Газгольдерами называются сосуды, предназначенные для хранения и смешивания газов. Их включают в газовую сеть между источниками получения газа и его потребителями в качестве своеобразных аккумуляторов, регулирующих потребление газа.

Газгольдеры применяют на металлургических, коксохимических и газовых заводах, в химической и нефтеперерабатывающей промышленности, в городском хозяйстве для хранении природного или искусственного газа и т.д.

По конструкции и характеру эксплуатации газгольдеры делятся па две группы: газгольдеры переменного объема (мокрые и сухие) и газгольдеры постоянного объема.

Газгольдеры переменного объема называют газгольдерами постоянного низкого давления, так как давление газа в них не превышает 4-5 кПа. Газгольдеры постоянного объема имеют внутреннее давление газа в пределах 250—2000 кПа и являются сосудами высокого давления.

2. ГАЗГОЛЬДЕРЫ ПЕРЕМЕННОГО ОБЪЕМА

Мокрые газгольдеры

Конструктивные особенности. Типовые мокрые газгольдеры имеют вместимость 100—30000 м³ и состоят из вертикального цилиндрического резервуара, наполненного водой, одного или нескольких промежуточ­ных звеньев (телескопов), колокола, представляющего собой открытую снизу цилиндрическую оболочку с пологой сферической кровлей, и направляющих (рис. а). Через дно резервуара под колокол подводят газопроводы для подачи и расходования газа. Непроницаемость соединения соседних звеньев газгольдера обеспечивается гидравлическими затворами в виде двух кольцевых желобов, входящих один в другой. При наполнении газгольдера газом колокол поднимается, зачерпывает волу из резервуара своим желобом, захватывает им верхний желоб телескопа и т.д., после чего колокол с телескопами поднимается до своего верхнего положения.

Для уравновешивания внутреннего давления газа масса подвижных звеньев бывает недостаточна, и тогда применяют бетонные грузы, расположенные но периметру крыши колокола, а также чугунные грузы, уложенные по периметру нижней части колокола. Газгольдеры должны иметь молниеотводы.

Плавность и бесперебойность дви­жения колокола и телескопов обеспе­чиваются направляющими и роликами. В газгольдерах с вертикальными направляющими верхние ролики закрепляются на консолях, прикрепленных к верху каждого подвижного звена, и перемещаются по наружным направляющим стойкам каркаса, а нижние кренятся к нижнему кольцу под­вижного звена и перемешаются по внутренним стойкам, приваренным к стенке ниже расположенного эле­мента.

Применяются следующие мирки стали: для оболочки резервуара и под­вижных звеньев с расчетной темпера­турой ниже —ЗО˚С— ВстЗсп5, при температуре до —30^я—ВстЗпс6 (по ГОСТ 380—71 с изм.) при этом необ­ходимы дополнительные гарантии загиба в холодном состоянии и огра­ничения по химическому составу; для прочих расчетных элементов — ВстЗкн2 по ГОСТ 380—71 с нам. с дополнительными гарантиями загиба в холодном состоянии.

Основные положения расчета. Газгольдеры переменного объема рассчитывают по методу предельных состояний в соответствии с указа­ниями специальных технических условий и главы СНиП 11-23-81. В рас­четах учитывают следующие коэффициенты перегрузки: для собствен­ного веса конструкций n₁ = 1.1; для давлении газа ПОД колоколом n₂= 1,2; для давления воды в резервуаре n₃=>1.1; для полезной (времен­ной нагрузки (2 кН/м²) на обслуживающие площадки и лестницы п = 1,2; для снега на колоколе — на всей крыше или на половине по­верхности крыши интенсивностью, соответствующей данному району строительства, согласно СНиП, но не менее 1 кН/м² (111 район), п=1,4, при этом нагрузка на всей крыше, несмотря на сферическую ее поверхность, не уменьшается; для ветровой нагрузки с аэродинамичес­ким коэффициентом k=0,7 п=1,2.

При расчетах учитывают следующие сочетания нагрузок: основ­ные— вес конструкций, давление газа и воды, снег на всей крыше или на половине ее поверхности, временные нагрузки на площадке; допол­нительные: а) нагрузки основные с односторонней снеговой нагрузкой, ветер, температурные и монтажные воздействия; б) нагрузки основные без учета снеговой нагрузки, ветровая нагрузка; особые — нагрузки от собственного веса, волы к снега, сейсмические воздействия. Коэффици­енты сочетания нагрузок принимают по СНиП 2-6-74.

Коэффициент условий работы принимают равным γ=1, за исключением случаев, когда принимаются иные значения: для корпуса водяно­го резервуара газгольдера γ =0.8; для внешних вертикальных направ­ляющих γ =0,9; для сжатых основных элементов купола колокола (но­ги стропил, пояс жесткости) γ =0,9.

