Обоснование параметров бандажного кольца при восстановлении несущей способности резервуара Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Комбинированная система защиты морского нефтеналивного терминала от волн гидравлического удара, включающая береговую и причальную подсистемы, значительного уменьшает необходимую вместимость причальной сбросной емкости, не снижая при этом эффективности защиты.

Список литературы

1. E. Wylie, V. L. Streeter//Fluid Transients. - McGraw-Hill Int.Co. -1978 - 327 c.

2. Инженерные методы прогнозирования и профилактики гидроудара / Е. Л. Левченко, Н. С. Арбузов, В. А. Ходяков, А. Г. Цараков//Трубопроводный транспорт нефти. - 1995.- №11 .-С. 24-28.

3. Учет наличия сосредоточенного отбора части жидкости при расчете гидроудара в трубопроводе на основе принципа суперпозиции/ А. Ю. Верушин, Ш. И. Рахматуллин, Н. П. Захаров/ Нефтяное хозяйство. - 2010 - №2. - С. 112-113.

4. М. В. Лурье. Математическое моделирование процессов трубопроводного транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. - М.: «Нефть и газ» РГУ нефти и газа имени И. М.Губкина. - 2003.- 335 с.

5. Фокс Д. А. / Гидравлический анализ неустановившегося течения в трубопроводах: Пер. с англ. -М.: Энергоиздат, 1981. - 248 с.

Сведения об авторе

Арбузов Н. С., начальник лаборатории расчета переходных процессов в трубопроводах, РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, тел.: 8-916-901-75-28,e-mail: nsa55@mail.ru

Arbuzov N. S., Head ofLaboratory for Designing transient processes in pipelines, Russia State University of Oil and Gas named after IM.Gubkin, phone: 8-916-901-75-28,e-mail: nsa55@mail.ru

УДК 620.193:621.642.3

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ БАНДАЖНОГО КОЛЬЦА ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ РЕЗЕРВУАРА

М. А. Тарасенко, А. Л. Пимнев, А. А. Тарасенко

(Тюменский государственный нефтегазовый университет)

Ключевые слова: восстановление несущей способности, РВС, бандаж, коррозия Key word: recovery of bearing capacity, RVS, binding band, corrosion

Большая часть имеющихся сегодня резервуаров эксплуатируется более 20лет. Существующие резервуарные парки характеризуются высокой коррозионной изношенностью. Многие вертикальные стальные резервуары (РВС) продолжают активно эксплуатироваться, несмотря на превышение установленного нормативного срока. При проведении частичной технической диагностики (без раскачки РВС) нередко выявляются недопустимые коррозионные дефекты стенки резервуара, что ставит под сомнение возможность дальнейшей эксплуатации объекта в связи с невыполнением условия прочности. Согласно действующей нормативно-технической документации такой объект должен быть выведен из эксплуатации и отремонтирован. Как следствие, собственник несет немалые убытки из-за сокращения объемов товарно-транспортных операций. Для того, чтобы увеличить срок эксплуатации объекта с коррозионными повреждениями до следующего капитального ремонта, на практике пользуются снижением уровня налива нефти, при котором экономические потери также весьма существенны.

Для решения поставленной задачи авторами предлагается усилить стенку резервуара бандажами. Применив данный метод, можно добиться временного повышения прочности и устойчивости стенки резервуара, до нормативных значений, иначе говоря, восстановить несущую способность резервуара.

Метод усиления стенки бандажами рекомендован в [1] для резервуаров со сравнительно небольшой ёмкостью, до 5000 м3. Авторами получены аналитические зависимости для резервуаров ёмкостью 20000 м3. Бандажные усиления представляют разъемные стальные кольца, установленные с наружной стороны стенки резервуара, стянутые с помощью резьбовых соединений. На резервуаре может быть установлено 10-20 колец по высоте 4-х поясов в зависимости от коррозионного износа металла и геометрического сечения полосы. Количество таких колец и усиление их натяжения определяется расчетами [2, 3].

