НАЗНАЧЕНИЕ И КОНСТРУКЦИЯ ШАРОВОГО РЕЗЕРВУАРА
Сферические одностенные резервуары служат для хранения под давлением топливных газов и легкоиспаряющихся веществ. В зависимости от выполняемой функции сферические резервуары будут отличаться вместимостью и рабочим давлением. Резервуары, предназначенные для хранения топливных газов, имеют, как правило, большой диаметр, а рабочее давление не превышает в них обычно 1 МПа. 
Резервуары для легко испаряющихся веществ имеют меньшие диаметры, чаще всего в пределах 10-18 м, однако они проектируются на гораздо большее эксплуатационное давление, доходящее до 4 МПа.
Кроме одностенчатых резервуаров уже несколько лет сооружаются также двустенныесферические резервуары. Они предназначены для хранения сжиженных газов при обычном давлении, но при пониженной температуре, доходящей до 0 К при хранении сжиженного гелия или водорода. Эти резервуары состоят из двух концентрических сферических оболочек, отличающихся диаметром в пределах 2 м. Внутренняя оболочка является емкостью для хранения продуктов, а внешняя оболочка обеспечивает защиту изоляции и дает возможность создать требуемое незначительное избыточное давление в изолирующем пространстве.
Корпуса резервуаров и газгольдеров поставляются заказчику отдельными лепестками, металлоконструкции – отдельными узлами. Сборка, сварка и общий монтаж резервуаров производится на рабочей площадке специализированными монтажными организациями.
Все шаровые резервуары оснащены внутренней поворотной лестницей, предназначенной для обеспечения возможности осмотра шарового корпуса изнутри.
Комплектность поставки шаровых резервуаров и газгольдеров определяется рабочими проектами.
Наиболее прогрессивной является технология изготовления резервуаров с применением вальцованных лепестков.
При данной технологии изготовления лепесток состоит из нескольких частей, он не имеет усиления в местах сварки частей лепестка, не имеет отклонений от сферической формы, так как вальцуется целиком, и все лепестки имеют одинаковую форму (получаются полностью взаимозаменяемыми).
В результате, благодаря точной геометрии лепестков, их идентичности значительно сокращаются сроки их изготовления на заводе и сроки сборки резервуаров на площадке заказчика, отсутствует необходимость в проведении контрольных сборок оболочек резервуаров, подгонки лепестков друг к другу.
МОНТАЖ СФЕРИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ
Монтаж сферических резервуаров очень сложен. Это связано как с самой формой их оболочки, так и с допустимыми при приемке только минимальными отклонениями от идеально сферической формы. Ограничение до минимума монтажных деформаций, а также требование выполнения сварных швов высокого качества необходимо для безопасной эксплуатации резервуара при высоком внутреннем давлении и одновременном отсутствии защиты от атмосферных воздействий, главным образом при низких температурах.
Размеры сооружаемых в настоящее время сферических резервуаров исключают возможность их сборки на заводах. Поэтому резервуары собирают непосредственно на строительной площадке.
При использовании ручной сварки сборка оболочки резервуара может начинаться от экваториального пояса или от нижней части. Первым способом монтируются главным образом резервуары с диаметрами до 18 м. а вторым – резервуары большего диаметра.
При сборке оболочки резервуаров, выполненной из высокопрочной стали, монтажные скобы следует крепить непосредственно у кромки стального листа, т.е. в зоне, которая затем, во время сварки, будет расплавлена. Не следует также применять леса, которые подвешивают на захватных приспособлениях, приваренных к листам оболочки резервуара. Правда, это осложняет сооружение лесов, но зато исключает структурные дефекты, которые остаются в оболочке резервуара после удаления монтажных захватных приспособлений.
Выделяют следующие способы монтажа шаровых резервуаров:
Резервуары, предусмотренные для монтажа этим методом, имеют оболочку, которая чаще всего состоит из трех поясов листов и двух чаш (рис. 1). Опорные стойки должны быть соединены с каждым вторым листом экваториального пояса. Эти листы имеют приваренные на заводе башмаки стоек. При применении данного метода монтажа сборка оболочки резервуара происходит следующим образом.
Рис.1. Деление оболочки сферического резервуара на пояса и чаши.
1 – чаши, 2 — верхний пояс, 3 — экваториальный пояс, 4 – нижний пояс
Рис.2. Схема начального этапа монтажа резервуара.