При расчете на прочность и деформативность с учетом сейсмических сил принимается специальный коэффициент условий работы γ *^р=М.

Максимальное давление газа пол колоколом р_н имеет место при наи­высшем его положении и определяется в зависимости от собственной массы подвижных звеньев, воды в затворах, пригрузки, а также от плотности воздуха и газа:

Р_мах=4/πD²*[Q-Q’/ γ_ст-V(γ_в- γ_г)]

где Р_имах,* — 10 «Па — наибольшее избыточное (ладанное) давление гам в газгольде­ре: D— диаметр колокола в однозосньспок. Оборудования на подвижных лкньих. кН; О' — вес погружаемых в воду частей колокола и телескопа, кН; I' — объем та внутри газгольдера.

Стенки резервуара телескопов и колокола выполняются из рулон­ных заготовок на заводе. Толщина стенки резервуара определяется по формуле

Толщина стенок телескопов и колокола вычисляется по формулам:

Так как давление газа под колоколом р_а мало, то расчетная толщи­на стенки получается незначительной, поэтому в этих случаях толщина стенки назначается конструктивно не менее 3—5 мм.

Кровля колокола состоит из тонколистовой оболочки и поддержива­ющих се стропил в виде радиально расположенных в плане арок, кото­рые соединены между собой кольцевыми стержнями и решеткой, обра­зующими купольную систему. Наиболее часто применяется «дышащая» кровля, когда оболочка кровли свободно лежит на стропилах и не скрепляется с ними, а приваривается только к уторному уголку но опор­ному кольцу. Вследствие этого усилии от внутреннего избыточного давления р_п воспринимаются оболочкой кровли как мембраной без включении в работу стропил. Поэтому толщина стенки кровли опреде­ляется как для сферической оболочки

Стропила рассчитывают на нагрузку от кровли, снега на ней и ва­куума.

Наружные направляющие, связанные кольцевыми площадками и раскосами, можно представить в виде сквозного призматического стер­жня, загруженного сосредоточенными силами от давления наружных: роликов, передающих ветровую нагрузку, которая воспринимается те­лескопами и колоколом, а также одностороннюю снеговую нагрузку на кровлю колокола. Раскладывая эти сосредоточенные нагрузки по плос­ким фермам, составляющим грани призмы, и рассматривай их как кон­соли, определяют осевые усилия но всех элементах. Наибольшие уси­лия возникают в элементах граней, параллельных направлению ветра. Кроме продольных усилий наружные направляющие могут испытывать местный изгиб от сосредоточенного давления роликов, что также дол­жно учитываться в расчете.

Горизонтальные кольца кроме осевого растягивающего усилия дол­жны проверяться на изгиб в вертикальной плоскости от собственного веса и вертикальной нагрузки 2 кН/м².

Пригрузку составляют бетонные плиты, располагаемые на крыше колокола по ее наружному краю на специальной кольцевой площадке. И чугунные грузы, которые размещают на нижнем кольце жесткости у гидрозатвора на специальном уши рении.

2. Сухие газгольдеры

Конструктивные особенности. Сухие газгольдеры применяют в слу­чае, когда хранимые газы имеют высокую концентрацию (до 99,9 % и выше) и не допускают увлажнения (этилен, пропилен и т.д.). Объем газгольдеров колеблется от 10 до 600 тыс. м³. Конструкция их состоит из цилиндрической оболочки с плоским днищем, покоящимся на пес­чаной подушке, и сферической кровли из листов толщиной 3 мм, кото­рые крепятся к каркасу из радиально расположенных гнутых швелле­ров.

Внутри газгольдера размещается специальная конструкция в виде шайбы, перемещающейся под давлением газа наподобие поршня. Шай­ба имеет несущий каркас и наружную обшивку из листовой стали.

Между корпусом газгольдера и вертикальными стенками шайбы расположен сплошной кольцевой фартук из прорезиненной ткани, гер­метично соединенный с корпусом и шайбой и изолирующий газовое пространство. Шайба удерживается в горизонтальном положении с по­мощью системы роликов и встречных тросов, прикрепленных своими концами к стенке газгольдера и каркасу кровли. Для удержания давле­ния в газгольдере шайба пригружается бетонными блоками. Наполне­ние газгольдера и внутреннее избыточное давление регулируются ав­томатически: при переполнении газгольдера шайба выталкивает шток газосброса и излишек газа уходит в атмосферу.

Стенки корпуса и днища сухих газгольдеров изготовляют из рулон­ных заготовок. Стенка корпуса снабжена каркасом из вертикальных стоек, заделанных и фундамент, и горизонтальных колец из прокатно­го профиля. Все соединения элементов в сухих газгольдерах выполня­ются сварными.