Tetti a cupola in alluminio per la sicurezza delle raffinerie: casi di carico di tenuta e ispezione
Creato il 09.04
Tetti a Cupola in Alluminio per la Sicurezza delle Raffinerie: Casi di Carico di Tenuta e Ispezione
Un tetto a cupola in alluminio per la sicurezza delle raffinerie è un involucro strutturale il cui compito è mantenere sotto controllo lo spazio di vapore: contenere la fascia di pressione, proteggere il serbatoio da pioggia e neve, mantenere la tenuta sul mantello e resistere alle condizioni di vento e neve del sito. Fa riferimento alla norma AWWA D108 o API 650, con i carichi di vento e neve ricavati da ADM 2015 o ASCE 7-10. Dove il mantello è un sistema bullonato, il tetto è un assemblaggio bullonato e guarnito sull'ultimo corso anziché una lamiera saldata. I tre elementi che determinano le prestazioni sono il dettaglio della tenuta mantello-tetto, il dimensionamento dello sfiato e della valvola di relief pressione-vuoto in base alla velocità di respirazione del serbatoio, e l'ispezione della giunzione e della guarnizione a ogni fermata.
Un tetto a cupola su un serbatoio di raffineria è un'apparecchiatura di sicurezza che di solito viene specificata come struttura. Il serbatoio può contenere un idrocarburo volatile, una corrente di acqua acida o un prodotto con un limite di emissione di vapori, e il tetto è la parte del recipiente che interagisce con l'atmosfera tutto il giorno: respira con il livello del liquido, raccoglie pioggia e neve, subisce la spinta del vento a ogni raffica e sopporta qualunque pressione di vapore il processo gli imponga. Specificarlo come una lamiera con una pendenza trascura le quattro cose che contano davvero. Questo articolo tratta i casi di carico, l'interfaccia tra tenuta e sfogo, la scelta dei materiali per un sito di raffineria e la routine di ispezione.
Casi di carico e la norma di riferimento
Il tetto deve essere verificato per quattro casi di carico contemporaneamente, e non tutti spingono nella stessa direzione. La gravità e il carico neve sollecitano il tetto verso il basso; il vento applica sollevamento e aspirazione; la pressione interna lo spinge verso l'alto se la superficie di sfogo è sottodimensionata; e gli effetti sismici e di cedimento si trasmettono attraverso l'anello di collegamento mantello-tetto. Il riferimento per la geometria della cupola e il suo comportamento strutturale è AWWA D108 o API 650, con i casi di vento e neve tratti da ADM 2015 o ASCE 7-10. Le combinazioni di carico sono ciò su cui si concentrerà una revisione di raffineria, perché un tetto progettato per un solo caso spesso cede nella combinazione: neve piena più vento forte, oppure un accumulo parziale di neve contro una struttura adiacente più un caso di vuoto interno completo.
L'uplift è il caso che coglie di sorpresa. Una cupola con un cono rigido e una pelle leggera può sollevarsi al piede in una raffica lineare mentre il serbatoio è in depressione, cosa che accade dopo un pompaggio, durante un lungo arresto, o in una notte calda quando il vapore condensa. Ecco perché l'ancoraggio al mantello è dimensionato per la combinazione e perché i bulloni del piede e il loro schema di serraggio contano più dello spessore della lamiera. Dove il tetto è un sistema a doppia membrana invece di una cupola rigida, la membrana interna sopporta la pressione interna nominale di circa 2–3 kPa e la membrana esterna affronta le condizioni atmosferiche, il che sposta la questione dell'uplift sull'ancoraggio della membrana.
La tenuta guscio-tetto e l'interfaccia di sfiato
Il sigillo sull'anello superiore è il punto in cui un tetto a cupola smette di essere una struttura e diventa un confine di sicurezza. Che il tetto sia costituito da pannelli rigidi in alluminio imbullonati all'anello superiore, oppure da un sistema a membrana, l'interfaccia deve essere continua e ispezionabile. Un giunto a flangia imbullonato con guarnizione offre al proprietario un giunto che può essere aperto, ri-guarnito e ri-serrato durante un fermo impianto; una saldatura continua no. Il materiale della guarnizione deve essere adatto a un ambiente con vapori di idrocarburi e all'intervallo di temperature del sito, e i bulloni di grado 8.8 in un sistema con inibitori di corrosione mantengono il giunto integro per l'intero ciclo di pressione.
Lo sfiato è la seconda metà del confine. Un serbatoio di stoccaggio non è un recipiente in pressione: respira, e lo sfiato deve lasciar passare la portata di respirazione senza sovra- o sotto-pressurizzare il tetto. La portata di respirazione è determinata dalla portata di riempimento e di pompaggio, dall'escursione termica giornaliera e, in un sito di raffineria, da qualsiasi bilancio di vapore imposto dal processo. Dimensionare la protezione di pressione e di vuoto sul picco, non sulla media, e convogliarla attraverso un arrestatore di fiamma dove lo spazio di vapore contiene una miscela infiammabile. L'arrestatore di fiamma rientra nella portata fin dall'inizio, perché installarlo a posteriori in un camino di sfiato esistente significa una nuova penetrazione attraverso il tetto.
