книги из ГПНТБ / Гофман-Захаров П.М. Проектирование и сооружение подземных резервуаров - нефтегазохранилищ

дно котлована было выше уровня грунтовых вод, особенно в рых­ лых грунтах. По краям котлована насыпается реборда из грунта, верх которой располагается на 7—10 м выше отметки дна котло­ вана. Реборда окружает котлован, диаметр которого может до­ стигать нескольких сот метров.

Чтобы избежать потерь тепла через реборду, на ней преду­ смотрен слой теплоизоляции из пеностекла, которое наносится путем полива с наружной стороны реборды. Сверху ре­ зервуар закрыт плавающей крышей в виде диска. По пе­ риферии диска имеется гер­ метизирующее кольцо, смон­ тированное между краями диска и краем реборды.

Плавающая крыша имеет на диске концентрически расположенные гофры.

Величина и количество гофр подобраны таким образом, чтобы крыша поднима­

лась и опускалась на всю глубину котлована. Один из вариантов узла сочленения плавающей крыши с ребордой показан на рис. 91.

На периферии плавающей крыши 6 расположены гофры 5. Толщина крыши 20—40 см, ее изготовляют из двух герметичных пленок, между которыми предусматривается слой теплоизоляции (порошкообразной, гранулированной или волокнистой). Гофры укрепляются на кольцевых концентрических поплавках 3. По верху реборды проходит желоб 2. Гофры сверху закрываются эластичной пленкой 4. Пунктиром показано нижнее положение плавающей крыши при частичном заполнении резервуара. Гофры при этом деформируются и располагаются по откосу стенки ре­ зервуара. Пространство между гофрами и защитной оболочкой 4 заполняется азотом или другим инертным газом.

Предложенный резервуар работает под небольшим давлением, меньшим, чем обычные резервуары для жидкого газа. Чтобы увеличить внутреннее давление, крышу следует загрузить сверху слоем песка или воды толщиной несколько сантиметров. Дно кот­ лована и его боковые откосы покрывают тонким слоем бетона или гравия. Можно также намораживать на дне и откосах-котло­ вана тонкий слой льда вместо бетона или гравия, чтобы избежать непосредственного контакта хранимой жидкости с грунтом.

Если дно котлована не имеет слоя теплоизоляции, то замерза­ ние грунта происходит при первом же заполнении резервуара, что связано с интенсивным испарением сжиженного газа. При наличии слоя теплоизоляции на дне котлована промерзание грунта происходит медленнее, что позволяет улавливать пары хранимых сжиженных углеводородов.

В желобе 2 предусматривается перегородка /, закрепляемая по контуру плавающей крыши. Желоб заполняется водой, которая замораживается циркулирующим по кольцевому трубопроводу холодным сжиженным газом. Перегородка 1 при этом вмерзает в лед, чем обеспечивается герметичность сочленения крыши с ре­ бордой котлована.

§5. Подводные хранилища нефти и нефтепродуктов

Впоисках наиболее эффективных типов хранилищ нефти И нефтепродуктов зарубежные специалисты все большее внимание уделяют конструкциям подводных резервуаров.

Всравнении с подземными хранилищами они характеризуются следующими отличиями: легкостью конструкции, обусловленной значительным уменьшением нагрузки на резервуар (разность давлений воды и продукта, как правило, не превышает 10—20% от нагрузки на наземные и подземные резервуары); возмож­ ностью применения железобетонных резервуаров для хранения светлых нефтепродуктов без специальных облицовок ( П Р О Т И В О ­ давление воды исключает возможность проникновения нефтепро­ дуктов через бетон); отсутствием накопления на элементах кон­ струкций подводных резревуаров статического электричества; высокой степенью пожаро- и взрывобезопасности; практическим отсутствием потерь легких фракций нефтепродуктов в связи с не­ значительными объемами газового пространства; высокой взрывостойкостью конструкций подводных резервуаров.

В некоторых случаях, по-видимому, вполне целесообразно рас­ сматривать возможность сооружения подводных резервуаров в прибрежных зонах районов производства и потребления нефте­ продуктов.

С 1957 г. в США разрабатывают подводные нефтехранилища емкостью 1600 м3 — 160 тыс. м3, используемые на глубине до 90 м.

Подводное нефтехранилище емкостью 80,0 тыс. м3 /СОСТОИТ из двух резервуаров. Нижний, подводный резервуар, представляет

90 м, представляющий собой цилиндрическую колонну или фер­ му; через него пропущена система трубопроводов для закачки продукта. На стояке установлен верхний резервуар прямоуголь­ ной формы, имеющий возможность перемещаться вдоль стояка в вертикальном направлении. На площадке верхнего резервуара расположено вспомогательное и обслуживающее оборудование.

