Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций

К подземным (заглубленным в грунт или обложенным грун­ том) относят резервуары, в которых наивысший уровень нефти расположен не менее чем на 0,2 м ниже планировочной отметки прилегающей площадки.

В зависимости от объема и места расположения резервуары подразделяют на три класса:

класс I — особо опасные резервуары объемом 10000 м3 и бо­ лее, а также резервуары объемом 5000 м3 и более, расположенные непосредственно по берегам рек, крупных водоемов, а также в черте городской застройки;

класс II — резервуары повышенной опасности объемом от 5000 до 10000 м3;

класс III — опасные резервуары объемом от 100 до 5000 м3. Наибольшее распространение в системе магистральных неф­

тепроводов получили стальные резервуары. Для сокращения по­ терь от испарения эти резервуары оборудуют дыхательной арма­ турой (рабочими и предохранительными клапанами), системой газовой обвязки, понтонами или используют специальные конст­ рукции с понтоном или плавающей крышей.

Установлены области применения различных резервуаров в зависимости от наименования классов, типов и групп нефтей (ГОСТ 1510 —76. Нефть и нефтепродукты).Так, например, для хра­ нения сырых и обессоленных нефтей с давлением насыщенных паров до 200 мм рт. ст. применяют горизонтальные резервуары со стационарной крышей без газовой обвязки с дыхательными кла­ панами. Для нефтей с давлением насыщенных паров выше 200 мм рт. ст. разрешается применять горизонтальные стальные резерву­ ары низкого давления, вертикальные стальные резервуары с пла­ вающей крышей, понтоном или системой газовой обвязки.

Охарактеризуем некоторые типа резервуаров, применяемых в системе магистрального нефтепровода.

Вертикальные стальные цилиндрические резервуары со ста­ ционарной крышей (РВС) представляют собой цилиндры, сварен­ ные из стальных листов размером 1,5 х 6,0 м, толщиной 4 —25 мм с конической или сферической крышей (рис. 2.32).

Длинная сторона каждого листа располагается горизонтально. Ряд листов называется поясом резервуара. Крыша резервуара опирается по краям на фермы, а у резервуаров большим объемом — на центральную стойку. Сварное днище резервуара покоится на песчаной подушке и имеет уклон от центра к периферии. Послед-

91

Рис. 2.32. Вертикальный стальной резервуар со сферической крышей объемом 10 тыс. м3

нее способствует более полному удалению подтоварной воды. Объем РВС колеблется от 100 до 50000 м3; избыточное давление может составлять до 2000 Па, вакуум — до 200 Па.

Вертикальные стальные резервуары с понтоном (РВСП) отличаются от РВС тем, что имеют понтоны, плавающие на поверхности нефти и предназначенные для уменьшения испаре­ ния жидкости (рис. 2.33).

Понтоны бывают металлические и синтетические. Они пере­ мещаются вместе с нефтью вверх или вниз в зависимости от того, заполняется или опорожняется резервуар. Металлические понто­ ны имеют уплотняющие манжеты, прилегающие к внутренней по­ верхности резервуара, перемещение понтона происходит по на­ правляющим трубам. Синтетические понтоны состоят из кольца жесткости с сеткой, опирающегося на поплавки, и коврового по­ крытия из синтетической пленки.

Вертикальные стальные резервуары с плавающей крышей

(РВСПК) не имеют стационарной крыши. Крышу резервуара за-

92

Рис. 2.33. Вертикальный стальной резервуар с понтоном объемом 20 тыс. м3:

1 — люк центральный; 2 — огневой предохранитель; 3 — направляющая труба; 4 — уплотнение понтона; 5 — опорная стойка понтона; 6 — нижнее положение понтона; 7— верхнее положение понтона

меняет полый диск-короб, плавающий на поверхности нефти и опускающийся вместе с ней при опорожнении резервуара и под­ нимающийся вверх при заполнении резервуара. Диаметр плаваю­ щей крыши меньше внутреннего диаметра резервуара, а кольце­ вое пространство между диском-коробом и внутренней поверхно­ стью резервуара уплотнено специальными манжетами. В нижнем положении крыша резервуара ложится на специальные стойки, расположенные равномерно по окружности резервуара. Плаваю­ щая крыша имеет уклон от периферии к центру для сбора и удале­ ния дождевой воды.

Следует иметь в виду, что не весь объем резервуара может быть использован полностью. В нижней части резервуара, как

93

правило, скапливается вода (подтоварная вода) и имеется слой ме­ ханических отложений (осадок). Полезный или активный объем Vnрезервуара определяется как максимально возможный объем нефти, допустимый из него к откачке. Этот объем определяется по формуле

в которой V0.p — геометрический объем резервуара;

т|э — коэффициент использования резервуара, зави­ сящий от его объема и конструкции (табл. 2.5).

