Essentiële tankplaattypen in API 650-opslagtanks

Olie- en LNG-opslagtanks (API 650) worden opgebouwd uit vier primaire plaattypen: Schelp, Onderkant (vloer), Ringvormig, En Dak Platen. Elk vervult een eigen structurele rol. Schilplaten vormen de cilindrische wand en weerstaan ring- en axiale spanningen; bodemplaten vormen de tankbodem en dragen de vloeistoflading; ringvormige platen zijn de ringvormige platen bij de verbinding tussen de mantel en de bodem die de belasting naar de mantel overbrengen; en dakplaten bedekken de tank met een vast conisch/koepelvormig dak. Bij de keuze en het ontwerp van elke plaat moet rekening worden gehouden met de belastingseisen, lasmethoden, corrosietolerantie en de beschikbaarheid van het materiaal.

Schelpplaten

De mantelplaten vormen de verticale wanden van de tank. Ze worden gesneden en gerold tot cursussen – horizontale banden die tot de volledige hoogte stapelen. De dikte wordt berekend op basis van de ringspanning door vloeistofdruk, plus corrosietoeslag. Volgens API 650 zijn mantelplaten beperkt tot een maximum van 45mm (1,75 inch) dik. Als de ontwerpspanningen of materiaalsterkte meer dan 45 mm vereisen, moet een materiaal met hogere sterkte (staal uit groep IV-VI) worden gebruikt. Veelgebruikte materialen zijn ASTM A36 of EN S235JR (vloeigrens ~250 MPa) voor lagere tanks, en A516 Gr 70, A537 CL2 of EN S355 (355 MPa) voor hogere of veeleisendere tanks. De mantelplaten moeten staalgekalmeerd en fijnkorrelig zijn voor lasbaarheid.

Uitdagingen en oplossingen: Dikke mantelplaten zijn zwaar en moeilijk te walsen en te lassen zonder vervorming. Fabrikanten buigen de platen vaak voor en gebruiken sequentielassen met gecontroleerde interpasstemperatuur om vervorming te beheersen. Alle verticale lasnaden moeten worden geröntgend conform API 650 Sectie 8.3; horizontale (cirkelvormige) lassen en ringvormige plaatlassen vereisen ook röntgenfoto's. Staal van klasse A36 of vergelijkbaar materiaal mist kerfslagvastheid bij lage temperaturen, dus in koude klimaten schakelen ontwerpers over op laagtemperatuurgehard staal (bijv. ASTM A553) of voeren ze kerfslagproeven uit. Ten slotte wordt de mantel verankerd aan de tankfundering met behulp van ankerstoelen die aan de ringvormige plaat of mantelbodem zijn gelast.

Bodemplaten (vloerplaten)

Bodemplaten vormen de tankbodem en moeten de hydrostatische belasting en vacuümgebeurtenissen opvangen. Meerdere stalen platen (6-12 mm dik plus corrosietoeslag) bedekken doorgaans de gehele tankbodem. Standaardindelingen omvatten overlappende "bodemplaten" en een zwaardere ringvormige plaat Rondom de rand. De platen rusten op een betonnen funderingsring of palen. De bodemplaten worden aan elkaar gelast in een raster; voor volledige doordringing worden vierkante of afgeschuinde stompe lassen gebruikt, zoals vereist door API 650 (paragraaf 5.1.5.5). Gehechtlasstrips (≥ 3 mm dik) kunnen worden gebruikt om de wortelopeningen te behouden. De nominale breedte van zowel rechthoekige als schetsplaten moet ≥ 1800 mm zijn, tenzij anders overeengekomen met de koper. De vereiste dikte van de bodemplaten is de gecorrodeerde dikte plus corrosietoeslag.

Ontwerpoverwegingen: Bodemplaten moeten vlak en waterpas zijn om plassen te voorkomen. Ze zijn voorzien van lasnaden aan de mantel of ringvormige plaat. Volgens API 650 worden de stompe lassen van de bodemplaat vaak parallel aan de mantel gelegd voor gemakkelijker storten van het anker. Hellende "visgraat"-patronen of radiale lay-outs kunnen ook worden gebruikt. Tanks kunnen een opvangbak zakje in het midden voor de drainage.

Uitdagingen en oplossingen: De bodembeplating moet bestand zijn tegen zowel positieve druk (waterkolom) als negatieve druk (vacuüm). Een ontbrekend vacuüm kan instorten veroorzaken, dus ontwerpers integreren vacuümventielen en overwegen versterking (bijv. compensatieplaten). Lasvervorming wordt beperkt door de platen vast te zetten en symmetrisch te lassen. Kwaliteitscontrole is cruciaal: hoewel dak- en bodemlassen doorgaans niet worden geröntgend, worden alle verbindingen tussen de mantel en de bodem en vloervoegen onderworpen aan een 100% magnetische-deeltjes- of kleurstofpenetratie-inspectie om lekdichtheid te garanderen. Levertijden kunnen lang zijn voor grote vloerplaten (met name dikke ringvormige ringen), dus tijdige aanschaf is aan te raden.

