Основные типы пластин для резервуаров в резервуарах для хранения API 650

Резервуары для хранения нефти и СПГ (API 650) изготавливаются из четырех основных типов пластин: Оболочка, Дно (пол), Кольцевой, и Крыша Пластины. Каждая из них выполняет определенную структурную роль. Пластины оболочки образуют цилиндрическую стенку и противостоят кольцевым и осевым напряжениям; нижние пластины образуют пол резервуара и поддерживают жидкую нагрузку; кольцевые пластины представляют собой кольцеобразные пластины на стыке оболочки и пола, которые передают нагрузки в оболочку; а пластины крыши покрывают резервуар фиксированной конической/купольной крышей. Выбор и конструкция каждой пластины должны учитывать требования к нагрузке, методы сварки, допуск на коррозию и доступность материалов.

Пластины оболочки

Листы оболочки образуют вертикальные стенки резервуара. Они разрезаются и прокатываются в курсы – горизонтальные полосы, которые накладываются друг на друга на всю высоту. Толщина рассчитывается по окружному напряжению из-за напора жидкости плюс допуск на коррозию. Согласно API 650, листы оболочки ограничены максимумом 45мм (1,75 дюйма). Если расчетные напряжения или прочность материала требуют более 45 мм, необходимо использовать материал более высокой прочности (сталь группы IV–VI). Обычные материалы включают ASTM A36 или EN S235JR (текучесть ~250 МПа) для резервуаров меньшей высоты и A516 Gr 70, A537 CL2 или EN S355 (355 МПа) для более высоких или более сложных резервуаров. Листы оболочки должны быть раскисленными и мелкозернистыми для свариваемости.

Проблемы и решения: Толстые листы оболочки тяжелые и их трудно прокатывать и сваривать без деформации. Производители часто предварительно изгибают листы и используют последовательную сварку с контролируемой температурой между проходами для управления деформацией. Все вертикальные сварные швы должны быть просвечены радиографией в соответствии с API 650 Sec. 8.3; горизонтальные (кольцевые) швы и швы кольцевых пластин также требуют рентгенографии. Сталь марки A36 или аналогичная ей не обладает ударной вязкостью при низких температурах, поэтому в холодном климате проектировщики переходят на низкотемпературную закаленную сталь (например, ASTM A553) или обеспечивают проведение ударных испытаний. Наконец, оболочка крепится к фундаменту резервуара с помощью анкерных стульев, приваренных к кольцевой пластине или основанию оболочки.

Нижние (напольные) пластины

Нижние пластины образуют пол резервуара и должны выдерживать гидростатическую нагрузку и вакуумные события. Несколько стальных пластин (толщиной 6–12 мм плюс допуск на коррозию) обычно покрывают все дно резервуара. Стандартные макеты включают перекрывающиеся «плиты пола» и более тяжелый кольцевая пластина по краю. Плиты опираются на бетонное фундаментное кольцо или сваи. Нижние плиты свариваются вместе в сетку; для полного провара используются квадратные или скошенные стыковые швы, как того требует API 650 (п. 5.1.5.5). Прихваточные подкладочные полосы (толщиной ≥3 мм) могут использоваться для поддержания корневых отверстий. Номинальная ширина как прямоугольных, так и эскизных пластин должна быть ≥1800 мм, если иное не согласовано покупателем. Требуемая толщина нижних пластин — это корродированная толщина плюс допуск на коррозию.

Конструктивные соображения: Нижние пластины должны быть плоскими и ровными, чтобы избежать запруживания. Они оснащены уплотнительными сварными швами к оболочке или кольцевой пластине. Согласно API 650, стыковые сварные швы нижней пластины часто располагаются параллельно оболочке для облегчения заливки анкеров. Также могут использоваться наклонные схемы «елочка» или радиальные схемы. Резервуары могут включать отстойник карман в центре для дренажа.

Проблемы и решения: Нижняя обшивка должна выдерживать положительное давление (гидростатический напор) и отрицательное давление (вакуум). Недостаточный вакуум может привести к разрушению, поэтому проектировщики включают вакуумные предохранительные клапаны и рассматривают усиление (например, компенсационные пластины). Сварочные деформации смягчаются за счет ограничения пластин и симметричной сварки. Контроль качества имеет решающее значение: хотя сварные швы крыши и днища обычно не проверяются рентгенографически, все соединения оболочки с днищем и стыки пола проходят магнитопорошковый или проникающий контроль 100% для обеспечения герметичности. Сроки поставки могут быть длительными для больших напольных пластин (особенно толстых кольцевых колец), поэтому рекомендуется заблаговременная закупка.

