СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗЕРВУАРА ИЛИ АНАЛОГИЧНОГО СРЕДСТВА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА И РЕЗЕРВУАР ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА, ИЗГОТОВЛЕННЫЙ ЭТИМ СПОСОБОМ
METHOD OF MAKING RESERVOIR OR SIMILAR APPARATUS FOR STORING LIQUEFIED NATURAL GAS AND RESERVOIR FOR STORING LIQUEFIED NATURAL GAS, MADE USING THIS METHOD

Настоящее изобретение относится к способу изготовления резервуара для хранения сжиженного природного газа (СПГ) в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения и к резервуару для хранения СПГ, изготовленному упомянутым способом, в соответствии с ограничительной частью пункта 9 формулы изобретения.
Для хранения и транспортировки сжиженного природного газа посредством судов обычно применяют мембранные резервуары, поддерживаемые конструкцией корпуса судна, или самоподдерживаемые сферические или призматические резервуары, изготовленные из алюминия, нержавеющей стали или 9%-ной никелевой стали. В терминале для приема СПГ в качестве материала для обычных типов и разных размеров цилиндрических самоподдерживающих резервуаров или мембранных резервуаров, как правило, используется 9%-ная никелевая сталь или нержавеющая сталь. Самоподдерживающие резервуары из никелевой стали тяжелые, вследствие чего существует тенденция к оптимизации конструкций путем использования более тонких конструкций, при этом возникает проблема сварки, в частности усадки при сварке. На практике в призматическом резервуаре необходимо использовать внутренние несущие конструкции, что усложняет конструкцию и обуславливает дополнительные затраты. Применительно к известным решениям следует отметить, что значительная часть работы проводится на месте - на монтажной площадке, что затрудняет изготовление, увеличивая как срок окончания работ, так и затраты на изготовление.
Ввиду весьма низких температур криогенных сжиженных газов - как правило, такая температура для этилена (сжиженного газообразного этилена (СГЭ)) составляет -103°С, а для природного газа составляет -163°С - требования, предъявляемые к точности выдерживания размеров и качеству стыков являются основополагающими при изготовлении резервуара. Изготовление резервуара состоит из ряда этапов резки, сборки и сварки различных деталей. Каждый этап резки и сборки имеет свою собственную конкретную точность, обусловленную технологическим процессом на этом этапе. Обнаружено, что накопление погрешностей формы начинается уже в отклонениях формы, обусловленных материалами. Отклонения размеров возникают и накапливаются на каждом технологическом этапе. Точность процесса резки можно до некоторой степени повысить посредством тщательного и регулярного технического обслуживания оборудования и оперативного контроля изменения его качества. Во время сварки подвод тепла, обеспечиваемый дуговой сваркой, вызывает усадку, что приводит к значительным погрешностям точности размеров и фазовым превращениям при использовании современных способов изготовления, в частности в алюминиевых конструкциях, теплопроводность которых большая.
Отклонения уровней, образующиеся на предшествующих технологических этапах, устраняют в процессе коррекции фазовых превращений. Эта коррекция в стальных конструкциях основана на вызывании усадки и осуществляется с помощью нагрева. Свойства материалов, применяемых для удовлетворения потребностей применений, таких как резервуары для СПГ, могут ухудшаться при термообработке, вследствие чего тепловая коррекция оказывается либо совершенно неприемлемой, либо может быть применена только в тщательно определенных условиях. Вызываемая локальная усадка дает эффект усадки на всем этапе сборки и вызывает неуправляемую потерю точности размеров, а значит, и существенные затраты из-за погрешностей. По сравнению со стальными конструкциями фазовые превращения в алюминиевых конструкциях многократно увеличиваются, вследствие чего затрудняется рихтовка. В конечном счете обнаружено, что повышение точности размеров является наиболее значимым и единственным способом повышения производительности и прибыльности.
3
Задача изобретения состоит в том, чтобы разработать новый, усовершенствованный способ изготовления резервуара для хранения сжиженного природного газа (СПГ) или другого такого криогенного вещества, обеспечивающий возможную экономию, связанную с затратами на устранение погрешностей, а также с точностью и простотой конструкций, что обеспечивает преимущественную сборку, значительно сокращая суммарную продолжительность времени изготовления и промышленного производства при меньших издержках. Задача состоит в том, чтобы обеспечить способ изготовления, пригодный, в частности, для больших резервуаров, объем которых может составлять, например, 100000 м или более.
