Bezpieczeństwo rafinerii: aluminiowe dachy kopułowe – uszczelnianie, przypadki obciążeń i inspekcja
Utworzono 09.04
Bezpieczne aluminiowe dachy kopułowe rafinerii – uszczelnianie, przypadki obciążeniowe i inspekcja
Bezpieczny aluminiowy dach kopułowy rafinerii to konstrukcja osłonowa, której zadaniem jest utrzymanie przestrzeni parowej pod kontrolą: utrzymanie zakresu ciśnienia, ochrona zbiornika przed deszczem i śniegiem, utrzymanie uszczelnienia przy płaszczu oraz zachowanie stateczności w warunkach wiatrowych i śniegowych panujących na terenie zakładu. Odnosi się do normy AWWA D108 lub API 650, przy czym obciążenia wiatrem i śniegiem przyjmuje się zgodnie z ADM 2015 lub ASCE 7-10. W przypadku gdy płaszcz jest systemem skręcanym, dach jest skręcanym, uszczelnianym zespołem montowanym na najwyższym pierścieniu, a nie spawaną blachą. Trzy elementy decydujące o jego działaniu to szczegół uszczelnienia na styku płaszcza i dachu, dobór odpowietrzenia oraz zaworów oddechowo-ciśnieniowych w odniesieniu do szybkości oddychania zbiornika, a także kontrola szczeliny i uszczelki przy każdym wyłączeniu do przeglądu.
Kopuła na zbiorniku rafineryjnym to wyposażenie bezpieczeństwa, które zazwyczaj jest określane jako konstrukcja. Zbiornik może zawierać lotne węglowodory, strumień kwaśnej wody lub produkt z limitem emisji par, a dach jest tą częścią naczynia, która przez całą dobę oddziałuje z atmosferą: oddycha wraz z poziomem cieczy, gromadzi deszcz i śnieg, przyjmuje parcie wiatru przy każdym podmuchu i przenosi ciśnienie par, jakie wywiera na niego proces. Określenie go jako płyty ze spadkiem pomija cztery rzeczy, które naprawdę mają znaczenie. W tym artykule omówiono przypadki obciążeń, interfejs uszczelnienia i odpowietrzania, dobór materiału dla lokalizacji rafinerii oraz harmonogram inspekcji.
Przypadki obciążeniowe i norma odniesienia
Dach musi być odporny na cztery przypadki obciążeń jednocześnie, a nie wszystkie działają w tym samym kierunku. Grawitacja i obciążenie śniegiem działają na dach w dół; wiatr wywiera siłę unoszącą i ssanie; ciśnienie wewnętrzne wypycha go do góry, jeśli otwory ulgowe są zbyt małe; a efekty sejsmiczne i osiadania przenoszą się przez pierścień łączący płaszcz z dachem. Punktem odniesienia dla geometrii kopuły i jej zachowania strukturalnego jest AWWA D108 lub API 650, przy czym przypadki wiatru i śniegu pochodzą z ADM 2015 lub ASCE 7-10. Kombinacje obciążeń to główny punkt zainteresowania przeglądu rafineryjnego, ponieważ dach zaprojektowany tylko na jeden przypadek często zawodzi przy kombinacji: pełne obciążenie śniegiem plus silny wiatr lub częściowy zasp śnieżny przy sąsiedniej konstrukcji plus pełny przypadek podciśnienia wewnętrznego.
Uplift to przypadek, który zaskakuje ludzi. Kopuła ze sztywnym stożkiem i lekką powłoką może unieść się przy płaszczu w porywie wiatru o prostoliniowym przepływie, podczas gdy zbiornik znajduje się pod próżnią, co ma miejsce po wypompowaniu, podczas długiego postoju lub w ciepłą noc, gdy para ulega kondensacji. Dlatego zakotwienie przy płaszczu jest wymiarowane na tę kombinację i dlatego śruby płaszcza oraz ich schemat dokręcania mają większe znaczenie niż grubość blachy. Gdy dach jest układem dwumembranowym zamiast sztywnej kopuły, membrana wewnętrzna przenosi nominalne ciśnienie wewnętrzne wynoszące około 2–3 kPa, a membrana zewnętrzna przyjmuje obciążenia atmosferyczne, co przenosi kwestię upliftu na zakotwienie membrany.
