Научная статья на тему 'К вопросу оценки опасности хрупкого разрушения резервуаров для хранения нефтепродуктов'

К вопросу оценки опасности хрупкого разрушения резервуаров для хранения нефтепродуктов Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
59
9
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Территория Нефтегаз
ВАК
Область наук
Ключевые слова
ХРУПКОЕ РАЗРУШЕНИЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ / BRITTLE FRACTURE OF WELDED JOINTS / ХР РВС / СТАЛЬНЫЕ РЕЗЕРВУАРЫ / STEEL TANKS / МЕСТНАЯ ТЕРМООБРАБОТКА / LOCAL HEAT TREATMENT / ОСТАТОЧНОЕ СВАРОЧНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ / RESIDUAL WELDING STRESS / VST BF

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Розенштейн И. М.

Опасность хрупкого разрушения (ХР) является в основном проблемой резервуаров вертикальных стальных (РВС) для хранения нефтепродуктов, сваренных из низкоуглеродистой или низколегированной стали. Этим сталям присущи два кристаллографических типа излома. Границей между ними на температурной шкале служит критическая переходная температура, которая не является константой. Важную роль в ХР РВС играют остаточные сварочные напряжения, что позволяет понять причину появления ХР при внешнем напряжении ниже или значительно ниже σт и его случайный характер. ХР монолитных и сварных лабораторных образцов является достоверным событием и случается только при напряжении порядка σт и выше и температуре значительно ниже климатической. Оно обеспечивается потенциальной энергией, накапливаемой в системе «образец - машина». Разрушение лабораторных образцов, как показали Робертсоновские испытания, происходят в две стадии. В лабораторных условиях ХР РВС смоделировать не удается. ХР РВС - температурное явление, оно не может быть описано в терминах напряжения: опасность ХР не зависит или слабо зависит от величины напряжения. ХР - это забытая хладноломкость, которая в соответствии с законами физики не может быть представлена в терминах напряжения. Снижение величины внешнего напряжения с целью повышения надежности РВС относительно ХР, вероятно, не эффективно. При расследовании ХР РВС никогда не обнаруживали в месте возникновения ХР исходный дефект, похожий на трещину, с параметром длины и с признаками макропластической деформации, подрастания и утяжки - обязательными условиями применения расчетной схемы Гриффитса (пластины с разрезом). ХР - всегда разрушение при внешнем напряжении ниже или значительно ниже σт. Анализ ХР РВС показал, что они обычно возникают в монтажных швах нижних поясов. Длина этих участков не превышает 1%. Сделать опасность ХР РВС ничтожной можно с помощью местной термообработки. Для сосудов и труб она известна, оборудование и нормативная документация имеются. Термообработка отдельных сварных соединений во время монтажа РВС не удлинит сроков их строительства и не отразится заметно на их стоимости.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ON THE ISSUE OF THE OIL PRODUCT STORAGE TANK BRITTLE FRACTURE HAZARD ANALYSIS

A brittle fracture (BF) hazard is mainly the problem of vertical steel tanks (VST) for oil products storage, which are made from low-carbon or low-alloy steel. Two crystallographic fracture modes are inherent to these steels. The critical transition temperature, which is not a constant, is a border between them on the temperature scale. Residual welding stresses play a key role in VST BF, which allows for understanding the cause of BF appearance at the external stress lower than σt and its random nature. Solid and weld laboratory sample BF is a certain event and occurs only at the stress σt and higher and at the temperature, which is significantly lower than the climatic one. It is provided by the potential energy accumulated in the «sample -machine» system. As the Robertson tests showed, fracture of laboratory samples takes place within two stages. VST BF modeling under laboratory conditions fails. VST BF is a temperature phenomena, it can't be described in terms of stresses: BF hazard doesn't depend or slightly depends on the stress value. BF is a forgotten cold brittleness, which can't be presented in terms of stresses according to the physical laws. Decrease of the external stress value in order to increase VST reliability as regards BF is probably inefficient. When researching VST BF the source defect similar to the crack with the length parameter and the signs of macroplastic deformation, extension and contraction - obligatory conditions for the Griffith formula (incised plates) application -has been never detected. BF is always a fracture under the external stress, which is lower or significantly lower than σt. VST BF analysis has shown that they usually occur in the lower boom erection joints. Length of these areas doesn't exceed 1%. VST BF hazard can be made insignificant applying local heat treatment. It is applied for vessels and pipes; there is equipment and regulatory documents. Heat treatment of individual welded joints during VST mounting doesn't extend the construction period and doesn't affect their cost.

