Герметизация и проверочные расчётные случаи для алюминиевых купольных крыш нефтеперерабатывающих предприятий по условиям безопасности
Создано 09.04
Алюминиевые купольные крыши для безопасности нефтеперерабатывающих заводов: герметизация, расчётные случаи и инспекция
Крыша-купол из алюминия для обеспечения безопасности нефтеперерабатывающего завода представляет собой конструктивное ограждение, задача которого — держать паровое пространство под контролем: выдерживать диапазон давления, защищать резервуар от дождя и снега, сохранять герметичность уплотнения в месте примыкания к стенке и оставаться устойчивой при ветровых и снеговых нагрузках площадки. Она проектируется по AWWA D108 или API 650, при этом ветровые и снеговые нагрузки принимаются по ADM 2015 или ASCE 7-10. Там, где стенка представляет собой болтовую систему, крыша является болтовой сборкой с прокладками на верхнем поясе, а не сварным листом. Три фактора, определяющие её работоспособность, — это конструкция уплотнения в месте примыкания стенки к крыше, расчёт размеров вентиляции и дыхательного клапана давления-вакуума исходя из интенсивности дыхания резервуара, а также inspection шва и прокладки при каждой остановке.
Куполообразная крыша на резервуаре нефтеперерабатывающего завода — это оборудование безопасности, которое обычно указывается как конструкция. В резервуаре может храниться летучий углеводород, поток кислой воды или продукт с ограничением по выбросам паров, и крыша является той частью сосуда, которая взаимодействует с атмосферой круглосуточно: она «дышит» вместе с уровнем жидкости, собирает дождь и снег, воспринимает ветровой подъём при каждом порыве и несёт то давление паров, которое создаёт технологический процесс. Указание её как пластины с уклоном упускает четыре вещи, которые действительно важны. В этой статье рассматриваются расчётные случаи нагрузок, интерфейс уплотнения и вентиляции, выбор материала для площадки нефтеперерабатывающего завода и процедура inspections.
Расчётные случаи и ссылочный стандарт
Крыша должна выдерживать четыре расчётных случая одновременно, и они действуют не в одном направлении. Гравитация и снеговая нагрузка нагружают крышу сверху вниз; ветер создаёт подъёмную силу и отрыв; внутреннее давление толкает её вверх, если площадь сброса давления недостаточна; а сейсмические воздействия и осадка передаются через кольцо сопряжения оболочки с крышей. Эталоном для геометрии купола и его конструктивного поведения служат AWWA D108 или API 650, при этом ветровые и снеговые случаи принимаются по ADM 2015 или ASCE 7-10. Именно комбинации нагрузок окажутся в центре внимания при экспертизе НПЗ, поскольку крыша, рассчитанная только на один случай, часто разрушается при комбинации: полная снеговая нагрузка плюс сильный ветер, или частичный снеговой занос у примыкающей конструкции плюс полный случай внутреннего вакуума.
Подъём — это тот случай, который застаёт людей врасплох. Купол с жёстким конусом и лёгкой оболочкой может приподняться у юбки при прямолинейном порыве ветра, когда в резервуаре вакуум, что случается после откачки, при длительной остановке или тёплой ночью, когда пар конденсируется. Именно поэтому анкеровка у обечайки рассчитана на комбинацию нагрузок и почему болты юбки и схема их затяжки важнее толщины листа. Там, где крыша представляет собой двухмембранную систему, а не жёсткий купол, внутренняя мембрана несёт номинальное внутреннее давление примерно 2–3 кПа, а внешняя мембрана принимает погодные воздействия, что переносит вопрос подъёма на анкеровку мембраны.
Уплотнение соединения корпус-крыша и интерфейс вентиляции
Уплотнение верхнего пояса — это место, где купольная крыша перестаёт быть конструкцией и становится границей безопасности. Независимо от того, представляет ли собой крыша жёсткие алюминиевые панели, приболченные к верхнему поясу, или мембранную систему, соединение должно быть непрерывным и доступным для осмотра. Болтовое соединение юбки с прокладкой даёт владельцу узел, который можно вскрыть, заменить прокладку и повторно затянуть при остановке; сварной шов такой возможности не даёт. Материал прокладки должен соответствовать среде углеводородных паров и диапазону температур на площадке, а болты класса 8.8 в системе с антикоррозионной защитой удерживают соединение в течение всего цикла давления.
Дыхательный патрубок — это вторая половина границы. Резервуар не является сосудом под давлением: он «дышит», и дыхательный патрубок должен пропускать расход дыхания без избыточного или недостаточного давления на крышу. Расход дыхания определяется скоростью наполнения и откачки, суточными колебаниями температуры, а на территории НПЗ — любым паровым балансом, который навязывает технологический процесс. Подбирайте размер устройств сброса давления и вакуума по пиковому значению, а не по среднему, и направляйте поток через пламегаситель там, где паровая зона содержит горючую смесь. Пламегаситель должен входить в объём работ с самого начала, поскольку его установка в существующую дыхательную трубу задним числом означает новое отверстие в крыше.