Ringvormige platen

Ringvormige platen zijn de ring van platen direct in de tankwand, ter hoogte van de onderste laag. Ze brengen de belasting van de mantel over naar de vloer en vormen zo een bevestigingspunt voor mantelvoethoeken en ankerstoelen. Volgens API 650 Sectie 5.5.2, ringvormige platen moet minimaal 600 zijnmm (24in) breed (radiaal gemeten) van de mantel tot een overlappingsverbinding wanneer de diameter van de tank ≥ 30 m (100 ft) is of wanneer de onderste mantellaag is ontworpen met behulp van de toegestane spanning voor de materialen in groep IV, IVA, V of VIIn de praktijk maken ontwerpers ringvormige platen vaak aanzienlijk dikker dan binnenvloerplaten (bijvoorbeeld 12–16 mm in plaats van 6–8 mm) om de hoge omtrekkrachten aan te kunnen.

Lassen en verbindingen: Radiale verbindingen met ringvormige plaat moeten volledig doordringende stompe lassen zijnEen doorlopende steunstrip (minimaal 3 mm) onder deze lassen is toegestaan, maar de las moet onberispelijk zijn. Voor tanks met een diameter > 30 m of bij gebruik van hoogwaardig mantelstaal (Groep IV-VI) schrijft API 650 stompgelaste ringvormige platen voor. Kleinere tanks of tanks met lage spanning kunnen overlappend gelaste "schets"-platen toestaan, maar inspecteurs geven vaak de voorkeur aan de stompgelaste ring vanwege de veiligheid. De binnenrand van de ringvormige ring kan recht of polygonaal gesneden zijn; volgens API-definitie kan de binnenomtrek een regelmatige polygoon vormen met evenveel zijden als platen.

Uitdagingen en oplossingen: Omdat ringvormige platen groot en dik zijn, zijn ze zwaar en moeilijk te transporteren. Uitlijning op locatie met de schil is cruciaal. Fabrikanten lassen ze vaak stomp aan de schil in de werkplaats of al vroeg tijdens de montage ter plaatse. Zorgvuldige montage en lassen (indien nodig voorverwarmen) beheersen de warmtetoevoer. De ringvormige ring is een risicofactor voor lekkage als deze te klein is of slecht gelast. Daarom voegen veel ingenieurs een extra corrosietoeslag en een grondige NDE (radiografie of PAUT) toe aan deze verbindingen.

Dakplaten

Vaste daken (kegels of koepels) bedekken bovengrondse tanks. Dakplaten zijn metalen panelen die aan elkaar gelast en aan een dak bevestigd zijn. bovenste stoeprandhoek op de schil. API 650 verdeelt het dakontwerp in drie belastingsgevallen: interne druk (Annex F-trekformule), externe belastingen (Annex F-knikken) en algemene belastingen (Sectie 5.10). In de praktijk wordt de dikte van de dakplaat vaak bepaald door knikken onder het gewicht van het dak of door wind, niet door interne druk. API 650 vereist een nominale dakplaatdikte. ≥ 5mm (3/16in) plus corrosietoeslag. Voor ondiepe kegeldaken kan staal van 6-10 mm worden gebruikt; voor koepeldaken vaak 8-12 mm.

Bouw: Dakplaten worden gesneden in een "taartpuntpatroon" (met een polygoon gelijk aan het aantal platen) of in concentrische ringen. Platen worden aan elkaar gelast met overlappend hoeklassen of schuine stomplassen, met doorlopende hoeklassen alleen aan de bovenzijde. Platen moeten volledig ondersteund worden aan de omtrek. Voor ondersteunde kegeldaken vereist API 650 Sectie 5.10 dat platen niet aan de dakspanten worden gelast (maar erop rusten) om lichte beweging mogelijk te maken. Alle dakpanelen worden aan de dakrand bevestigd met doorlopende hoeklassen aan de bovenzijde.

Uitdagingen en oplossingen: Dakplaten zijn dunner en vervormen vaak door het lassen. Daarom fabriceren bouwers het dak op de grond in secties of gebruiken ze hijsframes. Maatvoeringscontrole is cruciaal om openingen te voorkomen. Omdat daklassen over het algemeen minder spanningen hebben, vereist API geen röntgenfoto's op dakplaatlassen, maar visuele/MPI-inspectie volgens 100% is standaard. Dakbedekkingsstaal is vaak A36 of vergelijkbaar; hoge sterkte is zelden nodig, tenzij grote dakoverspanningen een hogere kniksterkte vereisen.