Текст научной работы на тему «К вопросу оценки опасности хрупкого разрушения резервуаров для хранения нефтепродуктов»

ТРАНСПОРТ И ХРАНЕНИЕ НЕФТИ И ГАЗА

УДК 620.191.33:621.642

И.М. Розенштейн1, e-mail: [email protected] 1 НПП «Форт» (Подольск, Россия)

К вопросу оценки опасности хрупкого разрушения резервуаров для хранения нефтепродуктов

Опасность хрупкого разрушения (ХР) является в основном проблемой резервуаров вертикальных стальных (РВС) для хранения нефтепродуктов, сваренных из низкоуглеродистой или низколегированной стали. Этим сталям присущи два кристаллографических типа излома. Границей между ними на температурной шкале служит критическая переходная температура, которая не является константой.

Важную роль в ХР РВС играют остаточные сварочные напряжения, что позволяет понять причину появления ХР при внешнем напряжении ниже или значительно ниже а и его случайный характер.

ХР монолитных и сварных лабораторных образцов является достоверным событием и случается только при напряжении порядка от и выше и температуре значительно ниже климатической. Оно обеспечивается потенциальной энергией, накапливаемой в системе «образец - машина».

Разрушение лабораторных образцов, как показали Робертсоновские испытания, происходят в две стадии. В лабораторных условиях ХР РВС смоделировать не удается. ХР РВС - температурное явление, оно не может быть описано в терминах напряжения: опасность ХР не зависит или слабо зависит от величины напряжения. ХР - это забытая хладноломкость, которая в соответствии с законами физики не может быть представлена в терминах напряжения. Снижение величины внешнего напряжения с целью повышения надежности РВС относительно ХР, вероятно, не эффективно. При расследовании ХР РВС никогда не обнаруживали в месте возникновения ХР исходный дефект, похожий на трещину, с параметром длины и с признаками макропластической деформации, подрастания и утяжки - обязательными условиями применения расчетной схемы Гриффитса (пластины с разрезом).

ХР - всегда разрушение при внешнем напряжении ниже или значительно ниже о .Анализ ХР РВС показал, что они обычно возникают в монтажных швах нижних поясов. Длина этих участков не превышает 1%. Сделать опасность ХР РВС ничтожной можно с помощью местной термообработки. Для сосудов и труб она известна, оборудование и нормативная документация имеются.

Термообработка отдельных сварных соединений во время монтажа РВС не удлинит сроков их строительства и не отразится заметно на их стоимости.

Ключевые слова: хрупкое разрушение сварных соединений, ХР РВС, стальные резервуары, местная термообработка, остаточное сварочное напряжение.

I.M. Rozenshtein1, e-mail: [email protected] 1 FORT SPE (Podolsk, Russia)

On the issue of the oil product storage tank brittle fracture hazard analysis

A brittle fracture (BF) hazard is mainly the problem of vertical steel tanks (VST) for oil products storage, which are made from low-carbon or low-alloy steel. Two crystallographic fracture modes are inherent to these steels. The critical transition temperature, which is not a constant, is a border between them on the temperature scale. Residual welding stresses play a key role in VST BF, which allows for understanding the cause of BF appearance at the external stress lower than ct and its random nature.

Solid and weld laboratory sample BF is a certain event and occurs only at the stress ct and higher and at the temperature, which is significantly lower than the climatic one. It is provided by the potential energy accumulated in the «sample -machine» system.

As the Robertson tests showed, fracture of laboratory samples takes place within two stages. VST BF modeling under laboratory conditions fails. VST BF is a temperature phenomena, it can't be described in terms of stresses: BF hazard

110

№ 10 октябрь 2015 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

OIL AND GAS TRANSPORTATION AND STORAGE

doesn't depend or slightly depends on the stress value. BF is a forgotten cold brittleness, which can't be presented in terms of stresses according to the physical laws. Decrease of the external stress value in order to increase VST reliability as regards BF is probably inefficient.

When researching VST BF the source defect similar to the crack with the length parameter and the signs of macroplastic deformation, extension and contraction - obligatory conditions for the Griffith formula (incised plates) application -has been never detected.