Кольцевые пластины

Кольцевые пластины представляют собой кольцо пластин непосредственно внутри оболочки резервуара в нижнем ряду. Они передают нагрузки оболочки на пол, обеспечивая точку крепления для углов основания оболочки и анкерных стульев. Согласно API 650 Sec. 5.5.2, кольцевые пластины должно быть не менее 600мм (24в) широкий (измерено радиально) от оболочки до любого нахлесточного соединения, когда диаметр резервуара ≥30 м (100 футов) или когда нижний слой оболочки спроектирован с использованием допустимого напряжения для материалов группы IV, IVA, V или VI. На практике проектировщики часто делают кольцевые пластины значительно толще внутренних пластин пола (например, 12–16 мм вместо 6–8 мм), чтобы выдерживать высокие окружные силы.

Сварка и соединения: Радиальные шарниры с кольцевой пластиной должны быть стыковые сварные швы с полным проваром. Под этими сварными швами допускается непрерывная подкладная полоса (3 мм мин.), но сварной шов должен быть безупречным. Для резервуаров диаметром >30 м или с использованием высокопрочной стали оболочки (группа IV–VI) API 650 предписывает кольцевые пластины, сваренные встык. Для резервуаров меньшего размера или случаев с низким напряжением могут допускаться сварные внахлест «эскизные» пластины, но инспекторы часто предпочитают сварное кольцо встык из соображений безопасности. Внутренний край кольцевого кольца может быть обрезан прямо или многоугольно; по определению API внутренняя окружность может образовывать правильный многоугольник с таким же количеством сторон, как и пластины.

Проблемы и решения: Поскольку кольцевые пластины большие и толстые, они тяжелые и их трудно транспортировать. Решающее значение имеет выравнивание с оболочкой на месте. Производители часто приваривают их к оболочке встык в цеху или на ранней стадии монтажа на месте — тщательная сборка и сварка (предварительный нагрев при необходимости), контроль подвода тепла. Кольцевое кольцо является горячей точкой для риска утечки, если оно недостаточно большого размера или плохо сварено, поэтому многие инженеры добавляют дополнительный допуск на коррозию и тщательно проверяют эти соединения неразрушающим методом (радиография или PAUT).

Крышные пластины

Стационарные крыши (конусы или купола) покрывают надземные резервуары. Крыши представляют собой металлические панели, сваренные вместе и прикрепленные к верхний угол бордюра на оболочке. API 650 делит конструкцию крыши на три варианта нагрузки: внутреннее давление (формула растяжения Приложения F), внешние нагрузки (выпучивание Приложения F) и общие нагрузки (Раздел 5.10). На практике толщина листа крыши часто определяется выпучиванием под весом крыши или ветром, а не внутренним давлением. API 650 требует номинальную толщину листа крыши ≥ 5мм (3/16в) плюс допуск на коррозию. Для крыш с мелким конусом можно использовать сталь толщиной 6–10 мм; для купольных крыш часто используют сталь толщиной 8–12 мм.

Строительство: Кровельные плиты разрезаются по схеме «кусок пирога» (с многоугольником, равным количеству плит) или концентрическими кольцами. Плиты свариваются между собой нахлесточными угловыми швами или косыми стыковыми швами, с непрерывными угловыми швами только на верхней стороне. Плиты должны полностью поддерживаться по периметру. Для крыш с опорным конусом API 650 Sec. 5.10 требует, чтобы плиты не приваривались к стропилам (они опираются на них), чтобы обеспечить небольшое перемещение. Все кровельные панели крепятся к углу бордюра непрерывными угловыми швами на верхней стороне.

Проблемы и решения: Кровельные листы тоньше и часто деформируются при сварке, поэтому строители изготавливают крышу на земле секциями или используют подъемные рамы. Контроль размеров имеет решающее значение для предотвращения зазоров. Поскольку сварные швы крыши обычно имеют более низкое напряжение, API не требует рентгенографии сварных швов кровельных листов, но визуальный/MPI-контроль 100% является стандартным. Кровельная сталь часто изготавливается из стали A36 или аналогичной; высокая прочность требуется редко, если только огромные пролеты крыши не требуют более высокой прочности на изгиб.

