Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Архитектура инженерных сооружений

Сооружения для хранения газообразных веществ. Газгольдеры


Сооружения для хранения газообразных веществ. Газгольдеры

Классификация. Газгольдеры служат для хранения газа непосредственно у источника его получения или мест его потребления. Их используют преимущественно в химической и газовой промышленности.

Рис. 1. Примеры объемного решения небольших водонапорных башен

Рис. 2. Примеры архитектурного решения больших водонапорных башен

Газгольдеры классифицируют по следующим признакам:
— объему — переменному и постоянному;
— давлению — с низким (до 49 кПа) и высоким (до 1800 кПа);
— системе уплотнения (при переменном объеме) — мокрые и сухие;
— форме — цилиндрические (вертикальные и горизонтальные) и мультицилиндрические, в форме капли, элементарных или сложных сфероидов, мультисферы и др.;
— вместимости — от 250 до 300 000 м3.

Технические характеристики. В газгольдерах переменного объема (мокрых или сухих) давление постоянное и низкое; наоборот, в газгольдерах с постоянным объемом давление изменяется.

Сухие газгольдеры с переменным объемом и низким давлением состоят из цилиндрического резервуара со сферическим куполовидным покрытием, в котором по роликам движется металлический дисковый поршень. Герметичность достигается с помощью желобов, уплотнительных масляных сегментов и уплотняющей жидкости (которая собирается в желоб под днищем и насосом возвращается обратно) или за счет резиновых уплотнителей. Доступ к дисковому поршню осуществляется сверху по подвесным цепным лестницам.

Мокрые газгольдеры переменного объема применяют для хранения влажных газов при давлении от 1225 до 3920 Па. Они состоят из вертикального цилиндрического резервуара, наполненного водой, одного или нескольких промежуточных звеньев (телескопов), колокола, представляющего собой открытую снизу цилиндрическую оболочку с пологим сферическим покрытием. В зависимости от объема газгольдера (100—30 000 м3, реже и до 100 000 м3) телескопы образуют одно, два или три подвижных звена. Герметичность между подвижными звеньями достигается с помощью гидравлических затворов в виде двух кольцевых желобов, входящих друг в друга. Давление регулируется подвижным грузом или другими средствами.

При заполнении газом газгольдеров такой конструкции их подвижные звенья поднимаются вверх благодаря скольжению роликов по вертикальным или винтообразным (под углом 45°) салазкам; при освобождении резервуара от газа они опускаются под тяжестью собственной или дополнительной массы. За последние 20 лет размеры цилиндрических резервуаров увеличились: Н= 124-80 м, 0=404-150 м.

Из-за большой высоты резервуаров осложняется их эксплуатация, но сокращается сеть и коммуникация (благодаря меньшему числу резервуаров). Если резервуары невысокие, их должно быть больше, что усложняет систему коммуникаций.

Газгольдеры с высоким давлением имеют постоянный объем. Наиболее часто встречаются цилиндрические горизонтальные, реже цилиндрические вертикальные (со сферическим дном или без него). Цилиндрические резервуары могут быть с бандажом: многослойным или намотанным. Высокое давление и отсутствие движущихся частей не позволяет проникнуть в них внешнему воздуху и образовать взрывную смесь. Цилиндрическая форма особенно удачна для резервуаров с постоянно поступающим газом под высоким давлением. При давлении 400—600 кПа целесообразны сферические резервуары, а при давлении 700—1800 кПа — горизонтальные цилиндрические.

Рис. 3. Типы газгольдеров: с высоким давлением — цилиндрические (/), сферические (2); с низким давлением — мокрые (3), сухие (4)

Рис. 4. Конструкции газгольдеров

Известны и другие решения газгольдеров:
— цилиндрический нового типа (СССР): он состоит из полимерных плит, разделен пополам подвижной гибкой мембраной, обеспечивающей переменный объем;
— сферический с железобетонной рубашкой. Сам резервуар сделан из металла толщиной 5 мм, объемом 1080 м3, диаметром 13 м и давлением 380 кПа. С внешней стороны предусмотрена сетка из стали периодического профиля диаметром 20 мм. Железобетонная оболочка имеет толщину 130 мм. Система известна как «Кокю» (Франция);
— сферический резервуар с двойным кожухом: один из алюминия диаметром 9,3 м, а другой из стали диаметром 10,8 м. Между двумя кожухами имеется теплоизоляция (резервуар предназначен для жидкого водорода с температурой t=—273°С).

Газгольдеры изготовляют преимущественно из металла (расход его в среднем составляет от 9 до 28 кг/м3 в зависимости от внутреннего давления, диаметра резервуара и т. д.). Толщина стенок от 8—25 до 65 мм. Меньше всего расходуется металла для изготовления сферических и мультисферических резервуаров, поэтому они находят широкое применение в последнее время.