BF is always a fracture under the external stress, which is lower or significantly lower than at. VST BF analysis has shown that they usually occur in the lower boom erection joints. Length of these areas doesn't exceed 1%. VST BF hazard can be made insignificant applying local heat treatment. It is applied for vessels and pipes; there is equipment and regulatory documents.

Heat treatment of individual welded joints during VST mounting doesn't extend the construction period and doesn't affect their cost.

Keywords: brittle fracture of welded joints, VST BF, steel tanks, local heat treatment, residual welding stress.

Не будет большим преуменьшением считать, что проблема надежности резервуаров вертикальных стальных (РВС) для хранения нефти и нефтепродуктов, сваренных из низкоуглеродистой или низколегированной стали, сводится к предотвращению их хрупкого разрушения. Именно эта проблема рассматривается в настоящей статье. Однозначное определения ХР в литературе отсутствует, каждый подразумевает свое. Это разрушение и при напряжении ниже о°т (редко кто так считает), и в интервале от-ав (в этом интервале почти все разрушается), и разрушение, сопровождаемое ограниченной макропластичностью (до 1,5-2,0%), и потеря четкости кольцами Дебая, наблюдаемая при рентгеноструктурном анализе поверхности излома, и т.д. Очевидно, прежде всего необходимо договориться о том, что подразумевать под ХР.

В настоящей статье под ХР понимается образование кристаллографического скола по плоскостям за счет остаточных сварочных напряжений при внешнем усилии ниже стт, под вязким изломом - срез по плоскостям. Между ними на температурной шкале - дискретная граница: - переходная температура хрупкости. При 1° « 1°к образуется нестабильная хрупкая трещина, при 1°

» 1° - стабильный вязкий излом. Мак-

к

симальная температура, при которой

можно получить ХР, вероятно, ограничена Робертсоновской температурой «увязания» хрупкой трещины. Скорость распространения хрупкой трещины в поле упругого напряжения слабо зависит от его величины: можно принять приблизительно равной 1000 м/с [1], скорость распространения упругой волны в стали - 5000 м/с, скорость распространения вязкой трещины определяется скоростью перемещения захватов испытательной машины и запасом потенциальной энергии в системе «образец - нагружающее устройство».

Вязкая трещина распространяется только стабильно, хрупкая - только нестабильно.

В статьях и даже в названии монографии можно встретить еще термин «квазихрупкий излом» без четкого объяснения,что это значит. На поверхности излома лабораторного образца, разрушенного в районе 1:°к , иногда одновременно присутствуют хрупкие и вязкие участки, имеющие четкие границы. Такой излом, встречающийся только при лабораторных испытаниях, уместно назвать смешанным. Его происхождение можно объяснить неравномерностью свойств стали по сечению образца. Вероятно, в момент возникновения излома в металле происходило преобразование кристаллической решетки: часть объ-

ема имела объемно-центрированную решетку, часть - гранецентрирован-ную. «Квази-» в «Словаре русского языка» Ушакова определяется как «мнимо-», «лже-». Его не следует смешивать с понятием «квазикристаллическое состояние», т.е. промежуточное состояние между аморфным и кристаллическим, существование которого только недавно признано. Переходная температура хрупкости 1°к, вопреки распространенному мнению, не является константой марки и сортамента стали, их может быть сколько угодно в зависимости от напряженно-деформированного состояния при образовании излома и скорости деформирования. По результатам международного исследования, в котором принимали участие 20 лабораторий из нескольких стран, был сформулирован вывод, согласно которому значение конкретной 1°к «является откликом на данный вид испытания и ничем более» [2]. Ни одна из методик не имеет ни малейших преимуществ перед другой в точности оценки опасности ХР. Они отличаются только стоимостью образцов, трудоемкостью испытаний, а больше - многолетней привычкой к конкретной методике и накопленным результатам. Если на хладностойкость испытывают несколько марок стали по нескольким методикам, то международное иссле-

Ссылка для цитирования (for references):

Розенштейн И.М. К вопросу оценки опасности хрупкого разрушения резервуаров для хранения нефтепродуктов // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2015. № 10. С. 110-114.