Оборудование резервуаров. Подробно ознакомиться с конст­ рукциями, устройством и принципом действия основного обору­ дования резервуаров можно по специальной литературе. В общем случае это оборудование включает:

механический дыхательный и гидравлический предохрани­ тельный клапаны для защиты резервуара от чрезмерных повыше­ ния или понижения давления в газовом пространстве резервуара, а также для сокращения потерь нефти при больших дыханиях;

огневой предохранитель для предотвращения попадания в ре­ зервуар открытого огня и искр;

замерный люк для измерения уровня нефти и отбора проб; уровнемер (поплавковый, ультразвуковой или другой конст­

рукции) для контроля за уровнем нефти в резервуаре, а также опе­ ративного управления процессами закачки-выкачки;

нижний люк-лаз для вентиляции резервуара перед началом ремонтных работ, а также для удаления грязи при зачистке;

световые люки для проветривания резервуара во время ре­ монта и зачистки;

сифонный кран для спуска подтоварной воды; "хлопушку" для предотвращения утечки в случае поврежде­

ния приемо-раздаточных трубопроводов и задвижек; подогревательные устройства при хранении высоковязких

нефтей; устройства для размыва осадка, выпадающего при хране­ нии нефтей;

устройства для размыва осадка, выпадающего при хранении нефтей (размывающие головки и винтовые мешалки);

противопожарное оборудование (пеногенераторы, системы послойного тушения) и т. п.

94

Таблица 2.5.

Основные параметры резервуаров для хранения нефти

Примечание. В скобках приведены данные по стальным резервуарам, экс­ плуатируемым вусловияхнизкихтемператур.

2.4.2. Современные тенденции в сооружении и эксплуатации резервуаров. Полистовой метод сборки стенок резервуара

До 1998 г. все резервуары НПС сооружали методом рулонированной сборки по типовым проектам. Как показала практика их эксплуатации работоспособность этих резервуаров во многом снижена вследствие присущих этому методу сборки несовер­ шенств к которым можно отнести:

1. Сложно-напряженное состояние элементов стенки резер­ вуаров, характеризующееся наличием высоких остаточных мон­

95

тажных напряжений изгиба (при разворачивании рулона, на кото­ рые накладываются рабочие растягивающие напряжения. Это приводило к следующим осложнениям:

при гидроиспытаниях стенка приобретает перемещения и де­ формации в 1,5 раза выше рассчитанных;

возникают остаточные перемещения и деформации стенки и остаточные напряжения в уторном узле (краевой эффект);

при эксплуатации на внутреннем волокне стенки реализуются не расчетные напряжения (стр = 0,7CT0I2)> а напряжения, достигаю­ щие предела текучести а0,2 -

2. Низкие технологичность и контролепригодность при мон­ тажном развороте рулонов стенки и днища приводят к следующим осложнениям:

отклонения от вертикали стенки до 250 мм; местные отклонения формы стенки типа выпуклостей, вогну­

тостей и переломов; хлопуны на днище;

угловатости вертикальных монтажных сварных соединений карт стенки;

прямолинейность стенки в районе монтажных сварных соеди­ нений.

Все эти дефекты формы требуют специальных мер по усиле­ нию несущей способности, например, за счет установки дополни­ тельных ребер жесткости или снижения нагрузки за счет пониже­ ния рабочего уровня залива нефти.

3.Снижение проектной толщины гидрофобного слоя под окрайкой из-за его выдавливания при установке и развороте руло­ нов стенки резервуаров большой вместимости (большой вес руло­ нов) . Снижение толщины гидрофобного слоя приводит к ощути­ мому увеличению напряжений от "краевого эффекта", что при работе резервуаров даже в режиме транзита провоцирует обра­ зование трещин в сварных соединениях уторного узла стенки

сднищем.

4.Из-за большого веса рулонов невозможность применения более качественного таврового соединения стенки и днища с пол­ ным проваром (при развороте рулона разрушение нижнего торца стенки со скосом кромок).

При полистовом методе сборки стенок резервуаров практи­ чески все выше названные несовершенства отсутствуют.

Начиная с 1998 г. впервые в России на НПС "Староликеево"

96

ОАО "ВМН" осуществлено строительство четырех резервуаров РВСП-20000 методом полистовой сборки.

Монтаж резервуаров осуществляется фирмой ЗАО "Волгонефтехиммонтаж"

Как известно, внедрение метода полистовой сборки в основ­ ном сдерживалось недостатками общей технической политики, направленной на всемерное сокращение себестоимости резервуа­ ров. Одним из негативных следствий этой политики следует счи­ тать отсутствие на сегодняшний день оборудования и технологии сварки на монтаже. Этот факт требовал необходимости закупки зарубежного сварочного оборудования для механизированной сварки металлоконструкций на монтажной площадке. Для сварки горизонтальных швов стенки в Австрии была закуплена установка для автоматической сварки в защитных газах FTW-R фирмы "Fronius". Установка представляет собой две (внутренние и наруж­ ные) кабины, движущиеся на роликах по верхнему торцу листов пояса вдоль периметра стенки резервуаров. В кабинах размещены источники питания, сварочная горелка и место сварщика, укомп­ лектованное приспособлениями для управления ориентацией горелки относительно стыка.

Вертикальные стыки стенки и все другие соединения сварива­ ли с применением полуавтоматической сварки в защитных газах с использованием полуавтоматов марки TRS-4000 и TRS-2700 фир­ мы "Fronius" (Австрия). В качестве защитных газов использовали смесь аргона (80 %) и углекислого газа 20 %.

Применение алюминиевых понтонов и крыш

Известно, что при добыче, транспорте и хранении нефти и нефтепродуктов потери составляют порядка 6 % от объема добы­ ваемой нефти. Испарение углеводородного сырья из резервуаров составляет основную долю от общих потерь.

К настоящему времени разработаны несколько способов со­ кращения потерь углеводородного сырья от испарения из резер­ вуаров. Одним из наиболее эффективных способов является уст­ ройство плавающей крыши в резервуаре, при этом потери от ис­ парения сокращаются на 98 %.

В качестве средства для сокращения потерь из резервуаров наиболее широкое применение за рубежом получили внутренние плавающие крыши (понтоны) из алюминиевых сплавов. Фирмы "Ультрафлоут", "Ваконодек", "Прематехник" и другие уже более 15 лет поставляют алюминиевые понтоны для нефтяных компа-

97

Рис. 2.34. Резервуар с понтоном из алюминиевого сплава:

1— настил; 2 — верхняя балка; 3 — нижняя балка; 4 — герметичные поплав­ ки; 5 — бортик; б — уплотняющий затвор; 7 — противоповоротные тросы; 8 — антивакуумный клапан; 9— кабель; 10— дренажный патрубок; 11— ста­ ционарная опора; 12 — направляющая труба; 13 — уплотняющий затвор

сы шириной 350 мм с переменной жесткостью по сечению. Это по­ зволяет обеспечить плотное прижатие затвора к стенке резервуа­ ра и надежное копирование всех отклонений стенки от проектно­ го положения в рамках допуска. Совместно с ВНИИПО (г. Балаши­ ха) были проведены испытания такого затвора на пожарную безо­ пасность и даны рекомендации на применение затворов в резервуарах для хранения нефти и нефтепродуктов. Госгортех­ надзором России выдано разрешение на серийное производство затворов мягкого типа ЗМП-1.

Понтон оснащен двумя противопожарными тросами 7диамет­ ром 6,4 мм, выполненными из нержавеющей стали, антивакуумным клапаном 8, который одновременно является люком-лазом, и кабелем 9 для снятия электростатических зарядов. В практике эксплуатации понтонов были случаи, когда в резервуар вместе с нефтью попадали газовоздушные пробки, что приводило к выб­ росам нефти на понтон. С целью сброса нефти с ковра понтонаус­ тановлены дренажные патрубки 10, которые погружены в нефть

99

на глубину, обеспечивающую гидрозатвор.

В нижнем положении понтон опирается на стационарную опору 11 из углеродистой стали, приваренную к днищу резервуа­ ра, в качестве опоры могут быть применены опорные стойки. Тех­ ническое решение по конструкции опоры нами было принято на основании опыта эксплуатации нефтяных резервуаров с учетом прогноза накопления твердых отложений на днище. Известно, что твердые парафинистые отложения неравномерно распределены на днище резервуара и достигают высоты более одного метра, по­ этому принято решение о том, что в нефтяных резервуарах вместо опорных стоек необходимо применять стационарную опору.

Данный резервуар был оснащен двумя направляющими тру­ бами 12 для ручного замера уровня и устройства уровнемера, по­ этому вокруг стоек были установлены уплотняющие затворы 13.

После года эксплуатации понтона было проведено экспертное обследование его технического состояния, показавшее его удов­ летворительную работоспособность. Плотность и прочность понтона соответствовали требованиям нормативных документов.

В зарубежной практике для оснащения нефтяных резервуа­ ров большой вместимости широкое распространение нашли алю­ миниевые купольные покрытия ячеистого типа.

Эти покрытия весьма технологичны при сборке, имеют малый вес. Кроме того, при применении алюминиевых понтонов и крыш вследствие их высокой коррозионной стойкости по сравнению со стальными крышами нет необходимости в использовании дорого­ стоящих антикоррозионных покрытий.

С учетом высокой эффективности этих крыш в АК "Транс­ нефть" и АО ВМН было принято решение о разработке проекта и технологии изготовления и монтажа алюминиевых покрытий для оснащения двух строящихся по листовой сборке резервуаров РВСП-20000 на НПС "Староликеево".

На рис. 2.35 приведен общий вид резервуара РВСП-20000 с отечественным купольным покрытием.

Новые решения по сооружению оснований резервуаров на нестабильных грунтах

Характерная особенность стальных резервуаров состоит в том, что масса жидкости, хранящаяся в них, значительно превы­ шает массу строительных конструкций. Нагрузка на основание

100