Проектирование и изготовление металлоконструкций сферических резервуаров для хранения сжиженного газа

Сферический резервуар представляет собой оболочку, состоящую из лепестков, купола и днища. Компоновка элементов-лепестков зависит от способа раскроя металла и способа изготовления металлоконструкций.

Так, можно выделить несколько способов расположения лепестков:

Сферические резервуары устанавливаются на стойки-опоры, количество которых рассчитывается исходя из объема резервуара и условий его эксплуатации. Обычно систему стоек-опор изготавливают из труб или двутавров, которые уже на месте соединяют специальными связями для придания конструкции пространственной жесткости.

Для изготовления сферических резервуаров используется легированная сталь толщиной от 16 мм до 36 мм (максимум 40 мм по специальному заказу). Ограничение толщины стали для производства шаровых резервуаров диктуется отсутствием термической обработки после сварки конструктивных элементов. Выбор легированной стали также неслучаен. Такая сталь обладает улучшенными характеристиками по сравнению со среднеуглеродистыми марками стали: она меньше подвержена старению, имеет повышенную прочность и может эксплуатироваться при высоких температурах до +500ºС.

При расчете толщины стенки сферического резервуара учитываются характеристики стали (предел текучести и прочности), давление внутри резервуара, вес жидкости, напряжение в стенке резервуара и другие параметры. Для точной сборки и сварки элементов сферического резервуара следует очень точно рассчитать радиус резервуара и кривизну лепестков.

Способ изготовления элементов-лепестков подбирается в зависимости от толщины стали. При толщине стали до 22 мм лепестки изготавливаются на многовалковом стенде методом холодного вальцевания, то есть гибки металла нужной формы. При толщине стали более 22 мм используется метод горячей штамповки.

Монтаж сферических резервуаров для хранения сжиженных газов

Элементы-лепестки поставляются на строительную площадку с обрезанными и подготовленными к сварке встык кромками. Листы, которые будут крепиться к куполу и днищу резервуара, имеют припуски швов, которые по завершению монтажа отрезаются.

Способ сборки сферических резервуаров на строительной площадке зависит от диаметра резервуара. Так, монтаж резервуаров диаметром до 18 м начинается с экваториального пояса, а монтаж резервуаров с большим диаметром - от нижней части. Сварка элементов-лепестков может осуществляться как в ручном, так и в автоматическом режиме. Вне зависимости от способа сборки сферических резервуаров, первоначально монтируется центральная стойка-опора, уже к которой будет происходить приварка элементов.

Экваториальный способ монтажа заключается в подготовке сначала центрального пояса резервуара (экваториального), приварке его к центральной стойке и установке на фундамент на опорах-стойках. Затем нижний слой листов вводится внутрь экваториального пояса резервуара и также подпирается опорами-стойками. Верхний слой листов крепится к центральной стойке. Завершающим этапом монтажа сферического резервуара является приварка купола и днища резервуара, а также площадки обслуживания и лестницы.

Сборка сферического резервуара с нижнего пояса заключается в последовательной сварке элементов-лепестков (сегментов) в пояс, а затем приварка поочередная поясов по горизонтали. При данном методе могут использоваться специальные манипуляторы-вращатели, которые осуществляют сварку в автоматическом режиме.

Монтаж сферического резервуара с нижнего пояса может также происходить последовательным наращиванием элементов снизу вверх, при этом каждый последующий сегмент должен располагаться на противоположной стороне от предыдущего сегмента для сохранения устойчивости конструкции.

Сферические резервуары объемом до 600 м³ могут монтироваться полусферами - сначала полусферы собираются на земле, а потом устанавливаются на опорные стойки при помощи козлового крана.