Расчет и проектирование резервуара для хранения нефтепродуктов

До начала земляных работ при строительстве фундаментов под резервуары на площадке проводят планировочные работы. Для расчистки площадки от кустарника и мелколесья применяют кусторезы Д-514А на тракторе Т-130Г, а для расчистки поверхности грунта — кустарниковые грабли. Кусторезом можно срезать деревья с толщиной у комля до 20 см. Более толстые деревья спиливают. После удаления кустарника и деревьев с площадки строительства необходимо провести корчевку пней с помощью корчевателей Д-695А или К-2А. На корчевке кустарника и мелких пней можно использовать корчеватель-собиратель ДП-8. По окончании расчистки площадки приступают к разбивке осей котлованов под фундаменты с помощью геодезических инструментов. Размеченные оси закрепляют установкой временных вех или колышков вне площадки котлована. Одновременно намечают трассы временных проездов и места отвалов растительного и подстилающего грунтов. После разметки площадки строительства растительный грунт срезают на глубину 15—25 см и укладывают его в отвал при помощи бульдозера Д-157 или Д-532. После удаления растительного слоя, используя намеченные оси, разбивают границы котлована и оси обвалования. Котлованы небольшой глубины также разрабатывают бульдозерами. Однако при необходимости замены изъятого грунта привозным можно использовать одноковшовые экскаваторы в комплекте с автосамосвалами или скреперы. В таких случаях необходимо заранее выбрать место отвала разработанного грунта и место разработки грунта, заменяющего изъятый грунт. По окончании рытья котлована проводят планировку его дна и выравнивание откосов. При проведении работ необходимо удалять с площадки ливневые воды, для чего поверхность ее вне котлована планируют с уклоном 0,003—0,005 и устраивают водоотводные канавки.

Укладку грунтовой подушки (обратную засыпку котлована) ведут послойно, причем толщина укладываемого слоя грунта зависит от способа уплотнения. При уплотнении грунтов гладкими вальцовыми катками толщина слоя не должна превышать 25 см.  При использовании катков на пневматических шинах толщину слоя грунтовой подушки можно увеличить до 40 см.  Применение для уплотнения тяжелых трамбовок на базе трактора Т-100 или Т-130 позволяет уплотнять грунт сразу на глубину до 1,5 м, однако по сравнению с катками эти машины имеют небольшую производительность и, кроме того, при выполнении работ возможна неравномерность уплотнения грунта по площади.

Местные или привозные грунты, укладываемые в подушку, должны иметь влажность: глинистые — до 15%, суглинистые — до 20%, но в обоих случаях не ниже 8%. При меньшей влажности грунта его при засыпке поливают водой. 
Песчаную подушку засыпают слоями толщиной 20 — 25 см из песка средней крупности с минимальным размером частиц 1 — 2 мм. Применять мелкозернистый речной песок для устройства подушки нельзя. Иногда для устройства подушки используют мелкий щебень, максимальный размер частиц которого не должен превышать 10% толщины подушки. Эти требования к материалу подушки обусловлены тем, что подушка, состоящая из отдельных, не связанных друг с другом частиц, за счет их подвижки принимает форму днища (в случае появления хлопунов, вмятин) и предотвращает появление в днище неучтенных проектом напряжений. Одновременно с этим материал подушки, обладая хорошими дренирующими свойствами, не позволяет влаге скапливаться под днищем. 
Песок на основание подают автосамосвалами, а разравнивают — автогрейдером или бульдозером. Спланированная поверхность песчаной подушки имеет превышение отметки центра над отметкой периметра 0,0115 — 0,020 радиуса. Диаметр подушки на 1,4 м превышает диаметр резервуара, бермы подушки имеют уклон 1:10, а откосы 1:1,5. Песчаную подушку так же, как и грунтовую, уплотняют катками. Производительность катка при этом можно определить по формуле

 где Вк — ширина захвата катка; — коэффициент перекрытия проходов ( = 0,85 - 0,90); — скорость движения катка: — толщина уплотняемого слоя (для кулачковых катков = 25 – 60 мм, для пневмоколесных 30 - 50 мм); — число проходов. Грунтовую и песчаную подушки уплотняют до исчезновения фронтальной волны грунта, образующейся перед катком.