Plaatmaterialen en specificaties

API 650 groepeert plaatstaal op basis van toelaatbare spanning en toepassing. Veelvoorkomende gespecificeerde materialen voor tankplaten zijn onder andere:

ASTM-normen

ASTM A36 (26 ksi opbrengst, ~250 MPa) – Veel gebruikt voor schelpen en bodems onder gematigde omstandigheden. Het is goedkoop en overal verkrijgbaar, maar niet geschikt voor koude omgevingen, tenzij het een impacttest heeft ondergaan.
ASTM A283 Gr. C (ook ~205–290 MPa) – Een algemeen constructiestaal dat soms wordt gebruikt voor tanks met een lage hoogte.
ASTM A285 Gr. C (Plaat voor drukvaten, 195–260 MPa) – Goedgekeurd door API 650, maar beperkt tot dunnere secties. Vervormbaarder, vaak een goedkoper alternatief.
ASTM A516 Gr. 70 (Plaat voor vaten met gemiddelde/lage temperatuur, treksterkte 485 MPa) – Gebruikelijk voor mantels/bodems met hogere sterkte. Heeft een betere taaiheid dan A36.
ASTM A537 CL.2 (drukvatplaat, opbrengst ~450 MPa) – Hogere sterkte en taaiheid voor grote tanks.
ASTM A553 (Type 1 & 2) – Laagtemperatuur koolstof-mangaanplaat (nikkelgelegeerd) voor cryogene toepassingen. A553 Type 1 (≈9% Ni) is gespecificeerd in API 620 Bijlage Q voor LNG-tanks.

EN-norm

EN 10025 S235JR / S355JR – Europese constructiestaalsoorten die ongeveer gelijk zijn aan A36 (S235JR) en de hogere sterkte A572/A656 (S355JR). Let op: API 650 vereist J0- of J2-impactbeproefde kwaliteiten (getest bij 0 °C of -20 °C) voor S275/S355; de gewone "JR"-kwaliteit (getest bij 20 °C) is niet toegestaan voor dikkere platen.

JIS-standaard

JIS G3101 SS400 / SS490 – Japanse equivalente constructiestaalsoorten (YS 205-245 MPa en 245-295 MPa). SS400 is zwakker dan A36, dus sommige ontwerpers vermijden directe vervanging, tenzij de dikte wordt vergroot.

Andere nationale normen

API 650 staat "erkende nationale normen" toe als de mechanische eigenschappen en chemische limieten voldoen aan de criteria van groep I-VI. Zo worden CSA G40.21 (Canada)-kwaliteiten 300W/350W of ISO 630 S275/S355 vaak geaccepteerd.

Voor alle platen vereist API 650 Sectie 4 dat het staal volledig gedeoxideerd wordt en dat er fijnkorrelig wordt gewerkt, met zorgvuldige controle op C, Mn, P, S, enz. Materialen van hogere kwaliteit (Groepen IV-VI) vereisen vaak specifieke impacttests bij 0 °C of -20 °C, zelfs bij gebruik bij omgevingstemperatuur, om brosse breuk bij stuiken te voorkomen. Controleer bij de selectie van buitenlands staal aan de hand van fabriekstestcertificaten of de samenstelling en impactkwaliteit voldoen aan de API 650-eisen. (Chinees SS400 kan bijvoorbeeld een lagere impactenergie hebben dan A36.)

LNG versus ruwe olietanks

LNG-opslagtanks werken bij –162 °C en stellen veel strengere materiaaleisen. Conventionele API 650-platen (A36, A516, enz.) worden broos bij cryogene temperaturen. In plaats daarvan worden binnentanks of manden voor LNG vaak gebruikt. 9% Ni-staal (ASTM A553 Type 1 of ASTM A553M) voor uitstekende taaiheid. Recent zijn 7% Ni-staalsoorten ontwikkeld als kostenbesparende alternatieven. Deze staalsoorten voldoen aan de Charpy-impactcriteria (bijv. ≥34 J longitudinaal bij –196 °C voor A553T1) conform API 620 Bijlage Q. Buitenopslagtanks (of dak en fundering) kunnen bij omgevingstemperaturen van gewoon koolstofstaal worden gemaakt.

Ontwerpverschillen omvatten dubbelwandige tanks met isolatie en strengere lekdichtheidseisen. API 620 (niet 650) is doorgaans de norm voor bovengrondse cryogene tanks, met inbegrip van Bijlage Q voor materialen. Kortom, Gebruik voor LNG-service altijd staalsoorten van cryogene kwaliteit (A553, A553M of legeringen met een hoger nikkelgehalte) voor de bevochtigde platen; standaard API 650-staalsoorten zijn alleen bedoeld voor de geïsoleerde buitenmantel of voor secundaire insluitingen boven de omgevingstemperatuur.