Rozenshtein I.M. On the issue of the oil product storage tank brittle fracture hazard analysis (In Russ.). Territorija «NEFTEGAZ» = Oil and Gas Territory, 2015, No. 10. P. 110-114.

TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 10 october 2015

111

ТРАНСПОРТ И ХРАНЕНИЕ НЕФТИ И ГАЗА

дование рекомендовало предпочтение отдавать той стали, которая набрала больше очков, как в художественной гимнастике.

Настоящее исследование проведено на основании анализа ХР реальных РВС и лабораторных испытаний монолитных и сварных образцов,изготовленных из толстолистовой низкоуглеродистой стали марки ВСтЗсп и низколегированной стали марки О9Г2С толщиной 12 и 20 мм, из которых прежде и теперь сооружают РВС.

Стенка РВС является идеальным объектом для изучения ХР. В ней одноосное напряженное состояние, достоверно известна величина внешнего напряжения. Проектом предусмотрено, что величина внешнего усилия не может быть больше (0,7-0,8)^т, динамики не бывает.

Никогда в месте возникновения хрупкой трещины, находящемся обычно на линии сплавления сварного шва (самое ненадежное место в сварном шве), не встречался исходный концентратор напряжения с таким параметром, как «длина, которую можно было бы измерить». Точнее, это один из неплавных переходов метала шва на лист стенки, не самый грубый из всегда имеющихся в замыкающих монтажных сварных соединениях РВС. В месте возникновения хрупкой трещины никогда не встречали следов вязкого подрастания и утяжки, сопровождаемых макропластической деформацией.

Разрушение происходит при климатической естественной температуре и внешнем усилии постоянной величины, чего не бывает в лаборатории, во время гидравлического испытания, в первую зиму эксплуатации или, очень редко, во вторую, иногда после ремонта старого РВС с применением сварки, т.е. «омолаживающей процедуры». Проблемы накопления повреждений в процессе эксплуатации в качестве причины ХР РВС, очевидно, не существует. С увеличением продолжительности эксплуатации опасность ХР снижается и практически исчезает. ХР РВС всегда непредсказуемое событие: ничто не предвещает ни места, ни времени его появления. Можно заключить, что это случайное событие.

ХР лабораторных образцов при температуре, при которой случались ХР РВС, получить не удается: нужна температура ниже климатической. Также невозможно получить ХР на образце при напряжении ниже от. Лабораторные образцы разрушаются только при возрастающем усилии испытательной машины или установки для гидравлических испытаний, в заранее намеченном месте. Разрушению действительно предшествует вязкое подрастание и утяжка вершины искусственного концентратора. Отсюда и естественное стремление добавить эти явления в расчет прочности.

ХР РВС происходит за счет части упругой энергии, накопленной в стенке РВС. У реальной сварной конструкции источником упругой энергии являются внешние усилия и остаточные сварочные напряжения. Одной энергии сварочных напряжений, достигающих от, достаточно для возникновения хрупкой трещины длиной несколько сантиметров: примерно ширина области растягивающих остаточных напряжений. На распространение хрупкой трещины расходуется только часть упругой энергии, накопленной в областях, прилегающих к траектории трещины. Отраженная волна разгрузки при разрушении реальных РВС не успевает вернуться к вершине нестабильной трещины и изменить поле напряжения перед ее вершиной, она как бы обладает автономией. Вид поверхности хрупкого излома, степень его грубости непосредственно зависят от величины напряжения, в поле, в котором распространяется нестабильная трещина, сохраняется неизменным, что подтверждает предположение об автономности вершины трещины. Наблюдались случаи ветвления хрупкой трещины: появление двух ветвей, которые продолжали нестабильно распространяться параллельно друг другу на расстоянии между ними 15-20 мм. Запаса упругой энергии для этого события оказывается достаточно. При Робертсоновских испытаниях трехслойных образцов трещины одновременно распространялись и «увязали» в каждом слое: исследования проводились с целью разработки многослойных вставок - «гасителей» ХР.