Uszczelnienie płaszcz-dach i interfejs odpowietrzenia
Uszczelnienie na najwyższym pierścieniu to miejsce, w którym dach kopułowy przestaje być konstrukcją, a staje się granicą bezpieczeństwa. Niezależnie od tego, czy dach składa się ze sztywnych paneli aluminiowych przykręconych do najwyższego pierścienia, czy z systemu membranowego, połączenie musi być ciągłe i możliwe do kontroli. Uszczelniony, skręcany połączenie kołnierzowe daje właścicielowi złącze, które można otworzyć, wymienić uszczelkę i ponownie dokręcić z odpowiednim momentem podczas postoju; spawana spoina tego nie umożliwia. Materiał uszczelki musi być dostosowany do środowiska par węglowodorów i zakresu temperatur panujących na obiekcie, a śruby klasy 8.8 w systemie z inhibitorem korozji utrzymują złącze w całości przez cały cykl ciśnieniowy.
Odpowietrznik stanowi drugą połowę granicy. Zbiornik magazynowy nie jest zbiornikiem ciśnieniowym: oddycha, a odpowietrznik musi przepuszczać strumień oddechowy bez nadmiernego lub zbyt niskiego ciśnienia w dachu. Strumień oddechowy jest określany przez szybkość napełniania i pompowania, przez dobowe wahania termiczne, a na terenie rafinerii przez dowolny bilans par narzucony przez proces. Dobierz zawór ciśnieniowo-próżniowy na szczyt, a nie na średnią, i poprowadź go przez przerywacz płomienia, jeśli przestrzeń parowa zawiera mieszaninę palną. Przerywacz płomienia należy uwzględnić w zakresie od samego początku, ponieważ montaż go w istniejącym przewodzie odpowietrzającym oznacza nowe przejście przez dach.
Materiał i korozja na terenie rafinerii
Aluminium jest wybierany ze względu na wagę, odporność na korozję i beziskrową obsługę, ale istotne są materiały interfejsu. Kopuła aluminiowa zgodna z AWWA D108 lub API 650 jest lekka, co zmniejsza obciążenie górnego pierścienia płaszcza i zakotwienia, oraz dobrze znosi korozję atmosferyczną w środowisku rafineryjnym, gdzie dach jest narażony na działanie siarki i soli. W przypadku obecności chlorków w rafinerii nadmorskiej należy sprawdzić stop pod kątem atmosfery panującej na miejscu, zamiast zakładać z góry, ponieważ problem z korozją wżerową w mocowaniach dachu oznacza konieczność zatrzymania instalacji.
Ekspozycja na korozję nie występuje wyłącznie na zewnątrz. Przestrzeń parowa zbiornika rafineryjnego zawiera siarkowodór, parę wodną i sporadycznie kwaśny kondensat, dlatego spodnia strona dachu znajduje się w innym środowisku niż jego wierzchnia część. Praktycznym rozwiązaniem jest potraktowanie spodniej strony jako powierzchni powlekanej lub chronionej z określonym zakresem inspekcji oraz zapewnienie, że materiały uszczelek i elementów złącznych są kompatybilne z parą, a nie tylko z deszczem. W przypadku gdy płyn jest strumieniem kwaśnym, należy pamiętać, że wykładzina emaliowana wnętrza zbiornika obsługuje stronę cieczową, natomiast dach wymaga własnego naddatku na korozję i strategii ochrony dla fazy parowej.
