Vigtige tankpladetyper i API 650-lagertanke

Olie- og LNG-lagertanke (API 650) er bygget af fire primære pladetyper: Skal, Bund (gulv), Ringformet, og Tag plader. Hver af dem har en distinkt strukturel rolle. Skalplader danner den cylindriske væg og modstår ring- og aksialspændinger; bundplader danner tankbunden og understøtter væskebelastningen; ringformede plader er de ringformede plader ved samlingen mellem skal og gulv, der overfører belastninger til skallen; og tagplader dækker tanken med et fast konisk/kuppelformet tag. Valg og design af hver plade skal tage højde for belastningskrav, svejsemetoder, korrosionstillæg og materialetilgængelighed.

Skalplader

Skalplader danner tankens lodrette vægge. De skæres og rulles til kurser – vandrette bånd, der stables til fuld højde. Tykkelsen beregnes ud fra ringspænding på grund af væsketryk plus korrosionstillæg. Under API 650 er skalplader begrænset til maksimalt 45mm (1,75 tommer) tyk. Hvis designspændinger eller materialestyrke kræver mere end 45 mm, skal der anvendes et materiale med højere styrke (Gruppe IV-VI stål). Almindelige materialer omfatter ASTM A36 eller EN S235JR (udbytte ~250 MPa) til tanke med lavere højde og A516 Gr 70, A537 CL2 eller EN S355 (355 MPa) til højere eller mere krævende tanke. Skalplader skal være ståltætnede og finkornede for svejsbarhed.

Udfordringer og løsninger: Tykke skalplader er tunge og vanskelige at valse og svejse uden deformation. Producenter forbøjer ofte plader og bruger sekvenssvejsning med kontrolleret mellemsvejsetemperatur for at håndtere deformation. Alle lodrette svejsesømme skal radiograferes i henhold til API 650 Sek. 8.3; vandrette (omkredsmæssige) svejsninger og ringformede pladesvejsninger kræver også radiografi. Stål af klasse A36 eller lignende stål mangler slagstyrke ved lave temperaturer, så i kolde klimaer skifter designere til lavtemperaturhærdet stål (f.eks. ASTM A553) eller sikrer slagprøvning. Endelig forankres skallen til tankfundamentet via ankerstole svejset til den ringformede plade eller skalbunden.

Bundplader (gulvplader)

Bundplader danner tankbunden og skal understøtte den hydrostatiske belastning og vakuumhændelser. Flere stålplader (6-12 mm tykke plus korrosionstillæg) dækker typisk hele tankbunden. Standardlayouts inkluderer overlappende "gulvplader" og en tungere ringformet plade rundt om kanten. Pladerne hviler på en betonfundamentring eller pæle. Bundpladerne er svejset sammen i et gitter; firkantede eller skrå svejsninger med sømme bruges til fuld indtrængning, som krævet af API 650 (afsnit 5.1.5.5). Hæftesvejsede bagplader (≥3 mm tykke) kan bruges til at vedligeholde rodåbninger. Den nominelle bredde af både rektangulære og skitseplader skal være ≥1800 mm, medmindre andet er aftalt med køber. Den nødvendige tykkelse af bundpladerne er den korroderede tykkelse plus korrosionstillæg.

Designhensyn: Bundplader skal være plane og i niveau for at undgå vandpytter. De er monteret med tætningssvejsninger til skallen eller den ringformede plade. I henhold til API 650 er bundpladernes stumpsvejsninger ofte lagt parallelt med skallen for lettere ankerhældning. Skrånende "sildbensmønstre" eller radiale layouts kan også anvendes. Tanke kan omfatte en sump lomme i midten til dræning.

Udfordringer og løsninger: Bundplader skal modstå positivt tryk (hydrostatisk tryk) og negativt tryk (vakuum). Et svigtende vakuum kan forårsage kollaps, så designere inkluderer vakuumaflastningsventiler og overvejer forstærkning (f.eks. kompensationsplader). Svejsningsforvrængning afbødes ved at fastholde pladerne og svejse symmetrisk. Kvalitetskontrol er afgørende: Selvom tag- og bundsvejsninger typisk ikke radiograferes, gennemgår alle bund-skal-forbindelser og gulvsamlinger 100% magnetisk partikel- eller farvestofpenetrantinspektion for at sikre tæthed. Leveringstider kan være lange for store gulvplader (især tykke ringformede ringe), så tidlig anskaffelse anbefales.