Можно предположить, что важную роль в ХР РВС играют остаточные сварочные напряжения, что именно эта особенность ХР делает возможным его появление при внешнем усилии постоянной величины ниже о . На основании

т

анализа ХР РВС можно заключить, что остаточные напряжения сохраняются в РВС в течение 1-2 сезонов. При лабораторных испытаниях сварных образцов остаточные напряжения удаляются при первом нагружении при достижении предела текучести и возникновении пластических деформаций. Следовательно, уравнение Гриффитса, являющееся вариантом закона сохранения энергии, в общем случае, в форме баланса освобождаемой и поглощаемой упругой энергии не управляет процессом ХР, и возникновение и остановка ХР в большинстве случаев не связаны с нехваткой упругой энергии. Причин остановки может быть только две: силовая (очень редко) - наблюдалось распространение ХР при внешнем усилии порядка ОДа^ и это еще не является нижним пределом; и (обычно) температурная - повышение в области сварного соединения выше температуры окружающей среды. При сравнении особенностей ХР РВС и лабораторных образцов [1] складывается убеждение, что это различные по своей природе события. Понять причину различий помогли Ро-бертсоновские испытания [1].

ИЗ ЭТИХ ИСПЫТАНИЙ СЛЕДУЕТ, ЧТО ХР СОСТОИТ ИЗ ДВУХ СТАДИЙ:

1) подрастание и утяжка искусственного концентратора, сопровождаемые пластической деформацией, величиной порядка, наблюдаемого при одноосном растяжении образцов;

2) нестабильное распространение хрупкой трещины [1].

Анализ изломов позволил установить, что при ХР РВС первая стадия всегда отсутствует. Первая стадия является своеобразной энергетической защитой сварной конструкции от ХР, обеспечивающей надежность в соответствии с третьей теорией прочности, по которой ее рассчитывают. В действительности при ХР РВС третья теория не реализуется, механизм возникновения ХР не

112

№ 10 октябрь 2015 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

OIL AND GAS TRANSPORTATION AND STORAGE

ясен:отсюда и элемент случайности и непредсказуемости. Настоящая статья как раз и является попыткой показать, что оценка опасности ХР РВС в терминах напряжения, сегодня единственная, не может быть выполнена. Из результатов Робертсоновских испытаний следует, что температура остановки, «увязания» хрупкой трещины (температура превращения хрупкой трещины в вязкую) не зависит от величины напряжения [1]. Учитывая,что дискретный механизм распространения хрупкой трещины - последовательные многократные возникновения и остановки, шевронный узор, одинаковая картина полей пластических деформации у вершины возникшей и у вершины «увязшей» хрупкой трещины [1], можно заключить, что природа обеих температур, возникновения и «увязания» хрупкой трещины, одинакова. Это позволяет распространить вывод о независимости температуры остановки хрупкой трещины от величины внешнего усилия и на температуру возникновения хрупкой трещины, т.е. на 1°к - переходную температуру хрупкости. Следовательно, относительная опасность хрупкого разрушения РВС не зависит от уровня его заполнения.

Вспомним, что расчетной схемой, на которой построена механика разрушения, является растянутая пластина с разрезом.

В соответствии с теорией Гриффитса, изначально имеющаяся трещина, достигнув критического значения длины, под влиянием внешнего усилия критической величины начнет самопроизвольно распространяться без дополнительных усилий. Для реализации подобного сценария и понадобилась макропластичность, которую никто никогда не видел при расследовании ХР РВС. Еще раз: для проявления макропластичности просто не хватает запаса упругой энергии при внешнем усилии ниже от (по определению не может быть макропластичности). Более вероятным представляется сценарий ХР РВС, основанный на предположении о неожиданном возникновении трещины в кристаллите, находящемся на линии сплавления.

В нем под влиянием охрупчивающе-го воздействия сварки переходная температура хрупкости 1°к может подняться выше температуры окружающей среды, что делает ХР принципиально возможным [3]. Детали механизма его возникновения на сегодня неизвестны. Но это предположение не противоречит современным представлениям о ХР, и сам процесс обеспечен запасом упругой энергии [4]. Становясь сразу нестабильной, трещина распространяется со скоростью порядка 1000 м/с, что приводит, в свою очередь, к повышению скорости деформирования стали в вершине трещины и росту переходной температуры хрупкости на 30-40 °С, нередко выше температуры окружающей среды [1]. Далее - типичная картина ХР РВС. При достижении определенной длины берега хрупкой трещины теряют устойчивость и раскрываются, в образовавшийся разрыв вырывается реактивная струя продукта, что делает возможным продолжение распространения трещины, превратившейся в вязкую. Процесс этой стадии разрушения обеспечивается запасом потенциальной энергии, накопленной хранимым в РВС продуктом. При этом стенка отрывается от днища, а нередко и от крыши. Стенка выпрямляется до плоскости, «взлетает», складывается вдвое по высоте и «улетает» на 20-40 м, иногда с не полностью оторванной крышей, или оторванная крыша падает на днище.

