Дипломная (вкр): Создание конструкции шарового резервуара определенной емкости для хранения сжиженных газов и легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ)

Создание конструкции шарового резервуара определенной емкости для хранения сжиженных газов и легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ)

Содержание

Введение

.   Общая часть

1.1 Общее назначение шаровых резервуаров

1.2    Оболочковые конструкции для данных резервуаров

.3      Характеристика материалов, применяемых для производства шаровых резервуаров

2. Расчетная часть

2.1  Назначение размеров резервуара

2.2    Расчет толщины стенки резервуара

.3      Расчет стоек резервуара и сварных соединений

.4      Расчет резервуара на опрокидывание

3. Технологическая часть

3.1 Заготовки для шаровых резервуаров

3.2    Сборка шаровых резервуаров

.3      Особенности сварных швов и их расчет на прочность

.4      Сварочное оборудование и его характеристики

4. Конструкторская часть

4.1 Создание шаблонов для шарового резервуара

4.2    Обоснование и выбор материалов

.3      Монтажные работы

4.3.1 Подготовительные работы

.3.2 Монтаж резервуаров

.   Контроль качества

6.      Техника безопасности и охрана труда

6.1 Мероприятия по охране труда

.2 Мероприятия по охране окружающей среды

.3 Вредные производственные факторы на рабочем месте

6.3.1 Лазерное излучение

6.3.2. Биологическое действие инфракрасного излучения

.3.3. Влияние ионизирующего излучения

6.4. Противопожарные мероприятия

6.5. Охрана окружающей среды

Заключение

Список использованных источников

Введение

Российская Федерация находится на первом месте по промыслу и переработке нефти. С годами ее внутренние потребности, а также внешний спрос на нефть и нефтепродукты растет. В виду этого возникла необходимость в большем количестве резервуаров для сохранности нефти, нефтепродуктов. Есть несколько способ решения данной проблемы: первый - разработка и монтаж новых ёмкостей; второй - модернизация уже существующих резервуаров с целью увеличения их объема.

Существуют различные формы резервуаров, наиболее популярны - это резервуары цилиндрической формы различной ёмкости. На первом месте по экономичности и безопасности - сферические (шаровые) резервуары. В них нет точек концентрации напряжений и материала на изготовление идет меньше, но данные резервуары более сложные при монтаже.

Проектирование резервуаров для нефтегазовой промышленности является ответственным этапом, так как ошибки на стадии проектирования могут послужить разрушением резервуара во время эксплуатации, что может повлечь за собой жертвы, а также огромные материальные затраты.

Целью выпускной квалификационной работы на тему «Создание конструкции шарового резервуара определенной емкости для хранения сжиженных газов и ЛВЖ» является разработка шарового резервуара. Для реализации этой цели нужно решить следующие задачи:

рассмотреть общее назначение шаровых резервуаров;

провести необходимые расчеты;

привести экономическое обоснование целесообразности данного проекта;

по выполненной работе необходимо сделать конкретные выводы.

Объект исследования - хранение нефтегазовой продукции, предмет исследования - разработка проекта шарового резервуара для хранения сжиженных газов, а также ЛВЖ.

Базой для написания работы являются пособия по нефтегазовой промышленности, хранению нефтяных продуктов, проектированию нефтяных резервуаров, справочные издания, действующие СНиПы, ГОСТы и так далее.

Структура дипломной работы определена ее задачами и целями, состоит из введения, шести глав с разделами, заключения, списка использованных источников, приложений.

1. Общая часть

.1 Назначение сферических резервуаров

Данные резервуары диаметром 5 - 20 м и с объёмом соответственно 300 - 4000 м³, рассчитаны на давление 2,5 - 18 атм. (применение данных емкостей при 2 атм. и менее является нерациональным).

Они также применяются в процессе производства игристых вин. Вино находится в резервуарах объемами 50 - 600 м³ при давлении до 6 атм. и температуре 60-650ºС.

Устройство шаровых резервуаров одинаково: оболочка в форме сферы монтируется на вертикальные трубчатые колонны, которые приваренные к корпусу. На фундамент через колонны происходит передача нагрузки.

Соединение колон растяжками между собой увеличивает жесткость конструкции. Также резервуар комплектуется наружными площадками обслуживания, лестницей для подъема (шахтной или кольцевой). В резервуарах больших объемов предусмотрено дополнительно наличие внутренних стационарных смотровых лестниц.

К оборудованию для ремонта и обслуживания резервуара и относятся:

запорные органы;

указатели уровня;

люки для осмотра, вентиляции и ремонтных работ;

манометры, которые служат для определения уровня давления внутри резервуара;

предохранительные клапаны;

термометры, что служат для контроля температуры;

сигнализаторы, фиксирующие предельный верхний уровень жидкой фазы;

устройства для продувки и вентиляции инертным газом или паром.

