книги из ГПНТБ / Брейман, М. И. Инженерные решения по технике безопасности в пожаро- и взрывоопасных производствах

30 тыс. м3. Техническая характеристика резервуара такова: номи-

Рис. V.2. Схема опытного резервуара емкостью 30 000 м3.

-Dgfi-60700-

Рис. Ѵ.З. Схема опытного резервуара емкостью 50 000 м3:

метр— 47,4 м. Резервуар имеет металлический понтон с коробами

открытого типа и петлевым затвором. Крыша резервуара — сфе­ рическая. Корпус резервуара изготовлен из высокопрочной стали

марки 16Г2АФ.

На рис. Ѵ.З показана схема опытного резервуара емкостью

50 тыс. м3 с плавающей крышей.

Плавающая крыша имеет расположенные по периметру 32 ко­

роба-понтона трапециевидной формы. В нижнем положении она

260

покоится на трубчатых опорных стойках на отметке 1800 мм ОТ

днища, а при заполнении — поднимается вместе со стойками. По­

ложение плавающей крыши фиксируется двумя направляющими

из труб диаметром 500 мм, предназначенных для отбора проб и

замера уровня (на рисунке не показаны). Вода с плавающей

крыши отводится по дренажной системе, состоящей из стальных труб с шарнирами. Спуск с площадки на плавающую крышу про­ исходит по лестнице. Зазор между плавающей крышей и корпу­ сом резервуара по проекту составляет 200 мм (максимальный —

300 мм и минимальный—120 мм). Для герметизации кольцевого

зазора между плавающей крышей и корпусом применен мягкий

уплотняющий затвор РУМ-1.

Дальнейшее развитие отечественного резервуаростроения в на­ стоящее время направлено на проектирование и строительство ре­

зервуаров больших емкостей (до 100 тыс. м3 и более), преиму­ щественно новых типов, с плавающей крышей и понтоном с мак­

симальным применением индустриального метода рулонирования

и использованием высокопрочных сталей.

СНиП ІІ-П. 3—70 предусматривает следующие предельные объемы резервуаров: 120 тыс. м3 — для резервуаров с плавающей крышей; 50 тыс. м3 для резервуаров с понтоном; для резервуа­

ров со стационарной крышей (без понтона)—20 тыс. M3 при хранении ЛВЖ и 50 тыс. M3 при хранении горючих жидкостей.

К резервуарам повышенного давления относятся каплевидные

и сферические емкости типа ДИСИ и др. Промышленные испы­ тания по определению эффективности каплевидного резервуара

емкостью 2000 м3 в части сокращения потерь от испарения авто­

бензина при различных операциях проводились в осенний период

1958 г.

Дыхательный клапан был отрегулирован на избыточное дав­ ление 3000 мм вод. ст. и вакуум 130 мм вод. ст. Испытания пока­

зали, что при низких температурах окружающего воздуха потерь бензина от «малых дыханий» не было. Потери от «больших ды­

ханий» снизились на 33—48%.

Резервуары типа ДИСИ имеют емкость 400, 700, 1000 и 2000 M3

и рассчитаны на избыточное давление от 1300 до 2000 мм вод.

ст. и вакуум 30—50 мм вод. ст. Расположение поясов ступенча­

тое. C внутренней стороны стенки для увеличения устойчивости

при вакууме имеются кольца жесткости.

Стоимость резервуаров повышенного давления значительно вы­

ше стоимости вертикальных цилиндрических «атмосферных» ре­

зервуаров.

На многих химических и нефтехимических предприятиях боль­

261

При проектировании новых предприятий и реконструкции дей­

ствующих заводов химической и нефтехимической промышленно­ сти недостаточно учитывается положительный опыт нефтеперера­

батывающих предприятий по совершенствованию резервуарных парков для хранения нефти и нефтепродуктов. Такое положение

сложилось частично вследствие недостаточного выпуска техниче­ ской информации и слабого обмена опытом в области резервуа-

ростроения и хранения легковоспламеняющихся жидкостей. В по­ следнее время ЦНИИТЭнефтехим выпустил серию тематических

обзоров по этим вопросам, в которых содержится также обширная

библиография.

Поиск способов исключения потерь легковоспламеняющихся

жидкостей от испарения при их хранении в числе других реше­

ний привел к разработке конструкции резервуаров с эластичными

полимерными оболочками-вкладышами. Эта конструкция исклю­

чает вообще потери продукта от испарения.