Материал и коррозия на площадке нефтеперерабатывающего завода
Алюминий выбирают за его лёгкость, коррозионную стойкость и искробезопасность при обращении, но материалы интерфейса имеют значение. Алюминиевый купол, изготовленный по стандартам AWWA D108 или API 650, лёгок, что снижает нагрузку на верхний пояс оболочки и на анкеровку, и хорошо противостоит атмосферной коррозии в условиях нефтеперерабатывающего завода, где крыша подвергается воздействию серы и соли. При наличии хлоридов на прибрежном нефтеперерабатывающем заводе проверяйте сплав на соответствие атмосфере площадки, а не полагайтесь на предположения, поскольку питтинговая коррозия на крепёжных элементах крыши — это проблема, ведущая к остановке производства.
Коррозионному воздействию подвергается не только внешняя сторона. В паровом пространстве резервуара нефтеперерабатывающего завода присутствуют сероводород, водяной пар и иногда кислотный конденсат, поэтому нижняя сторона крыши находится в иной среде, чем верхняя. Практическое решение — рассматривать нижнюю сторону как поверхность с покрытием или защитой, для которой определён порядок inspections, и убедиться, что материалы прокладки и крепежа совместимы с паром, а не только с дождём. Если жидкость представляет собой кислый поток, помните, что эмалевое покрытие внутренней поверхности резервуара защищает сторону, контактирующую с жидкостью, тогда как крыше необходим собственный припуск на коррозию и стратегия защиты для паровой фазы.
Технические характеристики
Параметр | Типичное значение / диапазон | Примечание |
Ссылка на купол | AWWA D108 / API 650 | конструктивное поведение и геометрия |
Ветровая и снеговая нагрузка | ADM 2015 / ASCE 7-10 | случаи для конкретных объектов |
Полоса внутреннего давления | несколько кПа, номинально 2–3 кПа для мембраны | требуется предохранительное устройство |
Соединение крыши с обечайкой | болтовое соединение юбки с прокладкой | доступно для осмотра и замены прокладки |
Класс болтов | болты класса 8.8 | соединение с ингибитором коррозии |
Пламегаситель | на линии сброса паров | требуется там, где пары горючи |
Расчёт вентиляции | сброс давления и вакуума при пиковой интенсивности дыхания | скорость заполнения плюс температурные колебания |
Опция мембраны | наружная погодная мембрана, внутренняя напорная мембрана | легче на верхнем поясе |
Прокладка | материал проверен на стойкость к парам углеводородов и температуре | срок службы |
Припуск на коррозию | нижняя сторона рассматривается как поверхность паровой фазы | H₂S и влажная конденсация |
Эмалевое покрытие, внутренняя часть резервуара | инертен при pH 1–14 | сторона жидкости, не крыша |
Расчетный срок службы | не менее 30 лет | в соответствии с указанными условиями эксплуатации на НПЗ |
Осмотр и техническое обслуживание, обеспечивающие герметичность крыши
Программа inspections купола крыши НПЗ является короткой и конкретной, и её стоит включить в объём работ на время остановки, а не оставлять на усмотрение операторов. При каждой остановке: обойти крышу, проверить сварные швы и соединение юбки на деформацию или трещины, проверить прокладку у юбки и на каждом люке доступа, проверить состояние и момент затяжки болтов, проверить вентиляцию и дыхательный клапан на настройку и засорение, а также проверить элемент огнепреградителя и его дренаж. В период между остановками задачи операторского уровня включают дренаж на вентиляции, путь отвода воды с крыши после каждого шторма и любые признаки протечки в верхнем поясе после сильного дождя.
Две основные причины отказов куполных крыш доминируют в истории, и обе можно обнаружить до того, как они приведут к протечкам. Первая — это деформация юбки из-за неконтролируемого снежного заноса или удара, что затем приводит к раскрытию соединения и выдавливанию прокладки. Вторая — засорение вентиляционного отверстия, которое незаметно превращает атмосферный резервуар в резервуар под давлением и может привести к деформации крыши или отказу прокладки при следующем заполнении. Проверка вентиляции и огнепреградителя при каждой остановке — это небольшой пункт в объёме работ, который предотвращает обе проблемы.