устройства для удаления из резервуара тяжёлых остатков и промывочной воды;

Приемо-раздаточный трубопровод снабжается скоростным клапаном, который позволяет при аварии трубопровода отключить его обратный клапан, который устанавливается на трубопроводе поступления жидкого или газообразного продукта в резервуар, происходит автоматическое закрытие под действием внутреннего давления и это препятствует попаданию продукта назад внутрь трубопровода.

От значительного перегрева сферические резервуары специально покрывают белой краской, при этом также используют охлаждение водой и различные другие способы.

Для производства сферических оболочек данных резервуаров необходимо применять стали, что обладают хорошей свариваемостью, а также пластичностью. Эти элементы конструкции резервуаров образуются свариванием отдельных лепестков. Толщина таких лепестков может быть около 30 мм.

Процесс монтажа шаровых резервуаров сложный и трудоемкий, потому что безопасность эксплуатации достигается именно минимальными отклонениями от формы сферы. Так как большинство резервуаров имеют значительные размеры, сборка их непосредственно на заводе невозможна, поэтому они возводятся сразу на бетонных фундаментах.

Двустенные шаровые резервуары приобрели особую популярность в последнее время - особенно для сохранности сжиженного газа при очень низкой температуре (она может составлять около -2730ºС для гелия или водорода) и обычном давлении. Емкостью для продукта является внутренняя оболочка, а внешняя, в свою очередь, поддерживает необходимое избыточное давление между оболочками и обеспечивает защиту изоляции.

Сферический (шаровой) резервуар обладает меньшей поверхностью по сравнению с цилиндрическим резервуаром такого же объема, благодаря чему при одном объеме бутана, а также его смеси, инертных газов, кислорода и воздуха есть возможность сократить затраты материала, чем в свою очередь сократим расходы на оборудование хранилища.

Именно благодаря сферической форме, а не цилиндрической, сферические резервуары имеют меньшую площадь поверхности, поэтому при одинаковом уровне внутреннего давления на единицу массы продукта, который хранится в нем, необходимо намного меньше металла. Элементы оболочек резервуаров выполняются на заводах из стали, методом горячей или холодной штамповки, гидравлического раздува, холодным вальцеванием, взрывом и другими способами.

Производить оболочки таких резервуаров можно, путем полистовой сборки из отдельных скорлуп или лепестков (блоки укрупненные), из двух полушарий, а затем при помощи манипулятора осуществлять автоматическую сварку оболочки.

Монтаж из укрупненных блоков на данный момент является самым популярным, при этом необходимо учитывать размеры таких лепестков и допустимые условия транспортировки этих элементов.

Толщина оболочки может изменятся от 12 до 34 мм. Это зависит от давления и размеров самой оболочки. Разные варианты дают разные модификации.

В состав сферического резервуара может входить как одна, так и две оболочки.

Такие изделия оборудованы:

предохранительными клапанами;

манометрами;

указатели уровня и сигнализаторы достижения верхнего предельного уровня жидкой фазы;

термометры, контролирующие температуру жидкой фазы;

запорные органы;

люки для осуществления осмотра, ремонта и вентиляции;

устройства вентиляции и продувки паром или инертным газом;

устройства, предназначенные для удаления из продукта тяжелых остатков и промывочных стоков воды.

Оптимальный модельный ряд данных резервуаров включает такие модификации: диаметром 5; 10,5; 12; 16; 20 метров, номинальным объемом - 300, 600, 9000, 2000, 4000 м3, при этом давление, на которое рассчитан продукт составляет 0,25; 0,6; 1; 1,8 МПа.

Монтаж шаровых резервуаров происходи над землей группами.

Объём резервуара не должен превышать 1000 м³ при объёме хранимого продукта до 2000 м³, в случаи если продукта более 2000 м³ до 8000 м³, то резервуар не должен превышать 2000м³.

.2 Оболочковые конструкции для данных резервуаров

Выделяют две группы оболочковых конструкций.

Первая группа - это резервуары и другие изделия, которые используются для сохранения неядовитых, невзрывоопасных газов, жидкостей температурой 100ºС и при давлении 0,005 МПа, такие узлы производят по общепринятым правилам проектирования, а также требованиям по эксплуатации сооружений промышленности.

Вторая группа включает в себя котлы, которые работают под высоким давлением и при эксплуатации требуют особого надзора. Мы будем рассматривать группу оболочковых конструкций, а именно конструкции непеременного объёма сферической формы.

Такие конструкции собирают из отдельных листовых заготовок, а потом соединяют свариванием с использованием герметичных швов.