Полимерная эластичная оболочка представляет собой мешок,

который вкладывается в пространство, образуемое несущими кон­

струкциями. Резервуары с полимерными оболочками-вкладышами могут быть наземными и подземными. Несущими конструкциями

резервуаров служат различные материалы — грунт, железобетон,

сталь и др.

Разработаны два типа резервуаров: цилиндрические и тран­

шейные.

Цилиндрические резервуары имеют предварительно напряжен­ ную стенку, купольное покрытие и грунтовое днище. Внутри этой

конструкции подвешивается цилиндрическая полимерная обо­

лочка.

Траншейные резервуары представляют собой котлованы, за­

крытые железобетонным перекрытием или легким перекрытием из полимерных материалов. В траншею свободно укладывается

оболочка-вкладыш (мешок), в котором хранится продукт. Траншея вырывается бульдозером. Ее глубина по отношению к поверхно­

сти земли относительно невелика — 2—3 м. Необходимо, чтобы дно траншеи было расположено выше уровня грунтовых вод. По кра­

ям траншеи насыпается реборда из грунта.

На рис. V.4 показана схема устройства траншейного резервуа­

ра с оболочкой-вкладышем.

Оболочки-вкладыши изготовляют из полимерных пленочных

материалов: резинотканевые и на основе совмещенного поли­

амида.

Проведенные испытания показали, что резервуары с эластич­ ными полимерными- оболочками-вкладышами отвечают требовани­ ям, предъявляемым для хранения легкоиспаряющихся жидкостей.

Строительство их экономически выгодно.

Дальнейшее внедрение этой конструкции резервуаров во мно­ гом зависит от освоения серийного производства полимерных обо­ лочек-вкладышей.

262

Широкое применение находят эластичные резервуары из поли­

мерных материалов небольшого объема. Например, освоен серий­

ный выпуск мягких эластичных резервуаров объемом 4 м3 для

хранения и перевозки автотранспортом автомобильных бензинов,

дизельного и реактивного топлива и нефтяных масел. Габаритные

размеры резервуара приняты из расчета возможности погрузки на железнодорожную платформу или в кузов автомобиля. У ре­ зервуара по углам имеются четыре металлические скобы, с по­

мощью которых он, после заполнения горючим, грузится в кузов

Рис. V.4. Схема устройства траншейного резервуара с оболочкой-вкладышем:

Í, 5 — жесткое перекрытие; 2 — оболочка-вкладыш; 3 — плавающие трубы; 4 — затвор; 6 — уплотняющий конец оболочки-вкладыша.

автомобиля или выгружается на грунт автокраном или другими погрузочными средствами.

Гарантийный ресурс, определенный для транспортирования

заполненного резервуара, составляет примерно 2500 км, а для погрузки и выгрузки 50 погрузо-разгрузочных циклов. Резервуары

испытывали в различных климатических зонах при температуре

окружающего воздуха от —35 до 50 0C. После 2—3 лет непрерыв­ ной эксплуатации резервуары находятся в удовлетворительном

состоянии.

В настоящее время серийно изготовляют резинотканевые ре­ зервуары емкостью 12, 25 и 50 м3.

Применение мягких резервуаров, кроме исключения потерь

нефтепродуктов от испарения, позволяет повысить коэффициент

использования автомобильного транспорта за счет увеличения ко­ личества перевозимого груза и ликвидации холостых пробегов.

ВСоветском Союзе ВНИИпромгаз проводил испытания по

хранению углеводородных топлив в шахтных подземных емко­

стях, сооружаемых в монолитных осадочных, метаморфических и

изверженных горных породах.

Вотложениях кембрийских глин были сооружены горизон­ тальная и вертикальная емкости по 500 м3 каждая.

263

Горизонтальная ёмкость была заполнена этилированным бен­

зином А-66, а вертикальная — дизельным топливом. Результаты

анализов проб бензина А-66, взятые из горизонтальной емкости,

спустя 2,5 года после залива практически совпали с данными

исходной пробы.

Производственный эксперимент подтвердил следующее:

при хранении нефтепродуктов в подземных емкостях, соору­

жаемых в кембрийских глинах, потерь бензина и дизельного

топлива от поглощения вмещающими породами почти не происхо­ дит;

залив емкостей нефтепродуктами практически не вызывает воз­

растания нагрузок на крепь; температурный режим характеризуется стабильностью и не

подвергается суточным и сезонным колебаниям, т. е. потери от «малых дыханий» отсутствуют;

заметного изменения товарных качеств нефтепродуктов не на­ блюдается.