Достигается существенная экономия металла при оптимальном раскрое металлических листов. С увеличением объема возможности в этом направлении растут (особенно при диаметре больше 10 м). Однако монтаж таких резервуаров достаточно трудоемок. Элементы рекомендуется изготовлять на заводе и там же осуществлять их сборку (по крайней мере, собирать в секции). Большие металлические резервуары необходимо разделять на поясные и меридианальные участки, чтобы иметь возможность последовательно контролировать сварные швы (дефектоскопия осуществляется ультразвуком, рентгеном, а при толщине более 60 мм — концентрированным пучком лучей-изотопов).

Некоторые виды резервуаров выполняют из синтетических материалов. Возможности в этом направлении быстро растут. Все резервуары должны быть оборудованы молниезащитой.

Резервуары сооружают различной вместимостью. При вместимости 100, 300, 600, 1000 и 3000 м3 их объединяют в одно звено без телескопического устройства; при вместимости 600, 10 000 и 15 000 м3 — в два звена и одно телескопическое устройство; при вместимости 20 000 и 30 000 м3 — в три звена и два телескопических устройства. Известны резервуары и большей вместимости. За последнее время она достигает 400 000 и даже 600 000 м3. Чем больше резервуар, тем меньше расход металла в кг на 1 м3 газа.

Архитектурные особенности. При размещении газгольдеров на генплане руководствуются теми же требованиями, которые распространяются на другие резервуары: объединение в‘зоны по размерам, метричность и ритмичность в расположении, обеспечение объезда и т. д. По условиям безопасности при эксплуатации, а также из-за различия форм газгольдеры располагают в виде отдельных станций в стороне от других зданий. Суммарный объем газовой станции не должен превышать 1000 000 м3, а при легковозгораемых и взрывных газах — даже менее того. Станцию размещают на минимальной площади при цилиндрических вертикальных резервуарах. Если резервуары входят в состав объектов нефтебазы (для улавливания легких фракций), они занимают центральное место в композиции (для обеспечения одинаковых расстояний). В этом случае резервуары, особенно сферические, придают разнообразие общему виду нефтебазы. Согласно советским нормативам, эти расстояния достаточно велики, а при меньшей вместимости У=1000-^—f-250 м3 и V<200 м3 расстояния принимают с коэффициентом 0,7 и 0,5.

Рис. 5. Необходимые расстояния между газгольдерами (с постоянным и переменным объемом) и зданиями и сооружениями (по противопожарным нормам)

Площадка, на которой расположены резервуары, должна быть покрыта травой или кустарником (ее можно использовать также и для складирования негорючих материалов).

Иногда резервуары для газа размещают в воде, пещерах или в высеченных гнездах в скалах (место вокруг резервуара заливают бетоном). В этих случаях давление воспринимается окружающей средой (скала, вода). В эстетическом отношении по этому варианту необходимо объект вписать в ландшафт (с учетом общей массы, цвета и т. д.). Поврежденную на участке растительность следует восстанавливать аналогичными посадками.

Наиболее распространенной является цилиндрическая форма» которая обеспечивает создание резервуаров с различными объемом и давлением.

Горизонтальные цилиндрические газгольдеры обычно применяют для хранения газа под высоким давлением. Они имеют меньший объем: высоту .0=1,35 м (при наличии бандажа D=3,25-r—т-3,70 м) и длину L = 12-Ь-23 м при соотношении L : 6; толщина металлической стенки 6—32 мм. В эстетическом аспекте желательно, чтобы резервуары даже при наличии бандажей были окрашены в светлые цвета.

Вертикальные цилиндрические резервуары имеют переменный объем (при постоянном давлении газа). Они бывают вертикально-

телескопическими или с винтовыми направляющими. Эти сооружения больше развиты в ширину, чем в высоту. Но есть примеры, когда высота (30—40 м) преобладает над диаметром (20—25 м) и достигает 70,9 м (у резервуаров для ацетилена) и 114 м (у резервуаров для коксового газа). Вертикальные резервуары занимают небольшую площадь, но значительная высота затрудняет их эксплуатацию. В эстетическом отношении большая высота нежелательна. Требования, относящиеся к трубам и водонапорным башням, распространяются и на резервуары для газа в еще большей степени.

В нашей практике мокрые резервуары бывают цилиндрической формы, а сухие резервуары для хранения газа под высоким давлением делают сферическими. При сферической форме объем постоянен (изменяется давление), исключаются аварии при плохом уплотнении или недействующих затворах. Сферическая форма статична. При ней большой объем выражается малой массой. С этой необычной формой и большими размерами (средний диаметр от 10— 14,3 до 60 м) газгольдер выделяется из окружающей застройки, привлекает внимание и становится интересным пластическим объемом.