При порожних резервуарах хранилище имеет положительную плавучесть и может транспортироваться к месту использования как баржа-плоскодонка; при этом верхний резервуар опущен на нижний. Коэффициент устойчивости конструкции в транспортном положении выше, чем у большинства судов.

При установке хранилища нижний резервуар заполняется мор­ ской водой. Конструкция поддерживается на плаву с помощью верхнего порожнего резервуара. Спуск осуществляют с по­ мощью специальных домкратов, обеспечивающих возможность перемещения верхнего резервуара относительно стояка вверх и вниз.

После того как нижний резервуар опустился на дно, верхний с подошью этих же домкратов поднимают над водой для умень­ шения волновых воздействий на конструкцию. Затем домкраты удаляют и верхний резервуар приваривают к элементам стояка для образования жесткой конструкции.

Для предотвращения размывания грунта, а также случайных перемещений конструкции предусматривают установку на дно нижнего резервуара стальных «юбок», расположенных в виде решетки. При опускании на дно эти «юбки» внедряются в грунт, предохраняя конструкцию от перемещений. При возможном раз­ мыве дна в месте установки хранилища предусматривается устройство под нижним резервуаром каменной отсыпи.

Нефть подают в верхний резервуар. При заполнении храни­ лища нефть в верхнем резервуаре отстаивается не менее суток для удаления различных включений.

После заполнения верхнего хранилища нефть по перепускному трубопроводу переливается через стояк в нижний резервуар, вы­ тесняя балластную воду. Операцию выполняют при постоянном контроле положения поверхности раздела жидкостей.

Высоту положения верхнего резервуара выбирают таким обра­ зом, чтобы гидростатическое давление столба нефти не могло вытеснить всю воду из нижнего резервуара и вызвать загрязнение водоема.

При разгрузке хранилища нефть выкачивают из нижнего ре­ зервуара при одновременном заполнении его балластной водой. При необходимости балластная вода также может быть удалена из резервуара, и после подтягивания нижнего резервуара на по­ верхность конструкция может буксироваться к новому месту экс­ плуатации.

Запатентован метод сооружения подводных резервуаров (па­ тент № 3438204, США), предназначенных для хранения нефте­ продуктов, не смешивающихся с водой. На дне моря сооружается основание резервуара. Если дно сложено из прочных устойчивых грунтов, то таким основанием может быть бетонная плита (рис. 92). При более слабых грунтах основание резервуара должно обладать определенной эластичностью, допускающей усадку или перемещение подводного грунта.

На основании / создается куполообразная насыпь, причем для ее создания могут быть использованы щебень, крупный камень, металлолом и другие отходы производства; основное требование к этим материалам заключается в том, что они не должны взаи­ модействовать с хранимыми нефтепродуктами и должны быть

тяжелее воды. Созданный таким образом купол должен иметь пористость не менее 30%.

Сверху купол покрывают защитным слоем 2 толщиной от 8 до 30 см. Материал, из которого выполнен защитный слой, должен быть непроницаемым для нефтепродуктов и быть достаточно эла­ стичным для того, чтобы передавать действующие на него на­ грузки на основание резервуара или на купол.

Рис. 92. Подводный резервуар с пористой насадкой и эластич­ ной кровлей.

Защитное покрытие 2 целесообразнее всего выполнять много­ слойным. Для этой цели можно использовать листовой неопрен толщиной от 3 до 5 мм. Неопрен с удельным весом от 1,4 до 1,5 т/м2 имеет прочность на разрыв 140 кг/см2 и относительное удлинение от 300 до 400%. Кроме неопрена, могут применяться битум и специальные сорта портландцемента.

Нефтепродукты хранятся в резервуаре на водяной подушке. Закачивают нефтепродукты в резервуар по трубопроводу 8, а от­ бирают их из него погруженным насосом, подающим нефтепро­ дукты по трубопроводу 3. Уровень воды в резервуаре регули­ руется с помощью клапанов 7 и 5, связанных с датчиком уровня нефтепродукта 9. Если уровень нефтепродукта в трубопроводе 8 достигает максимально допустимой величины, то импульс дат­ чика воздействует на клапан 5, он открывается и в трубопровод 4 начинает поступать газ, который методом газлифта выносит из резервуара воду, выливающуюся через патрубок 6. Если необ-

ходимо поднять уровень воды в резервуаре, то открывается кла­ пан, и в него поступает вода.

В 1966 г. (патент № 3429128, США) предложена конструкция подводного резервуара для хранения нефти в районе ее подвод­ ной добычи. При установке таких резервуаров исключается про­ кладка подводных трубопроводов для перекачки нефти в берего­ вые хранилища, и погрузка нефти в танкеры большого тоннажа производится без специально оборудованных причалов.

