Металлические резервуары предназначаются для хранения нефтепродуктов и газов: вертикальные цилиндрические вместимостью до 100 тыс. м3, сферические - до 10 тыс. м3. Емкости для хранения газов называют газгольдеры.
Конструктивными элементами резервуаров являются днище, стены корпуса, крыша, технологические конструкции (лестницы с площадками, центральная стойка, элементы каркаса и др.). Для уменьшения испарения крыша устраивается перемещающейся по высоте или "плавающей" по поверхности. Все основные элементы выполняются из листовой стали. Изготовление элементов производится на заводе металлоконструкций, а поставка осуществляется в рулонах.
Монтаж цилиндрических резервуаров осуществляют на песчаном основании, диаметр которого должен быть на 1,4 м больше диаметра днища. Для отвода атмосферных осадков основание устраивают на 0,4...0,6 м выше уровня земли с откосами по краям не круче 1:1,5. От разрушения откосы предохраняют отмосткой. Для предохранения днища от коррозии основание пропитывают мазутом или гидрофобной смесью и укатывают катками.
Работы по возведению резервуара выполняют в такой последовательности: монтаж и разметка днища, подъем рулонов стенки в вертикальное положение, установка центральной монтажной стойки, разворачивание рулонов стенки, установка опорных колец и кольцевых площадок, установка щитов покрытия, сварочные работы и контроль качества сварных швов, испытание и сдача резервуара (рис. 10.3).
Сборку днища резервуара производят путем разворачивания и сваривания центральной части днища с окрайками, для чего рулоны днищ накатывают на основание тракторами (лебедками) по специальному пандусу.
Рулон с днищем, состоящий из двух частей, располагают на основании так, чтобы первая половина днища, составляющая внешнюю оболочку рулона, заняла после разворачивания проектное положение. При этом вторая половина днища окажется на первой.
Перед разворачиванием рулон огибают петлей из каната, конец которого закрепляют на тракторе или лебедке, использованных для перекатки рулона на основание. Планки, скрепляющие рулон, перерезают газовым резаком и, ослабляя петлю каната, позволяют рулону разворачиваться. Если самопроизвольного (под воздействием упругих сил) разворачивания рулона полностью не произошло, в дальнейшем его разворачивают тем же трактором или лебедкой.
Рис. 10.3. Монтаж цилиндрических резервуаров из металлоконструкций: а) монтаж днища резервуара из пяти полотнищ, свернутых в рулон обоймой, с разворачиванием двумя тракторами (обойма - приспособление для разворачивания); б) то же, поперечный разрез; в) монтаж стенок резервуара с подъемом в вертикальное положение шевром вокруг шарнира; 1 - рулон с полотнищами днища; 2 - тяговый канат; 3 - трактор; 4 - шевр; 5 - стропы; 6 - трактор; 7 - рулон стенки резервуара; 8 - поворотный шарнир; 9 - поддон под рулон; 10 - расчалки к якорям; 11 - вертикальная стойка жесткости с лестницей; 12 - тяговый канат к лебедке для разворачивания рулона
Когда рулон будет полностью развернут, к середине круговой кромки верхнего полуднища приваривают скобу, к которой закрепляют конец каната для перемещения второй половины днища трактором или лебедкой в проектное положение. Далее собирают под сварку на прихватках стык двух половин днища с соединением внахлест, с плотным прижатием обоих полотнищ друг к другу.
Если днище монтируют из трех полотнищ, последовательно свернутых в рулон, то после разворачивания в проектное положение первого полотнища рулон с двумя оставшимися накатывают на сани и перевозят в сторону для разворачивания последовательно второго и третьего полотнища.
После сварки и разметки днища приступают к монтажу стенки резервуара. Монтаж состоит из двух основных операций: установки рулона стенки в вертикальное положение и его разворачивания со сборкой и сваркой замыкающего монтажного стыка. Рулон поднимают в вертикальное положение методом поворота вокруг шарнира с помощью крана или А-образного шевра (рис. 10.3, в). Перед подъемом нижнее основание рулона укладывают краном на ложе поворотного шарнира и крепят с помощью охватывающего каната, натягиваемого винтовой стяжкой. Верхний конец рулона укладывают на клеть из шпал высотой 0,3...0,5 м. В случае отсутствия крана рулон трактором или лебедкой перекатывают на днище по брусьям (из шпал или бревен), скрепленным строительными скобами. Для сохранности сварных швов днища от повреждения при подъеме и разворачивании рулона стенки, под торец рулона укладывают поддон из стального листа толщиной 6...8 мм и диаметром на 0,5 м больше диаметра рулона.
Подъем рулонов в вертикальное положение целесообразно производят краном.
Перед разворачиванием рулонов стенки к днищу по наружному диаметру резервуара приваривают временные упорные уголки с шагом примерно 1 м. Низ рулона увязывают канатом, который крепят к трактору (лебедке) и после предварительного натяжения каната приступают к срезанию планок, крепящих кромку рулона. После удаления планок канат, стягивающий рулон, медленно ослабляют, и рулон, распружиниваясь, увеличивается в диаметре. Свободную наружную кромку рулона прижимают к упорным уголкам и электродуговыми прихватками соединяют с днищем. Дальнейшее разворачивание рулона производят принудительно трактором (лебедкой) с помощью каната и тяговой скобы, привариваемой к рулону на высоте 0,5 м. По мере разворачивания рулона полотнище стенки прижимают к ограничительным пластинам, прихватывают и приваривают к днищу резервуара. Верхнюю кромку удерживают специальными расчалками, прикрепляемыми к приваренным скобам. За один прием разворачивают рулон на 3...4 м, скобу переносят и процесс повторяется.
