ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА
.pdfvk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Всеконструкциивертикальныхцилиндрическихрезервуаровимеют три основных элемента: плоское днище, вертикальную цилиндрическую оболочку и покрытие.
Плоское днище изготавливают на заводах металлоконструкций в виде полотнища, свернутого в рулон, а монтаж его сводится к разворачиванию рулона. При избыточном давлении до 2000Па днище начинает деформироваться, стремясь принять сферическую форму. Если его закрепить по периметру, то давление можно повысить до 7МПа.
Покрытие резервуаров может работать нормально под избыточным давлением 2000Па. При дальнейшем повышении давления покрытие деформируется. Чтобы резервуар мог работать под избыточным давлением до 7,0МПа без потерь от малых «дыханий», разработаны различные конструкции покрытия.
Торосферическая кровля типа «Гибрид» плавно сопряжена с корпусом благодаря образованию торовой вставки двоякой кривизны. Монтаж кровли проводят отдельными лепестками, включающими торовую вставку. Резервуар с такой кровлей может работать под избыточным давлением 0,025МПа.
Сфероцилиндрическая кровля (рис. 2.137) состоит из центрального круга и цилиндрических лепестков, которые очерчены двумя сопряженными радиусами, плавно переходящими к корпусу. Все соединения выполнены внахлестку. Монтаж кровли проводят отдельными лепестками. Резервуар с такой кровлей может работать под избыточным давлением 0,02МПа. Резервуар объемом 2000 м3 имеет диаметр 15 200 мм, высоту 9100 мм, высоту сфероцилиндрической кровли 2951мм, большой радиус кривизны 15200мм, малый радиус кривизны 1535мм. Сопряжение кровли и корпуса происходит в виде пересечения двух цилинтров. Резервуар с такой кровлей работает под избыточным давлением до 0,025МПа.
Все элементы резервуара — днище, цилиндрическую стенку и цилиндрическую кровлю — изготавливают в виде полотнищ на заводе металлоконструкций и доставляют на монтажную площадку в рулонах. Монтаж резервуара сводится к разворачиванию рулона днища, а затем одновременному разворачиванию рулонов вертикальной цилиндрической стенки и цилиндрической кровли. При хорошей подготовке монтаж резервуара объемом до 1000м3 может быть выполнен за один световой день.
Это единственная конструкция вертикального цилиндрического резервуара, в которой все элементы (днище, корпус и покрытие) можно доставлять на монтажную площадку из полотнищ, свернутых в рулон.
224
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Рис. 2.137. Вертикальный резервуар со сфероцилиндрической кровлей
2.6. Трубопроводные системы и арматура
2.6.1. Общие сведения о трубопроводах
Промышленные трубопроводы, прокладываемые по заводским и межзаводским территориям, предназначены для транспортирования жидких и газообразных углеводородов, а также водяного пара, воздуха, доменного, коксового, природного и других газов и их смесей. Трубопроводы соединяют между собой агрегаты единого технологического цикла, расположенные в разных цехах, а также объединяют трубопроводную сеть предприятия в замкнутые системы.
Как правило, промышленные трубопроводы на заводских территориях прокладываются надземно. Это экономично, удобно при эксплуатации и ремонте, позволяет прокладывать дополнительные трубопроводы без выполнения существенной реконструкции.
Многие промышленные трубопроводы в зависимости от их назначения, наличия и типа футеровки имеют повышенную температуру стенки, доходящую до 150°С, а в некоторых случаях — до 200°С и более. В связи с особыми условиями эксплуатации промышленных трубопроводов при их проектировании необходимо учитывать:
—возможность образования загазованной зоны (из-за неплотностей конструкций), представляющей опасность, особенно при прокладке газопроводов внутри помещений;
—корродирующее воздействие как наружной, так и внутренней сред, особенно при наличии в них серы и других агрессивных примесей;
225
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
—абразивное воздействие потока взвешенных в газе частиц;
—влияние на сооружение температурного режима (как технологического, так и атмосферного).
Трубопроводы совместно с опорами, оборудованием, устройствами для их обслуживания, лестницами, площадками составляют так называемую трубопроводную систему. Применяемые в строительстве трубопроводные системы можно разделить на две группы: системы, состоящие из большого числа трубопроводов малых диаметров, для прокладки которых требуется устройство специальных пролетных строений — система эстакадной прокладки; системы, имеющие в своем составе трубопроводы больших диаметров, жесткость которых используется при работе на изгибсистема балочной прокладки.