Резервуар сооружают на берегу и в готовом виде буксируют к месту установки. Экономически целесообразна установка резер­ вуаров емкостью 16,0 тыс. м3 и более. Конструкция резервуара обеспечивает его плавучесть и устойчивость при буксировании и установке. Устойчивость резервуара обусловливается сохране­ нием величины А в формуле

Д — расстояние от днища до центра тяжести.

Резервуар представляет собой конструкцию из двух сосудов

Рис. 93. Двухполостной подводный резервуар.

порную горловину 7, крепится сферическая крыша 10 внешнего сосуда. Сосуд 8 представляет собой цилиндр с днищем. Вверху стенка через конус крепится к горловине 7, закрытой сверху вре­ менно устанавливаемым колпаком /.

Напорная горловина 7 при установленном на грунт резер­ вуаре должна возвышаться над уровнем моря, чтобы обеспечить необходимый напор столба нефти для вытеснения воды из резер­ вуара.

Сферическая крыша, образующая второй сосуд, крепится к верху цилиндра с помощью усиливающего кольца 9. Для ре­ зервуара емкостью 79,5 тыс. ж3 диаметр сосуда 8 может быть

24.4м, диаметр горловины 6,1 м, высота сосуда без горловины

30.5м, радиус сферической крыши 54,9 м. Листы сферической крыши 10 усиливаются радиальными и концентрическими реб­ рами жесткости. Сферическая крыша крепится к утяжеленной бетонной цилиндрической стенке 8 с внутренней и внешней ме­ таллической облицовкой. Утяжеленная внешняя стенка резер­ вуара обеспечивает снижение центра тяжести конструкции ниже

9,1 м, диаметр ее 76,2 м, высота сферической крыши 14,7 м. От стенки 19 до грунта опущена «юбка» 17 с опорой 16: Для усиле­ ния стенки И против боковых сдвигов установлены радиальные трубы 15 от «юбки» 17 до стенки 11. Для прохождения жидкости внизу резервуара предусмотрены трубы 14 с экраном для предот­ вращения завихрений. Внешний сосуд может быть выполнен без днища и тогда трубы 14 не устанавливаются.

Для удаления воздуха из внешнего сосуда при установке ре­ зервуара на грунт укладывают шесть-восемь труб, проходящих через горловину и воздушную полость внешнего сосуда. Клапан 2 устанавливают для регулирования потока воздуха. Для подачи воздуха во внутренний сосуд имеется воздушная линия 3 с кла­ паном 4. Для подачи воды во внутренний сосуд установлена ли­ ния 6 с клапаном 5.

Заполненный воздухом резервуар буксируют к месту уста­ новки. За счет удаления воздуха из внешнего сосуда последний заполняют водой и резервуар погружают. Для полного погруже­ ния резервуара внутренний сосуд также заполняют водой. Таким образом обеспечивается регулируемое погружение резервуара без потери его устойчивости.

После установки резервуар фиксируется на грунте с помощью свай 13. Затем колпак / удаляется. При открытии люков 20 внеш­ ние и внутренние сосуды сообщаются через отверстия 18.

Для заполнения резервуара нефть подается в горловину 3. Под действием столба нефти вода из резервуара вытесняется, и по­ следний заполняется нефтью. Для регулирования заполнения ре­ зервуара нефтью можно применить любую существующую конт­ рольную систему, предотвращающую его переполнение.

В 1960 г. в США была запатентована целая серия нефтяных цилиндрических резервуаров, предназначенных для строитель-

ства в неглубоких искусственных и естественных водоемах и на болотах.

Один из таких резервуаров представлен на рис. 94.

Резервуар сооружается в искусственном водоеме. На выров­ ненном дне водоема устанавливают изогнутую П-образной фор­ мы металлическую трубу 2, один конец которой заякорен путем

снасосом.

Ктрубе 2 прочно прикрепляется складывающийся контейнер 6

соткрытым днищем. Контейнер сделан из эластичного непрони­ цаемого армированного материала. Нижний край контейнера при помощи тросов 5 прикреплен к железобетонному анкерному поясу 7, который обеспечивает неподвижность резервуара в гори­ зонтальном и вертикальном направлении.

в контейнер. Отбор нефти из контейнера производят под давле­ нием воды, которая вытесняет нефть через сопла 3 и трубы 4 и 2 к насосу наверх.

Основным недостатком подводных донных резервуаров яв­ ляется трудоемкость и сложность сооружения якорных устройств. В этом смысле значительный интерес могут представлять типы подводных резервуаров с переменной плавучестью. Эти конструк­ ции не требуют мощных якорных устройств и могут крепиться ко дну или к берегу с помощью легких фиксирующих тросов.