При монтаже технологических конструкций используют навесные люльки.
Смонтированный резервуар испытывают наполнением его водой. Сварные соединения проверяют просвечиванием.
Сферические резервуары и газгольдеры применяют для хранения под давлением 0,25...1,80 МПа легковоспламеняющихся жидкостей, сжиженных и сжатых газов. Сферическая форма обеспечивает лучшее восприятие внутреннего избыточного давления и равномерное напряжение в элементах конструкции. Резервуары (газгольдеры) вместимостью 2000 м3 имеют диаметр 16 м, массу около 300 т при толщине оболочки 36 мм. Резервуары (газгольдеры) с толщиной стенок до 36 мм изготовляют из малоуглеродистой и низколегированной стали. Лепестки необходимой кривизны изготовляют на заводах горячей штамповкой или специальной вальцовкой. Перед отправкой с заводов их подвергают контрольной сборке.
Сборку и сварку сферических резервуаров на монтажной площадке проводят двумя способами в зависимости от состояния поставки лепестков, числа собираемых резервуаров и наличия монтажной оснастки. По первому способу лепестки собирают в блоки на шарнирно-качающемся стенде с автоматической сваркой меридиональных швов. Полушария или укрупненные блоки собирают на лучевом стенде. Затем поднимают и устанавливают полушария или блоки в проектное положение. Монтажные швы корпуса сваривают вручную, что снижает эффективность метода. По второму - все швы сваривают автоматической сваркой под слоем флюса. На специальном сборочном стенде собирают полусферы или укрупненные блоки из лепестков. Сборку ведут с помощью стяжных приспособлений и вручную выполняют лишь подварочный шов. Полусферы устанавливают на специальный манипулятор, где автоматически сваривают меридиональные и кольцевые швы сферического резервуара.
В отечественной практике широко применяют манипуляторы различных конструкций, обеспечивающие равномерное вращение оболочки, а также сохранение прочности и проектной геометрической формы.
По степени воздействия на оболочку манипуляторы разделяют на два типа: с мягкой системой опирания (гидравлическая, пневматическая и др.), применяемые для сборки тонкостенных оболочек (16...22 мм), и с жестким опиранием на стальные или обрезиненные опорные катки.
Для удобства сборки блоков применяют трубчатую монтажную стойку, к концам которой приваривают собранные днище и купольную часть. Последнюю устанавливают на временную неподвижную опору краном и, тщательно выверив, закрепляют канатами-расчалками (рис. 10.4, а). На днище и купольную часть приваривают пластины-ловители для установки укрупненных блоков. Блоки краном устанавливают на ловители днища и крепят к купольной части. Последующие блоки устанавливают по часовой стрелке. После установки и закрепления монтируемого блока с наружной стороны резервуара временно подводят опорную стойку для передачи массы блока на фундамент. Блоки между собой соединяют швами-прихватками. Для придания жесткости блоку внутри него приваривают трубу, которую удаляют после монтажа. Рабочим местом для временного крепления блоков между собой (сначала сборочными приспособлениями, а затем одним слоем шва ручной сваркой) служит полноповоротная люлька. Она имеет возможность перемещаться по дуге радиусом 8 м: в вертикальной плоскости - электролебедкой, а в горизонтальной - вручную.
Рис. 10.4. Сборка металлического сферического резервуара: а) на стенде с центральной стойкой и полноповоротной площадкой - "люлькой"; б) на манипуляторе с вращением сфер-блоков резервуара; 1 - опора стенда; 2 - днище резервуара; 3 - временная центральная стойка; 4 - расчалки; 5 - купол резервуара; 6 - полноповоротная подъемная люлька; 7 - меридиальные блоки - оболочки резервуара; 8 - временная стойка жесткости; 9 - опорная стойка; 10 - манипулятор; I, II, III, … X - последовательность монтажа сфер-блоков резервуара со сваркой на манипуляторе
Выполнив сборку и прихватку всех блоков, через верхний купольный люк стреловым краном вытягивают монтажную стойку. Далее устанавливают манипулятор, демонтируют временные опоры и готовят резервуар к автоматической сварке на манипуляторе. Автоматическую сварку всех меридиональных и кольцевых швов резервуара выполняют на манипуляторе, или рядом с резервуаром устанавливают шахтную лестницу с горизонтальной площадкой, к которой закрепляют кабину сварщика со сварочным автоматом. После сварки и контроля качества сварных швов домкратами манипулятора резервуар поднимают и устанавливают на вновь смонтированные опорные стойки, оголовки которых приваривают к оболочке. Далее манипулятор демонтируют.
В процессе горизонтальной сборки (рис. 10.4, б) каждые три лепестка укрупняют на стенде-кондукторе в блок. Первый блок монтируют на неподвижной опоре, снабженной роликами, или на роликоопорах манипулятора, расположенного на фундаменте резервуара (газгольдера). До демонтажа сборочных приспособлений первые шесть блоков соединяют между собой ручной сваркой одного слоя шва изнутри, а седьмой и восьмой - снаружи (во избежание сварки их в потолочном положении). Автоматическую сварку всех швов (снаружи и изнутри) выполняют на манипуляторе аналогично сварке резервуара при вертикальном способе монтажа.
Испытывают сферические резервуары, как правило, водой после завершения всех монтажных и сварочных работ, а также контроля качества сварных соединений.
Сначала резервуар полностью заполняют водой, давление повышают до пробного, равного 1,25—1,5 расчетного давления, и выдерживают 10 мин. Далее давление снижают до расчетного и осматривают конструкции. При отсутствии течи, запотевания и падения давления резервуар считают выдержавшим испытания.
Условия и результаты пробного гидравлического испытания оформляют актом и заносят в паспорт резервуара.