Вертикальные резервуары: API 650 и ГОСТ 31385-2016

В 2010 году вышел Закон № 385-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон «О техническом регулировании», который разрешает использование зарубежных стандартов на территории Российской Федерации. С этого времени началось активное их применение и приведение к соответствию требованиям промышленной безопасности с уже ставшими международными стандартами.

Основным зарубежным стандартом, который содержит требования к вертикальным резервуарам, - это API.

Для справки: API (Американский институт нефти) - неправительственная организация США, которая специализируется на регулировании деятельности предприятий нефтегазовой промышленности.

Саратовский резервуарный завод уже давно вышел на международный рынок и поставляет вертикальные резервуары в страны ближнего и дальнего зарубежья (например, в Гвинею). За активное сотрудничество с зарубежными Заказчиками, САРРЗ уже два года подряд получает награду как Динамично развивающийся экспортер, поставляя, в том числе, и вертикальные резервуары, изготовленные не только по ГОСТ 31385-2016, но и по американскому стандарту API 650 "Welded Tanks for Oil Storage" ("Стальные резервуары для хранения нефти").

В процессе переговоров с Заказчиками часто встает вопрос об отличии резервуаров, изготовленных по этим двум стандартам. Мы решили внести ясность в этот вопрос и сравнить основные требования к резервуарам по ГОСТ и API.

Стандарты API резервуарах и емкостях

Американским институтом нефти разработано несколько стандартов, которые содержат требования к проектированию, производству, монтажу, эксплуатации и ремонту резервуаров и емкостей, среди которых:

  • API 650 "Welded Tanks for Oil Storage" (Сварные стальные резервуары для хранения нефти)
  • API 653 "Tank Inspection, Repair, Alteration and Reconstruction" (Осмотр, ремонт и реконструкция резервуаров)
  • Standard 2610 "Design, Construction, Operation, Maintenance and Inspection of Terminal & Tank Facilities" (Проектирование, строительство, работа, эксплуатация и осмотр резервуарных парков)
  • API 620 "Design and Construction of Large, Welded, Low-Pressure Storage Tanks" (Проектирование и сооружение крупногабаритные сварных резервуаров,
    работающих под низким давлением)
  • RP (Recommended Practices) 651 "Cathodic Protection of Aboveground Storage Tanks" (Катодная защита наземных резервуаров для хранения нефти)
  • RP 652 "Lining of Aboveground Storage Tank Bottoms" (Внутренняя облицовка днищ наземных резервуаров для хранения нефти)
  • RP 2350 "Overfill Protection for Storage Tanks in Petroleum Facilities" (Защита резервуаров нефтегазовой промышленности от переполнения)

Все стандарты носят рекомендательных характер: при наличии специальных технических условий и требований Заказчика возможно отступление от них, но с условием обеспечения безопасной эксплуатации.

Требования к вертикальным резервуарам в соответствии с API 650

Требования API 650 распространяются на резервуары с закрытым и открытым верхом различных габаритов и различной емкости, работающих под внутренним давлением, близким к атмосферному давлению, с равномерным опиранием всего днища, а также на неохлаждаемые резервуары с максимальной температурой эксплуатации 200°Ф (+93°С).

В случае эксплуатации резервуаров выше 200°Ф до 500°Ф (+260°С) накладываются конструктивные ограничения. Например, запрещается строить открытые сверху емкости или резервуары с плавающей крышей. Также не допускается сооружать внутренние плавающие крыши из алюминия или пластмассы и алюминиевые купольнообразные крыши на опорах.

Для изготовления обечайки (стенки) должны применяться тонколистовые и толстолистовые стали толщиной до 1,75" (44,5 мм) и шириной 72" (1828,8 мм). Для вставок и фланцев толщина может превышать указанное значение. При этом припуск на толщину кромок рекомендуется устанавливать не более 0,01" (0,25 мм) от расчетной проектной или минимально допустимой толщины.

Толщина каждого следующего ряда обечайки резервуаров диаметром до 200 футов (60,9 м) рассчитывается на высоте 1 фута (30,5 см) от нижнего края ряда. Также может применяться метод переменной расчетной точки, что позволяет снизить толщину нескольких листов обечайки (и, соответственно, массу). А применяемый метод расчета толщины посредством анализа упругости позволяет рассчитать окружные напряжения, которые должны быть ниже допустимых напряжений материала изготовления резервуара.