Ringformede plader

Ringformede plader er ringen af plader umiddelbart inden i tankens yderlag i bundlaget. De overfører yderlagsbelastninger ned i gulvet og danner et fastgørelsespunkt for yderlagsvinkler og ankerstole. I henhold til API 650, afsnit 5.5.2, ringformede plader skal være mindst 600mm (24tommer) bred (målt radialt) fra skallen til enhver overlapningssamling, når tankdiameteren er ≥30 m (100 ft), eller når bundlaget af skallen er konstrueret ved hjælp af den tilladte spænding for materialerne i gruppe IV, IVA, V eller VII praksis fremstiller designere ofte ringformede plader betydeligt tykkere end indvendige gulvplader (f.eks. 12-16 mm i stedet for 6-8 mm) for at håndtere de høje omkredskræfter.

Svejsning og samlinger: Ringformede radiale samlinger skal være fuldgennemtrængningssvejsningerEn kontinuerlig bagstrimmel (min. 3 mm) er tilladt under disse svejsninger, men svejsningen skal være fejlfri. For tanke >30 m i diameter eller ved brug af højstyrkestål (Gruppe IV-VI) kræver API 650 stumpsvejsede ringformede plader. Mindre tanke eller lavspændingstilfælde kan tillade overlapsvejsede "skitse"-plader, men inspektører foretrækker ofte den stumpsvejsede ring af sikkerhedsmæssige årsager. Den indre kant af den ringformede ring kan være skåret lige eller polygonal; ifølge API-definitionen kan den indvendige omkreds danne en regelmæssig polygon med lige så mange sider som plader.

Udfordringer og løsninger: Fordi ringformede plader er store og tykke, er de tunge og vanskelige at transportere. Justering på stedet med skallen er afgørende. Fabrikanter stuksvejser dem ofte til skallen i værkstedet eller tidligt i feltmonteringen - omhyggelig montering og svejsning (forvarmning om nødvendigt), kontrol af varmetilførslen. Ringformede plader er et hotspot for lækagerisiko, hvis de er for små eller dårligt svejset, så mange ingeniører tilføjer en ekstra korrosionstillæg og grundig NDE (radiografi eller PAUT) på disse samlinger.

Tagplader

Faste tage (kegler eller kupler) dækker overjordiske tanke. Tagsplader er metalpaneler, der er svejset sammen og fastgjort til en øverste kantvinkel på skallen. API 650 opdeler tagdesign i tre belastningstilfælde: indre tryk (bilag F spændingsformel), ydre belastninger (bilag F bukning) og generelle belastninger (afsnit 5.10). I praksis styres tagpladetykkelsen ofte af bukning under tagvægt eller vind, ikke af indre tryk. API 650 kræver en nominel tagpladetykkelse ≥ 5mm (3/16i) plus korrosionstillæg. Lavkoniske tage kan bruge 6-10 mm stål; kuppeltage bruger ofte 8-12 mm.

Konstruktion: Tagskæber skæres i et "tærteformet" mønster (med en polygon lig med antallet af plader) eller i koncentriske ringe. Pladerne svejses sammen med overlapssøm eller skråsvejsninger med kontinuerlige søm kun på oversiden. Pladerne skal være fuldt understøttede ved omkredsen. For tage med understøttede kegler kræver API 650 Sek. 5.10, at pladerne ikke svejses til spærene (de hviler i stedet på dem) for at tillade en lille bevægelse. Alle tagpaneler fastgøres til kantstensvinklen med kontinuerlige søm på oversiden.

Udfordringer og løsninger: Tagsvejsninger er tyndere og deformeres ofte ved svejsning, så bygherrer fremstiller taget på jorden i sektioner eller bruger løfterammer. Dimensionskontrol er afgørende for at undgå huller. Da tagsvejsninger generelt har lavere spænding, kræver API ikke radiografi på tagpladesvejsninger, men 100% visuel/MPI-inspektion er standard. Tagstål er ofte A36 eller lignende; høj styrke er sjældent nødvendig, medmindre store tagspænd kræver højere knækstyrke.