Сферические газгольдеры и при минимальном объеме (100 м3) не вписываются в железнодорожные габариты, а цилиндрические объемом даже до 200 м3 можно перевозить по железным дорогам. Эти резервуары имеют диаметр 2,5—3,5 м, длину, равную шести диаметрам, и массу от 50 до 60 т. Их преимущество заключается в том, что они изготовляются полностью на заводе, где сварочные работы выполняются более качественно, в результате чего достигается более высокая надежность в эксплуатации. Благодаря этому обстоятельству резервуары используют для высокого давления. Их устанавливают на бетонные опоры.

Винтообразная форма резервуаров была известна еще в конце XIX в. Она находит применение и в настоящее время. Например, в 1957 г. в Париже построен такой резервуар вместимостью 225 000 м в Западном Берлине в 1962 г. — резервуар вместимостью 200 000 м3 и т. д.

Другая известная форма — мультисферическая; она образуется из взаимопересекающихся сфер с сегментными диафрагмами между ними. По расходу материала резервуары такой формы примерно в 2 раза экономичнее, чем цилиндрические.

При выборе формы резервуара необходимо исходить из того, чтобы, во-первых, материал эффективно работал на растяжение и, во-вторых, автоматизированная сварка осуществлялась на заводе (например, изготовление цилиндрических резервуаров для газа).

Известны резервуары (для небольшого давления) не только с переменным объемом, но и с переменной формой, созданные из непроницаемой оболочки (упругой или неупругой) в виде пневматической несущей конструкции. Чаще всего они имеют форму капли или мультисферическую (кольцеобразные, покрытые куполом). При больших размерах делается внутренний каркас: центральная колонна и радиальные сегментные фермы, которые устанавливают непосредственно на участке строительства. Чтобы придать устойчивость оболочке при переменных нагрузках, ее опирают на железобетонную балку на круглом основании; жесткость обеспечивается железобетонными ребрами.

Эти резервуары имеют наиболее пластическую форму, отличающуюся от других распространенных форм. Так как у них сравнительно большая масса, то резервуары стараются размещать отдельно от соседних зданий, имеющих традиционно прямоугольные формы. Желательно цвет оболочки выбрать светлым, на котором бы не было заметно загрязнение, например светло-серо-синий. Площадка вокруг резервуаров должна быть благоустроена.

Что касается архитектурного оформления таких вспомогательных элементов газгольдера, как опорные и ветровые связи, лестница, площадка для осмотра и перила, то к ним предъявляются те же требования, что и к самим резервуарам.

Опоры могут быть решены в виде самостоятельных стоек — вертикальных или наклонных. Они могут быть объединены в общую опорную конструкцию из диагональных опор или иметь опорные «гнезда», а резервуар должен опираться на них. Наиболее удачным в эстетическом отношении являетея решение опоры в виде кольца из наклонных диагональных стоек.

Другие элементы, находясь в композиционном единстве, не должны мешать восприятию элегантной классической формы основного объема. Исключение составляют шахта-люк и лестница, которую одинаково удачно можно решить отдельно стоящей или зрительно связанной с резервуаром. Отдельно стоящая лестница эстетически оправдана только тогда, когда обслуживает несколько резервуаров. В этом случае она вместе с переходными, мостиками образует «структуру», которая может быть зрительно отделена от сферических объемов.

Существенным является вопрос благоустройства площадки около резервуаров. В отличие от резервуаров для жидкости здесь не требуется асфальтировать площадку, но нужно исключить возможность произрастания растений в непосредственной близости (обычно ее посыпают гравием). Необходимо устраивать дренаж с целью отвода атмосферных осадков, что особенно важно для газгольдеров, смонтированных непосредственно на площадке. Остальная часть площадки должна быть озеленена низким кустарником или травой. Посадка тополей практически не предохраняет резервуары от солнца, а их большие корни иногда мешают подземному хозяйству.

Итак, этот вид сооружений, особенно сферические и мультисферические газгольдеры, представляют архитектору богатые возможности для использования пластических форм при создании промышленного ансамбля, возможности, которые он должен использовать наилучшим образом.

Рис. 6. Схемы опирания сферических газгольдеров

Рис. 7. Примеры блокирования сферических газгольдеров в группы с объединением обслуживающих площадок

Рис. 8. Газгольдерная станция





Похожие статьи:
Требования к содержанию интерьера

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Архитектура инженерных сооружений

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум