличена
в Еб раз).
< - Г (10 88)
L ф/с J
где 5ф — периметр утолщенной части плиты; индекс «ф» показывает,
что деформации относятся к утолщенной части плиты. Для при-
мыкающей тонкой части плиты соответственно введем индекс «д».
Единичные деформации тонкой части плиты (в точке С), лежащей
на упругом основании и являющейся бесконечно длинной, будут
равны (увеличенные в Еб раз)
б?а=^=-^-£б; «&=-2р57д> (Ю.89>
4/--к------
где Р = 1/ — —; к — коэффициент постели.
Уравнения неразрывности деформаций в точке С
6?1М1+б?2Я2=0; (10.90)
6J4ff2+6«1Mi-«*1 = 0. (10.91)
Обозначив [7VK + + (Nnn — 7У£Л)1 = TV' и подставив в урав-
нения (10.90) и (10.91) значения единичных деформаций, получим
Mi + Н2 =0; (10-92)
/С К
_|_Я2 1 ^ + -^У6 =0. (10.93)
Л 2р°лд г фЛ -Г ф/С
Решив эти уравнения, определим М± и Н2.
Эпюры моментов в тонкой части плиты определяются формулой
М5=ТИ1<р₽ж-^-Е₽ж. (10-94)
Утолщенная часть плиты с радиусом а находится под воздей-
ствием следующих нагрузок:
а) на окружность радиусом с от сил NK и N$; обозначим эту
нагрузку р;
б) на всей площади плиты (с радиусом а) от нагрузки
[ппр — СУПЛ — ЛпР)1; обозначим эту нагрузку q\
в) контурных сил Мх и Л2.
Нагрузка р действует сверху вниз, нагрузка q — снизу вверх.
От этих нагрузок наибольшие изгибающие моменты в плите будут:
а) от нагрузки р
308
б) от нагрузки q
3(1+’^“)9“2
мз=—"—16—’ (10.96)
где 1/тпх — пуассоново отношение, равное для железобетона 0,167.
Расчетный момент
м0=м1+м2+м3.
(10.97)
К РАСЧЕТУ ПОКРЫТИЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ
Разбивку колонн в цилиндрических резервуарах обычно произ-
водят по концентрическим окружностям, принимая расстояние между
ними в радиальном направлении 6 м.
Расчет покрытий ничем не отличается от расчета обычных же-
лезобетонных конструкций с предварительным или без предвари-
тельного напряжения.
Рз + Р
М"
5
Рис. 10.12. Расчетная схема покрытия резервуара.
а — до обжатия; б — после обжатия.
Следует лишь отметить некоторые особенности расчета покрытия
при обжатии его кольцевой арматурой (в резервуарах для сырой
нефти). В этом случае плиты покрытия целесообразно делать пло-
скими (безреберными) с предварительно напряженной арматурой.
Предварительное обжатие покрытия в целом, включая швы,
принимается из расчета возникновения сжимающих напряжений
в плитах 20—25 кгс/см2. По полученному кольцевому усилию обжа-
тия определяется число необходимых витков напряженной кольцевой
арматуры. Так как конструкция данного покрытия предназначена
для водяного экрана, оно должно быть полностью трещиностойкимt
включая швы между плитами.
Плоские преднапряженные плиты обжатого покрытия работают
по двум схемам:
1) до обжатия покрытия на монтажную нагрузку и собственный
вес q (рис. 10.12, а);
309
2) после замоноличивания швов между плитами и кольцевого
обжатия (рис. 10.12, б) на вес водяного экрана рэ и временную на-
грузку р как неразрезные конструкции.
Пролет 1г принимается равным расстоянию в свету между опо-
рами плюс 6ПЛ, пролет Z2 равен ширине балки минус бпл.
Для расчета используют формулы сопротивления материалов.
Плиты обязательно рассчитывают на возникновение трещин; особо
следует обратить внимание на трещиностойкость кольцевого шва,
который может оказаться (учитывая, что балки прямолинейные)
на опоре или в пролете 12- Расчетные нагрузки принимаются со-
гласно данным § 1 гл. 10. При расчете плиты как неразрезной кон-
струкции необходимо учитывать опорный момент в крайнем узле
(М! и) от следующих нагрузок:
а) гидростатической нагрузки и давления земли на стенку резер-
вуара [формулы (10.49), (10.50)];
б) навивки напряженной арматуры на стенку резервуара [фор-
мулы (10.75), (10.76)];
в) деформации покрытия при его преднапряжении [формулы
(10.61), (10.62)] и силы Д^обж от обжатия покрытия напряженной
арматурой.
§ 4. СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
ПРЯМОУГОЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
Рис. 10.13.
Расчетная схема стенки прямо-
угольного резервуара.
На стенку прямоугольного резервуара действуют нагрузки
(рис. 10.13), аналогичные нагрузкам на цилиндрические резервуары.
Днище и покрытие пря-
моугольных резервуаров
не подвергаются предвари-
тельному напряжению, а
опорный узел стенки
(узел А) конструируется
в паз (днище третьего
типа). Чтобы определить
напряженное состояние
стенки прямоугольного
сборного резервуара, при-
нимают основную систему
согласно рис. 10.13. В рас-
четной схеме в узле А при-
нимают шарнир, в котором
прикладывает лишнее не-
известное момент М10.
Для составления в узле А
ур авнения не р аз рывности
деформаций стенки и дни-
ща можно для вычисления
единичных деформаций
310
днища воспользоваться данными, приведенными в § 3 данной главы.
Стенка в таком случае является плоской пластинкой, работающей
на изгиб. Диформации ее определяются формулами сопротивле-
ния материалов. Единичные перемещения стенки будут (увеличен-
ные в Еб раз):
от 7И10 = 1
в“=3^’ (10-98)
от действия гидростатической нагрузки (р0 и р2)
«ь—[^-+8(У) "'К, <«>•“»
При нашей расчетной схеме Я20= Ra = -^—(pi + 2р0)+-ф\
т. е. равно реакции стенки от горизонтальной гидростатической
нагрузки в узле А.
Уравнение неразрывности деформаций в узле А будет
dJiMio- Ь*М0-Ъ*р = 0. (10.100)
В этом уравнении Мо выражается через М*,о (Я2о = Кд) со-
гласно указаниям для днища третьего типа [формулы (10.32),
(10.33)]. Решив уравнение (10.100),-определим искомый М1о.
Эпюра моментов в стенке резервуара определяется обычными
формулами сопротивления материалов. При расчете резервуара
на давление земли следует в формуле (10.99) принять р0 =
= “9о и Pi = —Qi-
РАСЧЕТ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
НА ТЕМПЕРАТУРНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
При заливе в прямоугольный резервуар горячего продукта сред-
ние температуры стенки и днища принимают такие же, как для цилин-
дрических резервуаров. Если средняя температура днища igpy
деформация днища (смещение) в точке А (рис. 10.14) будет
= (10.101)
а с учетом трения днища о грунт
ф = Мр£б-|----(10.102)
где <р — коэффициент трения; pQ — давление продукта; бд — тол-
щина днища; Ъ — ширина резервуара.
Угол поворота стенки
= (10.103)
п
где Н — высота стенки.
311
Момент M{q в узле А определится из уравнения
% = 0. (10.104)
Приведенный расчет относится к поперечному сечению стенки,
отстающему на некоторое расстояние от угла резервуара. Особо
напряженными являются углы резервуара, что часто приводит
к образованию в них трещин.
От неравномерного нагрева в стенке резервуара возникает из-
гибающий момент (см. § 3 данной главы). Если перепад температуры
между внутренней и внешней поверхностями стенки А^с =
Рис. 10.14. Расчетная схема прямо-
угольного резервуара на температур-
ные воздействия.
(1оло5)
От момента Мг растягива-
ющие напряжения возникают
на наружной поверхности стен-
ки. В результате в опорном
сечении стенки (Л) от темпера-
турного воздействия возникнет
изгибающий момент
МА = М{+М1^ (Ю.106)
Температурное воздействие
на резервуар рассматривается
при эксплуатационных усло-
виях, т. е. при заполнении резервуара продуктом и обсыпке землей.
Расчет днища прямоугольных резервуаров в местах опирания
колонн производится так же, как и у цилиндрических резервуаров
(см. § 3).
Конструкции покрытий прямоугольных резервуаров делают из
типовых сборных железобетонных элементов. Учитывая повышен-
ную нагрузку на покрытие (земляная засыпка, временные нагрузки),
сборные железобетонные элементы покрытия принимают из катало-
гов, предназначенных для многоэтажных промышленных зданий.
§ 5. ФОРМУЛЫ ДЛЯ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ИЗГИБАЮЩИХ МОМЕНТОВ И ПЕРЕРЕЗЫВАЮЩИХ СИЛ
В ОПОРНОМ УЗЛЕ СТЕНОК РЕЗЕРВУАРОВ (УЗЕЛ)
Если по конструкции днище третьего типа (сопряжение в паз)
= 1,5 4- 2,0 м, то для определения М10 и H2Q можно пользоваться
следующими формулами (при к = 5-103 т/м3).
а) Цилиндрические резервуары
При гидростатической нагрузке pQ и воздействии силы N
Ропг2 (1*3 Vn — О,9с) + 114рог2 — Nr (21 l^n”+80r)
/Ию -------------------т=------------------
4,6 W+410r2
„ _ 3,4nW10 —16,2пУ+ррПг2
(10.107)
(10.108)
312
В формулах (10.107) и (10.108) сила N вычисляется только от
временной нагрузки и нагрузки от засыпки покрытия резервуара.
Нагрузки от собственного веса стенки и покрытия действуют до за-
монрличивания опорного узла и, следовательно, не вызывают воз-
никновения в сечении А момента Л/10.
б) При нагрузке от давления земли (N = 0 и р0 = 0)
л, 9опг2 (0,85с—1,3 Vn’)—70г Уп
Jyl J0 — г- -
4,6п2 Уп + 410г1 2
(10.109)
3,4п2М10 — nr2g0 — 54г
/Z 20 =--------,7—------•
2,62ги у п
в) Прямоугольные резервуары
От гидростатической нагрузки pQ и силы N
PO^gT
(10.110)
М1° 15(Яст+1200М2т) ’
(10.111)
где Нст — высота стенки резервуара; 6СТ — толщина стены; кг —
1 т __ 2,2Ъ11 + 2Л411+130
*?(1 + ^) ’ ~ II
§ 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕДИНИЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ,
МЕРИДИОНАЛЬНЫХ МОМЕНТОВ И КОЛЬЦЕВЫХ УСИЛИЙ
В СТЕНКЕ РЕЗЕРВУАРА С ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ
ПО ВЫСОТЕ ТОЛЩИНОЙ (РИС. 10.15)
Стенки переменной толщины применяются для резервуаров боль-
шой вместимости (30 000 м3 * * и более), когда высота резервуаров до-
стигает 9 м, а диаметр 60—80 м.
Обозначим 1± — расстояние от низа
стенки до точки пересечения боковых гра-
ней стены; 12 — то же, от верха стены;
6г — толщина стенки внизу (точка Л);
62 — толщина стенки вверху (точка Д);
к1ч к2 — коэффициенты:
l 1,31 . , 1,31 .
к1 =--7= Z =--------7= :
61 Vn± ’ 62 Vn2 ’
где nr = r0/6i; п2 = го/625 го — средний
радиус стенки.
Единичные деформации стенки пере-
менной толщины могут быть определены
по представленным ниже формулам, где
6СТ — единичные деформации стенки по-
стоянной толщины (для узла А толщи-
ной 6Х, для узла Д — толщиной б2);
6' — деформации стенки переменной тол-
Рис. 10.15. Стенка резер-
вуара переменной толщи-
ны.
Щины.
313.
Для нижнего узла (сечение А)
(/^-1,25) ’ (10.112)
«•'*»-( )'» (10. J13)
. / AiZi— 0,25 \
(10.114)
Грузовые члены уравнений от гидростатической нагрузки
О»"О Ро — Pl 9 (10.115)
«v=6g=+ (10.116)
Для верхнего узла (сечение Д)
«n=«ff( ' *2*2 \ . к212 + 1,25 / ’ (10.117)
^2^2 \ . , *2*2+1,25 / * (10.118)
=би ( • *2*2 +0,25 \ А’2^2 +1,25 / (10.119)
Грузовые члены уравнений от гидростатической нагрузки
--_zPix (ю.120)
6iP=-^-; 6ст=б2. (10.121)
Ост
После того как определены лишние неизвестные 7И10, о» МiH
и Н2н, меридиональные моменты по высоте стенки резервуара нахо-
дят по формулам (10.51)—(10.54). Для кольцевых усилий в данном
случае более точные результаты дают эмпирические формулы, пред-
ложенные проф. В. А. Бушковым.