1 – монтируемый лист, 2 — оттяжка
Перед началом монтажных работ по оси резервуара устанавливается монтажная мачта, а также монтажные опоры, на которых проводится сборка и сварка листов первого пояса.
При монтаже второго пояса каждый монтажный сегмент, состоящий из двух листов, подвешивается к мачте с помощью троса, чтобы не перегрузить монтажные опоры и листы нижнего пояса. Сборка второго пояса проходит в следующем порядке:
- после монтажа первого сегмента листов следующий сегмент монтируется на противоположной стороне окружности;
- два очередных сегмента листов монтируются так, что окружность резервуара оказывается поделенной на четыре равные части;
- последующие сегменты листов монтируются уже поочередно по окружности.
Рис.5 Монтаж 2-го пояса оболочки резервуара
В третьем поясе каждый второй лист соединяется с опорными стойками. Стойки привариваются к листам на специально выполненном монтажном стенде, поэтому эти листы монтируются вместе со стойками.
Укрупненные монтажные сегменты четвертого пояса (каждый состоит из двух листов) при сборке раскрепляются оттяжками, расположенными с наружной стороны резервуара, и соединяются монтажными захватными приспособлениями с ранее смонтированными листами.
При сборке листов пятого пояса используются монтажные ригели, которые служат не только для подпирания листов, но и для регулирования окружности пояса. Ригели выполняются из труб и в стыке, соединяющем их с монтажной мачтой, имеют возможность регулирования длины. Аналогичные распорки применяются при монтаже листов шестого пояса.
Рис.6 Монтаж пятого пояса оболочки резервуара с использованием монтажных распорок. 1 — распорка
Часто применяется предварительная сборка двух листов оболочки резервуара, что позволяет ограничить длину швов, выполняемых в неудобных для работы положениях (в том числе потолочных). Такую сборку ведут на специальных монтажных стендах, установленных на строительной площадке в непосредственной близости от фундамента резервуара.
Результатом поиска ограничения числа швов, выполняемых в неудобных для работы положениях, было создание так называемого метода полусфер. При использовании этого метода оболочку резервуара собирают и сваривают на уровне земли на специальных монтажных стендах, защищенных от атмосферных воздействий, например перемещающейся конструкцией – сегментом промышленного здания, опирающегося на тележки, установленные на путях.
После односторонней сварки стыков в одной половине оболочки резервуара указанную выше конструкцию перемещают с места сварки, что позволяет повернуть выполняемый элемент на 180°. Для этой цели используют козловой кран грузоподъемностью 40 т. После выполнения сварки с другой стороны полусферы оболочки резервуара ее устанавливают на фундаменте этим же самым козловым краном.
Этот метод рентабелен при проведении монтажа комплекса резервуаров на одной строительной площадке, особенно когда в соответствии с технологическими требованиями их надо установить на высоких фундаментах.
Для исключения ручной монтажной сварки разработан метод сооружения сферических резервуаров на специальных манипуляторах, установленных на фундаменте резервуара. Такой манипулятор, имеющий соответствующий комплект роликов, обеспечивает поворот собранной на нем оболочки резервуара на 360°. Поэтому сварку можно выполнить стационарным сварочным автоматом под флюсом. Недостатком метода является точечное опирание на роликах манипулятора оболочки резервуара, листы которой имеют прихватное соединение, в связи с чем оболочка не имеет достаточной жесткости и при больших диаметрах резервуара местами деформируется. Вследствие этого указанный метод применяется только при монтаже резервуаров небольших диаметров, в основном — до 2000 м³.
Резервуары с двумя оболочками монтируются в основном следующим способом. В первую очередь собирают и сваривают нижнюю полусферу наружной защитной оболочки. Рядом на кольцевой опоре собирают и сваривают оболочку внутреннего резервуара. Затем внутренний резервуар подвешивают посредством тросов на нижней полусфере защитного резервуара. Тип подъемного оборудования, необходимого для выполнения этой операции, зависит от массы внутреннего резервуара. Если оболочка внутреннего резервуара изготовлена из алюминиевых сплавов, то, даже при диаметре резервуара 10,6 м, можно использовать автомобильный кран
В том случае, когда внутренний резервуар выполнен из высоколегированной стали, для монтажа необходимо тяжелое оборудование, например козловой кран.