Наблюдались в стенке и трещины малоцикловой усталости. Интересно отметить, что трещина малоцикловой усталости иногда длиной 500-750 мм росла в ожидании капитального ремонта и никогда не превращалась в нестабильную кристаллографически хрупкую.

Условия, описываемые напряжением и трещиной критической величины, не влияют на превращение стабильной трещины в нестабильную (хрупкую) в случае низкоуглеродистой и низколегированной стали. Для этих сталей само понятие критических значений величины напряжения и длины трещины, при которых трещина становится нестабильной и превращается в хрупкую, не имеет смысла: в терминах

длины трещины и величины напряжения невозможно описать превращения вязкой трещины в хрупкую. События, описываемые теорией Гриффитса, т.е. превращение стабильной трещины в нестабильную, никогда не наблюдались у РВС: ХР всегда начинается в сварном соединении. Для возникновения ХР необходим некоторый объем охрупченной стали с повышенной переходной температурой хрупкости, превышающей температуру окружающей среды. Это необходимое условие возникновения ХР, оно добавляет элемент случайности события. Важную роль в возникновении ХР РВС играют и остаточные сварочные напряжения.

Рассматривать трещиностойкость сварных конструкций из низкоуглеродистой и низколегированной стали, чувствительной к температуре, не обращая внимания на температуру, бессмысленно.

При лабораторных испытаниях влияние остаточных напряжений исключается, т.к. разрушение происходит при напряжении более ат, что приводит к устранению остаточных напряжений (известен такой способ их удаления). Рассмотрим температурную оценку опасности ХР РВС. За целесообразность поиска такого пути говорит то, что ХР является температурным явлением и в далеком прошлом называлось хладноломкостью. Испытание стеклянных колб представляется достаточным доказательством применимости теории Гриффитса для стеклянных же колб, но никак не для сварных стальных конструкций, а других доказательств просто нет.

В литературе, посвященной ХР, в т.ч. нормативной, встречается выражение «расчет хрупкой прочности». В «БСЭ» и др. понятие «прочность» расшифровывается как способность материала сопротивляться разрушению. Под термином «прочность» понимают и «временное сопротивление». На место рядом с термином «прочность» напрашивается ее оценка в термине «напряжение». Тут же нередко встречается выражение «расчет хрупкой прочности». Но термин «хрупкость» - производное от термина «хладно-

TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY o. 10 october 2015

113

ТРАНСПОРТ И ХРАНЕНИЕ НЕФТИ И ГАЗА

ломкость», потерявшего температурную составляющую по мере развития «механики разрушения», в текстах которой практически отсутствует понятие температуры за ненадобностью. Но нельзя забывать, что для оценки склонности к ХР РВС (любых сварных конструкций) служит сама сталь, но не сварное соединение, откуда начинаются все ХР. А ударные испытания образцов Менаже или Шарпи или любые другие совсем не моделируют возникновение ХР в РВС: они не повторяют напряженно-деформированное состояние и скорость деформирования в точке возникновения ХР. Модный спор, какие образцы - Менаже или Шарпи - лучше воспроизводят возникновение ХР, лишен смысла: равно не воспроизводят. Они позволяют сделать качественное сравнение между разными сталями и определить, какая из них менее склонна к ХР. Под этим можно понимать, что сталь с более низкой сохранит РВС от ХР при более низкой температуре эксплуатации. Но для количественных выводов о «расчетной» температуре, гарантирующей от ХР, нет оснований. Такой температурой является Роберт-соновская температура остановки хрупкой трещины, но практического значения она не имеет, т.к. она предопределяется расчетной толщиной листов, применяемых для РВС, и всегда находится в интервале климатических температур.