Specyfikacja techniczna
Parametr | Typowa wartość / zakres | Uwaga |
Odniesienie do kopuły | AWWA D108 / API 650 | zachowanie konstrukcyjne i geometria |
Obciążenie wiatrem i śniegiem | ADM 2015 / ASCE 7-10 | przypadki specyficzne dla lokalizacji |
Wewnętrzny pas ciśnienia | kilka kPa, nominalnie 2–3 kPa dla membrany | wymagane urządzenie zabezpieczające |
Połączenie dachu z płaszczem | uszczelniane połączenie kołnierzowe na śruby | możliwe do inspekcji i ponownego uszczelnienia |
Klasa śrub | śruby klasy 8.8 | połączenie z inhibitorem korozji |
Odpowietrznik płomieniowy | na przewodzie odpowietrzającym | wymagane, gdy pary są palne |
Dobór odpowietrzenia | nadciśnienie i podciśnienie przy szczytowym natężeniu oddychania | natężenie napełniania plus wahania termiczne |
Opcja membrany | zewnętrzna membrana przeciwwiatrowa, wewnętrzna membrana ciśnieniowa | lżejsza na górnej warstwie |
Uszczelka | materiał zweryfikowany pod kątem par węglowodorów i temperatury | lat w eksploatacji |
Naddatek na korozję | spód traktowany jako powierzchnia fazy gazowej | H₂S i kondensacja wilgoci |
Wykładzina emaliowana, wnętrze zbiornika | obojętny w zakresie pH 1–14 | strona cieczowa, nie dach |
Trwałość projektowa | co najmniej 30 lat | w określonych warunkach eksploatacji rafinerii |
Inspekcja i konserwacja zapewniające szczelność dachu
Program inspekcji dachu kopułowego rafinerii jest krótki i konkretny, i warto wpisać go do zakresu postoju remontowego, zamiast pozostawiać go osądowi operatorów. Podczas każdego postoju: obejść dach, sprawdzić połączenia szwów i płaszcza pod kątem odkształceń lub pęknięć, sprawdzić uszczelkę przy płaszczu i przy każdym włazie rewizyjnym, zweryfikować stan i moment dokręcenia śrub, sprawdzić odpowietrznik i zawór oddechowo-próżniowy pod kątem nastaw i zablokowania oraz sprawdzić wkład odcinacza płomienia i jego odwodnienie. Między postojami czynności na poziomie operatora obejmują odwodnienie odpowietrznika, drogę odprowadzania wody z dachu po każdej burzy oraz wszelkie oznaki przecieku w górnym pierścieniu po obfitym deszczu.
Historię dachów kopułowych zdominowały dwa rodzaje awarii, a obie można wykryć, zanim staną się wyciekami. Pierwsza to odkształcona fartucha spowodowana niekontrolowanym zaspem śnieżnym lub uderzeniem, co następnie pozwala na otwarcie złącza i wyciśnięcie uszczelki. Druga to zablokowany odpowietrznik, który po cichu zamienia zbiornik atmosferyczny w ciśnieniowy i może doprowadzić do odkształcenia dachu lub awarii uszczelki przy następnym napełnianiu. Sprawdzanie odpowietrznika i przerywacza płomienia przy każdym wyłączeniu to niewielki zakres czynności, który zapobiega obu problemom.
Studium przypadku
Projekt | Lokalizacja | Produkt | Pojemność | Zakres |
Zbiornik wodny o dużej średnicy | Namibia | Zbiornik GFS z dachem kopułowym | 44 900 m³ | dostawa i nadzór |
Zbiorniki na wodę przeciwpożarową, dwie jednostki | Chiny, Syczuan | zbiorniki GFS | 8 930 m³ | φ19,87 × 14,4 m każdy, dostawa |
Zbiornik na ścieki chemiczne | Chiny, Zhejiang | zbiornik GFS | 11 613 m³ | φ24,45 × 19,8 m, dostawa |
Zbiorniki z żywicy epoksydowej, 11 jednostek | Chiny, Guangxi | zbiorniki z żywicy epoksydowej powlekanej metodą fluidyzacyjną | łącznie 4 771 m³ | dostawa i nadzór |
Zdolności inżynierskie Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) projektuje i produkuje zbiorniki magazynowe skręcane od 2008 roku. Jako pierwszy w Chinach producent zbiorników ze stali powlekanej szkłem (GFS), firma posiada blisko 200 patentów związanych z emalią, produkuje około 300 000 stalowych płyt powlekanych emalią rocznie, zrealizowała ponad 30 000 zainstalowanych projektów i dostarcza swoje zbiorniki do ponad 100 krajów. Nowa baza produkcyjna o powierzchni 150 000 m² została dodana w celu zwiększenia zdolności produkcyjnych, a pojedyncze zbiorniki są dostarczane o pojemności do 60 000 m³. Produkcja odbywa się zgodnie z ISO 9001 i ISO 45001, z certyfikacją produktów obejmującą NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI i EUROCODE, a projektowanie opiera się na AWWA D103-09, AWWA C550 i NFPA, tam gdzie wymaga tego zastosowanie.
Dla magazynowania w rafineriach i petrochemii odpowiedni zakres obejmuje dach i obrzeże: produkcję kopuły aluminiowej i dachu membranowego zgodnie z AWWA D108 lub API 650 z przypadkami obciążeń z ADM 2015 lub ASCE 7-10, połączenie fartucha z uszczelką i szczegóły włazów oraz interfejs odpowietrzenia, zaworu bezpieczeństwa i przerywacza płomienia zwymiarowany wraz z płaszczem.