Для нижнего узла (А)
^2*= + [-^lo^iaSpx (-^xo^ia + ^20^м) 0рх]. (10-122)
Для верхнего узла (Д)
^2х= ^*20 + “Ь^ан^аа) (10-123)
Влияние изменения толщины стенки по высоте на значение лиш-
них неизвестных сравнительно невелико и часто при практических
расчетах единичные перемещения принимаются как для стенки
постоянной толщины: для нижнего края (А) — 6Х и для верх-
него (Д) — в2.
314
ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И МОНТАЖА
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
§ 1. МАТЕРИАЛЫ
Бетон для железобетонных резервуаров должен обладать следу-
ющими свойствами:
а) продуктонепроницаемостью (для нефти и темных нефтепро-
дуктов);
б) стойкостью в агрессивной среде;
в) повышенной плотностью, обеспечивающей надежную защиту
стальной арматуры от воздействия агрессивной среды.
Агрессивность нефти и нефтепродуктов к бетону определяется
наличием в них сернистых соединений, которые с гидроалюминатами
кальция, содержащимися в цементе, образуют гидросульфоалюми-
наты кальция. Последние действуют разрушающе на бетон (имеют
больший объем, чем исходные соединения). Поэтому для пригото-
вления бетонов при строительстве железобетонных резервуаров
применяют лишь сульфатостойкие портландцементы. Если же исполь-
зуются низко- и средне алюминатные портландцементы, в бетон,
вводят добавки в виде растворимого стекла.
Специальный бетон с добавкой растворимого стекла в настоящее
время является основным материалом для сооружения железобетон-
ных резервуаров в нашей стране.
Низко- и среднеалюминатные цементы характеризуются следу-
ющим содержанием алюминатов: С3А1 8%‘; С8А1 + C4A1F 22%.
Активность цементов должна быть не ниже 400 кгс/см2 (ГОСТ
10178—62). Чтобы бетон был непроницаем и в нем не появлялись
усадочные трещины густота цементного теста не должна пре-
вышать 0,28.
В. Э. Лийрих, В. X. Прохоров и И. Б. Веприк создали рас-
ширяющийся цемент (МРТУ 51-118—66), высокостойкий по отноше-
нию к нефти и мазуту и хорошо защищающий арматуру от коррозии.
В опытном порядке были сооружены монолитные железобетонные
резервуары из низкоалюминатных цементов с добавкой в бетонную
315,
смесь гидратов окислов железа, получаемых электрическим методом
(добавка «гож»). Дозировка добавки принималась 1,5% от веса
цемента в расчете на содержащиеся в добавке железо (предложение
проф. Козырева). Добавку вводили в воду до затвердения бетонной
смеси. Опытные резервуары (вместимостью до 2000 м3) без устрой-
ства облицовок были залиты бензином и показали хорошие резуль-
таты. Конструкции этих резервуаров абсолютно трещиностойки
(предварительно напряженные). В настоящее время из спецбетонов
с добавкой «гож» допускается сооружение резервуаров для хранения
светлых нефтепродуктов вместимостью 100—200 м3 (заглубленного
типа).
Плотность бетона зависит от водоцементного отношения. В бето-
нах, предназначенных для сооружения резервуаров, в которых
будут храниться сырая нефть и мазуты, оно не должно превышать
0,45—0,50. Нормативными документами для выбора материалов
и исходных параметров при расчете составов бетонов являются
«Указания по проектированию антикоррозийной защиты строитель-
ных конструкций промышленных зданий в производствах с агрес-
сивными средами (СН 262—67)».
Цемент, прибывающий на завод железобетонных конструкции
для изготовления элементов резервуаров, должен иметь паспорт
завода-изготовителя и, если с момента его изготовления прошло
более трех месяцев, повторно испытан по методике ГОСТ 310—60.
Заводы, поставляющие цемент, обязаны по требованию заказ-
чика сообщать расчетный минералогический состав цемента для
каждой партии. Цементы, предназначенные для конструкций железо-
бетонных резервуаров, при хранении нельзя смешивать с цементами
для строительства иных сооружений.
К заполнителям бетонов (песок, щебень) предъявляются следу-
ющие требования.
Песок согласно ГОСТ 8736—67 должен содержать отмучиваемых
частиц не более 2,0% (по весу) и глины не более 1%. Гранулометри-
ческий состав песка должен соответствовать данным табл. 11.1
Таблица Ц.1
Размер отверстий сит, мм Должно проходить песка, % по весу Размер отверстий сит, мм Должно проходить песка, % по весу
5,0 85-100 0,6 20-65
2,5 60—100 0,3 10-50
1,2 35-75 0,15 0-20
Для пескоструйных и торкретных работ песок должен иметь
модуль крупности более 1,7 и размеры частиц не свыше 3 мм.
Влажность песка, предназначенного для торкретных работ с при-
менением цемент-пушки, должна быть не более 5%.
316
В качестве крупного заполнителя для бетонов применяют гравий
или щебень изверженных твердых пород и плотных известняков,
но щебень предпочтительнее вследствие лучшего сцепления с цемент-
ным раствором и наличием большего пути фильтрации жидкости
в структуре бетона.
Крупные заполнители для специальных бетонов должны соответ-
ствовать требованиям соответствующих стандартов и СНиП
I-B.1-62.
Механические и физические свойства крупного заполнителя
должны удовлетворять следующим требованиям:
Предел прочности при сжатии в насы-
щенном водой состоянии горной поро-
ды, подвергающейся дроблению на
щебень ............................Не менее чем в 2 раза
выше марки бетона
Содержание зерен слабых пород .... Не более 10% для
искусственного камня
и изверженных пород
и не более 15% для
осадочных пород
По гранулометрическому составу крупный заполнитель должен
удовлетворять требованиям ГОСТ 4797—69.
Для приготовления бетонов и для их поливки применяют воду,
содержащую сульфатов не более 2700 мг/л при общем содержании
солей до 5000 мг/л. Водородный показатель воды должен быть не
менее 4. Питьевую воду можно применять без анализа примесей.
Для торкретирования поверхностей стенок резервуара прини-
мают состав раствора 1 : 2 (цемент : песок). В торкрет-раствор,
наносимый на внутреннюю поверхность стены резервуара, обычно
добавляют растворимое стекло в количестве 3,5% от веса цемента;
жидкое стекло вводят предварительно в воду затворения.
Арматурная сталь, применяемая при сооружении железобетон-
ных резервуаров, должна отвечать требованиям СНиП I-B.4—62
и III-B.1—62. В стенках и покрытиях резервуаров применяют арма-
турные стали классов А. IV и A.IIIB. Последняя подвергается упроч-
нению предварительной вытяжкой. Для кольцевой напряженной
арматуры, навиваемой на стену резервуара, применяют высокопроч-
ную проволоку ^периодического профиля диаметром не менее
5 мм (ГОСТ 8480—63). Высокопрочную проволоку (образцы от каж-
дой партии) перед навивкой подвергают испытанию на разрыв и пере-
гиб (СНиП IП-В. 1—62 и I-B.4—62). Для сращивания напрягаемой
арматуры применяют стальную канатную проволоку диаметром
0,8-1,2 мм (ГОСТ 1071-67, ГОСТ 9389-60 класс III или ГОСТ
7372-66).
Для определения состава бетона при строительстве резервуаров
необходимо иметь следующие данные:
а) степень плотности бетона, определяемую степенью агрессив-
ности хранимого продукта по отношению к выбранному цементу
(водоцементное отношение);
317
б) расчетную прочность бетона (марку) к заданному сроку;
в) заданную подвижность бетонной смеси, которая определяется
осадкой стандартного конуса для полупластичной и пластичной
бетонной смеси и по методу проф. Б. Г. Скрамтаева для жесткой
бетонной смеси;
г) допускаемую максимальную крупность щебня или гравия для
данной конструкции;
д) результаты испытания цемента: активность, объемный вес
в сухом и рыхлом состоянии и соответствие требованиям государ-
ственного стандарта;
е) результаты испытания песка (объемный вес в сухом рыхлом
состоянии, удельный вес, показатели крупности и влажности);
ж) результаты испытания щебня или гравия (объемный вес в су-
хом состоянии, удельный вес, максимальная крупность 2)тах).
Расчеты и дозировку компонентов бетона для пробного замеса
производят для заполнителей в воздушно-сухом состоянии. Гигро-
скопическую влагу заполнителей при определении значения водо-
цементного отношения не учитывают.
§ 2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СБОРНЫХ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ РЕЗЕРВУАРОВ
Сборные железобетонные конструкции резервуаров для нефти
и нефтепродуктов должны изготовляться на постоянно действующих
предприятиях по технологии, обеспечивающей получение продукции
необходимого качества. Иногда допускается изготовление на вре-
менных полигонах или приобъектных площадках наиболее простых
конструкций (фундаменты, колонны, капители). Основные изделия
для резервуаров изготовляют только в стальных формах, а для
мелких (фундаменты, капители колонн) допускается использование
деревянных форм, обитых кровельным железом.
Бетонную смесь для изделий резервуаров приготовляют на бе-
тономешалках принудительного действия. Продолжительность пере-
мешивания бетонной смеси с добавкой растворимого стекла несколько
больше, чем для бетона без добавок (табл. 11.2).
Таблица Ц.2
Тип бетономешалки Объем бетономешал- ки, л Продолжи- тельность перемешива- ния, мин
Свободного падения . . . 250—425 1000-1200 2,5 3,0
Принудительного переме- шивания 500 1000 2,0 3,5
318
Время от начала приготовления каждого замеса бетонной смеси
с добавкой растворимого стекла до укладки обычно не превышает
45 мин.
Проектное положение арматурных сеток и каркасов в изделиях
для резервуаров обеспечивается бетонными прокладками. Приме-
нение стальных «лягушек» и «пауков» для фиксации положения
арматуры не допускается. Крупность щебня или гравия не должна
превышать х/4 наименьшего размера сечения изделия.
Для сборных изделий железобетонных резервуаров применяют
жесткие бетонные смеси, позволяющие при уплотнении получить
необходимую плотность бетона. При применении ручных, площа-
дочных или глубинных вибраторов бетонная смесь должна иметь
осадку стандартного конуса 1—2 см.
Область применения ручных вибраторов и продолжительность
уплотнения при их применении приведены в табл. 11.3.
Таблица 11.3
Тип вибратора Подвижность бетонной смеси, см Область применения Толщина укладываемого слоя, см Радиус действия или шаг, см Продол- житель- ность уплотне- ния, с
Площадоч- ный 1—2 и бо- лее Плоские па- нели, плиты. Ребристые плиты 10-12 Длина ра- бочей части платформы минус 5 см 25—40
Внутрен- ний 1—2 и бо- лее Фундаменты, колонны, бал- ки, ребра панелей 20-50 24-50 20
Вибробрусы и вибро- рейки 3 и более Днища резер- вуаров, стено- вые панели Выравнивание поверхностно- го слоя бетона 30
Стеновые панели резервуаров формируют наружной поверх-
ностью вверх. При формировании наружной поверхностью вниз,
к поддону, поверхность бетона получается гладкой и с ней не дости-
гается требуемого сцепления торкрет-раствора, наносимого для
защиты кольцевой арматуры. При формовке выпуклость наружной
поверхности панели достигается применением скользящих вибро-
штампов или виброреек соответствующей криволинейной конфи-
гурации.
В панелях с консолями концы стержней, напряженной арматуры
(продольной) обрезают вначале со стороны консоли, а потом со
стороны противоположного торца изделия.
В плитах покрытия трапецеидальной формы в плане концы напря-
женной арматуры обрезают вначале с широкого торца плиты.
319
Чтобы обеспечить точность монтажа сборных элементов резер-
вуаров, при изготовлении изделий на заводе предусмотрены допуски
их размеров (табл. 11.4).
Таблица 11.4
Изделие Отклонение, мм Искривление по длине
длина ширина толщина или высота расстояние от поддона до оси напряженной арматуры расстояние меж- ду опорными поверхностями упоров при длине до 6 м при длине свыше 6 м
Фундаменты для колонн Внутренние размеры ±7,5 ±7,5 ±5,0 — — — —
стаканов ±10,0 ±10,0 ±10,0 — — — —
Толщина дна стакана — — -10,0 — — — —
Колонны -5,0 ±2,5 ±2,5 — — 5,0 7,5
Балки -5,0 ± 2,5 ±2,5 +0 +1,0 5,0 7,5
—5 -5,0
Плиты покрытия . . . -5,0 ±2,5 ±2,5 +0 +1,0 2,5 5,0
—5 —5
Стеновые панели . . . -7,0 ±2,5 ±2,5 +0 +1,5 5,0 7,5
—5 —1,0
Для ускорения твердения изделий на заводах применяют тепло-
вую обработку в камерах при помощи пара.