При этом, минимальная толщина обечайки зависит от диаметра резервуара:

Номинальный диаметр резервуара, футы Номинальная толщина листа обечайки, дюймы
менее 50" (15,2 м) 3/16" (4,76 мм)
50-120" (15,2-36,5 м) 1/4" (6,35 мм)
120-200" (36,5-60,9 м) 5/16" (7,9 мм)
более 200" (60,9 м) 3/8" (9,5 мм)

Для сравнения, в ГОСТ 31385-2016 зависимость толщины обечайки от диаметра выглядит следующим образом:

Диаметр резервуара, м Минимальная толщина листов стенки, мм
до 10 вкл. 4
10-16 5
16-25 6
25-40 8
40-65 10
более 65 12

Для придания резервуару устойчивости во время больших ветровых нагрузок, он снабжается кольцами усиления жесткости в верхней наружной части обечайки на расстоянии более 2 футов (60 см) от верхнего края.

Для получения мелкозернистой структуры листовая сталь на заводе-изготовителе подвергается термической или термомеханической обработке.

Днища изготавливаются из металлопроката минимальной номинальной толщины 1/4" (6,35 мм). При специальном заказе возможно изготовление из листов толщиной 6 мм. Толщина кольцевых листов днища рассчитывается исходя из толщины нижнего листа обечайки и давлении при гидростатических испытаниях:

Номинальная толщина листа первого ряда обечайки (дюймы) Напряжение в первом ряду обечайки при гидростатических испытаниях (фунт/кв.дюйм)
<27000 (186 МПа) <30000 (206 МПа) <33000 (227 МПа) <36000 (248 МПа)
t<0,75 (19 мм) 1/4 (6,35 мм) 1/4 (6,35 мм) 9/32 (7,1 мм) 11/32 (8,7 мм)
0,75<t<1,00 (25,4 мм) 1/4 (6,35 мм) 9/32 (7,1 мм) 3/8 (9,5 мм) 7/16 (11,1 мм)
1,00<t<1,25 (31,75 мм) 1/4 (6,35 мм) 11/32 (8,7 мм) 15/32 (11,9 мм) 9/16 (14,3 мм)
1,25<t<1,50 (38,1 мм) 5/16 (7,9 мм) 7/16 (11,1 мм) 9/16 (14,3 мм) 11/16 (17,6 мм)
1,50<t<1,75 (44,45 мм) 11/32 (8,7 мм) 1/2 (12,7 мм) 5/8 (15,8 мм) 3/4 (19,0 мм)

Резервуары могут снабжаться следующими конструкциями крыш:

  • внутренняя плавающая (в виде поддона, перегородчатые, понтонные, двухъярусные, на поплавках, многослойные металлические и пластиковые)
  • наружная плавающая (понтонная)
  • поддерживаемая коническая
  • самонесущая коническая
  • самонесущая купольная (в т.ч алюминиевая)
  • самонесущая зонтичная

Любой тип крыши, а также все несущие конструкции должны выдерживать постоянную и временную нагрузку не менее 25 фунтов на кв.фут площади (не менее 122 кгс/м2). Толщина кровельных листов должны быть не менее 3/16" (4,7 мм) толщиной. Усиливающие профили крыш привариваются к листам, но не к несущим металлоконструкциям.

В стандарте также регламентируются некоторые габаритные параметры крыш: поддерживаемые конические должны иметь наклон 3/4" на 12", толщина самонесущих конических и кровельных крыш, а также зонтичных должна быть не меньше 3/16". Другие габаритные размеры зависят от диаметра резервуара.

В России днища по своей конструкции делятся на следующие типы:

  • стационарные бескаркасные: коническая и сферическая
  • стационарные каркасные: коническая и купольная
  • плавающие
  • понтон

В части допустимых статических напряжений, сечения всех конструктивных элементов рассчитываются на растяжение, сжатие, изгиб и сдвиг:

Тип статического напряжения Катаная сталь Сварные швы
растяжение 20 тыс. фунт/кв. дюйм (1406 кгс/см2) 18 тыс.фунт/кв.дюйм (1266 кгс/см2)
сжатие 20 тыс. фунт/кв. дюйм (1406 кгс/см2) 8 тыс.фунт/кв.дюйм (562 кгс/см2)
изгиб 20-22 тыс. фунт/кв. дюйм (1406 - 1547 кгс/см2)
сдвиг 13-13,6 тыс. фунт/кв. дюйм (914-956 кгс/см2)

Контроль выполненных сварных швов рекомендуется выполнять также, как и в России, рентгенографическим, магнитнопорошковым, ультразвуковым, визуальным методами и с помощью проникающей жидкости.

В целом, проанализировав оба стандарта, можно сказать следующее: американский стандарт API 650 делает максимальный упор на материалах, способах его обработки, сварочных работах, на производстве, устройстве фундамента и строительстве вертикальных резервуаров в целом. Российский же ГОСТ так же описывает требования к металлу, размерам днищ и стенок, но и детально рассматривает конструктивные варианты вертикальных резервуаров - крыш, врезок (патрубоков, люков). Дополнительно в ГОСТ 31385-2016 содержится информация о правилах проектирования и изготовления понтонов, двустенных резервуаров и резервуаров для хранения горячей воды (баков аккумуляторов).