При эстакадной прокладке система трубопроводов укладывается на специальные несущие пролетные строения, которые представляют собой простые инженерные сооружения (рис. 2.138). Такие системы получили широкое распространение на предприятиях химической, энергетической, нефтяной и других отраслей промышленности, где они включают в себя большое количество труб разных диаметров
(от 50...100мм до 2...3м).
Рис. 2.138. Трубопроводная система эстакадной прокладки:
1 — пролетные строения; 2 — неподвижная опора системы; 3 — промежуточные опоры
Пролетные строения — эстакады выполняют, как правило, в виде пространственныхстержневыхконструкций,габаритыкоторыхзависят от поперечного сечения трубопроводной системы. Балочная прокладка значительно экономичнее, так как трубопровод большого диаметра одновременно используется как несущая конструкция, на которую опираются все сопутствующие трубопроводы. В этом случае несущие и технологические функции ведущего трубопровода совмещаются, превращая раздельные конструкции в единый блок (рис. 2.139).
226
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Рис. 2.139. Трубопроводная система балочной прокладки:
1 — сопутствующие трубопроводы; 2 — трубопровод верхнего яруса; 3 — подвеска; 4 — плоские опоры; 5 — неподвижная опора верхнего яруса; 6 — неподвижная опора системы; 7 — опоры у компенсаторов
2.6.2. Компоновка трубопроводных систем
Компоновкатрубопроводныхсистемосуществляетсявсоответствии с генеральным планом конкретного предприятия, при этом должны учитываться следующие требования: оптимальная протяженность трубопроводных систем; все трубопроводы, включая теплосиловые, а также прочие сети проводят единым компактным коридором; выбранный план трассы не препятствует дальнейшему ее расширению; принятая схема трубопроводной системы обеспечивает передачу минимальных усилий на опоры и примыкающее оборудование; устанавливаемое оборудование и конструкции трубопроводных систем позволяют увеличить объем обслуживающих агрегатов и интенсификацию технологических процессов; технологической схемой трубопроводных систем предусматривается возможность отключения отдельных агрегатов при нормальной работе остальных.
Основной вопрос при компоновке трубопроводных систем — выбор типа и схемы расстановки опор, которые обеспечивают устойчивость и неизменяемость всей системы. Типы опор бывают разными и зависят от многих конструктивных и компоновочных факторов. Классификация опор дана в табл. 2.2, где условно учитываются лишь основные линейные связи, накладываемые опорой на трубопровод одной в вертикальной и двух в горизонтальной плоскостях. На рис. 2.140 показаны типы опор, соответствующие этой классификации.
227
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Таблица 2.2 — Классификация опор трубопроводов
|
|
Классифицируемый |
|
|
|
|
признак |
|
|
Конструктивная |
Расчетная |
|
|
|
по |
по распо- |
Характер работы |
||
схема |
схема |
конструк- |
ложению |
|
|
|
в темпера- |
|
|
|
|
тивному |
турном |
|
|
|
решению |
|
|
|
|
блоке |
|
|
|
|
а)МаятниПромежу- |
Опора восприни- |
|
|
|
ковые |
точные |
мает только верти- |
|
|
б) Под- |
|
кальную нагрузку, |
|
|
вески |
|
допуская перемеще- |
|
|
|
|
ния трубопроводов |
|
|
|
|
в горизонтальной |
|
|
|
|
плоскости |
|
|
Плоские |
Промежу- |
При расчетной схе- |
|
|
|
точные |
ме по типу «а» опора |
|
|
|
|
воспринимаетверти- |
|
|
|
|
кальную и горизон- |
|
|
|
|
тальную нагрузки в |
|
|
|
|
своей плоскости, до- |
|
|
|
|
пускаясвободныепе- |
|
|
|
|
ремещениятрубопро- |
|
|
|
|
вода вдоль оси трас- |
|
|
|
|
сы. При расчетной |
|
|
|
|
схеме по типу «б» |
|
|
|
|
опорадополнительно |
|
|
|
|
воспринимает уси- |
|
|
|
|
лия, возникающие |
|
|
|
|
из-за изгиба опоры |
|
|
|
|
в направлении оси |
|
|
|
|
трассы |
|
|
Прост- |
Концевые |
Опора воспринима- |
|
|
ранст- |
|
ет вертикальную на- |
|
|
венные |
|
грузку и все нагруз- |
|
|
|
|
ки в горизонтальной |
|
|
|
|
плоскости; переме- |
|
|
|
|
щенийтрубопровода |
|
|
|
|
не допускает |
|
|
Прост- |
Промежу- |
Опора воспринима- |
|
|
ранст- |
точные |
ет вертикальную на- |
|
|
венные |
|
грузкуивсенагрузки |
|
|
|
|
в горизонтальной |
|
|
|
|
плоскости, допу- |
|
|
|
|
скает перемещения |
|
|
|
|
трубопровода от- |
|
|
|
|
носительно опоры в |
|
|
|
|
горизонтальнойпло- |
|
|
|
|
скости.Применяется |
|
|
|
|
при скользящих и |
|
|
|
|
катковых опорных |
|
|
|
|
частях |
Примечание. Все связи в расчетных схемах являются упругоподатливыми.
228
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Рис. 2.140. Типы опор трубопроводов:
1 — трубопровод; 2 — трехсвязная опора с ограниченной реакцией; 3 — трехсвязная концевая опора; 4 — двухсвязная шарнирная опора; 5 — двухсвязная защемленная опора; 6 — двухсвязная опора с ограниченной реакцией
Наиболее экономичная в большинстве случаев балочная прокладка предполагает, как отмечалось, использование изгибной жесткости трубопровода максимального диаметра из всего пучка труб. Этот трубопровод обычно именуется ведущим. Возможность осуществления балочной прокладки определяется следующими условиями: в поперечном сечении пучка труб должна быть труба, способная самостоятельно воспринимать усилия в пролете между опорами; сопутствующие трубы должны быть расположены так, чтобы можно было прикрепить их к основной трубе; генеральный план и подземные коммуникации должны позволять установку опор на расстоянии, определяемом несущей способностью ведущей трубы.
Одной из главных задач рационального конструктивного решения трубопроводной системы при балочной прокладке является выбор конфигурации трассы в плане и пространстве. При этом трасса должна иметь наименьшую длину, а напряжения в трубопроводе и усилия, передаваемые на опоры от внешних нагрузок и от температурных перемещений,должныбытьминимальными.Врациональноспроектированной системе усилия, передаваемые трубопроводом на оборудование, не должны превосходить значений, определяемых его техническими данными, а усилия, передаваемые на фундаменты опор, значений, обеспечивающих возможность их выполнения.
Напряжения и усилия, вызванные внешними нагрузками, эффективно регламентируются путем рационально сконструированных и расставленных опор. Усилия от температурных воздействий в значительной степени определяются возможностью системы сопротивляться температурным деформациям. Такая возможность характеризуется степенью жесткости системы. Поэтому один из способов уменьшения усилий и температурных деформаций — создание схемы, состоящей из
229
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
отдельных участков трубопровода разных направлений и имеющей малую жесткость. Такие системы могут полностью или в большей степени компенсировать температурные удлинения, не передавая при этом значительных усилий на опоры. Однако при проектировании трасс большой протяженности, насыщенных технологическим оборудованием, создать полностью самокомпенсирующуюся схему сложно. В большинстве случаев этому препятствуют условия генерального плана, что имеет особое значение при прокладке трасс по заводским территориям, и дополнительные затраты, связанные с увеличением длины трассы.
Если невозможно создать схемы, имеющие низкую жесткость и компенсирующие температурные удлинения, то одним из способов уменьшения усилий может быть искусственное понижение жесткости систем введениемгибкихилиподвижныхсоединенийотдельныхучастковтрубопровода. Такими соединениями служат компенсаторы – устройства, снижающие общуюжесткость системыи воспринимающие еедеформации вследствие изменения своей длины или за счет поворота. В некоторых случаях в самокомпенсирующих системах дополнительно следует устанавливать компенсаторы для уменьшения усилий на опорах или в примыкающем оборудовании. В целом установка компенсаторов рекомендуется в следующих случаях:
—когда по условиям генерального плана невозможно скомпоновать систему с достаточно низким показателем жесткости;
—когда расчет системы на самокомпенсацию показал наличие чрезмерно больших усилий на опорах и напряжений в трубопроводе;
—если применение системы с компенсаторами эффективно экономически;
—при реконструкции или изменении схемы действующих систем.
Взависимости от выбранной схемы, а также от количества компенсаторов и мест их установки трубопроводные системы могут обладать разнойжесткостью.Постепенижесткостиихможноклассифицировать следующим образом.
Гибкие системы с весьма низкой жесткостью, способные самостоятельно полностью компенсировать температурные удлинения в результате изгиба и поворота. Температурные напряжения здесь могут быть уменьшены только рациональной расстановкой опор, уменьшением их жесткости, сокращением ограничений на концевых и промежуточных опорах. Такие системы не требуют дополнительного снижения жесткости путем установки компенсаторов.
Шарнирные системы, в которых уменьшение температурных напряжений достигается установкой компенсаторов, работающих на изгиб.
230
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Продольно-подвижные — системы, в которых температурные удлинения полностью воспринимаются компенсаторами, способными изменять свою длину по направлению перемещения трубопровода. Неподвижные опоры в таких системах и примыкающее оборудование воспринимают лишь усилия распора компенсатора.
Из трубопроводных систем, работающих при низком давлении, наиболее распространены гибкие и продольно-подвижные. Насыщенность близко расположенного оборудования, простые конструкции компенсаторов низкого давления создают благоприятные условия для их применения. Продольно-подвижные системы широко применяют также при реконструкции и удлинении трубопроводных систем.
В некоторых случаях весьма эффективно применение схем с шарнирными устройствами — шарнирными компенсаторами. Преимущество таких компенсаторов — малая величина усилий, передаваемых на неподвижные опоры. Усилия, вызываемые распором от внутреннего давления, полностью воспринимаются соединительными связями. Компенсирующая способность системы в этом случае зависит от допустимого угла раскрытия линзы компенсатора. Однако схемы трубопроводов с шарнирными компенсаторами пока не нашли широкого применения в системах промышленных трубопроводов большого диаметра. В значительной степени это объясняется пространственной конфигурацией систем, что требует большого количества шарниров и значительно усложняет их установку.
Компоновочную схему трассы выбирают исходя из следующих положений. Места изменения направлений трассы рационально использовать для самокомпенсации. Внутри температурного блока устанавливаютпромежуточныеопоры,расстояниемеждукоторымиопределяется несущей способностью ведущего трубопровода, нагрузкой, типом опор и их способностью обеспечить восприятие температурных перемещений. На рис. 2.141 приведены примеры компоновочных схем разных трасс. В общем случае расстояние между неподвижными опорами может определяться по формуле
L = λn/α∆t ,
где λ—полезнаякомпенсирующаяспособностьоднойволныдискового компенсатора, м; n — число волн компенсатора; ∆t — расчетный температурный перепад; α— коэффициент линейного расширения материала ведущего трубопровода.
В зависимости от компоновки поперечного сечения трубопроводных систем могут выбираться различные варианты их построения. На рис. 2.141 показаны поперечные сечения характерных типов, к которым
231
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
может быть сведено большинство встречающихся в практике поперечных сечений трубопроводных систем.
Рис. 2.141. Компоновочные схемы трасс:
1 — плоская опора; 2 — неподвижная опора; 3 — скользящая опора; 4 — маятниковая опора; 5 — компенсатор
232
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Тип I. При благоприятных условиях генерального плана система решается способом балочной прокладки с установкой компенсаторов на прямолинейных участках (рис. 2.143). Компенсаторы располагают, как правило,междудвумяблизко расположенными промежуточными плоскими опорами. Допускается установка компенсатора
по оси пространственной опоры. При этом опирание трубопровода на одну ветвь должно быть неподвижным, а на другую — подвижным. Расстояние между промежуточными опорами определяется несущей способностью ведущего трубопровода. Если этот пролет оказывается недопустимым для второй трубы, то применяют дополнительные подвески. Верхний ряд технологических трубопроводов опирается на систему кронштейнов, прикрепленных к ведущему трубопроводу. Опирание труб на кронштейны может быть подвижным (скользящим или на катках) или неподвижным.
Рис. 2.143. Конструктивная схема
при поперечном сечении типа I:
1 — сопутствующие трубопроводы; 2 — трубопровод верхнего яруса (ведущий); 3 — трубопровод нижнего яруса; 4 — плоские опоры сопутствующихтрубопроводов; 5 — неподвижная опора сопутствующих трубопроводов; 6, 7 — соответственно неподвижная и промежуточные опоры системы
233