Применяют следующий оптимальный режим тепловой обработки
железобетонных изделий, изготовляемых из специального бетона
с добавкой растворимого стекла:
Скорость разогрева .................Не более 20° С за 1 я
Температура изотермического прогрева 70—80° С
Во время тепловой обработки свободные поверхности изделий
укрывают водонепроницаемым материалом (полимерными пленками,
резиной), что задерживает испарение влаги из бетона и повышает
его механические свойства.
§ 3. ТЕХНОЛОГИЯ СООРУЖЕНИЯ СБОРНЫХ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
Строительные и монтажные работы по сооружению железобетон-
ных резервуаров выполняют, соблюдая действующие правила тех-
ники безопасности, охраны труда и противопожарной охраны. Все
строительные и монтажные работы выполняются в соответствии
с проектами организации строительства и производства работ.
Так как резервуары сооружают в основном по типовым проектам,
для которых составляют типовые проекты производства работ, то
320
достаточно лишь скорректировать их с учетом особенностей привязки
резервуаров и местных условий строительства. При сооружении
крупных резервуарных парков следует разрабатывать сетевой график
строительства, являющийся частью сетевого графика строительства
всего комплекса сооружений на площадке.
ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ
До начала основных работ по сооружению резервуаров на стро-
ительной площадке выполняют следующие подготовительные работы:
переносят на строительную площадку геодезическое обоснование
(производят разбивку осей);
обеспечивают площадку водой и электроэнергией;
устраивают временные подъездные пути для автотранспорта;
временные дороги в котловане для группы резервуаров должны
обеспечивать въезд в котлован не менее чем в двух местах;
строят временные сооружения (электростанции, компрессорные
станции и др.);
защищают котлованы от попадания в них поверхностных вод.
Во всех случаях, когда это возможно, используют для стро-
ительства постоянные дороги, электросети и водопровод.
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
Рис. 11.1. План швов в днищах
цилиндрических резервуаров
($ = а = 15 4- 20 м).
Перед началом работ производят разбивку границ котлованов,
въездов в них, участков для отвала грунта и разбивку — осей резер-
вуаров. При сооружении цилинд-
рических резервуаров устанавливают
центральный геодезический штырь,
который является базой для после-
дующих операций по разбивке и кон-
тролю отметок.
К основным геодезическим рабо-
там относятся:
а) составление исполнительной
схемы отметок верха основания по
окончании устройства основания под
днище резервуара;
б) точная разбивка фундамент-
ной части днища (паза при днище
третьего типа и фундаментных плит
при четвертом типе днища);
в) разбивка в плане (по подготов-
ке) карт днища, между которыми
устанавливают деформационные швы
(по проекту) (рис. 11.1), установка и нивелирование опалубки швов
(верхних кромок досок);
г) составление исполнительной схемы отметок днища и кольце-
вого фундамента после бетонирования днища;
321
д) точная разбивка осей подколенников на днище, проверка
отметок дна стаканов фундаментов, определение толщины подливки
бетоном при установке колонн;
е) проверка инструментом вертикальности колонн;
ж) разбивка на фундаментной части днища (в пазу или на фунда-
ментных плитах) окружности, соответствующей наружным кромкам
панелей, и нанесение рисок, определяющих положение панелей
и стыков между ними.
При днище третьего типа в паз наливают воду до проектной
отметки низа стеновых панелей, на стенке паза делают отметки,
по которым производят подливку бетоном. При днище четвертого
типа точно по отметкам устанавливают фундаментные (сборные)
плиты. Вертикальность стеновых панелей контролируют теодолитом.
§ 4. ЗЕМЛЯНЫЕ РАБОТЫ
Обычно на группу в четыре-восемь резервуаров разрабатывают
один общий котлован. Объем земляных работ при сооружении за-
глубленных железобетонных резервуаров велик. Например, при
строительстве резервуаров вместимостью 30 000 м3 котлован для
восьми резервуаров имеет объем около 250 тыс. м3.
Котлованы большого объема ограждают от попадания в них
поверхностных вод нагорными канавами и делают отводы воды в по-
ниженные места.
Верхний (растительный) слой грунта срезают бульдозером, транс-
портируют в отдельные отвалы, а впоследствии используют при
обсыпке резервуаров и посеве трав. Дальнейшую выемку грунта
производят экскаваторами, а транспортирование — самосвалами.
Ширину въездов в котлован делают не менее 4 м, уклон не более
15%. При выемке грунта нельзя нарушать основание под днище
резервуара, поэтому экскаваторами грунт вынимают с недобором
20 см до проектной отметки. Разработку недобора производят авто-
грейдерами или специально оборудованными бульдозерами, поз-
воляющими производить срезку грунта с точностью до 5 см. Окон-
чательную зачистку производят вручную.
Размеры котлованов по дну назначают с учетом необходимости
прохода навивочной машины и монтажного крана.
Для отвода дождевой воды дну котлована придается уклон
к центру, устраиваются также канавы и зумпфы для откачки воды.
Законченный котлован сдают по акту, при этом проверяют высотные
отметки и размеры в соответствии с проектом. При необходимости
устройства подсыпок в основании последние производят песчано-
гравиестым грунтом с послойным уплотнением.
§ 5. БЕТОНИРОВАНИЕ ПОДГОТОВКИ
И ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО ДНИЩА
Грунтовое основание перед бетонированием подготовки должно
иметь влажность, исключающую возможность деформации грунта
при промерзании его или высыхании. Прежде чем бетонировать под-
322
готовку, устанавливают опалубку под технологические приямки,
закладывают и раскрепляют приемно-раздаточные и зачистные
трубы. Если резервуары большой вместимости, подготовку бетони*
руют полосами, расположенными параллельно оси цилиндрического
резервуара или стороне прямоугольного резервуара. Ширину по-
лосы берут в зависимости от длины виброрейки (4—6 м). Границы
полос фиксируют маячными досками, укрепленными на колышках.
Полосы бетонируют через одну (рис. 11.2). Виброрейки опирают
Рис. 11.2. Схема бетонирования подготовки под днище
резервуара емкостью 30 000 м3.
на маячные доски. Промежуточные полосы бетонируют после при-
обретения бетоном в забетонированных ранее полосах необходимой
прочности, маячные доски и колышки убирают до бетонирования
промежуточных полос. Осадка конуса бетонной смеси должна быть
4—6 см.
На забетонированную подготовку укладывают гидроизоляцион*
ный слой (рубероид или битум), а при напряженном днище также
песчаный слой скольжения. Последний перед бетонированием днища
покрывают слоем пергамина. Песчаный слой скольжения должен
быть сухим. Если по условиям бетонирования днища на подготовку
должны заезжать автомашины с бетоном, то для них устраиваю!'
специальные проезды из дорожных железобетонных плит, укладыва-’
емых по песчаному слою (25—40 см).
323
При приемке основания перед бетонированием подготовки допу-
скаются следующие отклонения от проекта, определяемые нивели-
ровкой: днища от горизонтальной поверхности на всю площадь
±50 мм, разность отметок точек на длине 5 м — 20 мм.
БЕТОНИРОВАНИЕ ДНИЩА
По забетонированной подготовке устанавливают опалубку фунда-
ментной части днища (в месте опирания стеновых панелей) и при
напряженном днище опалубку швов согласно проекту. При напря-
женном днище швы не армируют, а при ненапряженном днище швы
осуществляются без опалубки (так как через них проходит арматура)
и качество их обычно хуже первых. Опалубку для бетонирования
фундаментной части днища закрепляют от сдвигов при бетонирова-
нии и вибрировании.
При бетонировании днища следует тщательно соблюдать толщину
защитного слоя. Проектное положение арматуры фиксируют бетон-
ными подкладками.
Днища бетонируют либо прямоугольными полосами (в прямо-
угольных резервуарах), либо кольцевыми захватками (в цилиндри-
ческих резервуарах). Ширину полос или кольцевых захваток выби-
рают таким образом, чтобы последующая полоса бетонировалась
до момента схватывания бетона предыдущей полосы.
Подачу бетона при бетонировании днища производят самосва-
лами (с устройством проездов) или бадьями и краном. Последний
способ дает лучшие результаты, так как позволяет более равно-
мерно укладывать бетон, но он более дорог.
Для днищ резервуаров применяют бетон марки 200—300. Тол-
щина плиты днища 10—15 см, осадка конуса бетонной смеси 2—4 см.
Бетонную смесь, укладываемую в днище, тщательно уплотняют
глубинными и площадочными вибраторами. Поверхность днища
заглаживают виброрейками. Уложенный в днище бетон поливают
водой не менее семи дней (через 3—4 ч днем и 1 раз ночью). Пазы
днища и приямки через 10 ч после укладки бетона заливают
водой.
Работы по бетонированию днища оформляют по акту, в котором
указываются: скрытые работы (армирование); качество бетона (по ла-
бораторным испытаниям кубиков); соответствие размеров и отметок
проектным; отсутствие трещин, выбоин и каверн. Отклонения в отмет-
ках поверхностей, служащих опорами колонн и стеновых панелей,
допускаются не более ±10 мм, разность отметок точек на длине
5 м — 20 мм, отклонения в размерах поперечного сечения элементов
днища-----НО, —5 мм.
§ 6. МОНТАЖ СБОРНЫХ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ РЕЗЕРВУАРОВ
Железобетонные резервуары обычно сооружают группами (то-
варно-сырьевые парки нефтехимических комбинатов, крупные пере-
валочные нефтебазы и др.). В этом случае целесообразно для монтажа
324
резервуаров применять гусеничные краны с дизельным приводом,
которые обладают большой маневренностью, не требуют устройства
рельсовых путей и подведения электроэнергии. Для монтажа всей
группы резервуаров достаточно на площадке одного мощного крана
(грузоподъемностью 20 тс), а для монтажа мелких деталей, оснастки
и подачи бадей с бетоном — автокрана грузоподъемностью 5—
7,5 тс. При составлении подробного проекта организации монтажа
следует точно указывать стоянку крана и перечень сборных кон-
струкций, которые будет монтировать кран с данной стоянки.
Рис. 11.3. Порядок монтажа сборных конструкций
резервуара вместимостью 30 000 м3.
I—VI — последовательность монтажа; 1 — стоянки крана
вне дншца; 2 — путь выхода крана из резервуара; з — сто-
янки крана на центральной (усиленной) зоне днища.
Резервуары большой вместимости занимают большую площадь
(например, резервуар вместимостью 30 000 м3 занимает площадь
приблизительно 4500 м2) и выполнить весь монтаж сборных кон-
струкций без заезда крана на днище практически невозможно. В та-
ком случае в проекте монтажных работ предусматривают три-четыре
проезда, которые устраивают из дорожных плит по песчаной под-
сыпке. Стоянки крана располагают на этих проездах (рис. 11.3).
Однако при цилиндрических резервуарах этого оказывается недоста-
точно и тогда центральную часть днища (диаметром — 18 м) делают
усиленной, рассчитанной на нагрузку от тяжелого крана. Кран,
передвигаясь по этой площадке, в состоянии смонтировать большую
часть конструкции резервуара. Монтаж цилиндрических резерву-
аров ведут кольцевыми захватками, а прямоугольных — полосами
325
(кран отступает и монтирует «на себя»). Проезды кран заполняет
конструкциями в последнюю очередь, когда он отступает к выходу
из резервуара. Тогда же снимаются железобетонные плиты про-
ездов.
В резервуарах большой вместимости два наружных кольца (VI
и V, см. рис. 11.3) и стеновые панели монтируют при стоянках крана
вне резервуара. Поэтому для перемещения крана и автомашин со
сборными конструкциями вокруг резервуара предусматривают до-
полнительную ширину. Например, при монтаже резервуара вме-
стимостью 30 000 м3 гусеничным 20-тонным краном Э-1254 необ-
ходимо иметь расстояние от стены резервуара до откоса котло-
вана 9 м.
Железобетонные сборные элементы следует монтировать «с колес»,
без устройства промежуточных складов. Прочность бетона днища
при заезде на него крана должна быть не менее 70% проектной.
Установив на песчано-цементную подливку фундаменты колонн,
в стаканы фундаментов укладывают цементно-песчаную смесь, так
чтобы днище стакана имело проектную отметку низа колонн. Эту
работу контролирует геодезист. По мере монтажа колонн их вре-
менно закрепляют в стаканах фундаментов стальными клиньями.