При натяжении бандажа нужно не допустить потери поперечной устойчивости цилиндрической оболочки. Исследования показали, что для решения поставленной задачи можно ограничиться лишь одним бандажным кольцом. Подбор параметров бандажа осуществляется изменением площади поперечного сечения, поскольку конструкция работает только на

№ 2, 2011

Нефть и газ

55

растяжение. Таким образом, в качестве бандажа можно использовать различные металлические конструкции, например, стальные полосы или тросы. При необходимости замены одной конструкции бандажа на другую необходимо соблюсти равенство площадей их поперечных сечений, при этом марка стали существенной роли не играет (для рассматриваемого случая коррозии).

Усилие предварительного натяжения бандажных колец не должно превышать следующие значения: N = 0 — (1)

к М г

где Е - модуль упругости стали; — - толщина стенки резервуара; к - высота стенки резервуара; г - радиус стенки; Г - высота сечения бандажного кольца.

Для достижения такого усилия предварительного натяжения, необходимо закручивать резьбовые соединения натяжного устройства моментом:

2 (2)

где / - коэффициент трения сталь по стали; Бр - диаметр резьбы.

Авторами решена задача совместного деформирования цилиндрической оболочки и усиливающего бандажного кольца. Для этого в стандартную расчетную схему резервуара (рис. 1) добавлено усилие Рб, действующее от бандажного кольца в радиальном направле-нии.Причем величина этого усилия зависит от радиального перемещения стенки в сечении, где установлен бандаж, и определяется по формуле

(3)

Р

где у (а) - прогиб стенки в сечении, х=а; Е - модуль упругости стали; ¥6 - площадь поперечного сечения бандажного кольца; гст - радиус стенки резервуара.

В выражении (3) радиальное перемещение стенки у(а), в свою очередь, находится в зависимости от Рб, поэтому эти величины должны определяться последовательным приближением.

Порядок последовательного приближения может быть задан в виде

где I = 0,1,2...п.

Рб

М,

2 Г

Р

- ж Рб.) ^

М,

р(Н-х)+Ро

/рН+Ро

(4)

Рис. 1. Расчетная схема для исследования совместной работы стенки резервуара и бандажного кольца

г

ст

Условие выхода и процесса последовательного приближения представлено в виде

л(ре,~Ри Ь 0. (5)

где Л - абсолютная погрешность в определении радиального усилия от бандажного кольца, задается по желанию исследователя.

Начальное значение усилия от бандажного кольца может быть принято по величине начального усилия натяжения бандажного кольца (1):

р = N. (6)

г

ст

56

Нефть и газ

№ 2, 2011

В статье опущены громоздкие математические построения метода сил. Расчеты показали, что на геометрию и место установки бандажа существенное влияние оказывает величина гидростатической нагрузки. Незаполненный РВС может потерять поперечную устойчивость только от усилия затяжки бандажа.

Предварительные теоретические исследования, выполненные на основе расчетов большого количества примеров для РВС-20000, показали, что существует оптимальный уровень расположения бандажа на стенке, а увеличение количества колец больше 1 существенного эффекта не дает. Наилучший эффект достигается увеличением площади сечения, а не увеличением количества колец. При этом в качестве силового элемента можно использовать стальной канат.

Результаты расчетов по приведенной выше методике представлены в таблице.

Процесс установки бандажного кольца предлагается выполнять следующим образом. Устанавливают временные опоры на фундаментное кольцо. После сборки конструкции кольцо затягивают с помощью винтовых соединений с таким расчетом, чтобы резервуар не потерял устойчивость в опорожненном состоянии.