Материалы пластин и характеристики

API 650 группирует листовую сталь по допустимому напряжению и применению. Обычно для пластин резервуаров указываются следующие материалы:

Стандарты АСТМ

АСТМ А36 (текучесть 26 ksi, ~250 МПа) – Широко используется для оболочки и днища в умеренных условиях. Он недорогой и широко доступен, хотя не подходит для холодных сред, если не прошел испытания на ударопрочность.
ASTM A283 Группа C (также ~205–290 МПа) – конструкционная сталь общего назначения, иногда используемая для резервуаров малой высоты.
ASTM A285 Группа C (Пластина для сосудов под давлением, 195–260 МПа) – Одобрено API 650, но ограничено более тонкими секциями. Более пластичный, часто более дешевая альтернатива.
ASTM A516 Группа 70 (Пластина для сосудов с умеренной/низкой температурой, прочность на разрыв 485 МПа) – Обычно используется для корпусов/днищ повышенной прочности. Имеет лучшую прочность, чем A36.
ASTM A537 CL.2 (пластина сосуда высокого давления, предел текучести ~450 МПа) – Более высокая прочность и ударная вязкость для больших резервуаров.
ASTM A553 (Тип 1 и 2) – Низкотемпературная углеродисто-марганцевая пластина (легированная никелем) для криогенного применения. A553 Тип 1 (≈9% Ni) указан в API 620 Приложение Q для резервуаров СПГ.

Стандарт EN

EN 10025 S235JR / S355JR – Европейские конструкционные стали, примерно эквивалентные A36 (S235JR) и более прочные A572/A656 (S355JR). Обратите внимание, что API 650 требует ударопрочных марок J0 или J2 (испытания при 0 °C или -20 °C) для S275/S355; обычная марка «JR» (испытания только при 20 °C) не допускается для более толстых листов.

Стандарт JIS

JIS G3101 SS400 / SS490 – Японские эквивалентные конструкционные стали (YS 205–245 МПа и 245–295 МПа). SS400 слабее, чем A36, поэтому некоторые проектировщики избегают прямой замены, если только толщина не увеличивается.

Другие национальные стандарты

API 650 допускает «признанные национальные стандарты», если механические свойства и химические пределы соответствуют критериям групп I–VI. Например, часто принимаются марки CSA G40.21 (Канада) 300W/350W или ISO 630 S275/S355.

Для всех листов API 650 Раздел 4 требует, чтобы сталь была раскисленной (полностью раскисленной) и мелкозернистой, с тщательным контролем C, Mn, P, S и т. д. Высокосортные материалы (группы IV–VI) часто требуют специальных испытаний на удар при 0 °C или -20 °C, даже для эксплуатации при окружающей среде, чтобы избежать хрупкого разрушения в условиях нештатной ситуации. При выборе иностранной стали проверьте сертификаты испытаний на стане, что состав и ударная прочность соответствуют требованиям API 650. (Например, китайская SS400 может иметь более низкую энергию удара, чем A36.)

Резервуары для СПГ и сырой нефти

Резервуары для хранения СПГ работают при температуре –162 °C и предъявляют гораздо более строгие требования к материалам. Обычные пластины API 650 (A36, A516 и т. д.) становятся хрупкими при криогенных температурах. Вместо этого внутренние резервуары или корзины для СПГ часто используют 9% Никелевая сталь (ASTM A553 Тип 1 или ASTM A553M) для превосходной прочности. Недавно стали 7% Ni были разработаны в качестве экономичных альтернатив. Эти стали соответствуют критериям ударной вязкости по Шарпи (например, ≥34 Дж продольно при –196 °C для A553T1) согласно API 620 Приложение Q. Внешние резервуары для хранения (или крыша и фундаменты) могут использовать обычную углеродистую сталь при температуре окружающей среды.

Различия в конструкции включают двухстенные резервуары с изоляцией и более строгие требования к герметичности. API 620 (а не 650) обычно является руководящим кодексом для надземных криогенных резервуаров, включая Приложение Q для материалов. Подводя итог, для работы с СПГ всегда используйте криогенные стали (A553, A553M или сплавы с высоким содержанием никеля) для смачиваемых пластин; стандартные стали API 650 предназначены только для изолированной внешней оболочки или вторичной защитной оболочки, работающей выше уровня окружающей среды.