Таким образом, результаты экспериментов указывают на тех­

ническую возможность строительства промышленных хранилищ нефтепродуктов в отложениях кембрийских глин.

В ФРГ и Франции за последнее время проявилась тенденция

строительства крупных подземных хранилищ для нефти и нефте­ продуктов.

В основном это объясняется следующими причинами:

поиском экономичных решений хранения больших запасов неф­ ти в связи с огромными размерами ее импорта (в 1970 г. ФРГ

импортировала 99 млн. т, а Франция—100 млн. т нефти) и же­

ланием создавать стратегические резервы;

высокой стоимостью земельных участков в промышленных

районах, т. е. именно там, где возникает необходимость соору­

жать крупные резервуарные парки.

Решению этой проблемы способствовало то обстоятельство, что в ФРГ и во Франции имеется несколько крупных месторождений каменной соли, удачно расположенных вблизи нефтеперерабаты­ вающих заводов, морских портов и трасс магистральных нефте­ проводов.

Первое подземное нефтехранилище такого типа вступило в

строй в 1969 г. во Франции. Полный объем хранилища, создавае­

мого в соляной формации Манрек, определен в 5 млн. м3.

В ФРГ в районе нефтегавани Вильгельмсхафен строится хра­ нилище общим объемом 2,7 млн. м3. Согласно некоторым сообще­ ниям емкость этого хранилища может быть доведена до 4 млн.

и даже до 6 млн. м3.

За рубежом находит применение подводное хранение нефти.

Строительство подводных хранилищ большой емкости непосред­ ственно на морском промысле делает ненужной прокладку нефте­

проводов к берегу. Кроме того, нефть из такого хранилища может перекачиваться в крупнотоннажные танкеры, которые из-за своих

264

размеров не могут заходить в порты. Такие хранилища снижают

пожароопасность.

Устранение или сокращение потерь легковоспламеняющихся

жидкостей путем применения эластичных полимерных оболочек, использования методов подземного и подводного хранения, по-ви- димому, перспективно, но пока еще не сделалось общепринятыми и не применяется в широких масштабах. В данное время весьма

актуальной по-прежнему остается задача повышения безопасно­

сти эксплуатации стальных наземных резервуаров.

Повышение безопасности эксплуатации стальных резервуаров

Стальные вертикальные цилиндрические резервуары принад­

лежат к числу ответственных металлических конструкций, рабо­

тающих в тяжелых эксплуатационных условиях.

Жесткость конструкции резервуаров, часто эксплуатируемых при значительных минусовых температурах, приводит к большим напряжениям в металле корпуса и в сварных соединениях, осо­ бенно в нижних поясах и узле сопряжения первого пояса с дни­

щем. В процессе эксплуатации резервуаров в отдельных случаях

наблюдается неравномерная осадка, деформация днища и корпу­ са, нарушения герметичности и другие повреждения. Кроме того, стальные резервуары от воздействия агрессивных продуктов под­

вергаются коррозии.

Основными причинами выхода из строя стальных резервуаров

являются:

значительная коррозия корпуса резервуаров при хранении в

них продуктов, агрессивных по отношению к стали;

нарушение правил технической эксплуатации резервуаров, в

частности превышение допустимой высоты взлива продукта, а

также превышение давления или образование недопустимого ва­ куума в газовом пространстве резервуара;

образование трещин в сварных дефектных швах, являющими­

ся концентраторами напряжений, особенно опасных в нижнем по­

ясе и его сопряжении с днищем резервуара;

склонность основного металла корпуса резервуаров, сваренных из «кипящей» стали, к хрупкому разрушению в условиях резкого перепада температур хранимого продукта и окружающего возду­ ха в районах с низкой температурой и сильными ветрами;

неравномерная осадка резервуаров в процессе эксплуатации,

особенно в районах с неустойчивыми грунтами и при вибрации корпуса при проведении технологических операций.

При анализе работы резервуара зачастую условно принимают для всего резервуара некоторую среднюю его температуру за фактическую. Однако нужно иметь в виду, что теплопотери через корпус и днище резервуара значительно отличаются друг от дру­

га. Если корпус омывается холодными потоками воздуха, то дни-

265

ще соприкасается со слоем грунта, который является относитель­

но хорошим теплоизолятором и затрудняет теплопередачу от

хранимого продукта. В резервуаре образуется несколько темпе­

ратурных зон: корпус и часть остывшего продукта имеют темпе­

ратуру, близкую к температуре окружающего воздуха, нефтепро­ дукт на некотором расстоянии от стенок корпуса имеет более

высокую температуру, а между ними существует некоторая пере­

ходная зона. В восточных районах страны температура окружаю­

щего воздуха в зимнее время достигает —35—40 °С, а нефтепро­ дукт, перекачиваемый по магистральным трубопроводам, имеет

температуру 8—9°С. Таким образом, разность температур дости­ гает 43—49 °С. На нефтеперерабатывающих заводах при поступ­

лении в резервуар нагретых продуктов разность температур мо­

жет превышать 100oC.

За счет разности температурных расширений в корпусе резер­ вуара возникают разрушающие напряжения, определяемые соот­

вызвать нарушение целостности. При росте разности температур

напряжения соответственно увеличатся. Авторами работы [51]

зафиксировано несколько случаев подобных нарушений целост­

ности.

В зимний период 1958 г. на одной из перекачивающих станций

Петропавловского нефтепромыслового управления появилась тре­

щина в первом поясе резервуара емкостью 5000 м3, заполненного нефтью на высоту 6 м и работающего в режиме параллельного

подключения с малым изменением взлива. В ночь, когда произош­

ло разрушение, было сильное похолодание с ветром. При осмотре

места повреждения после зачистки установлено, что трещина рас­

пространилась вдоль корпуса на 1200 мм по основному металлу,

захватив уторный шов. Ширина трещины в нижней части достиг­ ла 6 мм.

Аналогичные нарушения зафиксированы также на нефтепере­

рабатывающих заводах и в более позднее время.

Для нормальной работы резервуаров необходимо обеспечить минимальную разность температур между днищем и корпусом, по

266

крайней мере в пределах первого пояса. Это может быть достиг­ нуто за счет тепловой изоляции первого пояса, а также подвода нефтепродукта с положительной температурой в зону уторного

шва, путем парового обогрева шва, уменьшением перепада темпе­

ратур хранимого продукта и окружающего воздуха (понижением температуры продукта).

Внешний осмотр является одним из основных методов опре­

деления технического состояния резервуара. При осмотре выяв­

ляются такие дефекты, как трещины, плены, коррозионные по­ вреждения, волосовины, царапины, расслоения, следы усадочной

раковины, вмятины, неметаллические включения, заусенцы, оспи­

ны, рваные кромки, закаты и др. Например, при обследовании и

комплексной дефектоскопии в 17 вновь смонтированных резервуа­

и горизонтальных швов первого и второго поясов. При этом уста­

новлено, что в резервуарах, изготовленных с применением авто­ матической сварки, протяженность дефектных швов оказалась

значительно меньшей.

В работе [51] сообщаются данные об анализе причин полного

или частичного разрушения резервуаров, изготовленных из стали

марки МСтЗкп. Из 262 случаев трещинообразования, происшед­

ших в 115 резервуарах, 238 трещин были по сварным швам, что составляет 91% от общего их числа, 20 случаев, т. е. 7,65%, ока­

залось на уторных уголках и 4 случая, т. е. 1,35%,—-по основно­

му металлу.

Из 17 случаев полного разрушения резервуара в 14 случаях,

Приведенные данные показывают, что главная причина раз­

рушения резервуаров из стали МСтЗкп заключалась в неудовлет­ ворительном качестве сварки, а не основного металла. Это под­

тверждается также и тем, что известны случаи разрушения ре­ зервуаров и при положительных температурах. Например, на од­ ной из перекачивающих станций в мае месяце при температуре воздуха 18 0C и тихой безветренной погоде в ходе испытания по­

сле капитального ремонта разрушился резервуар РВС-4600, изго­

товленный из стали МСтЗкп.

Днища стальных резервуаров подвергаются коррозии с внут­ ренней стороны при агрессивности хранимого продукта и с внеш­

ней стороны от воздействия почвы или блуждающих токов.

Почвенная коррозия — постоянно действующий фактор и ин­

тенсивность ее при прочих равных условиях зависит только от

собственной коррозионной агрессивности почвы.