Для обеспечения устойчивости рекомендуется после монтажа трех-
четырех колонн укладывать на них элементы покрытия (балки
и плиты), соединяя их сваркой. Замоноличивают колонны в стаканах
фундаментов бетоном марки 200 с вибрированием глубинными вибра-
торами. Замоноличивание колонн производят группами, чтобы после
удаления клиньев была обеспечена их устойчивость. Следующую
группу замоноличивают после того, как прочность стыков достигнет
50 кгс/см2.
Для обеспечения нормальной работы сварщиков применяют
подъемные подмостки на автопогрузчике или передвижные лестницы-
этажерки.
Если резервуар сооружают с конструкцией днища по третьему
типу (в паз), то стеновые панели укрепляют в пазу стальными клинь-
ями, если же конструкция днища предварительно напряженная,
панели крепят инвентарными распорками.
В прямоугольных резервуарах необходимо крепить каждую
панель, в цилиндрических достаточно закреплять четыре-пять пане-
лей. После установки панели немедленно сваривают ее выпуски
с выпусками ранее установленной панели.
Стеновые панели монтируют одновременно с монтажом плит
покрытия VI пояса (рис. 11.3), что обеспечивает устойчивость кон-
струкции от ветровой нагрузки и позволяет отказаться от инвентар-
ных распорок панелей. В прямоугольных резервуарах, где стеновые
панели рассчитаны на наличие в плоскости покрытия опоры, осо-
бенно обращают внимание на качественную сварку закладных дета-
лей балок и плит покрытия с закладными деталями стеновых панелей.
Отклонения смонтированных конструкций от проектных не
должны превышать следующих значений (в мм):
326
а) Смещение относительно разбивочных осей фунда-
ментов колонн....................................... 10
Колонн в нижнем сечении....................... 5
Стеновых панелей в нижнем сечении............. 5
Балок ........................................ 5
б) Отклонение от вертикального положения осей
колонн .............................................. 8
Плоскостей стеновых панелей........................ 8
в) Отклонение от проектных отметок дна стакана
фундамента.......................................... ±10
Верха колонн..................................+10, —15
Верха опорных поверхностей стеновых панелей . . +10,-18
Верха балок...................................+10, —18
г) Эллипсности по верхней кромке стеновых панелей —52
§ 7. ЗАМОНОЛИЧИВАНИЕ СТЫКОВ
Замоноличивание стыков (особенно между стеновыми панелями
и в днище) — наиболее ответственная работа при сооружении резер-
вуаров. Стыки — наиболее уязвимое место в отношении возможной
утечки продукта.
Чтобы получить качественный стык, необходимо соблюдать сле-
дующий порядок работ:
а) стыкуемые поверхности обрабатывают пескоструйным аппара-
том, что позволяет удалить жировую пленку, пыль, а также за-
карбонизированный слой цементного камня и значительно повысить
прочность сцепления старого и нового бетона;
б) марку бетона для замоноличивания стыков берут не ниже
марки бетона стыкуемых поверхностей; осадка стандартного конуса
бетонной смеси 3,5—5 мм;
в) деревянную опалубку устанавливают с внутренней стороны
стыка на всю высоту, наружную опалубку делают из щитов высотой
1 м и устанавливают по мере бетонирования; для устранения щелей
между опалубкой стыков и бетоном стеновых панелей поверхность
опалубки целесообразно обклеивать пористым материалом (резина
толщиной 20 мм), при прижатии опалубки к поверхности панелей
средняя часть резины вдавливается в полость стыка (рис. 11.4, а);
можно делать опалубку стыка и без применения резины (рис. 11.4, б);
г) щиты опалубки стыков стеновых панелей крепят проволочными
скрутками: наружные — к выпускам у наружной поверхности,
внутренние — к выпускам у внутренней поверхности панели; сквоз-
ные скрутки, пронизывающие всю толщу бетона стыка, применять
нельзя;
д) для бетонирования стыков используют передвижные леса-
этажерки, их длина позволяет замоноличивать одновременно три
стыка; бетонную смесь подают на леса в бадьях автокраном; бетони-
рование одной захватки (высотой 1 м) длится 4—5 мин; вибрирование
производится глубинным вибратором с головкой диаметром 50 мм;
перерывы в бетонировании стыка не допускаются; при замоноличи-
вании стыков между стеновыми панелями замечено, что если между
началом замоноличивания и началом обжатия стены резервуара
327
имеется большой разрыв по времени, то в замоноличенны! стыках
(до их обжатия) появляются волосяные трещины — результат тем-
пературных деформаций панелей (из-за суточных колебаний темпе-
ратуры); поэтому все стыки следует забетонировать как можно
быстрее (2—3 суток); обжатие стенки резервуара можно начинать
через пять суток; опалубку стыков после их бетонирования не сни-
Рис. 11.4. Опалубка для замоноличивания стыков
между стеновыми панелями.
а — с уплотнением губчатой резиной; б — с лабиринтным уплот-
нением; 1 — щиты опалубки; 2 — проволочные скрутки; з —
уплотнение губчатой резиной; 4 — арматурные выпуски; 5 —
стеновые панели.
мают в течение пяти-шести дней, т. е. до навивки; забетонированные
стыки покрытия и днища в течение семи дней держат во влажном
режиме (заливают водой, засыпают влажными опилками и т. д.).
Стык стенки резервуара с днищем четвертого типа бетонируют
до навивки арматуры на стенку, при ненапряженном днище (третий
тип) паз бетонируют после навивки напряженной арматуры.
Все стыки покрытия и днища обрабатывают пескоструйным '
аппаратом и промывают водой перед бетонированием.
§ 8. НАВИВКА КОЛЬЦЕВОЙ НАПРЯЖЕННОЙ АРМАТУРЫ
НА СТЕНКУ РЕЗЕРВУАРА
Для навивки кольцевой арматуры на железобетонные резервуары
создан ряд арматурно-навивочных машин. Техническая характери-
стика основных из них приведена в табл. 11.5.
328
Таблица 11.5
Показатели Арматурно-навивочные машины
АНМ-5 АНМ-5М АНМ-7 АНМ-10
Диаметр резервуара, м Наибольшая высота резервуара, 9-42 9-42 16-70 9-80
м Наибольший диаметр навиваемой 8,5 12 12 15
проволоки, мм Максимальное усилие натяжения 5 5 5 5; пряди 6X2,5 или 7X2,5
проволоки, кгс 2500 2500 2500 3000 (для пря- дей 5000)
Скорость навивки, м/мин . . . Производительность: 60 60 60, 90, 120 80; 120
1 кг проволоки за 1 ч ... До 500 560 До 1100 До 1500 (для прядей до 1870)
1 м проволоки за 1 ч ... 3600 3600 До 7200 До 7200
Шаг навивки, мм Установленная мощность, кВт 5-300 5—300 5-300 5-300
7 7 19,5 25,6
Вес машины, кг Минимальная ширина свободной 4000 — И 600 16 100
зоны вокруг резервуара, м . . 1,5 1,5 2,5 2,5
Навивочную машину монтируют на покрытии резервуара. Верх-
няя тележка ее перемещается по краю покрытия, для чего на покры-
тии выравнивают полосу шириной 200—300 мм. На наружной по-
верхности стены резервуара не должно быть неровностей высотой
более 10 мм (выравнивают цементным раствором).
Монтаж навивочной машины производят автокраном с удлиненной
стрелой. На верхней тележке находятся место оператора (или ка-
бина), пульт управления, бухты проволоки, укосина для подъема
бухт и приспособления для подъема нижней тележки. На покрытии
в центре устанавливают шпиль, к которому подводят электроэнергию
для питания машины. Верхняя тележка соединена с центральным
шпилем легкой стальной фермой. Нижняя тележка подвешена к верх-
ней на тросах. На ней располагается механизм передвижения, по
звездочкам которого проходит бесконечная ролико-втулочная цепь,
надетая на стену цилиндрического резервуара. Звездочки, вращаясь
(от электромотора), сообщают движение нижней тележке. Тележка
имеет обрезиненные колеса, которые катятся по стене. На тележке
расположено приспособление для натяжения цепи. Механизм натя-
жения проволоки состоит из конического диска, разрезанного на
три части. Диск скреплен со звездочкой, которая вращается роли-
ко-втулочной цепью при движении тележки. Диаметр звездочки
принимается больший, чем диаметр диска, благодаря чему длина
329
проволоки, прошедшей через диск при одном его повороте, меньше
длины цепи, прошедшей через звездочку за один оборот. Из-за этой
разницы в скорости осуществляется натяжение проволоки. Меняя
диаметр раздвижного конического диска, изменяют линейную ско-
рость сходящей с него проволоки и соответственно усилие натя-
жения.
На навивочных машинах АНМ-5М, АНМ-7 и АНМ-10 устано-
влены гидравлические приборы, которые показывают величину
натяжения проволоки во время движения машины.
Рис. 11.5. Общий вид навивочной машины.
Верхняя и нижняя тележки соединены металлической лестницей,
которая служит водилом в передаче движения от нижней тележки
к верхней. Одновременно лестница является направляющей при
вертикальном перемещении нижней тележки.
В случае обрыва проволоки при навивке витки скрепляются
между собой специальными жимками через 500—1000 м навивки.
В момент закрепления жимками витков специальный прибор изме-
ряет величину натяжения проволоки и заносит ее в журнал навивки.
В каждой зоне (поясе) суммарное натяжение не должно отличаться
более чем на 10% от проектного. При окончании бухты проволоки
конец ее сращивается с новой бухтой при помощи специального
станка с перехлестом на длину 150 мм и обматывается стальной
проволокой диаметром 0,8 мм.
330
Смена бухт занимает много времени. В настоящее время раз-
работана схема подачи проволоки без подъема бухт на верхнюю
тележку, что значительно сокращает время навивки.
Общий вид навивочной машины представлен на рис. 11.5.
§ 9. ЗАЩИТА НАПРЯЖЕННОЙ
КОЛЬЦЕВОЙ АРМАТУРЫ ОТ КОРРОЗИИ
Навитую напряженную кольцевую арматуру во избежание ее
коррозии необходимо защищать от влаги, содержащейся в грунтовой
обсыпке резервуара. Для этого на арматуру наносят слой цементной
торкрет-штукатурки толщиной 25—30 мм (два слоя по 12—15 мм
каждый). С внутренней стороны стенки резервуара торкретированию
подвергают места стыков между панелями, что повышает их непро-
ницаемость. Перед нанесением торкрет-штукатурки бетонную по-
верхность стенки обрабатывают пескоструйным аппаратом.
Торкретирование производят двумя способами: 1) сухим с по-
мощью цемент-пушки и 2) мокрым — пневморастворонасосом.
Сухой способ заключается в следующем. В цемент-пушку загру-
жают сухую смесь песка с цементом (песок высушенный). Из пушки
смесь под действием сжатого воздуха (от компрессора) по шлангу
поступает в сопло. В сопло же подается под давлением вода. Этот
метод хотя и широко распространен, но имеет существенные недо-
статки: недостаточное смачивание смеси водой; в отдельных случаях
имеет место разделение смеси на песок и цемент; сильное пыление
и отскок раствора в процессе работы (30—40%); унос цемента при
ветре. Сухая смесь цемент — песок имеет состав 1 : 3 или 1 : 2.
Мокрый способ основан на применении стандартного растворо-
насоса (производительностью 3—6 м3/ч) и смесительной камеры,
в которую вводят сжатый воздух от компрессора. В смесительную
камеру подается раствор (цемент — песок — вода) с водоцементным
отношением 0,4—0,5 м осадкой стандартного конуса 5 см.
Мокрый способ не требует сушки песка. При нем значительно
уменьшается отскок, нет запыления и не опасен ветер. Мокрый
способ лучше заполняет зазоры между витками, особенно при много-
слойной навивке арматуры.
Весь комплекс механизмов для торкретирования компонуется
на одной передвижной установке.
СКВ «Газстроймашина» изготовил опытный образец механизи-
рованной установки ЦТ-1 для нанесения торкретной смеси (сухим
способом). Раствор наносится слоем 12—15 мм. Если необходимо
нанести два слоя, интервал по времени между ними должен быть
4—5 ч (время схватывания раствора).
Торкретирование наружной поверхности стены производят при
заполненном водой резервуаре, а внутренней — при пустом и не-
засыпанном резервуаре.
При многорядовой навивке арматуры (напряжение днища и по-
крытий) толщина торкретного слоя между рядами витков арматуры
должна быть не менее 5 мм, толщина наружного слоя 25—30 мм.
331
Торкрет-штукатурка в первые три дня поливается водою через
3 ч днем и 1 раз ночью, затем четыре дня поливку производят 3 раза
в день.
Торкретированное покрытие контролируют простукиванием не-
большим молотком. Дефектный участок издает глухой звук, его
вырубают и заменяют новым.