Результаты исследования подтверждают обоснованность температурного подхода к ХР РВС. Тут уместно вспомнить эпизод из истории поисков пути

преодоления ХР РВС. В конце 1940-х -начале 1950-х гг. в стране был острый дефицит стали, и для РВС применили сталь марки СтЗкп. Случилось несколько ХР РВС. Тогда для предупреждения ХР предложили экономное и оказавшееся точным решение. Вместо увеличения толщины стенки, как традиционно поступают и теперь для снижения напряжения и повышения, как кажется, надежности, разработали ЧМТУ 5232, на резервуарную сталь толщиной до 12 мм (в то время в большей толщине не было нужды) применив дополнительное раскисление стали алюминием в ковше, что понизило гарантированную 1:°к от -20 до -40 °С. За этим решением стоял не расчет, а опыт и инженерная интуиция, параметр, без которого и сегодня не обходится ни один прочностной расчет, хотя это обстоятельство не афишируется. И, конечно, элемент случайности.

При расчете стенки РВС применяются понижающие коэффициенты 0,7 и 0,8, т.е. все-таки вера в то, что чем меньше внешнее напряжение, тем ниже опасность ХР РВС, непоколебимо сохраняется, хотя выше отмечалось, что ХР РВС происходят при внешних напряжениях ниже предела текучести, а случайная перегрузка РВС не возможна. Предотвратить ХР РВС - случайное событие в терминах прочности -формально сложная и затратная задача. Сделать ее экономно решаемой позволяет температурный подход к проблеме.

Устранить опасность ХР РВС, сделать ее ничтожной возможно с помощью мест-

ной термической обработки. Технология ее выполнения отработана для трубопроводов и сосудов отечественными и иностранными фирмами и описана в литературе [5]. Опыта ее применения для РВС, видимо, нет. И связано это, вероятно, с тем, что до недавнего времени не было достоверно известно, что ХР РВС зарождаются в определенных местах, в перекрестиях монтажных сварных соединений нижних поясов стенки. Это всего порядка 1% сварных швов стенки РВС. Специальное исследование позволит уточнить технологию проведения местной термообработки и разработать соответствующий стандарт.

ВЫВОДЫ

1. ХР РВС - случайное событие, оно происходит при напряжении ниже или значительно ниже предела текучести, основную роль в нем играют сварочные напряжения. ХР лабораторного образца - достоверное событие, оно происходит при внешнем напряжении выше предела текучести. ХР РВС невозможно смоделировать в лаборатории.

2. ХР РВС - температурное событие. Его опасность не может быть представлена величиной внешних усилий, т.е. не может быть описана прочностным расчетом.

3. Опасность ХР РВС можно сделать ничтожной, если подвергнуть местной термической обработке перекрестия сварных монтажных соединений нижних поясов стенки РВС, что не скажется заметно на их стоимости и сроках строительства.

Литература:

1. Розенштейн И.М. Аварии и надежность стальных резервуаров. М.: Недра, 1995. 253 с.

2. Provisional Report on an International Investigation of Brittle Fracture. Welding in the World, 1965, Vol. 3, No. 2.

3. Розенштейн И.М. Особенности хрупкого разрушения сварных стальных конструкций // Заводская лаборатория. 2007. № 3. С. 83-87.

4. Розенштейн И.М. Особенности хрупкого разрушения вертикальных стальных резервуаров // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2012. № 9. С. 72-75.

5. Корольков П.М. Термическая обработка сварных соединений. Киев.: Екотехнолопя, 2006. С. 174.

References:

1. Rozenshtein I.M. Avarii i nadezhnost'stal'nyh rezervuarov [Faults and reliability of steel tanks]. Moscow, Nedra Publ., 1995. 253 pp.

2. Provisional Report on an International Investigation of Brittle Fracture. Welding in the World, 1965, Vol. 3, No. 2.

3. Rozenshtein I.M. Osobennosti hrupkogo razrushenija svarnyh stal'nyh konstrukcij [Welded steel structure brittle fracture peculiarities]. Zavodskaja laboratorija = Works laboratory, 2007, No. 3. P. 83-87.

4. Rozenshtein I.M. Osobennosti hrupkogo razrushenija vertikal'nyh stal'nyh rezervuarov [Vertical steel tank brittle fracture peculiarities]. Territorija «NEFTEGAZ» = Oil and Gas Territory, 2012, No. 9. P. 72-75.

5. Korolkov P.M. Termicheskaja obrabotka svarnyh soedinenij [Welded joints heat treatment]. Kiev, Ekotekhnologiya, 2006. 174 pp.

114

№ 10 октябрь 2015 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.