Materiale e corrosione in un sito di raffineria
L'alluminio viene scelto per il peso, la resistenza alla corrosione e la movimentazione senza scintille, ma i materiali dell'interfaccia contano. Una cupola in alluminio conforme a AWWA D108 o API 650 è leggera, il che riduce il carico sull'ultimo corso del mantello e sull'ancoraggio, e resiste bene alla corrosione atmosferica in un ambiente di raffineria dove il tetto è esposto a zolfo e sale. Dove è presente cloruro in una raffineria costiera, verificare la lega rispetto all'atmosfera del sito anziché dare per scontato, perché un problema di vaiolatura sui fissaggi del tetto è un problema di fermo impianto.
L'esposizione alla corrosione non è solo esterna. Lo spazio di vapore di un serbatoio di raffineria contiene acido solfidrico, vapore acqueo e occasionalmente condensa acida, quindi la parte inferiore del tetto vede un ambiente diverso rispetto alla parte superiore. La soluzione pratica è trattare la parte inferiore come una superficie rivestita o protetta con un'ispezione definita, e assicurarsi che i materiali della guarnizione e degli elementi di fissaggio siano compatibili con il vapore, non solo con la pioggia. Dove il fluido è una corrente acida, ricordare che il rivestimento in smalto dell'interno del serbatoio gestisce il lato liquido, mentre il tetto necessita di un proprio sovraspessore di corrosione e di una strategia di protezione per la fase vapore.
Specifica Tecnica
Parametro | Valore Tipico / Intervallo | Nota |
Riferimento cupola | AWWA D108 / API 650 | comportamento strutturale e geometria |
Carico di vento e neve | ADM 2015 / ASCE 7-10 | casi specifici del sito |
Fascia di pressione interna | alcuni kPa, nominale 2–3 kPa per membrana | dispositivo di sicurezza richiesto |
Connessione tetto-parete | giunto a gonna bullonato con guarnizione | ispezionabile e con guarnizione sostituibile |
Grado dei bulloni | bulloni di grado 8.8 | connessione inibita alla corrosione |
Arrestatore di fiamma | sulla linea di sfiato | richiesto dove il vapore è infiammabile |
Dimensionamento dello sfiato | rilievo di pressione e vuoto alla portata di respirazione di picco | velocità di riempimento più variazione termica |
Opzione membrana | membrana esterna per agenti atmosferici, membrana interna per pressione | più leggero sul corso superiore |
Guarnizione | materiale verificato per vapore di idrocarburi e temperatura | anni in servizio |
Sovraspessore di corrosione | parte inferiore trattata come superficie in fase vapore | H₂S e condensa umida |
Rivestimento in smalto, interno del serbatoio | inerte su pH 1–14 | lato liquido, non il tetto |
Vita utile di progetto | almeno 30 anni | nell'ambito del servizio di raffineria specificato |
Ispezione e manutenzione che mantengono il tetto a tenuta
Un programma di ispezione della copertura a cupola di una raffineria è breve e specifico, e vale la pena inserirlo nell'ambito dello shutdown piuttosto che lasciarlo al giudizio degli operatori. A ogni shutdown: percorrere la copertura, verificare la presenza di deformazioni o cricche sul giunto di saldatura e sul giunto del mantello, controllare la guarnizione sul mantello e su ogni portello di accesso, verificare lo stato e la coppia di serraggio dei bulloni, controllare lo sfiato e la valvola di sicurezza pressione-vuoto per quanto riguarda la taratura e l'ostruzione, e verificare l'elemento parafiamma e il suo scarico. Tra uno shutdown e l'altro, le voci di competenza dell'operatore sono lo scarico sullo sfiato, il percorso di drenaggio della copertura dopo ogni tempesta e qualsiasi segno di trasudamento sull'ultimo corso dopo forti piogge.
Due guasti dominano la storia dei tetti a cupola ed entrambi sono rilevabili prima che diventino perdite. Il primo è una gonna deformata a causa di un cumulo di neve non gestito o di un impatto, che poi lascia aprire il giunto e fuoriuscire la guarnizione. Il secondo è uno sfiato ostruito, che trasforma silenziosamente un serbatoio atmosferico in uno in pressione e può portare a una deformazione del tetto o a un guasto della guarnizione al successivo riempimento. Controllare lo sfiato e l'arrestatore a ogni fermata è una piccola voce di ambito che previene entrambi.