Поверх песчаной подушки укладывают гидрофобный слой толщиной 80 — 100 мм во избежание коррозии днища. Для устройства гидрофобного слоя приготовляют смесь из песка или супесчаного грунта с влажностью не более 3%, перемешанного с 10% (по объему) вяжущего вещества, в качестве которого используют жидкие битумы, каменноугольные дегти и мазуты. Вяжущие вещества не должны содержать кислот, сернистых соединений и свободной серы, так как эти компоненты вызывают интенсивную коррозию металла днища. Смесь приготовляют в растворомешалках. По окончании всех работ откосы подушки облицовывают бетоном.

Бетонное кольцо по периметру фундамента для резервуаров объемом 10000 м3 и более собирают из армированных железобетонных плит, укладываемых с зазором 20—94 мм (с внутренней и  наружной сторон кольца). Поверх плит делают цементную стяжку толщиной 50 мм из бетона марки М200. При выполнении бетонного кольца монолитным по окружности периметра устанавливают опалубку из досок, ширина которых должна быть равна толщине кольца (200— 250 мм). Внутри опалубки на песчаный слой укладывают гидроизоляцию из пергамина и устанавливают арматуру. Бетонируют бетоном марки МЗОО с подачей его в бадьях и уплотнением виброрейкой. Через каждые 25 м длины кольца устраивают поперечные температурные швы. Поверхность бетонного кольца закрывают гидрофобной смесью заподлицо с поверхностью центральной части фундамента. Фундаменты под резервуары обычно сооружает строительная организация, которая должна сдать по акту готовый фундамент монтажной организации. При этом на скрытые работы должны быть представлены акты приемки дна котлована, проверки качества уплотнения и приемки гидроизолирующего слоя. В процессе приемки проверяют размеры фундамента и горизонтальность поверхности гидрофобного слоя от центра к периферии. Горизонтальность периметра фундамента проверяют нивелированием не менее чем в восьми точках, но не реже чем через 6 м длины периметра. Разность отметок соседних точек, а также диаметрально противоположных не должна превышать величин, указанных в табл. 3. Все замеры отметок заносят в ведомость, прилагаемую к приемо-сдаточному акту.

2.2 Изготовление элементов резервуарных конструкций на специализированных заводах

Основой индустриальной технологии сооружения резервуаров является метод изготовления элементов конструкций их на специализированных заводах. Это позволяет сократить до минимума объем сборочных и сварочных работ на монтажной площадке. При использовании индустриального метода на площадку поставляют элементы конструкций в виде укрупненных блоков: части стенки и днища резервуара, сваренные в полотнища и свернутые в рулоны, щиты или части щитов покрытия, короба понтонных колец и т.д.

Метод рулонирования полотнищ стенки и днища резервуаров был предложен Институтом электросварки им. О. Е. Патона. Разработка технологии рулонирования проводилась под руководством д-ра тех. наук. Г. В. Раевского. По предложению Г. В. Раевского основные элементы резервуаров собирают на заводе в виде плоских полотнищ больших размеров, сваривают автоматической сваркой и сворачивают в удобные по габаритам для перевозки рулоны. На монтаже стальные полотнища разворачивают до проектного радиуса резервуара. При сворачивании, изгиб полотнища происходит в упруго-пластической стадии. Величину пластической деформации (в %) в крайних волокнах при сворачивании полотнища по радиусу r определяют по формуле:

Таким образом, величина пластических деформаций, а, следовательно, и толщина зоны их распространения в глубь металла зависит от толщины полотнища , радиуса сворачивания r и прочности металла, характеризующейся в данном случае величиной предела текучести . Модуль упругости Е практически для всех строительных сталей одинаков. Толщина зоны металла, находящаяся в упругой стадии:

 
где — деформация волокон при достижении ими предела текучести . 
Эту же величину можно определить, рассматривая изгиб полосы металла из выражения   

Учитывая потенциальную энергию упругой зоны листа, можно заключить, что полотнище, сваренное из листов толщиной до 5мм включительно, обладает способностью к самопроизвольному разворачиванию без приложения внешних усилий. При больших толщинах листов для разворачивания рулонов при монтаже необходимо прилагать определенные усилия. Для стали 09Г2Т толщина листов, обладающая способностью к саморазворачиванию, составляет примерно 7 мм, для стали 16Г2АФ - примерно 9 мм. Исходя из возможности сохранения плавности цилиндрической формы резервуара, при разворачивании рулонов стенки относительную величину упругой зоны в сечении сворачиваемых полотнищ при изготовлении рулонов принимают равной 30%.  Для резервуаров большого объема, монтируемых индустриальным способом, по этой причине применяют высокопрочные стали.