Задача изобретения достигается с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения и вариантами, раскрытыми в других пунктах формулы изобретения. В соответствии с изобретением резервуар изготавливают, по меньшей мере, в основном из предварительно изготовленных элементов конструкции небольшого количества разных типов, при этом изготавливают плоские элементы, предназначенные для использования в качестве панелей обшивки для резервуара, причем эти элементы изготавливают путем механического прессования выдавливанием профильных элементов, содержащих плоскую часть и часть, придающую жесткость, и свариваемых друг с другом их плоских частей посредством сварки трением, при этом изготовленные таким образом плоские элементы снабжают продольными и/или поперечными ребрами жесткости, изготовленными посредством механического прессования выдавливанием профильных элементов, которые сваривают друг с другом посредством сварки трением, и при этом соединяют изготовленные таким образом плоские элементы друг с другом и/или с отдельно изготовленными краевыми и/или угловыми элементами с получением самоподдерживающих объемных секций, имеющих, по меньшей мере, четыре стороны.
При осуществлении способа согласно изобретению заранее изготовленные базовые детали в как можно большей степени применяют в описанном изготовлении посредством механического прессования выдавливанием, вследствие чего оптимизируется размерная точность деталей. Так, для соединения этих деталей в узлы более значительных размеров можно использовать сварку трением настолько интенсивно, насколько это возможно, вследствие чего можно также эффективно минимизировать подвод тепла и тепловые растягивающие усилия.
Благодаря своей модульности, резервуар типа, о котором идет речь в изобретении, отлично подходит для процесса изготовления, подобного процессу, проводимому в заводских условиях. Поскольку осуществляется поэтапная сборка деталей в узлы более значительных размеров, а затем и в объемные секции необходимых размеров, устанавливаемые одна в другую, их можно изготавливать уже на заводе - в лучших, более контролируемых условиях. Это удобно для уменьшения затрат и снижения времени производства.
За счет изготовления секций конструкций из алюминия или аналогичного материала можно уменьшить массу конструкций, что упрощает транспортировку их элементов и значительно уменьшает стоимость готовой секции. В соответствии с предварительными расчетами размеров самоподдерживающий алюминиевый резервуар аналогичного размера примерно на 30% легче, чем соответствующий резервуар, изготовленный из 9%-ной никелевой стали или нержавеющей стали.
Для формирования резервуара необходимых размеров выбирают одну или более объемных секций, располагая эти секции друг за другом и соединяя их друг с другом.
На практике заранее изготовленные элементы конструкции подвергают точной механической обработке для коррекции размеров, а концы плоских элементов и профилей скашивают для осуществления правильной и точной разметки кромок под сварку, предпочтительно путем механической обработки фасонной фрезой с целью достижения как можно большей размерной точности.
Прессованные выдавливанием профильные элементы плоских элементов предпочтительно выполняют симметричными относительно нормальной плоскости плоской части, а их часть, придающую жесткость, выполняют однотавровой в поперечном сечении. Таким образом, эти профильные элементы в предпочтительном варианте можно использовать в любом месте конструкции. Кроме того, размеры профильного элемента изменяют в зависимости от места, где требуется разместить плоский элемент в готовом резервуаре.
Отдельные краевые и угловые элементы предпочтительно изготавливают из прокатанной толстолистовой стали, изогнутой с приданием формы и размеров необходимого радиуса.
Преимущества настоящего изобретения наиболее очевидны в больших конструкциях значительных размеров. Так, плоский элемент, используемый в конструкции обшивки и фальшпереборках, выполняют с размерами примерно 16х16 метров, что удобно с точки зрения механической обработки и транспортировки.
Если объемные секции соединяют друг с другом, чтобы получить резервуар, имеющий больший объем, то между этими секциями монтируют фальшпереборку, изготовленную из прессованного выдавливанием профиля посредством сварки трением, причем эта переборка содержит несколько отверстий, соединяющих соседние объемные секции.
Изобретение также относится к алюминиевому резервуару или аналогичному средству, пригодному для хранения СПГ или аналогичного вещества при очень низких температурах, как правило, порядка -163°С, при этом базовая форма такого резервуара соответствует прямоугольной призме. В соответствии с изобретением резервуар изготавливается, по меньшей мере, в основном из предварительно изготовленных элементов конструкции сравнительно небольшого количества разных типов, причем эти элементы включают плоские элементы, используемые в качестве элементов обшивки резервуара, изготовленные путем механического прессования выдавливанием алюминиевых профильных элементов или аналогичных средств, а профильные элементы включают плоскую часть и часть, придающую жесткость, и сварены плоскими частями друг с другом посредством сварки трением. Изготовленные таким образом плоские элементы снабжаются продольными и/или поперечными ребрами жесткости, изготовленными путем механического прессования выдавливанием алюминиевых профильных элементов или аналогичных средств, свариваемых друг с другом посредством сварки трением. Изготовленные таким образом плоские элементы, имеющие ребра жесткости, соединяются друг с другом и/или с отдельно изготовленными краевыми и/или угловыми элементами с получением независимых объемных секций, имеющих, по меньшей мере, четыре стороны.
