СТАЦИОНАРНАЯ КРЫША ВЕРТИКАЛЬНОГО ДВУХСТЕНОЧНОГО СТАЛЬНОГО РЕЗЕРВУАРА
STATIONARY ROOF OF VERTICAL DOUBLE-WALLED STEEL TANK

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано в резервуарных парках магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов, на нефтебазах, на морских и речных нефтяных терминалах.
3
Известны конструкции стальных вертикальных резервуаров, предназначенных для хранения нефти и нефтепродуктов вместимостью 40…50 тыс. м и более, оборудованных плавающей крышей [1].
Одна из конструкций плавающей крыши состоит из верхнего и нижнего настилов, пространство между которыми разделено радиальными и поперечными перегородками, создающими герметичные отсеки и образующие сплошной понтон по всей площади крыши. Для предотвращения поворота плавающей крыши вокруг своей оси предусмотрены направляющие в виде труб. Кольцевое пространство между плавающей крышей и стенкой резервуара герметизируется с помощью уплотняющего затвора.
Недостатками конструкций крыш этого типа резервуаров являются ненадежность их работы в климатических районах с большим снеговым покровом, сложность при монтаже и эксплуатации. Имеющая место неравномерность снегового покрова плавающей крыши приводит к ее перекосам и, как следствие, к затоплению.
3
Известны конструкции стальных вертикальных резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов вместимостью 30…50 тыс. м, оборудованных стационарной сферической крышей из легких сплавов [2].
Купол сферического очертания представляет собой конструкцию, состоящую из каркаса и настила. Стержневая сетка несущего каркаса разработана по звездчатой схеме. Опоры шарнирно закрепляются на стальном кольце жесткости резервуара, которое одновременно является нижним распорным кольцом купола. Все элементы каркаса купола представляют собой прямолинейные стержни из прессованных двутавров. Элементарной геометрической фигурой каркаса является треугольник. Настил также состоит из отдельных треугольников. Соединение отдельных элементов каркаса, а также настила с каркасом осуществляется с помощью болтовых и винтовых соединений.
К числу недостатков крыш этого типа резервуаров относится использование для перекрытия больших пролетов рабочего пространства (более 60 м) ферменных конструкций из легких сплавов, что значительно усложняет и удорожает конструкцию крыши, ее сборку, монтаж покрытия и эксплуатацию, а также требует применения мер, обеспечивающих нейтрализацию разности электродных потенциалов материалов стенки резервуара (сталь) и крыши (алюминиевый сплав).
3
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой конструкции является конструкция стационарной крыши вертикальных стальных резервуаров типа «стакан в стакане» вместимостью 40 тыс. м и более, выполненная по аналогии со сферической щитовой стальной крышей на резервуар вертикальный стальной с понтоном строительным номиналом 20000 метров кубических [3]. Сферическая щитовая крыша представлена несущими элементами - балками в виде двутавров, идущими от центрального кольца к кольцу жесткости, установленному по периметру стенки в ее верхней части, поперечными связями в виде уголков и настилом в виде листов.
Перекрытие вертикального двухстеночного стального резервуара выполняется либо плавающим (плавающая крыша, устанавливаемая в пространстве, ограниченном основной стенкой), либо стационарным - аналогично рассмотренной выше сферической щитовой стальной крыше. Недостатком конструкции стационарной крыши вертикального двухстеночного стального резервуара является то, что перекрытие пролета между основной и защитной стенками (с помощью атмосферного козырька) и перекрытие рабочего пространства (с помощью стационарной крыши) осуществляется раздельно. Такое конструктивное решение является несовершенным, так как усложняет монтаж и эксплуатацию резервуара и не решает проблемы перекрытия больших пролетов в рабочем пространстве.
Техническим результатом изобретения является возможность перекрытия значительных (более 50…60 м) пролетов рабочего пространства в вертикальных двухстеночных стальных резервуарах большой вместимости. Предлагаемое техническое решение позволяет разгрузить верхнюю часть полуарок от изгибающего момента, вызванного приложенными к крыше постоянными и временными нагрузками (собственный вес полуарок, вес покрытия и снегового покрова, воздействие ветра), увеличить длину полуарок, что позволяет перекрыть пространство между основной и защитной стенками, а также разгрузить основную стенку от распорных усилий, возникающих в полуарках, и передать эти усилия на кольцо жесткости, установленное в верхней части защитной стенки.
Технический результат достигается тем, что стационарная крыша вертикального двухстеночного стального резервуара содержит несущие элементы, покрытие, кольцо жесткости, центральный щит и дыхательный патрубок, а несущие элементы выполнены в виде гнутых по радиусу и диаметрально попарных двухбалочных стальных полуарок с эксцентрично установленными относительно продольных осей полуарок поперечными жесткими связями, по которым пропущены вантовые стяжки, при этом каждая двухбалочная стальная полуарка внутренним концом раскреплена шарниром, установленным на центральном щите, снабженном дыхательным патрубком, в пролете каждая полуарка свободно опирается на основную стенку, образуя конструкцию пилонного типа, а наружным концом полуарка раскреплена шарниром, установленным на кольце жесткости резервуара в верхней части защитной стенки (см. фиг.1).