Оболочковые конструкции исходя из оформления элементов конструкции, габаритов, характерных особенностей производства, а также эксплуатации делятся на сосуды, что работают под давлением, трубопроводы, трубы, малогабаритные сооружения и емкости. Такие элементы могут иметь большие размеры, которые превышают габариты транспортного железнодорожного состава. Поэтому их необходимо производить на заводе частями и отправлять на место установки отдельными секциями.

В конструктивном представлении - это оболочка сферической формы, которая состоит из определенного количества стальных лепестков двоякой кривизны, днища и купола. Количество лепестков рассчитывается исходя из объема резервуара.

Монтаж сферических резервуаров происходить только наземно.

Рис. 1.1. Устройство шарового резервуара: 1 - сферическая оболочка; 2 - купол; 3 - лепестки оболочки; 4 - днище оболочки; 5 - стойки опоры; 6 - связи между опорами; 7 - площадка обслуживания (горизонтальная или наклонная); 8 - шахтная лестница; 9 - внутренняя смотровая лестница; 10 - столбчатые фундаменты шахтной лестницы; 11 - кольцевой железобетонный фундамент

Сферические резервуары располагают на металлических стойках (опорах). Для их установки производят проектирование железобетонного фундамента, в который с помощью анкеров крепят металлические стойки (из трубы, двутавра). Существует связь между количеством лепестков и опор: количество лепестков обязательно должно быть кратно количеству стоек-опор.

Для технологического ремонта и обслуживания резервуаров устанавливаются шахтная лестница, а также горизонтальная площадка. Смотровая лестница необходима для обеспечения доступа внутрь резервуара.

Обычно диаметр шарового резервуара составляет не более 18 м.

Толщина конструкционного лепестка при изготовлении резервуаров определяется исходя из значений температуры эксплуатации и габаритов резервуара, и может колебаться от 10 до 36 мм.

Сферические резервуары могут использоваться как самостоятельно, так и в составе группы, каждый элемент которой связан специальным переходом.

Сферические резервуары изготавливаются и одностенными, и двустенными, если есть потребность производить хранение сжиженного газа при низкой температуре.

Именно двустенная конструкция сферического резервуара представляет собой более пожаро- и взрывобезопасный объект.

Внешний резервуар, как правило, имеет диаметр в два раза больше диаметра внутреннего резервуара.

Разработка и производство шаровых резервуаров для хранения СУГ выполняется по государственными нормам и стандартами:

СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия. СНиП 2.01.07-85»;

СП 43.13330.2012 «Сооружения промышленных предприятий. СНиП 2.09.03-85».

Дренажное устройство

Дренажная система - это один из главных элементов резервуара. Данный элемент необходим для отвода дождевых вод в канализацию со всей поверхности резервуара. Поэтому для организации стока воды с купола ей придается определенный уклон к центру, где монтируется водоприемник. Дренажное устройство имеет жесткую конструкцию - состоит из металлических труб, которые соединены устройствами шарнирного типа. Дренажное устройство крепится к водоприемнику и к патрубку, который приваривается к нижнему элементу первого пояса стенки резервуара.

На патрубке с наружной стороны монтируется специальная задвижка, которая предназначена для удержания продукта в случае повреждения элементов дренажной системы.

Необходимо обеспечить закрытие задвижки на момент эксплуатации резервуара. Открытие задвижки происходит только при появлении осадок.

Направляющая противоповоротная стойка-опора.

Чтобы зафиксировать центрального положения купола используют специальные направляющие противоповоротные устройства.

Они являются конструкциями жесткого типа - состоят из металлической трубы, монтируются как вертикальные стойки. Такая опора необходима и для монтажа пробоотборников, и устройств необходимых для измерения количества нефтепродукта. Также, эти стойки воспринимают поперечные усилия, которые возникают под влиянием катучей лестницы.

Вертикальная ось стойки-опоры совпадает с осью катучей лестницы для того, чтобы обеспечить этих условий и для удобства обслуживания. В местах прохода опоры сквозь понтонные короба предусматривают направляющие ролики, которые служат для ограничения перемещения купола и резиновые уплотнения, сто служат для герметизации просвета между опорой и патрубком купола.

Противоповоротная стойка на высоте 300-500 мм от дна резервуара на уровне уголка закрепляется к стенке резервуара с помощью специальных кронштейнов.

Кольцо жесткости

У резервуаров есть верхнее кольцо жесткости, которое монтируется на верхнем поясе стенки. Оно необходимо для обеспечения нужной жесткость стенки резервуара при действии ветровой и сейсмической нагрузок. Настил этого кольца выполняется из листов (8 х 2260 х 8000 мм, сталь 09Г2С согласно ГОСТ 19281).

Лестницы и площадки

Лестницы, которые необходимы для подъема на верх резервуара изготовляют кольцевыми, которые опираются на стенку резервуара.

Ограждение монтируется по периметру всего купола, а также и по наружной стороне площадок.

Катучая лестница