Pladematerialer og specifikationer

API 650 grupperer pladestaal efter tilladt spænding og anvendelse. Almindeligt specificerede materialer til tankplader omfatter:

ASTM standarder

ASTM A36 (26 ksi udbytte, ~250 MPa) – Anvendes i vid udstrækning til skal og bund under moderate forhold. Det er billigt og bredt tilgængeligt, men uegnet til kolde miljøer, medmindre det er slagfastgjort.
ASTM A283 Gr. C (også ~205-290 MPa) – Et generelt konstruktionsstål, der undertiden bruges til tanke med lav højde.
ASTM A285 Gr. C (Plade til trykbeholdere, 195-260 MPa) – Godkendt af API 650, men begrænset til tyndere sektioner. Mere duktil, ofte et billigere alternativ.
ASTM A516 Gr. 70 (Plade til beholdere med moderat/lav temperatur, 485 MPa trækstyrke) – Almindelig til skaller/bunde med højere styrke. Har bedre sejhed end A36.
ASTM A537 KL.2 (trykbeholderplade, ~450 MPa udbytte) – Højere styrke og sejhed til store tanke.
ASTM A553 (Type 1 & 2) – Lavtemperatur kulstof-manganplade (nikkellegeret) til kryogen brug. A553 Type 1 (≈9% Ni) er specificeret i API 620 bilag Q til LNG-tanke.

EN-standard

EN 10025 S235JR / S355JR – Europæiske konstruktionsstål, der omtrent svarer til A36 (S235JR) og A572/A656 med højere styrke (S355JR). Bemærk, at API 650 kræver slagfaste J0- eller J2-kvaliteter (testet ved 0 °C eller -20 °C) til S275/S355; almindelig "JR"-kvalitet (testet kun ved 20 °C) er ikke tilladt til tykkere plader.

JIS-standard

JIS G3101 SS400 / SS490 – Japanske tilsvarende konstruktionsstål (YS 205-245 MPa og 245-295 MPa). SS400 er svagere end A36, så nogle designere undgår direkte substitution, medmindre tykkelsen øges.

Andre nationale standarder

API 650 tillader "anerkendte nationale standarder", hvis mekaniske egenskaber og kemiske grænser opfylder kriterierne i gruppe I-VI. For eksempel accepteres ofte CSA G40.21 (Canada) kvaliteter 300W/350W eller ISO 630 S275/S355.

For alle plader kræver API 650 afsnit 4, at stålet deoxideres (fuldstændigt deoxideres) og finkornet behandles med omhyggelig kontrol af C, Mn, P, S osv. Materialer af højere kvalitet (gruppe IV-VI) kræver ofte specifik slagprøvning ved 0 °C eller -20 °C, selv ved omgivelsestemperatur, for at undgå sprødbrud under forstyrrede forhold. Når du vælger udenlandsk stål, skal du verificere gennem værksprøvningscertifikater, at sammensætning og slagkvalitet opfylder API 650-kravene. (For eksempel kan kinesisk SS400 have en lavere slagenergi end A36.)

LNG vs. råolietanke

LNG-lagertanke opererer ved –162 °C og stiller langt strengere materialekrav. Konventionelle API 650-plader (A36, A516 osv.) bliver sprøde ved kryogene temperaturer. I stedet bruger indertanke eller kurve til LNG ofte 9% Ni-stål (ASTM A553 Type 1 eller ASTM A553M) for fremragende sejhed. For nylig er 7% Ni-stål blevet udviklet som omkostningsbesparende alternativer. Disse stål opfylder Charpy-slagstyrkekriterierne (f.eks. ≥34 J langsgående ved –196 °C for A553T1) i henhold til API 620 Appendiks Q. Ydre lagertanke (eller tag og fundamenter) kan bruge almindeligt kulstofstål ved omgivelsestemperaturer.

Designforskelle omfatter dobbeltvæggede tanke med isolering og strengere krav til lækagetæthed. API 620 (ikke 650) er normalt den gældende kode for overjordiske kryogentanke, der inkorporerer bilag Q for materialer. Kort sagt, Til LNG-service skal der altid anvendes kryogenstål (A553, A553M eller legeringer med højere nikkelindhold) til de våde plader.Standard API 650-stål er kun til den isolerede ydre skal eller sekundær indeslutning over omgivende temperaturer.