Сопоставительный анализ показывает, что заявляемая стационарная крыша отличается от прототипа тем, что ее несущие элементы выполнены в виде диаметрально попарных двухбалочных стальных полуарок, раскрепленных шарнирами, установленными по периферии резервуара на кольце жесткости защитной стенки и свободно опирающимися в пролете на основную стенку с образованием конструкции пилонного типа; внутренние концы полуарок опираются на шарниры, которые крепятся на центральном щите, при этом сами полуарки выполнены двухбалочными с эксцентрично установленными относительно их продольных осей поперечными жесткими связями, по которым пропущены вантовые стяжки, причем шаг установки поперечных жестких связей определяется условием прохождения вектора усилия натяжения вантовых стяжек через площадку, ограниченную контуром a-b-c-d поперечного сечения полуарок (см. фиг.1).
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная схема компоновки элементов крыши резервуара и вектор усилия натяжения вантовых стяжек в пределах контура a-b-c-d поперечного сечения полуарки, а на фиг.2 - общий вид и поперечное сечение полуарки.
В конструкцию вертикального двухстеночного стального резервуара входит защитная стенка 1 и основная стенка 2. В верхней части защитной стенки по периметру располагается кольцо жесткости 3. Несущие элементы представлены диаметрально попарными двухбалочными стальными полуарками. Каждая двухбалочная стальная полуарка выполнена в виде двух гнутых по радиусу кривизны крыши R балок 4, например, из двух швеллеров или двух двутавров, опирающихся через шарнир 5, имеющий одну степень свободы, на кольцо жесткости и на шарнир 6, имеющий две степени свободы и установленный на основной стенке. Внутренний конец двухбалочной стальной полуарки соединен с центральным щитом 7 посредством шарнира 8, имеющего одну степень свободы и установленного на центральном щите, снабженном дыхательным патрубком 9. Каждая двухбалочная стальная полуарка выполнена с эксцентрично установленными относительно продольных осей симметрии балок поперечными жесткими связями 10, через которые пропущены вантовые стяжки 11, натягиваемые с помощью гидравлических или винтовых домкратов (не показаны). По балкам диаметрально попарных двухбалочных стальных полуарок настлано листовое покрытие 12, перекрывающее пролет между защитной и основной стенками, а также рабочее пространство резервуара, ограниченное основной стенкой.
Предлагаемая конструкция работает следующим образом. При воздействии на крышу резервуара постоянных и временных нагрузок шарниры 5 и 8 дают возможность перемещения крыши в вертикальной плоскости, а шарнир 6 - в горизонтальной. Распорные усилия Т от равнодействующей нагрузки S (вектор которой приложен в центре тяжести каждой двухбалочной стальной полуарки и направлен вертикально вниз) передаются на защитную стенку и лежат в горизонтальной плоскости, а растягивающие верхнюю часть каждой двухбалочной стальной полуарки усилия от изгибающего момента М компенсируются предварительным натяжением вантовых стяжек. Шаг установки поперечных связей t определяется условием прохождения вектора N усилия натяжения вантовых стяжек через площадку, ограниченную контуром a-b-c-d поперечного сечения двухбалочной стальной полуарки (см. фиг.2).
Заявляемая стационарная крыша вертикального двухстеночного стального резервуара надежно перекрывает рабочее пространство резервуаров большой вместимости и, тем самым, позволяет использовать вертикальные двухстеночные стальные резервуары для эксплуатации в климатических районах с большим снеговым покровом, намного уменьшает нагрузку на основную стенку, что позволяет применять для изготовления стационарной крыши стали обычного качества, а также защищает основную стенку от воздействия атмосферной коррозии. Намного проще и надежнее решаются вопросы экологической и пожарной безопасности, так как заявляемая крыша, во-первых, позволяет использовать известные конструкции облегченных понтонов с мембраной из практически несгораемых материалов (например, из пеностекла), а во-вторых, - в составе двухстеночного резервуара - отказаться от обвалования. Кроме того, уменьшаются испарения продукта, хранимого в резервуаре, поскольку выходу паров продукта в окружающую среду препятствует как понтон (плавающее покрытие), так и стационарная крыша (стационарное покрытие).
Источники информации
1. Г.Г.Васильев и др. Трубопроводный транспорт нефти. Под ред. С.М.Вайнштока. Учеб. для вузов в 2 т. - М.: ООО «НедраБизнесцентр», 2002, т.1. - Стр. 320-321.
2. РД 16.00-60.30.00-КТН-025-1-04 книга №1. Нормы проектирования купольных крыш и понтонов из алюминиевых сплавов для вертикальных стальных и железобетонных резервуаров, правила их эксплуатации. - Стр.5-9.
РД 16.00-60.30.00-КТН-025-1-04 книга №2. К нормам проектирования купольных крыш и понтонов из алюминиевых сплавов для вертикальных стальных и железобетонных резервуаров, правилам их эксплуатации. Приложение графическое. Стр.3.
3. ТП. Г.1.000.4.10302.005-05-ПП-146. Типовой проект резервуара вертикального стального с понтоном из алюминиевых сплавов строительным номиналом 20000 кубических метров. Расчеты. Том 4. Листы 2, 3.
4. ПБ 03-605-03. Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов. - П.3.10.