Caso Progetto
Progetto | Posizione | Prodotto | Capacità | Ambito |
Serbatoio d'acqua di grande diametro | Namibia | Serbatoio GFS con tetto a cupola | 44.900 m³ | fornitura e supervisione |
Serbatoi per acqua antincendio, due unità | Cina, Sichuan | serbatoi GFS | 8.930 m³ | φ19,87 × 14,4 m ciascuno, fornitura |
Serbatoio per acque reflue chimiche | Cina, Zhejiang | serbatoio GFS | 11.613 m³ | φ24,45 × 19,8 m, fornitura |
Serbatoi in epossidica chimica, 11 unità | Cina, Guangxi | serbatoi con rivestimento epossidico applicato per fusione | 4.771 m³ totali | fornitura e supervisione |
Capacità ingegneristica di Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) progetta e fabbrica serbatoi di stoccaggio bullonati dal 2008. In qualità di primo produttore cinese di serbatoi in vetro-acciaio (GFS), l'azienda detiene quasi 200 brevetti relativi allo smalto, produce circa 300.000 lastre d'acciaio smaltate all'anno, ha completato oltre 30.000 progetti installati e fornisce i propri serbatoi a più di 100 paesi. Il nuovo stabilimento produttivo di 150.000 m² è stato aggiunto per aumentare la capacità produttiva, e i singoli serbatoi vengono forniti fino a 60.000 m³. La produzione è gestita secondo le norme ISO 9001 e ISO 45001, con certificazioni di prodotto tra cui NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI ed EUROCODE, e progettazione conforme a AWWA D103-09, AWWA C550 e NFPA ove richiesto dall'applicazione.
Per lo stoccaggio in raffinerie e petrolchimico, l'ambito pertinente è la copertura e il perimetro: fabbricazione di cupole in alluminio e coperture a membrana secondo AWWA D108 o API 650 con casi di carico da ADM 2015 o ASCE 7-10, i dettagli del giunto a gonna guarnito e dei portelli, e l'interfaccia di sfiato, rilascio e arrestatore di fiamma dimensionata con il mantello.
Domande frequenti
D1: Quale standard disciplina una copertura a cupola in alluminio?
R1: AWWA D108 o API 650 per la progettazione strutturale e la geometria della cupola, con i casi di carico del vento e della neve presi da ADM 2015 o ASCE 7-10 e combinati come insieme di casi di carico.
D2: Una copertura a cupola è un recipiente in pressione?
A2: No. Il serbatoio opera a pressione atmosferica o bassa; il tetto, la valvola di pressione e vuoto e lo sfiato definiscono il confine a pochi kilopascal. Dove il processo richiede effettivamente pressione, quel recipiente è progettato secondo le specifiche e i codici concordati nel contratto.
D3: Perché dimensionare lo sfiato per la portata di respirazione di picco?
A3: Perché uno sfiato dimensionato su una media è sottodimensionato durante il ciclo di riempimento e in una giornata con forti escursioni termiche. Se non riesce a smaltire il picco, il tetto è sottoposto a una pressione per cui non è stato progettato e la guarnizione sul bordo si estrude.
D4: Cupola rigida o doppia membrana per un serbatoio di raffineria?
A4: Una cupola rigida in alluminio dove lo spazio vapore è ridotto e si desidera un tetto rigido calpestabile; un tetto a doppia membrana dove lo spazio di testa è ampio e il peso sull'ultimo corso conta, con la membrana interna che sostiene la pressione nominale di 2–3 kPa.
Q5: Cosa si guasta per primo su un tetto a cupola?
A5: Di solito il giunto del fasciame: un fasciame deformato da un cumulo di neve o da un impatto apre il giunto ed estromette la guarnizione. La seconda causa più comune è uno sfiato ostruito, che pressurizza un serbatoio altrimenti a pressione atmosferica.
Q6: Ho bisogno di un arrestatore di fiamma?
A6: Dove lo spazio vapore contiene una miscela infiammabile, sì, sulla linea di sfiato, e dovrebbe essere incluso nella fornitura originale perché un retrofit implica una nuova penetrazione nel tetto e una nuova penetrazione nel tetto è un intervento da fermata impianto.
Q7: Qual è la lista di ispezione per la fermata impianto?
A7: Ispezionare il tetto e la saldatura, controllare la guarnizione della gonna e le guarnizioni del portello di accesso, verificare le condizioni e la coppia dei bulloni, controllare lo sfiato e l'impostazione di scarico, controllare l'elemento e lo scarico dell'arrestafiamma, e controllare il drenaggio del tetto dopo una tempesta tra una fermata e l'altra.
Un tetto a cupola in alluminio per la sicurezza di una raffineria è un confine di sicurezza che è anche una struttura. Mantiene la fascia di pressione con uno sfiato e una valvola di scarico correttamente dimensionati, sigilla sul guscio con un giunto bullonato guarnito che un ispettore può aprire, e sopporta una serie definita di casi di carico. Specificato in questo modo protegge il serbatoio; specificato come una piastra inclinata diventa la prossima riparazione del tetto.
Inviaci il diametro del serbatoio e il fluido, le condizioni dello spazio di vapore, il caso di vento e neve del sito e il tasso di riempimento, e ti restituiremo la proposta del tetto, i casi di carico, il dimensionamento dello sfiato e della valvola di sicurezza e il pacchetto di documentazione tecnica.
Parla con un ingegnere
Porta i dati del serbatoio e le condizioni del sito e lavoreremo insieme sul confine del tetto. Riceverai la raccomandazione per la cupola o la membrana, i casi di carico, il dimensionamento dello sfiato e dell'arresta fiamma, l'ambito di ispezione e i disegni per la revisione. Risposta ingegneristica prima di tutto, senza obblighi e senza pressioni commerciali.
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