Сфероидальные резервуары
Невозможность создания значительных давлений и вакуума в стальных цилиндрических резервуарах явилась предпосылкой к появлению сфероидальных резервуаров – каплевидных, многокупольных и сферических. Форма таких резервуаров представляет собой как бы в увеличенном масштабе каплю жидкости, свободно покоящуюся на плоскости под действием сил поверхностного натяжения.
В правильности сказанного нетрудно убедиться, если тонкую резиновую оболочку, имеющую форму шара, наполнить жидкостью и положить на плоскость. Оболочка под влиянием сил тяжести жидкости вместо сферической формы примет каплевидную и будет находиться в равновесии, имея все элементы своей поверхности растянутыми с одинаковой силой, поэтому она и называется оболочкой равного сопротивления.
Каплевидный резервуар состоит из тонкостенной сфероидальной оболочки и днища. Оболочка, как правило, сооружается без внутреннего каркаса, вследствие чего она весьма экономична по расходу металла на единицу объема резервуара.
Рис. 21 Каплевидные резервуары емкостью 2000 м3 с опорным кольцом (а) и с экваториальной опорой (б):
1 – центральный лист днища; 2 – первый пояс днища; 3 – второй пояс днища; 4 – третий пояс днища; 5 – центральный лист корпуса; I, II, III, IV, V – пояса корпуса; 6 – предохранительные клапаны; 7 – лестница; 8 – бетонное покрытие; 9 – опорное кольцо; 10 – песчаная подушка; 11 – кольцевая плита; 12 – фундамент.
Величина давления в газовом пространстве регулируется предохранительными клапанами, установленными в наивысшей точке резервуара. Для обслуживания их устраивается лестница.
Нормально резервуары заполняются продуктом на 90% своего объема; 10% объема составляет в них газовое пространство.
Каплевидные резервуары рассчитываются на внутреннее давление от 4000 до 20000 мм вод. ст. и вакуум – до 500 мм вод. ст.
Каплевидные резервуары опираются на грунт через металлическое опорное кольцо или при помощи экваториальных опор.
У каплевидного резервуара, опирающегося через кольцевую опору, оболочка корпуса плавно сопрягается с днищем, представляющим собой сферическую чашу. На кольцевую плиту опираются нависшая часть оболочки и меридиональные фермы при помощи радиальных ребер. Основанием под опорную плиту и сферическое днище резервуара служит плотно утрамбованная песчаная подушка.
В каплевидных резервуарах с опорным кольцом в подэкваториальной части чрезмерно нарастают меридиональные и кольцевые усилия от давления жидкости. Для устранения этого недостатка предложена конструкция каплевидного резервуара с опорой по экваториальному поясу.
Резервуар с экваториальными опорами опирается на песчаную плотно утрамбованную подушку. По периметру песчаной подушки расположен кольцевой бетонный фундамент, на который, в свою очередь, опирается система колонн, равномерно распределенных по окружности. Для обеспечения опорного контура надлежащей величины, колонны присоединяются к оболочке посредством косынок.
Конструкция каплевидных резервуаров с экваториальной опорой наиболее экономична, даже несмотря на необходимость устройства кольцевого бетонного фундамента. Кроме того, у этих резервуаров отпадает утолщение нижних поясов, необходимое для резервуаров с кольцевой опорой, вызывающей изгиб оболочки.
Каплевидные резервуары находят применение главным образом для низкокипящих нефтепродуктов при длительном их хранении; они обеспечивают сокращение потерь от малых «дыханий» и дают годовую экономию в размере 3- 8% от объема хранимого продукта.
Каплевидные резервуары сооружаются емкостью до 5000-6000 м3, при которой высота резервуара достигает 13-15 м; давление на грунт в этом случае под опорным кольцом может быть 2-2,5 кгс/см2.
При необходимости сооружения сфероидальных резервуаров большой емкости применяют многокупольную или многоторовую форму оболочки. Емкость резервуаров такой формы доходит до 25000 м3 при внутреннем избыточном давлении 10000 мм. вод. ст.
Наиболее высокое давление способны выдерживать сферические резервуары, которые рассчитываются на давление до 10 атм. Такие резервуары предназначаются для хранения сжиженных газов (бутана, пропана).
Сферические резервуары обладают значительными технико-экономическими преимуществами перед цилиндрическими резервуарами. Они имеют наименьшую поверхность на единицу объема и минимальную толщину оболочки.
Расход металла для сферических резервуаров по сравнению с вертикальными цилиндрическими меньше в два раза при одинаковых условиях сравнения.
Сложность изготовления и сравнительно высокая стоимость сфероидальных резервуаров не могут являться препятствием к их строительству, так как достигаемая экономия в результате снижения потерь при хранении легкоиспаряющихся нефтепродуктов окупает стоимость резервуаров в первые 2-2,5 года эксплуатации.