Для формирования резервуара необходимых размеров одна или более объемных секций располагаются друг за другом и соединяются друг с другом. Когда резервуар формируется из нескольких предварительно изготовленных независимых объемных секций, расположенных друг за другом, они в наиболее предпочтительном варианте отделяются друг от друга фальшпереборкой. Резервуар также снабжается средством, например трубной башенкой, для заполнения или опорожнения резервуара.
Что касается изготовления резервуара, то прессованные выдавливанием профильные элементы плоских элементов предпочтительно выполняются симметричными в поперечном сечении относительно нормальной плоскости плоской части, а часть, придающая жесткость, выполняется однотавровой или двутавровой в поперечном сечении.
Ниже приводится описание изобретения на примерах и со ссылками на прилагаемые чертежи, при этом:
на фиг. 1 изображены изготовление и сборка базовых элементов резервуара для СПГ в соответствии с изобретением;
на фиг. 2 - в увеличенном масштабе участок II согласно фиг. 1;
на фиг. 3 - в увеличенном масштабе участок III согласно фиг. 1; и
на фиг. 4 - сборка резервуара для СПГ из нескольких предварительно изготовленных объемных секций с получением необходимого размера.
На чертежах позиция 1 обозначает профильные элементы, изготовленные путем механического прессования выдавливанием из алюминия или аналогичного материала, включающие плоскую часть 1а и часть 1b, придающую жесткость. Позиция 2 обозначает плоский элемент, используемый в качестве панели обшивки резервуара на различных его сторонах и изготовленный путем сварки трением нескольких профильных элементов 1 друг с другом, как показано на фиг. 2.
Позиция 4 обозначает ребра жесткости, установленные продольно или поперечно на плоский элемент, как показано на фиг. 1, причем эти ребра жесткости также изготовлены путем фрикционной сварки друг с другом профильных элементов 3, изготовленных путем прессования выдавливанием, как показано на фиг. 3. Эти профильные элементы также могут содержать различные части, придающие жесткость. Ребра жесткости могут быть вертикальными, горизонтальными или продольными ребрами жесткости в зависимости от места монтажа панелей 2 обшивки, имеющих ребра 4 жесткости, в готовом резервуаре.
Позиция 5 обозначает краевой элемент, а позиция 6 обозначает угловой элемент. На практике их изготавливают из прокатной толстолистовой стали, изогнутой с приданием формы и размеров необходимого радиуса.
Как можно видеть на фиг. 1 и 4, сначала собирают объемные секции 7 из базовых элементов. Затем выбирают одну или более объемных секций 7 для формирования резервуара необходимых размеров, располагая эти объемные секции одну за другой и соединяя их друг с другом. В случае если резервуар содержит несколько объемных секций, между ними монтируют фальшпереборку 8, изготовленную из прессованного выдавливанием профиля посредством сварки трением, причем эта переборка содержит несколько отверстий 10, соединяющих соседние объемные секции. В предпочтительном варианте фальшпереборка также снабжена ребрами жесткости.
Объемную секцию 7, имеющую пять сторон, размещают на любом конце резервуара, при этом несколько плоских элементов 2 снабжают необходимыми краевыми и угловыми элементами 5 и 6 для приема объемной секции. Кроме того, по меньшей мере, одну из объемных секций 7 снабжают средством, которое, известно, например трубной башенкой 9 или системой труб со своими собственными измерительными устройствами и лестницами, для заполнения и опорожнения резервуара.
Как можно видеть на фиг. 2, прессованные выдавливанием профильные элементы 1 плоских элементов 2 выполнены симметричными относительно нормальной плоскости плоской части 1а, кроме того, их часть 1b, придающая жесткость, предпочтительно является однотавровой в поперечном сечении. В зависимости от проектируемого места монтажа изготавливаемого плоского элемента 2 в готовом резервуаре в предпочтительном варианте оказывается возможным изменение размеров плоского элемента 1 в плоскости поперечного сечения, поскольку требования к прочности разных деталей резервуара могут претерпевать соответствующие изменения.
Очевидно, что резервуар согласно изобретению можно применять для хранения криогенной жидкости, в частности СПГ, вне зависимости от того, смонтирован резервуар на подходящем неподвижном основании или на подвижном основании, например, резервуар может находиться на судне, барже или аналогичном транспортном средстве.
Изобретение не сводится к вышеописанным вариантам осуществления, так что возможно внесение ряда изменений, предполагаемых находящимися в рамках объема притязаний, охарактеризованного прилагаемой формулой изобретения.