Коррозия, вызываемая блуждающими токами, возможна толь­

ко при наличии внешних электрических полей, которые возника-

267

іот вблизи путей электрифицированного железнодорожного транс­

порта, заземляющих устройств источников постоянного тока, ли­ ний электропередач и в других случаях. Интенсивность коррозии

от блуждающих токов может во много раз превосходить интен­ сивность почвенной коррозии и разрушать днище резервуара за

1—2 года.

При наличии нескольких резервуаров, соединенных между со­

бой трубопроводной системой, макрогетерогенность почвы приво­ дит к образованию коррозионной макропары, интенсивность дей­

ствия которой зависит от ряда факторов: разности между потен­ циалами днищ резервуаров, катодной и анодной поляризуемости, удельного сопротивления грунтов, состояния изоляционного по­

крытия и пр.

На днищах стальных наземных резервуаров, находящихся в

контакте с почвой, за счет различной ее кислородной проницае­ мости создаются микропары неравномерной аэрации. Край дни­ ща, доступ кислорода к которому свободен, становится катодом и не корродирует. Далее, на расстоянии 0,25—0,5 м от края, где доступ кислорода затруднен, образуется анодная зона в виде по­ яса шириной от 1 до 2 м (в зависимости от диаметра днища),

подверженная наибольшей коррозии.

Известны и другие причины образования коррозионных мик­

ропар; наличие окалины на поверхности металла; соприкоснове­

ние поверхности днища с различной по составу почвой; образо­

вание «хлопунов» между днищем и почвой.

скольку со временем они теряют первоначальные свойства. При­

менение гидрофобизированных оснований (песок и связывающие

продукты: мазут, нефть, битумы и др.) дает несколько лучшие ре­ зультаты. Наряду с перечисленными пассивными методами защи­ ты днищ резервуаров от коррозии известны активные методы —

катодный, протекторный и электродренажный. Сущность первых

двух методов заключается в использовании катодной поляризации

для прекращения коррозионных процессов.

Принципиальная схема катодной защиты днища стального ре­

зервуара приведена на рис. Ѵ.5. Следует иметь в виду, что приме­ нение катодной защиты ограничено по условиям техники безопас­

ности (по требованиям взрывобезопасности).

Правила защиты подземных металлических сооружений от подземной коррозии CH 266—63 регламентируют минимальный защитный потенциал, равный —0,87 В по медносульфатному элек­

троду сравнения (МСЭ).

Протекторная защита стальных днищ резервуаров основана на

принципе работы гальванического элемента. Вследствие разности

потенциалов между протектором и защищаемым резервуаром при

268

замыкании их металлическим проводником в цепи появляется ток,

при этом протектор является анодом и постепенно разрушается.

В настоящее время чаще всего применяют протекторы из магния,

алюминия, цинка и их сплавов.

Для стабильной и более эффективной работы протектор по­ мещают в активатор, который способствует поддержанию посто­

янной разности потенциалов меж­ ду сооружением и протектором.

Схемы протекторной защиты по­ казаны на рис. V.6.

Вработе В. Н. Глазкова и др.

[52]излагаются основы проекти­ рования электрохимической за­ щиты резервуаров от почвенной

коррозии и приводится характе­

ристика оборудования электро­ химической защиты днищ резер­ вуаров.

Применение электрохимиче­ ской защиты в резервуарном пар­ ке обязательно согласовывается

с местной службой противопо­

жарной охраны.

щественными недостатками,. которые ограничивают их примене­ ние для изоляции резервуаров в связи с большими габаритами

последних. Для покрытия поверхности резервуаров этими мате­ риалами требуется сооружение дорогостоящих лесов и подготовка

поверхности резервуара под изоляцию.

Вследствие постоянной деформации корпуса резервуаров от

часто изменяющегося гидростатического давления в нем жидко­

сти и от изменения его теплового режима изоляция резервуара

растрескивается и холодный наружный воздух поступает через трещинки в пространство между корпусом резервуара и изоля­ цией. При соприкосновении холодного воздуха с теплой стенкой

резервуара из воздуха выпадает влага и происходит «запарива­

ние» стенок с усиленной коррозией металла корпуса резервуара. Это явление очень опасно и может быстро вывести резервуар из строя и даже привести к его разрушению, так как наблюдать за

процессом коррозии не представляется возможным. Все эти не-

269