Overholdelse af API 650 (2020)

Sikring af API 650-overholdelse indebærer at følge kodens materiale-, design- og fremstillingsregler:
Pladetykkelse og materialegrænser: Overhold afsnit 4.2.1.4: maksimal skaltykkelse på 45 mm. Brug afsnit 4.2.2's tykkelsesgrænser pr. klasse (f.eks. kan A537 være tykkere end A516). Angiv pladeklasser, der opfylder de krævede slagprøvninger for den forventede driftstemperatur.
NDE og svejsning: Udfør 100% radiografi af skal-til-skal og ringformede samlinger. Tag- og gulvsvejsninger kræver 100% MPI/farvepenetrant. Følg API 650 Sek. 8 for svejsernes kvalifikation (ASME IX), samlingsforberedelse og testning.
Designregler: Brug afsnit 5 og bilag (f.eks. bilag F/V) til at beregne tykkelsen for skaller og tage. Sørg for, at den ringformede plade har en bredde på ≥600 mm. Dimensionér bundpladerne, så de overholder nedbøjnings- og bucklingsgrænserne. Dimensionér svejseoverlapnings-/kantafstandene i henhold til afsnit 5.1.5 og 5.5.
Dokumentation: Tankens navneskilt og dokumentation skal angive "API 650 – Tolvte udgave" (2020-udgaven er den 13.). Gem værksmølletestrapporter for alle plader (kemiske, mekaniske, slagfaste) og svejsejournaler. Indhent tredjepartsinspektion efter behov, især for kritiske samlinger.
Korrosionstillæg: Tilføj altid passende CA (ofte 2-5 mm) til pladetykkelsen i beregninger for at tage højde for korrosion og potentielle defekter i fræseoverfladen.

Udfordringer og bedste praksis

Svejsekvalitet og forvrængning: Tykke plader (>10 mm) kræver forvarmning og kontrolleret mellemsvejsningstemperatur. Brug sekvenssvejsning eller krympekontrol for at minimere vridning. Stumpsvejsninger med fuld gennemtrængning skal opnås uden defekter. Inspicer alle færdige svejsninger (især ved skal- og ringsamlinger) med NDT.
Korrosionsbeskyttelse: Vælg belagte materialer, der er kompatible med det lagrede produkt, eller påfør belægninger (epoxy eller zinkrig primer). Bundpladerne er ofte vand- eller faststofholdige, så der kan anvendes en højere korrosionstillæg eller slidstærke foringer.
Materialetilgængelighed og leveringstid: Plader med stor diameter eller ekstra tykke plader er specialiserede. Planlæg indkøb måneder i forvejen. Ved import skal kvalitetsstandarder verificeres (f.eks. antag ikke, at SS400 er lig med A36). Arbejd med leverandører for at sikre, at certificeringer opfylder API-kravene.
Konstruktionssekvensering: Installer den ringformede ring tidligt ved hjælp af en stærk ryg eller midlertidige afstivning for at holde skallen i rette position. Brug en vindbjælke (stilladslignende ring) under opsætningen af skallen for at bevare den cirkulære form. Når det er muligt, formonter tagpanelerne på jorden og løft dem derefter op på den færdige skal.
Feltjusteringer: Afvigelser på stedet (f.eks. fundamentsætninger eller mindre skævheder) bør imødekommes med afstandsplader, slidsede ankerbolte eller flangesnit, ikke ved at rulle plader om. Kontroller bundpladernes planhed før endelig svejsning for at sikre vandtæthed.

Konklusion

Ved at forstå rollen for hver pladetype og følge API 650-reglerne kan EPC/EPCM-teams designe og bygge sikre tanke, der overholder standarderne. Korrekt materialevalg (fra A36 til A553), omhyggelig svejsepraksis og opmærksomhed på kodedetaljer (pladebredde og svejsekvalitet) er afgørende for holdbare råolie- og LNG-tanke. Hvis du har stålplade-anmodninger til marinetankprojekter, så tøv ikke med at kontakte os på [email protected] for et konkurrencedygtigt og professionelt tilbud!