Naleving van API 650 (2020)

Om te zorgen dat u voldoet aan API 650, moet u zich houden aan de regels voor materiaal, ontwerp en fabricage van de code:
Plaatdikte en materiaallimieten: Houd u aan paragraaf 4.2.1.4: maximale wanddikte van 45 mm. Gebruik de diktelimieten per klasse uit paragraaf 4.2.2 (A537 mag bijvoorbeeld dikker zijn dan A516). Specificeer plaatklassen die voldoen aan de vereiste slagvastheidstests voor de verwachte bedrijfstemperatuur.
NDE en lassen: Voer 100%-radiografie uit voor shell-to-shell- en ringverbindingen. Dak- en vloerlassen vereisen 100% MPI/kleurstofpenetrant. Volg API 650 Sectie 8 voor de kwalificatie van de lasser (ASME IX), lasvoorbereiding en testen.
Ontwerpregels: Gebruik paragraaf 5 en bijlagen (bijv. bijlage F/V) om de dikte voor schalen en daken te berekenen. Zorg voor een ringvormige plaatbreedte ≥ 600 mm. Pas de afmetingen van de bodemplaten aan aan de doorbuigings- en kniklimieten. Bepaal de lasoverlappings-/randafstanden volgens paragraaf 5.1.5 en 5.5.
Documentatie: Het typeplaatje en de documentatie van de tank moeten "API 650 – Twaalfde Editie" vermelden (de editie van 2020 is de 13e). Bewaar testrapporten van de fabriek voor alle platen (chemisch, mechanisch, impact) en lasrapporten. Laat indien nodig inspectie door een externe partij uitvoeren, met name voor kritieke verbindingen.
Corrosietoeslag: Voeg in de berekeningen altijd de juiste CA (vaak 2–5 mm) toe aan de plaatdikte om rekening te houden met corrosie en mogelijke oppervlaktedefecten van de molen.

Uitdagingen en beste praktijken

Laskwaliteit en vervorming: Dikke platen (> 10 mm) vereisen voorverwarming en een gecontroleerde tussentemperatuur. Gebruik sequentielassen of krimpcontrole om kromtrekken te minimaliseren. Volledige doorlasverbindingen moeten zonder defecten worden gemaakt. Inspecteer alle voltooide lassen (vooral bij mantel- en ringverbindingen) met NDT.
Corrosiebescherming: Kies geplateerde materialen die compatibel zijn met het opgeslagen product of breng coatings aan (epoxy of zinkrijke primer). De onderste platen komen vaak in aanraking met water of vaste stoffen, dus een hogere corrosietolerantie of slijtvaste voeringen kunnen worden gebruikt.
Beschikbaarheid van materiaal en levertijd: Platen met een grote diameter of extra dikke platen zijn gespecialiseerd. Plan de inkoop maanden van tevoren. Controleer bij import de kwaliteitsnormen (ga er bijvoorbeeld niet van uit dat SS400 gelijk is aan A36). Werk samen met leveranciers om ervoor te zorgen dat certificeringen voldoen aan de API-vereisten.
Bouwvolgorde: Installeer de ringvormige ring vroegtijdig en gebruik een sterke achterconstructie of tijdelijke schoren om de uitlijning van de ruwbouw te behouden. Gebruik een windligger (een steigerachtige ring) tijdens de ruwbouw om de ronde vorm te behouden. Monteer de dakpanelen indien mogelijk al op de grond en til ze vervolgens op de voltooide ruwbouw.
Veldaanpassingen: Afwijkingen ter plaatse (bijv. funderingsverzakking of lichte scheefstelling) moeten worden opgevangen met vulplaten, sleufankerbouten of flenssnedes, niet door het opnieuw walsen van de platen. Controleer de vlakheid van de bodemplaten vóór het definitieve lassen om waterdichtheid te garanderen.

Conclusie

Door de rol van elk plaattype te begrijpen en de API 650-regels te volgen, kunnen EPC/EPCM-teams veilige, conforme tanks ontwerpen en bouwen. De juiste materiaalkeuze (van A36 tot A553), zorgvuldige laspraktijken en aandacht voor codedetails (plaatbreedte en laskwaliteit) zijn essentieel voor duurzame ruwe olie- en LNG-tanks. Heeft u offerteaanvragen voor stalen platen voor maritieme tankprojecten? Neem dan gerust contact met ons op via [email protected] voor een concurrerende en professionele offerte!