Плавающие крыши различных конфигураций для крупногабаритных стальных резервуаров

Применение плавающих крыш в резервуарах является самым распространенным решением для сведения к минимуму потерь при хранении особо летучих нефтепродуктов. Некоторые конструктивные решения однодечных плавающих крыш были разработаны KZU HOLDING GROUP и представлены в докладе [1] на коллоквиуме «Новые решения конструкций, технологии сооружения, диагностики и ремонта стальных резервуаров», состоявшемся в г. Варна (Болгария) в 2006 г.

Для крупногабаритных резервуаров, диаметр которых превышает 40 м, классическое решение однодечных плавающих крыш не является удачным, поскольку при эксплуатации в мембране из-за ее небольшой изгибной жесткости возникают большие деформации. Неблагоприятное влияние на деформации мембраны оказывает также повышенная ветровая нагрузка, характерная для стран Ближнего Востока.

В работе [2] рассмотрены два основных вида ребер жесткости — кольцевые и радиальные, причем предпочтение отдается радиальным. Это наиболее распространенный способ увеличения жесткости мембраны, принятый в Голландии, Германии, Австрии и США. Причем в качестве ребер рекомендуется использовать горячекатаные профили, например двутавровые.

Интересны предложения, изложенные в работе [2], по увеличению жесткости мембраны радиальными ребрами, а также их развитие в работе [1], где проведено исследование влияния установленных ребер на деформации мембраны.

Предложены три принципиальные схемы с различным расположением радиальных ребер на крыше.

Установлено также, что наиболее рациональным техническим решением увеличения жесткости мембраны является применение центрального понтона, прикрепленного к мембране однодечных плавающих крыш. KZU HOLDING GROUP использовал такое решение на практике. Например, в Германии смонтирован крупногабаритный резервуар объемом V = 80 000 м3, диаметром D= 73 м с однодечной плавающей крышей и центральным понтоном.

Примененное решение позволило получить значительны эффект, в том числе:

— достигнуто уменьшение веса крыши приблизительно на 110 т по сравнению с весом двудечной крыши (с 508, 950 т для двудечной до 400, 750 т для однодечной);

— стабилизировано положение мембраны в проектном положении за счет веса центрального понтона;

— обеспечена дополнительная плавучесть крыши за счет центрального понтона, что в свою очередь позволило уменьшить габариты периферийных понтонов.

Кроме того, на основании анализа результатов исследований установлены аппроксимационные зависимости для выбора габаритов центрального и периферийных понтонов. Для указанных расчетных габаритов был определен вес основных конструктивных элементов, формирующих крышу на стадии технического предложения, что позволило провести технико-экономическое сопоставление плавающих крыш различных конфигураций для крупногабаритных стальных резервуаров. Сопоставление выполнено на базе реального технического предложения KZU HOLDING GROUP для резервуара объемом V= 60 000 м3, крыша которого была разработана в трех вариантах. Результаты сопоставления, представленные в таблице, свидетельствуют, что однодечная плавающая крыша с центральным понтоном имеет бесспорные преимущества.

Рассмотрен также вариант реконструкции внутренней стенки понтона однодечной плавающей крыши путем ее замены полутрубой. Внутренняя стенка понтона представляет собой плоскую вертикальную поверхность, выполненную из горячекатаной листовой стали и прикрепленную угловыми швами к основе и крышке понтона под прямым (или почти прямым) углом. Такое техническое решение является наиболее распространенным в существующей практике проектирования.

Задавая геометрическую форму с оптимальными размерами и поперечным сечением, такое техническое решение позволяет улучшить не только геометрию торцевой стенки, но и конструкцию понтона в целом.

Предлагаемое техническое решение реконструкции существующей конструкции понтона позволяет не только устранить два постоянных концентратора напряжений вследствие ухода от резкого изменения геометрии его поперечного сечения, но и существенно облегчить условия работы торцевой стенки, на которую действует значительная сосредоточенная растягивающая сила. Новое решение конструкции понтона:

— позволяет ввести новый стандартный унифицированный элемент (труба стальная электросварная по БДС 6360), использование которого дает возможность избежать входного контроля материала, необходимого при применении листовой стали;

— приводит к более экономичному поперечному сечению понтона в связи с уменьшением длины,во-первых, торцевой стенки, вторых, основы, крышки и конструктивной профильной подложки;

— улучшает технологию изготовления четырех конструктивных элементов (основы, крышки, языка, а также крайних периферийных листов мембраны), для которых вырезание заготовок по дуге большого радиуса заменяется более легкой, удобной и технологически улучшенной прямолинейной резкой;

— качественно улучшает сварные соединения основных узлов, для которых вместо односторонней угловой сварки узла при замене предусматривается сварка встык на подложной планке, а вместо двухсторонней угловой сварки узла при замене предусматривается сварка встык.

Кроме того, данное решение позволяет получить значительную экономию листовой горячекатаной стали (стоимость и нехватка которой в мировом масштабе увеличиваются постоянно) — для одного крупногабаритного резервуара с однодечной плавающей крышей число понтонов превышает 40 шт. и на одной складской или производственной площадке, как правило, одновременно сооружается от 4 до 8 резервуаров.

Выводы

Полученные данные и результаты исследования позволили выполнить технико-экономическое сопоставление не только плавающих крыш различной конфигурации и дечности в целом, но и предлагаемого нового технического решения торцовой вертикальной стенки понтона в частности.

Литература

1. Roussev Sv., Zdravkov L. Supplementary constructive solutions for single deck floating roofs in tanks with big diameter/Abstracts of the Colloquium International Association for Shell and Spatial Structures (1ASS) «New decisions of the structures for erection and repair technology and diagnostics used in steel tanks» — Varna, 2006. — P. 16—17.

2. Ziolko J. Zbiorniki metalowe na ciecze i gazy. -Warszawa: Arkady, 1986.

3. Инструкция по проектированию стальных вертикальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов. — Самара: Нефтехимпром, 1976.

4. М. БЕЛОЕВ, академик Академии строительства Украины, канд. техн. наук, Св. РУСЕВ, д-р техн. наук (KZU HOLDING GROUP)