CC BY
343
________________________________________ © А.А. Алёшкина, П.В. Бурков,
С.П. Буркова, 2011
УДК 62-408.64
А.A. Алёшкина, П.В. Бурков, С.П. Буркова
ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ДНИЩА РЕЗЕРВУАРОВ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ
Рассмотрены методы проведения диагностики состояния днища резервуаров вертикальных стальных, выявлены причины деформации днища.
Ключевые слова: техническое диагностирование, резервуар вертикальный стальной, днище, остаточный ресурс, ультразвуковой контроль, дефект, осадка основания, сварной шов, хлопун.
Согласно действующим нормативным документам, регламентирующим техническое диагностирование стальных вертикальных резервуаров (РВС), основой оценки технического состояния при проведении экспертизы промышленной безопасности является диагностическое обследование всех элементов конструкции РВС, в том числе днища и стенки. На основе совокупности полученных диагностических данных вырабатываются рекомендации об условиях дальнейшей безопасной эксплуатации РВС с вероятным остаточным ресурсом, сроках и уровнях последующих обследований и необходимости проведения ремонта или вывода из эксплуатации. При этом от полноты и качества информации, получаемой при обследовании, зависит, с одной стороны, безопасность при эксплуатации РВС, а с другой, стоимость обеспечения приемлемого уровня безопасности, которая определяется объемом ремонтных и восстановительных работ, предписываемых к проведению по результатам технического диагностирования [1-3].
Днище и первый пояс стенки относятся к наиболее значимым элементам конструкции РВС, связанных с влиянием следующих неблагоприятных эксплуатационных и технологических факторов:
- коррозией внутренней и внешней поверхности, обусловленной, соответственно, агрессивной средой хранимых продуктов и воздействием внешних факторов, в том числе перепадов температуры, осадков, уровня влажности воздуха и т.п.;
- качеством изготовления РВС, в том числе фундамента и основания;
- эффективностью электрохимической защиты (ЭХЗ);
- механическими воздействиями, вызванными, например, влиянием геологических и геофизических факторов, формирующих участки повышенных локальных напряжений металла.
[4].
По действующим правилам для контроля состояния металла днища и стенки РВС рекомендовано использование следующих методов:
- при частичной диагностике - акусто-эмиссионное обследование (АЭ), визуальный инструментальный контроль (ВИК), ультразвуковой контроль (УЗК);
- при полной диагностике - диагностическое обследование с применением различных методов неразрушающего контроля, в том числе визуального инструментального контроля, ультразвукового контроля, магнитного контроля (МК) и т.п. [5].
Состояние защитного изоляционного покрытия (ЗИП), применяемого для предотвращения коррозии металла днища и стенки РВС, также подлежит оценке при проведении диагностических работ.
Согласно традиционно принятым в России методам диагностического обследования днищ РВС наибольшее распространение получил ультразвуковой контроль. Однако физические особенности УЗК не позволяют осуществить 100 % контроль днища. Кроме того, применение УЗК предусматривает обязательный демонтаж защитного изоляционного покрытия независимо от его состояния. Поэтому в настоящее время применение УЗК предполагает не сплошное обследование, а контроль в дискретных точках. При этом велика вероятность пропуска дефектов, в особенности коррозионных повреждений днища, расположенных со стороны гидрофобного слоя.
Опыт диагностического обследования днищ резервуаров показывает, что не менее 30 % РВС подвержены возникновению указанных дефектов, которые при традиционном подходе к осуществлению контроля не могут быть выявлены. Результаты сравнительного анализа возможностей различных технологий, используемых при диагностическом обследовании днищ РВС приведен в таблице.
№ Свойство Сравнение технологий НК днища и стенки РВС
АЭ ВИК УЗК МК
1 Контроль без демон- + - - +
тажа ЗИП
2 Контроль 100% площади днища и стенки - + - +
3 Возможность контроля при полной диагностике - + + +
4 Возможность контроля при частичной диагностике + только стенка только стенка только стенка
5 Возможность выявления как наружных так и внутренних дефектов + - + +
6 Определение местоположения дефектов (внешний/ внутренний) - - + +
7 Определение координаты дефектов - + + +
8 Оценка размеров дефектов - - + +
9 Определение остаточной толщины металла днища и стенки - - + +
10 Оценка толщины ЗИП - - - +
Техническое диагностирование резервуара, как элемент системы регламентированных работ для поддержания резервуара в работоспособном состоянии проводится с целью оценки технического состояния резервуара.