Соответствие API 650 (2020)

Обеспечение соответствия стандарту API 650 подразумевает соблюдение правил, касающихся материалов, конструкции и изготовления:
Ограничения по толщине пластины и материалу: Соблюдайте Раздел 4.2.1.4: максимальная толщина оболочки 45 мм. Используйте пределы толщины Раздела 4.2.2 для каждого класса (например, A537 может быть толще, чем A516). Укажите классы пластин, которые соответствуют требуемым испытаниям на удар для ожидаемой рабочей температуры.
Неразрушающий контроль и сварка: Выполните радиографию 100% для стыков «оболочка-оболочка» и кольцевых соединений. Для сварных швов крыши и пола требуется 100% MPI/проникающий краситель. Следуйте API 650 Sec. 8 для квалификации сварщика (ASME IX), подготовки соединений и испытаний.
Правила дизайна: Используйте Раздел 5 и Приложения (например, Приложение F/V) для расчета толщины оболочек и крыш. Обеспечьте ширину кольцевой пластины ≥600 мм. Выберите размер нижних пластин, чтобы они соответствовали пределам прогиба и выпучивания. Измерьте расстояния сварных нахлестов/кромок согласно Разделам 5.1.5 и 5.5.
Документация: На заводской табличке и в документации резервуара должно быть указано «API 650 – Двенадцатое издание» (издание 2020 года – 13-е). Сохраняйте отчеты заводских испытаний для всех пластин (химические, механические, ударные) и записи сварки. При необходимости привлекайте стороннюю инспекцию, особенно для критических соединений.
Допуск на коррозию: Всегда добавляйте соответствующий показатель CA (часто 2–5 мм) к толщине листа в расчетах, чтобы учесть коррозию и потенциальные дефекты поверхности проката.

Проблемы и передовой опыт

Качество сварки и деформация: Толстые пластины (>10 мм) требуют предварительного нагрева и контролируемой температуры между проходами. Используйте последовательную сварку или контроль усадки, чтобы минимизировать коробление. Стыковые сварные швы с полным проплавлением должны быть получены без дефектов. Проверьте все выполненные сварные швы (особенно на оболочках и кольцевых соединениях) с помощью неразрушающего контроля.
Защита от коррозии: Выбирайте материалы с покрытием, совместимые с хранимым продуктом, или наносите покрытия (эпоксидную или цинкосодержащую грунтовку). Нижние пластины часто контактируют с водой или твердыми частицами, поэтому можно использовать более высокий допуск на коррозию или износостойкие покрытия.
Наличие материалов и сроки поставки: Пластины большого диаметра или сверхтолстые пластины являются специализированными. Планируйте закупки за несколько месяцев. При импорте проверяйте стандарты качества (например, не предполагайте, что SS400 соответствует A36). Работайте с поставщиками, чтобы гарантировать, что сертификация соответствует требованиям API.
Последовательность строительства: Установите кольцевое кольцо заранее, используя прочную заднюю часть или временные распорки для удержания выравнивания оболочки. Используйте ветровую балку (подобное лесам кольцо) во время возведения оболочки, чтобы сохранить круглую форму. По возможности предварительно соберите панели крыши на земле, затем поднимите их на готовую оболочку.
Корректировки на местах: Отклонения на месте (например, осадка фундамента или небольшое смещение) должны компенсироваться прокладками, анкерными болтами с прорезями или фланцевыми срезами, а не повторной прокаткой пластин. Проверьте плоскостность нижних пластин перед окончательной сваркой, чтобы обеспечить водонепроницаемость.

Заключение

Понимая роль каждого типа пластин и следуя правилам API 650, команды EPC/EPCM могут проектировать и строить безопасные, соответствующие требованиям резервуары. Правильный выбор материала (от A36 до A553), тщательная сварка и внимание к деталям кода (ширина пластины и качество сварки) имеют важное значение для долговечных резервуаров для сырой нефти и СПГ. Если у вас есть запросы на стальные пластины для проектов морских резервуаров, не стесняйтесь обращаться к нам по адресу [email protected] для конкурентоспособной и профессиональной расценки!