§ 10. ИСПЫТАНИЕ И ПРИЕМКА РЕЗЕРВУАРОВ
В ЭКСПЛУАТАЦИЮ
По окончании всех строительно-монтажных работ резервуар
подвергают испытанию — заливают его водой (до обсыпки землей).
Газонепроницаемость покрытия испытывают путем закачки воздуха
в газовое пространство (при наполненном резервуаре). В процессе
испытания определяют осадки резервуара, для чего до заливки водой
устанавливают отметки на покрытии в следующих точках: в центре,
над колоннами и по краю покрытия над стеной через 12—15 м.
Отметки точек проверяют на протяжении всего периода испытаний.
Разность осадок не должна превышать следующих значений:
а) между центром и точками покрытия над стеной — 0,0003 диа-
метра резервуара или 0,0005 ширины прямоугольного резервуара,
но в обоих случаях не более 25 мм;
б) между точками покрытия над смежными колоннами — 0,0008
расстояния между колоннами, но не более 5 мм.
После заполнения резервуара водой до проектной отметки опре-
деляют величину утечки воды (прогибомером Максимова) в течение
трех суток. Применять для замера утечки мерную ленту* можно
только для резервуаров вместимостью меньше 5000 м3. Перед испы-
танием проверять, закрыты ли и запломбированы все люки, задвижки
и пр.
Допустимая норма потерь: за третьи сутки — 3 л на 1 м2 смачи-
ваемой поверхности; за шестые сутки — 1,5 л; за девятые сутки —
1,0 л; за пятнадцатые — 0,7 л.
При испытании не должно быть подтеков воды на поверхности
стенки и вытекания воды из-под днища. Потемнение (промокание)
отдельных участков стенки допускается. При наличии дефектов
воду из резервуара сливают, дефект устраняют и производят по-
вторное испытание.
На газонепроницаемость испытывают только резервуары, име-
ющие покрытие с водяным экраном. Воду на покрытие заливают
не позже чем за сутки до испытания. Все оборудование на покрытии
(люки, клапана и пр.) плотно закрывают. Воздух нагнетают до' да-
вления на 20 мм вод. ст. ниже давления, на которое отрегулированы
дыхательные клапаны (на 200 мм вод. ст.). Измеряют давление
водяным манометром, подключенным к штуцеру одного из люков.
Результаты испытания считают удовлетворительными, если в течение
1 ч давление в газовом пространстве упадет не более 50% от перво-
332
начального. В процессе испытания на газонепроницаемость обмыли-
вают все фланцы и сварные соединения оборудования и люков.
В результате испытания составляют картограмму дефектов.
§11. СООРУЖЕНИЕ РЕЗЕРВУАРОВ
В ЗИМНЕЕ ВРЕМЯ
Разработка технологии производства работ в зимнее время имеет
очень большое значение, так как железобетонные резервуары обычно
сооружают в составе крупных парков и закончить все резервуары
в теплый период очень трудно.
Земляные работы, монтаж сборных железобетонных элементов
и навивку наружной арматуры на стенку резервуара в зимнее время
производят теми же способами, что и в летнее. Бетонирование же
днища, замоноличивание стыков и торкретные работы в зимний
период существенно отличаются.
До устройства грунтового основания под бетонную подготовку
днища резервуара необходимо иметь лабораторные данные о состо-
янии грунта. Влажность грунта должна быть такова, чтобы исклю-
чалась опасность пучения при его замораживании, поэтому прогрев
грунта острым паром не допускается. Необходимо также убедиться,
что при оттаивании грунта он не будет иметь деформаций, которые
могут вызвать недопустимые напряжения в днище.
Устройство подготовки производят двумя способами: 1) при-
менением бетона с добавками хлористых солей (холодный бетон,
твердеющий на морозе); 2) методом электропрогрева, при этом спо-
собе бетон не имеет хлористых солей и укладывается на неотогретое
основание. При применении холодного бетона его водоцементное
отношение должно быть не более 0,65, в местах прохода в подготовке
технологических трубопроводов участки вокруг них шириной 300 мм
необходимо бетонировать без добавки хлористых солей (во избежание
коррозии). Исследования, проведенные канд. техн, наук В. Я. Ген-
диным, выявили следующие оптимальные температурные режимы
электропрогрева бетона с добавкой растворимого стекла:
Скорость подъема температуры...... До 15° С за 1 я
Температура изотермического прогре-
ва, °C ................................ До 75
Продолжительность прогрева, ч..... 8
Скорость остывания бетона.........Не более 12° С за 1ч
При соблюдении указанных условий бетон после остывания при-
обретает прочность 67% от /?28- Бетонировать с электропрогревом
можно при температуре воздуха не ниже —20° С.
Бетон при укладке (до прогрева) должен иметь температуру
не ниже+ 5° С. При электропрогреве днища на него укладывают
деревянные щиты размером в плане 1 X 0,8 м. На нижней поверх-
ности щита укрепляют электроды из стали 40 X 4 мм. Соседние
электроды подключают к разным фазам сети понизительного
трансформатора.
333
а
Рис. 11.6. Опалубка
для замоноличивания и
электропрогрева стыков
между стеновыми пане-
лями.
а — схема установки щит-
ков; б — расположение
электродов (на внутренней
опалубке); 1—8 — щитки;
9 — скрутки; 10 — внут-
ренняя опалубка; 11 — элекг
троды; 12 — бетон стыка
Электрический ток, проходя по бетону, нагревает его. Верхние
слои бетона нагреваются быстрее нижних. Так, при установившемся
термическом процессе верхние слои нагреваются до 75° С, а нижние
до 55—60° С. Продолжительность прогрева при температуре нижних
слоев 60° С 10 ч, а при температуре 50° С — 14 ч. Отключив напря-
жение, бетон остужают в течение 12—15 ч. Электродные щиты сни-
мают, когда разность температуры между верхним и нижним слоями
бетона будет не более 20° С. При электропрогреве стыков между
стеновыми панелями электроды прикрепляют к щитам деревянной
опалубки (рис. 11.6). На наружной опалубке электроды присоеди-
няют к одной, на внутренней — к другой фазе электросети. Ток
проходит через толщу стыка и нагревает бетон.
Аналогично прогревают стыки между плитами покрытия. Весь
процесс электропрогрева контролируется техническими термо-
метрами. Контроль более эффективен при использовании дистан-
ционных автоматических методов.
Торкретные работы осуществляют при наружной температуре
до —20° С. Установку для торкретирования помещают в передвиж-
ном тепляке, воду, нагретую до 40° С (при сухом способе), подают
по утепленным шлангам (трубам). При мокром способе раствор по-
дают с температурой 15° С.
Поверхность, подлежащую торкретированию, прогревают с по-
мощью передвижных тепляков (теплым воздухом до 10° С). Темпе-
ратура воздуха в тепляках 20° С. Продолжительность твердения
раствора при такой температуре в тепляке 48 ч.
§ 12. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ РЕЗЕРВУАРОВ
Правила техники безопасности при строительстве железобетон-
ных резервуаров отличаются от правил при сооружении обычных
промышленных объектов особыми требованиями к производству работ
по навивке напряженной кольцевой арматуры, торкретных работ,
испытанию резервуаров и выполнению электропрогрева бетона.
Здесь излагаются только эти особые требования.
1. При навивке кольцевой арматуры возможен обрыв проволоки,
что представляет большую опасность для людей, находящихся вблизи
резервуара. До начала работ по навивке вокруг резервуара следует
возводить временное ограждение с предупредительными надписями.
Если ограждение устанавливают на расстоянии 6 м от стенки резер-
вуара, то высоту его (ограждения) принимают ниже отметки покры-
тия не более чем на 1,6 м. При установке ограждения на большее
расстояние от резервуара высоту его принимают согласно данным
рис. 11.7. Наименьшая. высота ограждения должна быть 2,5 м.
Ограждение устраивают из металлической сетки с ячейками 200—
250 мм и диаметром стержней 3—5 мм по деревянным столбам.
Весь персонал, занятый навивкой арматуры, должен пройти
специальный инструктаж, а моторист и его помощники сдать экзамен
и иметь соответствующее удостоверение.
335
Все вспомогательные работы при навивке (подачу бухт, крепление
витков и др.) производят только при остановленной машине.
2. Рабочие, занятые на электропрогреве, должны пройти соответ-
ствующее обучение, сдать экзамен и иметь соответствующее
удостоверение.
При электропрогреве не разрешается пользоваться сетевым
напряжением 220 В и выше.
LWL
6,0
Рис. 11.7. Схема определения
необходимой высоты ограж-
дения в зависимости от его
расстояния до резервуара.
Включать электроды разрешается только после окончания работ
по бетонированию и ухода рабочих за ограждение.
Включать накладные электроды на щитах (при прогреве днища
и стыков) или стержневые электроды можно сразу после укладки
щитов, но при этом напряжение должно быть не более 50 В.
3. При испытании резервуара водой, когда уровень воды достиг-
нет г/2 проектного, все работы на резервуаре (за исключением замера
уровня) прекращают, люди отходят на расстояние не менее 12 м.
Движение какого-либо транспорта разрешается на расстоянии 12—
15 м от резервуара.
При испытании выделяют ответственного дежурного.
ГЛАВА ДВЕНАДЦАТАЯ
ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ РЕЗЕРВУАРОВ
И ГАЗГОЛЬДЕРОВ
§ 1. ОБОРУДОВАНИЕ СТАЛЬНЫХ
НАЗЕМНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
РЕЗЕРВУАРЫ ДЛЯ ТЕМНЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ
Схема расположения оборудования приведена на рис. 12.1. Основ-
ные данные по оборудованию (для резервуара вместимостью 5000 м8)
приведены в табл. 12.1.
Таблица 12.1
Наименование Материал Коли- чество Марна
Люк-лаз Сталь 2 ЛЛ-500
Люк световой » 2 Л С-500
Сифонный кран Чугун, 1 СК-80
Задвижка, ру=10 кгс/см2 сталь Чугун 1 Ру =150 мм
Патрубок для зачистки Сталь 1 Ру = 150 мм
Пеносливчая камера 1 1 » 3 —
Прибор для замера уровня — 1 УДУ
Замерный люк Чугун,' 1 —
Монтажный патрубок замерного дюка . . . сталь, алюминий Сталь 1
Приемно-раздаточный патрубок диаметром 300 мм . » 2 ПРП-300
Шарнир подъемной трубы Сталь, 1 ШД-300
Подъемная труба чугун Сталь 1 Ру = 300 мм
Монтажный патрубок » 1 Ру=250 мм БП-250
Вентиляционный патрубок » 1
Перепускное устройство » 2 —
Лебедка » 1 ЛР-1000
Роликовый блок » 1 —
337
Люк световой устанавливается на крыше резервуара над хло-
пушкой, монтируемой на приемно-раздаточном патрубке. Служит для
проветривания и освещения резервуара при ремонте. К внутренней
Рис. 12.1. Схема расположения оборудования на резервуарах для темных
нефтепродуктов и масел.
1 — люк световой; 2 — патрубок вентиляционный; з — люк замерный; 4 — прибор для
замера уровня; 5 — люк-лаз; 6 — кран сифонный; 7 — подъемная труба с шарниром а,
роликовым блоком б и ручной лебедкой в; 8 — патрубок приемно-раздаточный; 9 — пере-
пускное устройство.
стороне люка крепится запасной трос хлопушки на случай
отказа в работе управления хлопушкой. Диаметр люка 500 мм.
Люк-лаз устанавливается на первом (нижнем поясе резервуара).
Служит для проветривания и проникновения внутрь резервуара при
его ремонте или зачистке. Диаметр люка 500 мм. Люк-лаз крепится
338
на болтах к обечайке, которая вваривается в корпус резервуара.
Конструкция люка рассчитана на наибольшее гидростатическое
давление. Между фланцем обечайки и люком устанавливается
прокладка.
Рис. 12.2. Люк замер-
ный.]
1 — корпус; 2 — проклад-
ка; 3 — крышка; 4 — ры-
чаг с педалью; 3 — откид-
ной болт с маховичком; 6 —
направляющая колодка.
Замерный люк (рис. 12.2) устанавливается на крышке резервуара
и предназначается для замера уровня продукта и отбора проб. Люк
монтируется на патрубке с фланцем, который установлен на крыше
резервуара. Диаметр люка 150—200 мм. Крышка крепится к замер-
ному люку откидным болтом с маховичком. На внутренней стороне
горловины люка нанесена риска с цифрами (высотный трафарет
резервуара), которые показывают полную высоту резервуара. Для
точности замера внутри люка расположена направляющая колодка
339
(из мягкого металла), по которой спускается замерная лента с лотом.