В работе рассмотрен РВС вместимостью 1000 м3, предназначенный для хранения нефти, светлых и темных нефтепродуктов при рабочем давлении - налив. Резервуар установлен на фундаменте, имеет вертикальную стенку, образованную из 6 поясов, цилиндрической формы, днище и коническую кровлю. Резервуар смонтирован из рулонированных конструкций. Все сварные соединения
- стыковые, выполнены автоматической электродуговой сваркой. Монтажный сварной шов днища - нахлесточный, выполнен ручной электродуговой сваркой. Форма сварных швов: Ширина сварного шва 12-14 мм, высота
Хлогун№2
Рис. 1. Карта-схема расположения дефектов формы и листов днища резервуара РВС-1000 м
сварного шва 2,0-2,5 мм, чешуйчатость поверхности металла сварных швов до 0,2 мм. Днище резервуара выполнено из стали СтЗсп, толщина листов 4 мм. Высота взлива хранимых нефтепродуктов 8300 мм. Период эксплуатации резервуара 42 года, количество циклов нагружения в среднем составляет 12 повторений в год.
При плановом мониторинге недопустимых дефектов сварных соединений не обнаружено, сварные швы удовлетворяют ГОСТ 8713-79, ГОСТ 5264-80, СНиП Ш-18-75, но на поверхности днища обнаружены следующие дефекты, рис. 1:
Хлопун №1 размером 1440х1500 мм, площадью 2,1 м2 и высотой до 50 мм;
Хлопун №2 размером 1000х1200 мм, площадью 1,2 м2 и высотой до 40 мм.
Согласно практическим данным наиболее распространенными источниками аварий резервуаров являются концентраторы напряжений в сочетании с низким качеством стали и неблагоприятными воздействиями: низкой температурой, коррозионным износом, непроектным вакуумом, неравномерной осадкой основания и т.д.
Среди концентраторов напряжений локальные несовершенства формы: вмятины, выпучины и хлопуны можно выделить в отдельную группу. Анализ результатов тех-нических освидетельствований показывает, что около половины обследуемых резервуаров имеют вмятины и хлопуны, приблизительно пятая часть которых не удовлетворяет действующим нормам.
Для определения в днище РВС напряжений, превышающих допустимые, и установления диапазона изменения численных характеристик процессов, влияющих на деформацию, проводится расчет напряжений (на прочность), возникающих в РВС, с помощью программного продукта ANSYS применительно к эксплуатации РВС [6-7]. На рисунке 2 показан результат расчета действия касательных сил на днище РВС, полученный с помощью программы ANSYS, а на рисунке 3 показана интерпретация данного результата в графическом виде. Волнистость днища возрастает в зависимости от наличия концентраторов напряжения в металле днища, температурного режима эксплуатации резервуара, что приводит к интенсивной коррозии днища особенно в местах скопления отстоявшейся воды. Степень поражения днища коррозией в большинстве случаев остается не-выявленной из-за трудности опорожнения и очистки резервуаров и становится известной только после прорыва днища.
Полученные и представленные на рис. 2 и 3 результаты позволяют сделать следующие выводы:
- изменение значений напряжений, возникающих при выпучивании днища, может достигать величин, близких к пределу текучести стали, что снижает уровень надежности РВС;
- изменение условий взаимодействия днища с кровлей усложняют процессы деформации, что вызывает необходимость более детального исследования напряженно-деформированного
Рис. 2. Изображение напряженного состояния листов днища РВС в программном комплексе ANSYS
Высота хлопуна, м 0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
-г-РР
Э 0,3
0,9
1,5 2,1 2,7 3,0 3,6 4,2 4,8 5,4 б.,14
Радиус резервуара, м
Рис. 3. Профиль хлопуна 97
состояния днища РВС с учетом различных физико-механи-ческих свойств кровли.
Статья выполнена в рамках ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» НА 2009-2013 гг. ГК № П1404 от 03.09.2009 г. проект «Исследование физикомеханических процессов взаимодействия породоразрушающего инструмента с обрабатываемой средой при бестраншейной прокладке трубопроводов методом наклонно-направ-ленного бурения».
------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. РД 08-95-95 Положение о системе технического диагностирования сварных вертикальных цилиндрических резервуаров для нефти и нефтепродуктов.
2. ПБ 03-605-03 Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов.
3. ГОСТ 20911-89 Техническая диагностика. Термины и определения.
4. Нехаев Г.А. «Проектирование и расчет стальных цилиндрических резервуаров и газгольдеров низкого давления»/Издательство АСВ-200 г.-213 с.
5. Ванаков Д.В. Магнитооптическая диагностика и техническое обслуживание резервуаров // Международный научный журнал. - 2008. - №2 - с.46 — (http ://tis-j ournal).
6. Басов К.А. ANSYS в примерах и задачах / Под общ. ред. Д.Г .Красковского. - М.: КомпьютерПресс, 2002. - 224 с.: ил..
7. Чигарев А.В., Кравчук А.С., Смалюк А.Ф. ANSYS для инженеров: Справ. пособие. - М.: Машиностроение-1, 2004. - 512с. iish=i
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------------
Aлёшкuнa A.A. - магистрант,
Бурков П.В. - доктор технических наук, профессор,
Бypкoвa С.П. - кандидат технических наук, доцент,
Национальный исследовательский Томский политехнический университет, e-mail: [email protected]
А