Często zadawane pytania
P1: Która norma reguluje aluminiowy dach kopułowy?
O1: AWWA D108 lub API 650 dla projektowania konstrukcji kopuły i geometrii, z przypadkami obciążeń wiatrem i śniegiem zaczerpniętymi z ADM 2015 lub ASCE 7-10 i połączonymi w zestaw przypadków obciążeń.
P2: Czy dach kopułowy jest zbiornikiem ciśnieniowym?
A2: Nie. Zbiornik pracuje pod ciśnieniem atmosferycznym lub niskim; dach, zawory oddechowe ciśnieniowo-próżniowe oraz odpowietrzenie wyznaczają granicę przy kilku kilopaskalach. Jeśli proces rzeczywiście wymaga ciśnienia, taki zbiornik jest projektowany zgodnie ze specyfikacją i normami uzgodnionymi w umowie.
P3: Dlaczego dobierać odpowietrzenie pod szczytowe natężenie oddechu?
A3: Ponieważ odpowietrzenie dobrane do wartości średniej jest zbyt małe w cyklu napełniania i w dniu dużych wahań termicznych. Jeśli nie przepuści szczytowego przepływu, dach podlega ciśnieniu, do którego nie został zaprojektowany, a uszczelka przy płaszczu ulega wyciskaniu.
P4: Sztywna kopuła czy dwumembranowy dach dla zbiornika rafineryjnego?
A4: Sztywna aluminiowa kopuła, w której przestrzeń parowa jest mała i wymagany jest sztywny, dostępny dla ruchu pieszego dach; dach dwumembranowy, w którym przestrzeń nad lustrem cieczy jest duża, a masa górnego pokładu ma znaczenie, przy czym membrana wewnętrzna utrzymuje nominalne ciśnienie 2–3 kPa.
Q5: Co zawodzi pierwsze w dachu kopułowym?
A5: Zwykle połączenie fartucha: odkształcony fartuch wskutek zaspy śnieżnej lub uderzenia otwiera połączenie i wyciska uszczelkę. Drugą najczęstszą przyczyną jest zatkany odpowietrznik, który powoduje nadciśnienie w zbiorniku normalnie pracującym pod ciśnieniem atmosferycznym.
Q6: Czy potrzebuję przerywacza płomienia?
A6: Tam, gdzie przestrzeń parowa zawiera mieszaninę palną, tak, na przewodzie odpowietrzającym, i powinno to być uwzględnione w pierwotnym zakresie, ponieważ modernizacja oznacza nowe przejście przez dach, a nowe przejście przez dach to pozycja wymagająca wyłączenia instalacji.
Q7: Jaka jest lista kontrolna inspekcji podczas wyłączenia?
A7: Przejdź po dachu i szwie, sprawdź uszczelkę fartucha i uszczelki włazu rewizyjnego, zweryfikuj stan i moment dokręcenia śrub, sprawdź odpowietrznik i nastawę zaworu nadmiarowego, sprawdź wkład przerywacza płomienia i odpływ oraz sprawdź odwodnienie dachu po burzy między wyłączeniami.
Bezpieczny aluminiowy dach kopułowy rafinerii to granica bezpieczeństwa, która przypadkiem jest konstrukcją. Utrzymuje pasmo ciśnienia z odpowiednio dobranym odpowietrzeniem i zaworem ulgi, uszczelnia się na płaszczu za pomocą połączenia kołnierzowego z uszczelką, które inspektor może otworzyć, i przenosi zdefiniowany zestaw przypadków obciążeniowych. Tak określony chroni zbiornik; określony jako pochyła płyta staje się kolejną naprawą dachu.
Prześlij nam średnicę zbiornika i rodzaj płynu, warunki przestrzeni parowej, warunki wiatrowe i śniegowe w lokalizacji oraz stopień napełnienia, a my zwrócimy propozycję dachu, przypadki obciążeń, dobór odpowietrzenia i zaworów bezpieczeństwa oraz pakiet dokumentacji technicznej.
Porozmawiaj z inżynierem
Przekaż nam dane zbiornika i warunki lokalizacyjne, a wspólnie opracujemy obrys dachu. Otrzymasz rekomendację kopuły lub membrany, przypadki obciążeń, dobór odpowietrzenia i przerywacza płomienia, zakres inspekcji oraz rysunki do przeglądu. Najpierw odpowiedź inżynierska, bez zobowiązań i bez nachalnej sprzedaży.
WhatsApp