Вентиляционный патрубок устанавливается в центре покрытия
резервуара, предназначается для пропуска воздуха в резервуар
при сливе продукта и выпуска его при наливе. Диаметр патрубка
Рис. 12.3. Кран си-
фонный.
1 — отвод; 2 — стопор-
ный болт; 3 — фланец;
4 — воротник; 5 — кор-
пус сальника; 6 — ко-
жух; 7 — кран; 8 —
рукоятка для поворота
сифонного крана; 9 —
втулка сальника; 10 —
конусное кольцо; 11 —
козырек; А — положе-
ние сифона при промыв-
ке; Б — нерабочее по-
ложение сифона; В — ра-
б эче положение си-
фона.
принимается равным диаметру подводящего трубопровода. Венти-
ляционные отверстия патрубка затянуты медной сеткой.
Сифонный кран (рис. 12.3) устанавливается на нижнем поясе
резервуара и предназначается для спуска подтоварной воды. Кран
состоит из трубы, пропущенной через сальник в резервуар, где труба
340
имеет изогнутое колено. На наружном конце трубы монтируется
сальниковый кран. При помощи рукоятки кран может занимать
три положения: а) для спуска воды, б) нерабочее положение, в) для
промывки крана. Для резервуара вместимостью до 5000 м3 кран
имеет диаметр 50 мм, для резервуаров большей вместимости —
80 мм.
Рис. 12.4. Подъемная
труба, установленная
внутри резервуара.
1 — подъемная труба; 2 —
роликовый блок; з — сталь-
ной трос; 4 — указатель
положения подъемной тру-
бы; 5 — лебедка; .6 — пере-
пускное устройство: 7 —
шарнир подъемной трубы.
Приемно-раздаточные патрубки монтируются на первом поясе
резервуаров в количестве одного-двух в зависимости от операций
по закачке и сливу продуктов. Патрубки ввариваются в корпус
резервуара и усиливаются воротником. С наружной стороны к па-
трубку присоединяется задвижка и затем внутрибазовые коммуника-
ции. На внутреннем конце крепится шарнир подъемной трубы или
341
хлопушка. Размеры патрубка берутся по расчету. Через приемно-
раздаточный патрубок осуществляются все операции по приему
и выдаче продукта.
Подъемная труба (рис. 12.4) соединяется с приемно-раздаточным
патрубком при помощи шарнира. Ее устанавливают для отбора
нефти и нефтепродуктов с верхних слоев, где он наиболее чист и имеет
меньшую вязкость. Размеры трубы принимаются по ГОСТ 3849—47.
Шарнир трубы чугунный, состоит из двух отливок (два колена),
соединяемых между собой в вертикальной плоскости. Лебедку для
вертикального перемещения трубы крепят к стенке резервуара,
грузоподъемность ее 500—1000 кгс.
Подогреватели предназначены для снижения вязкости темных
продуктов. Они могут быть секционные, состоящие из труб d 50 мм,
соединенных коллектором. Отдельные секции соединяются в ветвь,
ветви располагаются на днище симметрично подъемной трубе. Ввод
пара и вывод конденсата решается для каждой ветки самостоятельно.
Ветви устанавливаются на специальных опорах, позволяющих ме-
нять их высоту и таким образом обеспечивать необходимый уклон
для вывода конденсата.
Подогреватели могут быть и змеевикового типа, змеевики уста-
навливаются на специальных стеллажах.
ОБОРУДОВАНИЕ РЕЗЕРВУАРОВ
ДЛЯ СВЕТЛЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ
Схема расположения оборудования приведена на рис. 12.5. Дан-
ные по оборудованию (для резервуара вместимостью 5000 м8) при-
ведены в табл. 12.2. Конструкции светового люка, люка-лаза, замер-
Таблица 12-2
Наименование Материал Коли- чество Марка
Люк-лаз Сталь 1 Л Л 500
Люк световой » 1 ЛС500
Сифонный кран » 1 СК-80
Замерный люк Чугун, алюминий 1 —
Пеносливная камера Сталь 3 —
Прибор для замера уровня — 1 УДУ
Приемно-раздаточный патрубок — 2 ПР П-500
Предохранительный клапан Чугун, алюминий, 3 КП С-350-200
сталь
Клапан дыхательный То же 3 КД-350-190
Огневой предохранитель Монтажный патрубок для подключения » G ОПЛ-350
газоуравнительной системы Сталь 7 Ру = 350 мм
Управление хлопушкой » 2 Х-500
Хлопушка » 2 Х-500
Перепускное устройство » 2 —
342
кого люка, приемно-раздаточных патрубков и сифонного крана
аналогичны приведенным выше.
Дыхательный клапан (рис. 12.6) выпускает газ из резервуара
при закачке в него продукта и пропускает воздух в резервуар при
выкачивании продукта.
Рис. 12.5. Схема расположения оборудования на резервуарах, предназначен-
ных для хранения светлых нефтепродуктов, сырой нефти и дизельного топлива.
1 —люк световой; 2 — патрубок вентиляционный; з — предохранитель огневой; 4 — клапан
дыхательный; 5 — люк замерный; 6 — прибор для замера уровня; 7 — люк-лаз; 8 — кран
сифонный; 9 — хлопушка; 10 — патрубок приемо-раздаточный; 12 — управление хло-
пушкой (боковое); 13 — клапан предохранительный
Клапан автоматически сообщает газовое пространство резервуара
с атмосферой. От исправности и бесперебойности работы дыхатель-
ного клапана зависит целостность резервуара; если не сработает
343
клапан на расчетное внутреннее давление в газовом пространстве
резервуара, может произойти срыв кровли резервуара, а при ва-
кууме — смятие кровли. Внутри корпуса механического клапана
расположены седла и тарелки клапана. Корпус клапана изгото-
вляется из алюминия или серого чугуна. В клапане имеется две
Рис. 12.6. Клапан дыхательный.
1 — клапан давления; 2 — клапан вакуума; 3 — корпус кла-
пана; 4 — откидной болт; 5 — маховички; 6 — сетка; 7 —
обойма сетки; 8 — крышка; 9 — прокладка.
камеры: камера избыточного давления и камера вакуума. Кла-
паны и седла изготовляются из алюминиевого сплава Ал-2
(ГОСТ 2695—62), направляющие — из нержавеющей стали. Выпу-
скаемые промышленностью клапаны срабатывают при давлении
или вакууме в газовом пространстве резервуара 20 мм вод. ст. Пре-
дел применимости выпускаемых дыхательных клапанов можно по-
высить до давления 460 мм вод. ст. и вакуума 100 мм вод. ст. путем
344
увеличения веса клапанов регулировочными грузами. Наибольшая
пропускная способность клапана ДК-250 (условный проход 250 мм)
при повышенном давлении 685 м3/ч. В целях предохранения клапана
от засорения и проникновения искр входное и выходное отверстия
его защищены медной сеткой. Устанавливают дыхательный клапан
Рис. 12.7. Клапан предо-
хранительный.
1 — патрубок клапана; 2 —
ребро жесткости по окружно-
сти; з — днище масляного ста-
кана; 4 — растяжка для креп-
ления клапана; 5 — шпилька
для регулировки гидравличе-
ского затвора; 6 — щупы для
замера уровня масла; 7 —
чашка для улавливания масла;
8 — отверстия для обратного
возврата стекающего с сетки
масла; 9 — стакан для масла;
10 — переливная труба; 11 —
сетка для улавливания масла,
уносимого с воздухом; 12 —
пробка для слива масла; 13 —
пробка для налива масла.
на огневом предохранителе. При установке клапана соблюдают
следующие правила:
1) клапан устанавливают строго вертикально (для устранения
опасности заедания направляющих стержней);
2) вес клапана должен соответствовать расчетным данным;
3) тарелки должны быть тщательно притерты к седлам.
Гидравлический предохранительный клапан (рис. 12.7) устана-
вливается на крыше резервуара на случай, если не сработает дыха-
тельный клапан. Клапаны по ГОСТ 4630—49 рассчитаны на давление
60 мм вод. ст. и вакуум 40 мм вод. ст. Схема работы клапана
345
приведена на рис. 12.8. Предохранительный клапан устанавливают
в комплексе с огневым предохранителем (рис. 12.9) и заливают мас-
лом с температурой застывания до
-55° С.
Огневой предохранитель (рис. 12.10).
Его работа основана на том, что искры
и пламя не могут проникнуть через
отверстия малого сечения. Огневые
предохранители устанавливаются [под
дыхательными и предохранительными
клапанами.
Хлопушка с управлением и перепу-
скным устройством (рис. 12.11) монти-
руется на приемно-раздаточном пат-
рубке и служит для дополнительной
защиты от утечки продукта при неис-
правном трубопроводе или задвижки.
Фланец хлопушки присоединяется бол-
тами с прокладкой к приемно-разда-
точному патрубку. Наибольший диа-
метр хлопушки 450 мм. Крышка хло-
пушки должна быть хорошо притерта
к корпусу и не иметь перекосов при
подъеме и опускании.
- Рис. 12.8. Схема работы гидравлического
клапана.
а — в резервуаре избыточное давление; б — в ре-
зервуаре вакуум (Лв); в — давление в резервуаре
равно давлению окружающего воздуха.
Рис. 12.9. Схема установки клапана
1 — предохранительный клапан; 2 — огневой предохранитель;
з — монтажный патрубок;4 — накидной крюк; 5 — накладка;
6 — усиливающий воротник; 7 — растяжка для крепления
клапана; 8 — стяжная муфта.
346
При сливе продукта крышку хлопушки поднимают, при этом
для устранения нагрузки на крышку от гидростатического давления
Рис. 12.10. Огневой предохранитель.
1 — чугунный корпус; 2 — присоединительные фланцы
3 — кассета; 4 — крышки.
устанавливают перепускное устройство, которое уравновешивает
давление по обе стороны крышки.
; Прибор для замера уровня (рис. 12.12) предназначается для
учета количества нефтепродукта, хранимого в резервуаре, путем
замера уровня взлива.
Прибор состоит из по-
пл авк а, неремещающейся
вместе с уровнем продукта
мерной ленты, угловых
коробок и трубы. При
подъеме поплавка мерная
лента наматывается на
блок в смотровой коробке
прибора. На другом бло-
ке, сидящем на том же
валике, намотан трос,
который в это время раз-
матывается под действием
контргруза. Уровень про-
дукта определяется по де-
лениям на мерной ленте.
Рис. 12.11. Хлопушка.
1 — корпус; 2 — крышка; з —
рычаг; 4 — петля; 5 — стопорная
планка; 6 — проушина шарнира;
7 — трос к управлению хлопуш-
кой; 8 — трос к световому люку.
В резервуарах с повышенным давлением (каплевидных ДИСИ)
применяют специальную камеру, позволяющую замерять уровень
продукта и брать пробы без нарушения герметичности резервуара.
Камера состоит из головки с подъемным механизмом, створчатого
клапана, через который проходит мерная лента, задвижки
и патрубка.
Рис. 12.12. Прибор
для замера уровня.
1 — поплавок; 2 — мер-
ная лента; 3 — направ-
ляющий канат; 4 —
угловые коробки; 5 —
труба; 6 — блок В2смот-
ровой коробке; —
контргруз.
Для взятия проб из наземных резервуаров непосредственно
с земли применяют полуавтоматический пробоотборник ПСР-4
(рис. 12.13), который позволяет отбирать средние пробы нефти
и нефтепродуктов. Пробоотборник состоит из колонны труб, собран-
ных при помощи клапанных узлов и выведенных через люк наружу.
Верхняя часть колонны закреплена в люке. Клапанный узел пред-
ставляет собой тройник, в котором заключен клапан, закрывающий
отверстие, соединяющее пробоотборную трубу с внутренним объемом
резервуара. Клапанный узел соединен с воздушной трубкойЛПри
отборе пробы в пневмолинии создается давление 2 кгс/см2 (при по-
мощи автомобильного насоса), под действием которого клапанные
348
Рис. 12.13. Схема полу-
автоматического пробоот-
борника ПСР-4.
1 — пробоотборная трубка; 2 —
клапанные узлы; 3 — люк; 4 —
воздушная трубка.
Рис. 12.14. Указатель уровня с дистанционной передачей УДУ-3
(для заглубленных резервуаров).
1 — балластный груз; 2 — направляющий трос; 3 — поплавок; 4 — кара-
бин; 5 — перфорированная лента; 6 — контргруз; 7 — пробка; 8 — натяжное
приспособление; 9 — прокладка; 10 — указатель уровня с дистанционной
приставкой.
устройства закрываются и пробоотборная труба изолируется от
нефтепродукта. При открытом кране проба сливается из пробоотбор-
ной трубы в сосуд.
Рис. 12.15. Пенокамера.