Рассмотрим варианты конструкций резервуаров, входящих в эту группу.

Стальное хранилище с переменной плавучестью состоит обычно из цилиндрического корпуса и кровли. К наружной поверхности корпуса с определенным шагом крепят поплавки на уровне, при котором отношение высоты части резервуара, находящейся над поплавками, к полной высоте резервуара будет приблизительно пропорционально отношению удельных весов хранимого про­ дукта и воды. При помощи поплавков резервуар поддерживается на плаву как в заполненном, так и в опорожненном состоянии.

Нефть или нефтепродукты хранятся непосредственно на водя­ ной подушке. Во избежание переполнения резервуара и выброса нефти в открытый водоем рекомендуется заполнять резервуар только на величину, равную 4/s высоты его корпуса.

Существует модификация описанной конструкции резервуара, отличающаяся наличием специальной диафрагмы. Диафрагма, изготовляемая из эластичного водо- и нефтенепроницаемого ма­ териала, служит для разделения хранимого продукта и воды. Она герметично закреплена на внутренней стенке резервуара на уровне, отстоящем от нижнего обреза корпуса на величину, рав­ ную половине расстояния между уровнем воды в водоеме и ниж-

ним обрезом корпуса. При изменении количества хранимого про­ дукта диафрагма либо складывается, либо растягивается. Гори­ зонтальное положение диафрагма занимает в том случае, когда уровень хранимого продукта таков, что его вес уравновешивается действующим гидростатическим давлением воды, окружающей

Рис. 95. Резервуар с плава­

Известны также конструкции резервуаров, аналогичные выше­ описанным, поддерживаемые на плаву с помощью плавающей камеры. Плавучая кольцевая камера одновременно служит коль­ цом жесткости, воспринимающим часть усилий, действующих на оболочку резервуара.

Верх ее и нижнее днище крыши усилены фермами типа стропиль­ ных. Высоту плавающей крыши определяют из условия обеспече­ ния ее плавучести. В центре крыши предусмотрен жесткий верти­ кальный патрубок 3, проходящий через всю толщу крыши и при­ варенный к верхнему и нижнему днищам. Через этот патрубок выполняют закачку и забор продукта.

В эту же серию входит резервуар для хранения жидкостей тяжелее воды акватории (рис. 96). Гидростатическое давление воды в водоеме используется для частичной компенсации усилий в корпусе резервуара, вызываемых давлением более тяжелого, чем вода, продукта. Резервуар имеет коническую кровлю 2, яв­ ляющуюся одновременно и верхним днищем понтона, жестко связанного с корпусом /. Нижнее днище 3 понтона плоское. Ре­ зервуар имеет кольцо жесткости 4, укрепленное на наружной поверхности корпуса.

нию удельных весов хранимого продукта и воды. Для повышения надежности конструкции рекомендуется располагать кольцо не­ сколько выше, приведенных соотношений.

На рис. 98 приведена конструкция стационарного резервуара, рассчитанного на те же условия, что и резервуар, изображенный на рис. 97. Отличительной особенностью этого резервуара яв-

ляется необычная конструкция диафрагмы. Резервуар имеет жесткий корпус /, коническую крышу 3 с люком-лазом 2, опор­ ное кольцо 4, через которое резервуар опирается на сваи 5, погру­

состоит из цилиндрической части в виде складных мехов 7, вы­ полненной из эластичного материала, и жесткого дна 6. Диа­ фрагма при заливе в емкость продукта растягивается или сжи­ мается в вертикальном направлении. Место крепления цилиндри­ ческой части диафрагмы выбирают таким образом, чтобы она полностью складывалась при полном отборе из емкости нефте­ продукта. В этом случае уровень воды в резервуаре, на поверх­ ности которой будет лежать дно диафрагмы, будет находиться на одном уровне с поверхностью воды снаружи резервуара в во­ доеме.

Цилиндрическая часть диафрагмы состоит из соединенных друг с другом эластичных кольцевых элементов, которые в попе­ речном сечении (в растянутом состоянии) имеют V-образный про­ филь. Каждый кольцевой элемент имеет верхний выступ, к кото­ рому присоединяется нижний край вышележащего кольцевого элемента. Самый нижний кольцевой элемент имеет вспомогатель­ ный кольцевой выступ, к которому крепится жесткое днище. Кольцевые элементы могут изготавливаться из пластмассовых или стальных тонколистовых элементов V-образного профиля.

Описанная диафрагма может быть использована как основной элемент нестационарного плавающего резервуара. На рис. 99