Пример проекта
Проект | Местоположение | Продукт | Вместимость | Область применения |
Резервуар для воды большого диаметра | Намибия | Резервуар GFS с купольной крышей | 44 900 м³ | поставка и надзор |
Противопожарные резервуары, две единицы | Китай, Сычуань | резервуары GFS | 8 930 м³ | φ19,87 × 14,4 м каждый, поставка |
Резервуар для химических сточных вод | Китай, Чжэцзян | резервуар GFS | 11 613 м³ | φ24,45 × 19,8 м, поставка |
Химические эпоксидные резервуары, 11 единиц | Китай, Гуанси | резервуары с наплавленным эпоксидным покрытием | 4 771 м³ всего | поставка и надзор |
Инженерные возможности Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) занимается проектированием и производством сборных резервуаров с 2008 года. Являясь первым в Китае производителем резервуаров из стеклоплавильной стали (GFS), компания владеет почти 200 патентами, связанными с эмалью, выпускает около 300 000 стальных пластин с эмалевым покрытием в год, реализовала более 30 000 установленных проектов и поставляет свои резервуары более чем в 100 стран. Новая производственная база площадью 150 000 м² была добавлена для увеличения производственных мощностей, а единичные резервуары поставляются объёмом до 60 000 м³. Производство осуществляется в соответствии с ISO 9001 и ISO 45001, сертификация продукции включает NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI и EUROCODE, а проектирование выполняется с учётом AWWA D103-09, AWWA C550 и NFPA там, где этого требует применение.
Для нефтеперерабатывающих и нефтехимических хранилищ соответствующий объём работ охватывает крышу и границу: изготовление алюминиевого купола и мембранной крыши по AWWA D108 или API 650 с расчётными нагрузками по ADM 2015 или ASCE 7-10, соединение юбки с прокладкой и детали люков, а также интерфейс вентиляции, сброса давления и пламегасителя, рассчитанный вместе с корпусом.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос 1: Какой стандарт регулирует алюминиевую купольную крышу?
Ответ 1: AWWA D108 или API 650 для конструктивного расчёта и геометрии купола, с расчётными случаями ветровых и снеговых нагрузок по ADM 2015 или ASCE 7-10, объединёнными в набор расчётных случаев.
Вопрос 2: Является ли купольная крыша сосудом под давлением?
A2: Нет. Резервуар работает при атмосферном или низком давлении; крыша, дыхательный и предохранительный клапаны и вентиляционное отверстие определяют границу в несколько килопаскалей. Если процесс действительно требует давления, этот сосуд проектируется в соответствии со спецификацией и нормами, согласованными в договоре.
В3: Почему вентиляционное отверстие рассчитывается на пиковую интенсивность дыхания?
A3: Потому что вентиляционное отверстие, рассчитанное на среднее значение, оказывается недостаточным при цикле заполнения и в день с большими температурными колебаниями. Если оно не может пропустить пиковый поток, крыша испытывает давление, на которое она не рассчитана, и прокладка в месте соединения с обечайкой выдавливается.
В4: Жесткий купол или двухмембранная конструкция для резервуара НПЗ?
A4: Жесткий алюминиевый купол, где паровое пространство мало и требуется жесткая крыша, по которой можно ходить; двухмембранная крыша, где надпаровое пространство велико и вес верхнего пояса имеет значение, при этом внутренняя мембрана выдерживает номинальное давление 2–3 кПа.
Q5: Что выходит из строя первым на купольной крыше?
A5: Обычно кольцевое соединение юбки: деформированная юбка из-за снежного заноса или удара раскрывает соединение и выдавливает прокладку. Вторая по распространенности причина — забитый вентиляционный патрубок, который создает избыточное давление в резервуаре, обычно работающем при атмосферном давлении.
Q6: Нужен ли мне пламегаситель?
A6: Если паровое пространство содержит горючую смесь — да, на линии сброса, и это должно быть включено в первоначальный объем работ, поскольку дооснащение означает новое отверстие в крыше, а новое отверстие в крыше — это работа, требующая остановки.
Q7: Каков перечень проверок при остановке?
A7: Обойдите крышу и сварной шов, проверьте прокладку юбки и прокладки люка доступа, убедитесь в состоянии и моменте затяжки болтов, проверьте настройки вентиляции и предохранительного клапана, проверьте элемент огнепреградителя и дренаж, а также проверьте дренаж крыши после шторма в период между остановками.
Алюминиевая купольная крыша для безопасности нефтеперерабатывающего завода — это граница безопасности, которая по совместительству является конструкцией. Она выдерживает давление при правильно подобранных вентиляции и сбросе, герметизируется на корпусе болтовым соединением с прокладкой, которое инспектор может открыть, и воспринимает заданный набор нагрузок. При такой спецификации она защищает резервуар; если же её задать как наклонную плиту, она станет очередным ремонтом крыши.
Сообщите нам диаметр резервуара и жидкость, условия парового пространства, ветровые и снеговые нагрузки на площадке и степень заполнения, и мы предоставим предложение по крыше, расчётные случаи, расчёт размеров вентиляции и предохранительных устройств, а также пакет технической документации.
Связаться с инженером
Предоставьте данные резервуара и условия площадки, и мы вместе с вами проработаем границы крыши. Вы получите рекомендацию по куполу или мембране, расчётные случаи, расчёт размеров вентиляции и пламегасителя, объём инспекции и чертежи для рассмотрения. Сначала инженерный ответ, без обязательств и без навязывания.
WhatsApp