1 — пенопровод; 2 — мембрана; 3 — корпус камеры; 4 — крышка
корпуса (для смены мембраны); 5 — пенослив; 6 — направля-
ющий козырек; 7 — верхний пояс резервуара.
После отбора пробы давление в пневмолинии сбрасывается
и пробоотборник подготовляется к следующему отбору.
Для дистанционной передачи положения уровня продукта в ре-
зервуаре применяют указатель уровня УДУ (рис. 12.14). Работа
указателя уровня основана на действии поплавка, который подвешен
350
на перфорированной ленте и двигается вдоль направляющих струн.
При перемещении поплавка лента проходит через гидравлический
затвор и вращает мерный шкив. Поворот шкива передается на счет-
чик, показывающий положение уровня продукта. Мерная лента
всегда находится в натянутом состоянии благодаря специальному
устройству (пружинному двигателю) в показывающем приборе.
Для дистанционной передачи показаний УДУ-3 и УДУ-5 оснащаются
приставками (датчиками) потенциометрического или кодоимпульс-
ного типа. Промышленность выпускает УДУ различной модификации
для наземных и заглубленных резервуаров, для резервуаров с пла-
вающей крышей и для резервуаров ДИСИ на давление
до 3000 мм вод. ст.
Пеносливные камеры (рис. 12.15) устанавливаются на верхнем
поясе резервуаров для приема пены и ввода ее в резервуар. В случае
горения нефтепродукта пена изолирует его от атмосферного воздуха
(от доступа кислорода). При пожаре мембрана разрывается под
напором пены и последняя поступает в резервуар. Число пенокамер
определяют расчетом и указывают в проекте.
§ 2. ОБОРУДОВАНИЕ! ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
ЗАГЛУБЛЕННЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
В заглубленных железобетонных резервуарах некоторые виды
технологического оборудования имеют отличие от соответствующего
оборудования для наземных резервуаров.
ОБОРУДОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ ДЛЯ НЕФТИ
В комплект технологического оборудования резервуаров, кроме
световых, лазовых и замерных люков, входят приемно-раздаточные
и зачистные устройства, дыхательно-предохранительная аппаратура
и приборы контроля и автоматики.
Для закачки и откачки нефти из резервуара служит приемно-
раздаточное устройство. В типовых проектах приемно-раздаточные
устройства рассчитаны на предельную пропускную способность
5000 м8/ч (ПРУ-700, Dy = 700 мм). Ввиду того, что стенки цилин-
дрических железобетонных резервуаров насыщены кольцевой арма-
турой, которую разрезать нельзя, приемно-раздаточные трубы вводят
в резервуар через днище. Иногда резервуары оборудуют двумя
самостоятельными трубами — приемной и раздаточной, тогда пер-
вую пропускают через покрытие, а вторую через днище.
Комплект приемно-раздаточного устройства (рис. 12.16), монти-
руемого на днище резервуара, состоит из приемно-раздаточного
патрубка (ввод), запорного донного клапана и электроприводного
подъемного механизма.
Приемно-раздаточные патрубки располагают несколько выше
днища, чтобы при откачке из резервуара нефти в трубу не попадали
донные осадки и подтоварная вода. Запорный (донный) клапан
351
тарелочного типа состоит из устройства, предупреждающего образо-
вание воронки на входе во всасывающий трубопровод, и подъемного
механизма с взрывобезопасным электроприводом категории ВЗГ
типа ЭПВ. Размеры и число приемно-раздаточных устройств зависят
Рис. 12.16. Приемно-раздаточное устройство.
1 — донный запорный клапан; 2 — электропривод; 3 — штанга
к донному клапану; 4 — покрытие резервуара; 5 — люк в по-
крытии резервуара; 6 — дншце резервуара; 7 приемо-разда-
точная труба.
от вместимости резервуара и интенсивности приемно-раздаточных
операций (табл. 12.3).
Конструкция клапана обеспечивает плотное закрытие приемно-
раздаточного патрубка и рассчитана для работы при температуре
наружного воздуха от —40 до +50° С и рабочей среде от —40
до +80° С.
352
Таблица 12.3
Вместимость резервуара, м8 Интенсивность закачки — выкачки, м8/ч Запорный клапан
диаметр, мм число
1000 300 100 250 150 1 1
5000 1300 700 500 350 1 1
10000 2600 1700 500 400 2 2
20 000 30 000 40 000 4600 2600 700 600 2 2
Рис. 12.17. Схема централизованной (групповой) уста-
новки дыхательной аппаратуры в резервуарном парке
для нефти объемом 320 000 м3.
1 — дыхательный клапан; 2 — асбоцементные трубы; 3 — зад-
вижка (поворотная заслонка); 4 — металлические трубы; 5 —
предохранительный мембранный клапан; 6 — огневой предо-
хранитель.
353
Трубопровод, соединяющий резервуар с внешним коллектором,
укладывают в проходном канале и устанавливают линзовый компен-
сатор, что уменьшает усилие, передаваемое на резервуар от темпе-
ратурных воздействий и вертикальной осадки резервуара.
Дыхательную аппаратуру в железобетонных заглубленных резер-
вуарах устанавливают по двум схемам: индивидуальной и централи-
зованной. При индивидуальной установке дыхательную аппаратуру
размещают на каждом резервуаре, а при централизованной — вне
резервуаров, и она обслуживает группу резервуаров. В последнем
Рис. 12.18. Дыхательный клапан КД-1.
случае каждый резервуар оборудуют только огневым предохрани-
телем с отводом дыхательного трубопровода к общей газоуравни-
тельной системе. При централизованной установке давление в газо-
вом пространстве поддерживают 200 мм вод. ст. На кровле
резервуара устанавливают резервный (мембранный) клапан на слу-
чай неисправности газоуравнительной системы.
Железобетонные резервуары в настоящее время сооружают боль-
шой вместимости (до 40 000 м3) и при индивидуальной установке
на каждом из них приходится монтировать по несколько комплектов
приборов, например в резервуарном парке, состоящем из 16 резер-
вуаров (10 000—20 000 м3) устанавливают 352 дыхательных аппа-
рата, что сильно удорожает стоимость парка и ухудшает пожарную
безопасность. Для централизованной установки (рис. 12.17) раз-
работаны новые типы дыхательной аппаратуры (рис. 12.18) пропуск-
ной способностью до 4500 м3/ч при давлении 200 мм вод. ст. и ва-
кууме 100 мм вод. ст., а также предохранительные клапаны
354
(рис. 12.19) пропускной способности 3000 м3/ч при давлении
250 мм вод. ст. и вакууме 150 мм вод. ст. Диаметр дыхательного
клапана принят до 500 мм.
Рис. 12.19. Предохранительный сварной клапан, совмещенный
с огневым предохранителем.
1 — пробка 1/2"; 2 — прокладка; з — труба сливная; 4 — корпус; 5 — на-
садка; 6 — колпак; 1 — щуп; 8 — цепочка; 9 — крышка воронки; 10 —
огневой предохранитель; 11 — прокладка.
§ 3. МОЛНИЕЗАЩИТА И ЗАЩИТА
ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА РЕЗЕРВУАРОВ
Резервуары для хранения нефтепродуктов, оборудованные дыха-
тельной арматурой и находящиеся в составе резервуарного парка
емкостью от 30 000 м3, в отношении грозозащиты относятся
355
к I категории. По нормативным документам наземные стальные резер-
вуары (относящиеся к I категории) защищают от прямых ударов
молнии отдельно стоящими молниеотводами или молниеотводами,
устанавливаемыми на самом сооружении, но изолированными от
него. Наземные и подземные токопроводящие элементы молниеотводов
располагают на определенном расстоянии от частей защищаемого
объекта и от всех металлических предметов (трубопроводов, кабе-
лей), связанных с защищаемым объектом.
Молниеотводы бывают стержневые, тросовые и сеточные. На
нефтебазах применяют одиночные или двойные стержневые молние-
отводы, которые действуют совместно. Число труб и длину соедини-
тельных полос для контурного заземления подстанций в зависимости
от климатического района и удельного сопротивления грунта опре-
деляют по специальным техническим условиям.
Молниезащита и защита от статического электричества железо-
бетонных резервуаров осуществляется согласно указаниям раз-
работанным институтом им. Г. М. Кржижановского. Резервуарные
парки и отдельно стоящие подземные железобетонные резервуары
от прямых ударов молнии защищают при помощи сетки, для этого
частично можно использовать арматуру плит покрытия. На резер-
вуарах, оборудованных дыхательной аппаратурой, вблизи нее уста-
навливают телескопический молниеприемник высотой 3,5 м, соеди-
ненный с защитной сеткой. От сеточного контура по периметру
резервуара устраивают четыре вывода для заземления, каждый
вывод присоединяют к отдельному очагу заземления. Импульсное
сопротивление растеканию каждого очага заземления принимается
не более 10 Ом.
§ 4. ОБОРУДОВАНИЕ ГАЗГОЛЬДЕРОВ
МОКРЫЕ ГАЗГОЛЬДЕРЫ
Оборудование мокрых газгольдеров зависит от назначения и тех-
нологической схемы предприятия. Если газгольдер работает как
буферный, он имеет один газоввод, через который подается в газ-
гольдер газ, когда выработка его превосходит потребление, и выходит
из газгольдера в сеть, когда потребление его превосходит выработку.
Газгольдеры могут работать также на проход газа или как смесители
различных газов. В таких случаях газгольдер может иметь два
и более газовводов. Диаметр газовводов принимают согласно тех-
нологическим расчетам.
Все основное оборудование газгольдера размещается в камере
газового ввода (рис. 12.20), которая представляет собой кирпичную
пристройку, непосредственно примыкающую к резервуару газ-
гольдера.
Газопровод из камеры в виде стояка вводится в газгольдер снизу
через днище. Верхний конец стояка делается на 50 мм выше верхнего
края резервуара. На вводе газа устраивается гидравлический затвор,
356
Рис. 12.20. Технологическое оборудование мокрого газгольдера, работающего на проход газа.
] _ газгольдер; 2 — газосборная труба; з — подъемно-клапанное устройство; 4 — клапанная коробка; 5 — гидравлический затвор;
6 — элеваторы; 7 — ручной насос; 8 —- сливной бак; 9 — газовый стояк,
Рис. 12.21» Перепускное устройство.
а— из газ овода газ поступает в пустой газгольдер через перепускную трубу, вентиль 5 открыт;
б — колпак вышел из воды, газ идет в колокол, вентиль 5 закрыт; 1 — гавовод; 2 — кол-
пак; з — крыша колокола; 4 — перепускная труба; 5 — вентиль перепускной трубы;
б — люк колпака; 7 — продувочная свеча; 8 — ъъвхялъ свечи.
назначение которого — отключать газгольдер от газопроводов пред-
приятия при его ремонте и отводе конденсата газа (путем налива
--------------------------- в затвор воды). В камере раз-
мещаются: задвижки на напор-
ных и сливных трубопроводах
воды; управление отоплением газ-
гольдера; сливной бак для сбора
конденсата газа и воды из гидро-
затвора (при вводе газгольдера
в работу); ручной поршневой на-
сос для откачки воды из слив-
ного бака и приямка. Чтобы газ-
гольдер не переполнялся в камере
устанавливаются газосбросная
труба, клапанная коробка авто-
матического сброса газа и зад-
вижка ручного управления для
сброса газа.
Когда колокол газгольдера
находится в нижнем положении
(когда в газгольдере нет газа),
верхний конец газоводного стояка
Рис. 12.22. Вертикальная схема ото-
пительных приборов.
1 — резервуар; 2 — второй телескоп; 3 — пер-
вый телескоп; 4 — колокол; 5 — стояк и па-
роструйный элеватор; 6 — пароструйный
элеватор; 7 — кольцевой паропровод; 8 —
гибкие шланги паропровода.
358
отключается от пространства под кровлей колпаком, закрепленным
на кровле (рис. 12.21). Благодаря колпаку устраняется опасность
возникновения вакуума в подкупольном пространстве при откачке
газа сверх допустимого. Колпак соединен с пространством под кро-
влей перепускной трубой, на которой установлена вертикальная
свеча (для продувки газгольдера).
Вода в гидрозатворах и резервуаре подогревается при помощи
кольцевых паропроводов и пароструйных элеваторов — они произ-
водят забор холодной воды с нижних слоев, нагревают ее паром
и выбрасывают в резервуар (или гидрозатворы) (рис. 12.22).
СУХИЕ ГАЗГОЛЬДЕРЫ (С ГИБКОЙ СЕКЦИЕЙ)
Оборудование сухих газгольдеров с гибкой секцией зависит, как
и мокрых газгольдеров, от их назначения (подключен газгольдер
на тупик газа или проход его или же работает как смеситель).