Для сборки и сварки рулонированных листовых конструкций листовой металл, поступающий с металлургических заводов на завод монтажных заготовок, проходит специальную обработку. Сначала листы правят на листоправильных вальцах. Затем они поступают на разметочную площадку, где их размечают по стационарным шаблонам. Чистовые размеры листовых заготовок должны выдерживаться с допуском ±0,5 мм по ширине и ±2 мм по длине. Продольные кромки листов обрабатывают на кромкострогальных станках. Для этого листы собирают в пакеты общей массой до 5 т. По короткой кромке пакеты закрепляют струбцинами и затем прострагивают сначала с одной стороны, потом с другой (с перекантовкой). Короткие кромки листов обрезают по разметке на гильотинных ножницах. Здесь же обрабатывают листовые заготовки фасонных очертаний - в виде трапеции или многоугольника. Обработанные листы укладывают в контейнеры и передают на сортировочную площадку, где их комплектуют в пакеты по толщинам. В процессе комплектовки пакетов листы металла проходят тщательный контроль с тем, чтобы на сварочный стан не попали листы с расслоениями, трещинами, раковинами и другими металлургическими дефектами. При транспортировке листов по линии обработки и к месту сборки полотнища кромки и поверхность их оберегают от повреждений. Обычно пакеты листов в контейнерах подают к месту укладки и сварки мостовыми кранами. Раскладку листов под разметку, подачу к гильотинным ножницам, а также комплектовку листов и укладку их в контейнеры, производят с помощью электромагнитных листовых захватов. Использование электромагнитных листовых захватов значительно облегчает и ускоряет строповку листов и позволяет избежать повреждения кромок.

Рис. 4 Двухъярусный стенд для изготовления рулонных заготовок.

1 – стеллаж для готового рулона; 2 – сворачивающее устройство; 3 – стеллаж второго яруса; 4 – кантующий барабан; 5 – электротельфер;  6 – стеллаж первого яруса.

Рабочие участки разметки листов, сортировочные площадки и гильотинные ножницы оборудуют электрокран-балками грузоподъемностью до 2 т. сэлектромагнитными листовыми захватами. Исходя из требований техники безопасности, на участках, оборудованных электромагнитными листовыми захватами, высота подъема листа над базовой поверхностью не должна превышать 0,4 м во избежание несчастных случаев при возможных падениях листа.

Сборку и сварку полотнищ выполняют на универсальных двухъярусных стендах или специализированных станах. Универсальный стенд представляет собой металлическую конструкцию с двумя рабочими площадками - ярусами (рис. 4). На первом ярусе производят сборку и сварку полотнища с одной стороны. Подготовленные листы подают к первому ярусу в контейнерах краном, а затем их раскладывают электротельфером. Кромки листов прижимают к медным подкладкам с помощью электромагнитов. Автоматическую сварку ведут сварочными тракторами ТС-17М. В задней части стенда расположен свободно вращающийся кантовочный барабан диаметром 3300 мм. Сваренные части полотнища перемещают со скоростью 2 м/мин с помощью барабана на верхний ярус, где проводят подварку швов с обратной стороны автоматической сваркой, контроль качества сварных соединений и устранение выявленных дефектов. В передней части стенда сворачивающее устройство с жестким механическим приводом. Сворачивающее устройство представляет собой две установленные на фундаменты станины, в которых закреплены оси планшайб диаметром 3300 мм. По окружности планшайб имеется цевочный венец, входящей в зацепление с шестерней привода, осуществляемого от электродвигателя мощностью 7 кВт через редуктор и дополнительные пары шестерен. Между планшайбами посредством специальных штырей закрепляют каркас рулона с кольцами диаметром 2660 мм. В качестве каркаса используют шахтную лестницу, центральную стойку или специальные катушки.

 Начальную кромку полотнища  закрепляют на каркасе приваркой  полос. Для резервуаров с большой толщиной стенки (более 10 мм) помимо полос на каркасе устраивают специальный «карман» для того, чтобы предотвратить поперечный изгиб начальной кромки. Готовый рулон также закрепляют приваркой полос, освобождают от планшайб и по стеллажам выкатывают на железнодорожную платформу. 
Специализированный стан представляет собой двухъярусную установку для сборки и сварки полотнищ шириной до 18 м (рис. 5). На стане предусмотрены максимальная механизация и автоматизация всех операций по изготовлению полотнищ, что значительно увеличивает производительность труда и повышает качество продукции. Листы металла подаются краном на верхний ярус стана. После раскладки листов по толщинам и прижатия электромагнитами их кромок к медным подкладкам производят сварку секций полотнища. Для сварки используют самоходный двухдуговой аппарат А-943 конструкции института электросварки им. О. Е. Патона. Сварку ведут на постоянном токе проволокой диаметром 3—5 мм. Аппарат обеспечивает скорость сварки в зависимости от толщины металла 60— 120 м/ч. В аппарате А-943 предусмотрена автоматическая подача флюса, отсос неиспользованного флюса, а также образующихся при сварке газов. Предусмотрен следующий порядок наложения швов: сначала сваривают поперечные швы полотнища, а затем продольные. Направление сварки поперечных швов от более толстых листов к тонким. На верхнем ярусе проплавляют примерно 3/4 толщины основного металла. Сваренные участки полотнища перемещают через кантовочный барабан на нижний ярус, где сваривают полотнища с обратной стороны. При дальнейшем продвижении готовых участков полотнища проводят контроль качества сварных соединений физическими методами (рентгенографирование рабочих швов) и грунтовку полотнища. После грунтовки полотнище участками поступает в сворачивающее устройство. Начало каждого нового полотнища прикрепляют сваркой к концу предыдущего восемью-десятью стальными полосами сечением 100x5 мм и длиной около 1 м.

 Эти же полосы после наворачивания  их на рулон отрезают от  последующего полотнища и используют для закрепления конечной кромки готового рулона. 
Помимо рулонированных полотнищ стенки и днища резервуаров на заводах монтажных заготовок организовано поточное изготовление щитов покрытий (плоских и сферических). Несущие элементы покрытий в виде деталей из сортового проката обрезают по шаблонам или упорам на пресс-ножницах. Тяжелые швеллерные или двутавровые балки обрезают газокислородной резкой. Правку и гибку элементов из сортового проката производят на гибочных приводных вальцах и кулачковых прессах. Листовой металл настила щитов обрезают на гильотинных ножницах. По типам и конструкциям щитов покрытия готовые детали комплектуют, укладывают в контейнеры и направляют к месту сборки. Щиты собирают в специальных кондукторах, зеркально отображающих форму щита в плане. Сначала все элементы каркаса щита соединяют прихватками, а затем сваривают ручной дуговой или полуавтоматической сваркой. Настил крыши приваривают к каркасу прерывистыми швами. Для сварки настила щит перекантовывают и укладывают на козлы или специальные опоры. Сварку настила производят трактором ТС-17М под слоем флюса. Все швы, соединяющие детали настила, проверяют на плотность вакуумированием, 
Таким же образом собирают части сферических щитов покрытий. Короба понтонов или плавающих крыш резервуаров, элементы верхнего опорного кольца собирают и сваривают в специальных кондукторах-кантователях. Все элементы конструкций резервуаров проходят тщательный контроль геометрической формы для обеспечения точности сборки на монтажной площадке. Для изготовленных частей сферических щитов проводят даже контрольную сборку.

Для шахтных лестниц в кондукторе собирают марши и кольцевые площадки, которые затем монтируют вместе с продольными связями. Затем лестницы устанавливают кольцами на ролике вращателя и сваривают. В кондукторах также собирают площадки переходного мостика, ограждения и качучей лестницы для резервуаров с плавающей крышей. Все элементы резервуарных конструкций, изготовленных на заводах, должны вписываться в габариты подвижного состава железных дорог (рис. 5).

2.3 Монтаж вертикальных резервуаров из рулонных заготовок

2.3.1 Транспортные работы

Перевозку рулонных заготовок на дальние расстояния осуществляют железнодорожным транспортом, на короткие расстояния— автотракторными поездами на трейлерах. Если исходить из существующей грузоподъемности наиболее распространенных четырехосных платформ, то масса рулонов обычно не превышает 65 т. При погрузке на заводе рулон укладывают на деревянные брусья-подкладки. Во избежание подвижки рулонов при перевозке с боков под них подбивают деревянные клинья, а сверху их охватывают проволочными «скрутками». При перевозке рулонов длиной 18 м их грузят на платформы через одну, обеспечивая тем самым «прикрытие» выступающих за основную платформу концов рулона. Крупные детали конструкции — щиты покрытия, короба понтонов, сегменты опорного кольца — грузят на платформы в решетчатых контейнерах, а мелкие детали — в ящиках.