Рис. 12.23. Схема оборудования сухого газгольдера.
1 — корпус; 2 — газовод; 3 — низ шайбы (в нижнем положении); 4 — от-
секающая крышка газовода; 5 — верх шайбы (в верхнем положении);
6 — шток газосброса; 7 — клапанная коробка газосброса; 8 — свеча
газосброса; 9 — стояк газосброса; 10 — трубопровод инертного газа.
Ввод газа в сухой газгольдер может быть осуществлен через
днище (рис. 12.23) или через боковую стенку. В первом случае соору-
жается камера ввода газопроводов (аналогично мокрым газгольде-
рам), во втором камера заменяется обслуживающей площадкой.
359
Все оборудование по управлению газгольдером располагается либо
в камере ввода, либо на обслуживающей площадке.
Состав оборудования сухого газгольдера (предохранительного) •
следующий:
а) автоматическое устройство для выброса газа в атмосферу
(при переполнении газгольдера);
б) автоматическое отключение газгольдера от сети отбора газа;
в) указатель объема газа и положения шайбы, блокировка ком-
прессоров и отключение газгольдера от сети отбора газа при пред-
крайнем нижнем положении (10% наполнения);
г) подвод инертного газа в надшайбенное пространство при за-
газованности зоны сверх допустимой;
д) пожарная сигнализация и телефонная связь;
е) грозозащита;
ж) наружное освещение и ограждение.
Газ нагнетается в газгольдер компрессорами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Веревкин С. И., К о р ч а г и н В. А. Газгольдеры. В., Стройиздат»
1966. 240 с.
Герман-Захаров П. М. Хранение сжиженных технических газов.
Киев, «Техника», 1966. 222 с.
Иванцов О. М. Подземное хранение сжиженных углеводородных
газов. М., «Недра», 1964. 148 с.
Колкунов Н. В. Основы расчета упругих оболочек. М., «Высшая
школа», 1963. 278 с.
Клименко А. П. Разделение природных углеводородных газов. Киев,
«Техника», 1964. 38 с.
Корниенко В. С., Поповский Б. В., Линевич Г. В*
Изготовление и монтаж стальных резервуаров и газгольдеров. М., Стройиздат*
1964. 320 с.
Лессиг Е. Н., Лилеев А. Ф., Соколов А. Г. Листовые
металлические конструкции. М., Стройиздат, 1970. 488 р.
Никиреев В. М., Шадурский В. Л. Практические методы
расчета оболочек. М., Стройиздат, 1966. 272 с.
Овечкин А. М. Расчет железобетонных осесимметричных конструк-
ций. М., Стройиздат, 1961. 260 с.
Пастернак П. Л. и др. Железобетонные конструкции. Специальный
курс. М., Стройиздат, 1961. 856 с.
Стулов Т. Т. и др. Железобетонные'резервуары для хранения нефти
и нефтепродуктов. Проектирование и сооружение. М., «Недра», 1968. 288 с.
Сафарян М. К., Иванцов О. М. Проектирование и сооружение
стальных резервуаров. М., Гостоптехиздат, 1961. 328 с.
Стрелецкий Н. С. и др. Металлические конструкции. Специальный
Тимошенко С< П» Сопротивление материалов, Мв| «Наука», 1965.
480 с.
Тимошенко С. П., Вайновский-Кригер С« Пластинки
и оболочки. М., «Наука»* 1966. 636 с.
Франк-Каменецкий Д» А. Диффузия и теплопередача в хими-
ческой кинетике. М»* «Наука», 1967. 491 с.
Черникин В. И. Проектирование, сооружение и эксплуатация нефте-
баз. М., Гостоптехиздат, 1955. 522 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение............................................................ 3
Глава первая. Общие сведения о нефтебазах........................... 5
§ 1. Назначение и классификация нефтебаз...................... 5
$ 2. Классификация нефтебаз по оперативной деятельности ... 8
§ 3. Определение емкости нефтебаз........................... &
§ 4. Выбор и изыскание площадки для строительства нефтебазы 12
§ 5. Составление генерального плана нефтебазы.......... 14
§ 6. Планировка резервуарных парков.................... 16
§ 7. Сливно-наливные устройства нефтебаз............... 17
§ 8. Водоснабжение и канализация нефтебаз.............. 23
Глава вторая. Стальные резервуары................................... 25
§ 1. Современное состояние резервуаростроения................. 25
§ 2. Специфика проектирования стальных резервуаров........... 26
§ 3. Вертикальные цилиндрические резервуары, сооружаемые из
рулонных заготовок » 29
§ 4. Вертикальные цилиндрические резервуары большой вмести-
мости ......... ............................................. 38
§ 5. Подземные траншейные резервуары......................... 39
§ 6. Стальные цилиндрические резервуары с дышащими крышами 41
§ 7. Основания и фундаменты под вертикальные цилиндрические
резервуары ................................................ 41
Глава третья. Стальные резервуары с повышенным давлением
в газовом пространстве........................................ . 47
S 1. Современное состояние строительства резервуаров повышен-
ного давления ............................................. 47
§ 2. Резервуары конструкции ДИСИ со сфероцилиндрической
кровлей и типа «Гибрид» с торосферической кровлей............ 53
§ 3. Резервуары со сферическими кровлей и днищем............. 56
§ 4. Каплевидные резервуары ................................. 57
§ 5. Горизонтальные цилиндрические резервуары с плоскими и
пространственными днищами ................................... 59
363
Глава четвертая. Статический расчет резервуаров....................... 61
§ 1. Нагрузки, действующие на несущие элементы резервуаров, •
и расчетные коэффициенты..................................... 61
§ 2. Основные положения расчета конструкций по предельным
состояниям ..................................................... 62
§ 3. Расчет стенки вертикального цилиндрического резервуара
на прочность ................................................... 63
§ 4. Расчет стенки вертикального цилиндрического резервуара
на устойчивость ................................................ 66
§ 5. Основные положения расчета сопряжения стенки резервуара
с днищем...................................................... 67
§ 6. Расчет сопряжения стенки вертикального цилиндрического
резервуара с днищем............................................. 69
§ 7. Расчет покрытия вертикального цилиндрического резервуара 73
§ 8. О расчете предварительно напряженной и двухслойной стенки
резервуара.................................................... 81
§ 9. Расчет резервуаров повышенного давления «Гибрид» и ДИСИ 81
§ 10. Расчет осесимметричных каплевидных оболочек........... 83
§ 11. Расчет горизонтальных цилиндрических резервуаров и днищ
разных типов.................................................... 86
Глава пятая. Газгольдеры ........................................ 90
§ 1. Назначение и классификация газгольдеров ................... 90
§ 2. Мокрые газгольдеры с вертикальными направляющими ... 91
§ 3. Мокрые газгольдеры с винтовыми направляющими........... 98
§ 4. Сухие газгольдеры поршневого типа ........................ 100
§ 5. Сухие газгольдеры с гибкой секцией ....................... 103
§ 6. Газгольдеры высокого давления............................. 105
Глава шестая. Расчет газгольдеров .............................. 109
§ 1. Определение опорных реакций фундаментного кольца мокрого
газгольдера ................................................... 109
§ 2. Расчет подвижных звеньев мокрого газгольдера......... 111
§ 3. Расчет покрытия колокола мокрого газгольдера........ 112
§ 4. Расчет вертикальных направляющих.................... 123
§ 5. Расчет винтовых направляющих......................... 130
§ .6. Расчет элементов конструкции сухих газгольдеров . . , . . 134
§ 7. Расчет цилиндрических газгольдеров высокого давления . . 137
§ 8. Расчет сферического газгольдера 143
Глава седьмая. Изготовление и монтаж стальных резервуаров
и газгольдеров.............................................. . . 147
§ 1. Методы сооружения резервуаров и газгольдеров . . , . * 147
§ 2. Установка для изготовления рулонированных конструкций 153
§ 3. Сварка и контроль при заводском изготовлении конструкций 161
§ 4. Транспортировка конструкций резервуаров и газгольдеров 161
§ 5. Монтаж вертикальных цилиндрических резервуаров .... 165
§ 6. Монтаж траншейных резервуаров............................ 181
§ 7. Монтаж газгольдеров низкого давления ..................... 186
364
§ 8. Изготовление и монтаж резервуаров и газгольдеров повышен-
ного давления ............................................. 197
Глава восьмая. Сооружение подземных хранилищ для нефтепро-
дуктов и сжиженных газов......................................... 209
§ 1. Подземные хранилища в отложениях каменной соли .... 209
§ 2. Подземные хранилища шахтного типа........................ 232
§ 3. Льдогрунтовые хранилища для светлых нефтепродуктов . . 238
§ 4. Использование заброшенных выработок под газонефтехрани-
лища ...................................................... 246
§ 5. Подземные хранилища, сооружаемые методом внутренних
взрывов .................................................... 249
Глава девятая. Железобетонные резервуары......................... 256
§ 1. Железобетонные резервуары для хранения нефти............. 256
§ 2. Классификация железобетонных резервуаров и основные
положения их проектирования................................ 257
§ 3. Унификация конструкций железобетонных резервуаров
Нормальный ряд резервуаров » ....................... 259
§ 4. Конструкции цилиндрических железобетонных резервуаров 261
§ 5. Конструкции прямоугольных железобетонных резервуаров 273
§ 6. Конструкции траншейных железобетонных резервуаров . . 275
§ 7. Перспективы внедрения в резервуаростроение синтетических
материалов ............................................... 275
Глава десятая. Статический расчет железобетонных резервуаров 278
§ 1. Нагрузки, действующие на железобетонные резервуары . . 278
§ 2. Основные положения расчета цилиндрических предварительно
напряженных резервуаров ............................. 278
§ 3. Статический расчет цилиндрических железобетонных резер-
вуаров .................................................... 282
§ 4. Статический расчет прямоугольных резервуаров............ 310
§ 5. Формулы для непосредственного определения изгибающих
моментов и перерезывающих сил в опорном узле стенок резер-
вуаров (узел А) . ........................................ 312
§ 6. Определение единичных деформаций, меридиональных момен-
тов и кольцевых усилий в стенке резервуара с изменяющейся
по высоте толщиной............................................ 313
Глава одиннадцатая. Технология изготовления и монтажа
железобетонных резервуаров .................................... 315
§ 1. Материалы ...... ...»................................... 315
§ 2. Изготовление сборных железобетонных конструкций резер-
вуаров .................................................... 318
§ 3. Технология сооружения сборных железобетонных резервуа-
ров ....................................................... 320
§ 4. Земляные работы ........................................ 322
§ 5. Бетонирование подготовки и железобетонного днища . . . 322
365
§ 6. Монтаж сборных железобетонных конструкций резервуаров 324
§ 7. Замоноличивание стыков................................... 327
§ 8. Навивка кольцевой напряженной арматуры на стенку ‘ ре-
зервуара ................................................ 328
§ 9. Защита напряженной кольцевой арматуры от коррозии , • 331
§ 10. Испытание и приемка резервуаров в эксплуатацию .... 332
§ 11. Сооружение резервуаров в зимнее время . • • ............ 333
§ 12. Техника безопасности при строительстве резервуаров . . . 335
Глава двенадцатая. Основное оборудование резервуаров и
газгольдеров .................................................. 337
§ 1. Оборудование стальных наземных резервуаров.............. 337
§ 2. Оборудование железобетонных заглубленных резервуаров 351
§ «3. Молниезащита и защита от статического электричества ре-
зервуаров ............................................... 355
§ 4. Оборудование газгольдеров ............................ 356
Список литературы ................................................. 361
Стулов Тимофей, Тимофеевич,
Сафарян Мисак Карапетович,
Афанасьев Владимир Александрович,
Поповский Богдан Васильевич,
Иванцов Олег Максимович
СООРУЖЕНИЕ ГАЗОХРАНИЛИЩ И НЕФТЕБАЗ
Научный редактор В. А. Афанасьев
Редактор издательства А. Ф. Ушакова
Технический редактор В. В. Соколова
Корректор В. И. Ионкина
Сдано в набор 10/XI 1972 г.
Подписано в печать 26/II 1973 г.
Т-04019. Формат 60 х 901/ie- Бумага К» 2.
Печ. л. 23,0. Уч.-изд. л. 23,10. Тираж 9500 экз.
Заказ № 2130/203—8. Цена 1 р. 04 к.
Издательство «Недра», 103633,
Москва, К-12, Третьяковский проезд, 1/19.
Ленинградская типография Кв 6
«Союзполиграфпрома» при Государственном
комитете Совета Министров СССР по делам
издательств, полиграфии и книжной торговли.
196006, г. Ленинград, Московский пр., 91.