Зависимость между глубиной коррозии и параметрами бандажа

Фактическая толщина стенки РВС (глубина коррозии), мм 13 (0) 12 (1) 11 (2) 10 (3) 9 (4) 8 (5)

Эквивалентные напряжения в уторном соединении, МПа 204,9 242,9 290,1 310,6 316,3 305,8

Максимальные напряжения, МПа (высота от утора И, м) 252,6 (0,8) 272,8 (0,75) 297,2 (0,7) 306,8 (0,8) 316,4 (1,0) 316,0 (1,03)

Расстояние до бандажного кольца от уторного соединения, м 0 0,05 0,05 0,27 0,3 0,3

Минимальная площадь поперечного сечения бандажа, Бе, м2 0 5 ■ 10-4 1010-4 13 10-4 42 ■ 10-4 80 10-4

Как следует из результатов расчёта (см. таблицу), при увеличении глубины коррозии оболочки, площадь поперечного сечения бандажа (^6) быстро возрастает (рис. 2). Для резервуара РВС-20000 применение бандажа нецелесообразно при сплошной коррозии первого пояса стенки глубиной более 4 мм, на высоте 300 мм от уторного шва. Кроме того, для каждого случая коррозии существует оптимальное сочетание между площадью поперечного сечения бандажного кольца и местом его установки.

Отех, Ре, СМ2

Толщина стенки (фактическая), мм Рис. 2. График изменения максимальных напряжений от величины коррозионных повреждений в стенке РВС и рекомендуемое значение поперечного сечения бандажа

Известно, что значительная часть эксплуатируемых резервуаров имеет монтажные дефекты наружной части стенки в виде оплавлений и вырывов металла глубиной до 7 мм. В выполненной ранее работе [4] показано, что концентрация напряжения в районе точечных дефектов имеет местный характер и ограничивается непосредственной близостью к границе дефекта.

Таким образом, можно применять бандаж без заваривания язвенной коррозии в качестве временной меры до вывода резервуара в очередной капитальный ремонт.

№ 2, 2011

Нефть и газ

57

Предложенная методика апробирована на НПС «Грушовая» для усиления стенки резервуара.

Список литературы

1. РД 34.23.601-96 Рекомендации по ремонту и безопасной эксплуатации металлических и железобетонных резервуаров. - М.: СПО ОРГРЭС, 1998.

2. Рекомендации по восстановлению несущей способности цилиндрических резервуаров способом усиления стенки стальными кольцевыми бандажами. - Астрахань, ЦНИИЛ, 1984.

3. Рекомендации по эксплуатации резервуаров, усиленных методом постановки кольцевых бандажей. - Астрахань, ЦНИИЛ, 1984.

4. Тарасенко М. А., Сильницкий П. Ф., Тарасенко А. А. «Определение степени концентрации напряжений в стенке резервуара при наличии дефектов металлоконструкций» // Известия вузов. Нефть и газ.- Тюмень. - 2011, - №1.- С.55-58

Сведения об авторах

Тарасенко М. А., аспирант, кафедра «Транспорт углеводородных ресурсов», Тюменский государственный нефтегазовый университет, тел.: (3452) 41-70-25

Пимнев А. Л., к.т.н., доцент, кафедра «Детали машин», Тюменский государственный нефтегазовый университет, тел.: (3452) 20-07-90

Тарасенко А. А., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Детали машин», Тюменский государственный нефтегазовый университет, тел.: (3452) 20-07-90

Tarasenko M. A., postgraduate student, Department «Transport of hydrocarbon recourses», Tyumen State Oil and Gas University, phone: (3452) 41-70-25

Pimnev A. L., candidate of Technical Sciences, associate professor, Department «Machine elements», Tyumen State Oil and Gas University, phone: (3452) 20-07-90

Tarasenko A. A., doctor of Technical Sciences, Head of Department «Machine elements», Tyumen State Oil and Gas University, phone: (3452) 20-07-90

УДК 622.692

ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ СОЕДИНЕНИЙ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

В. А. Иванов, Н. Ю. Савченко

(Тюменский государственный нефтегазовый университет)

Ключевые слова: надежность, муфтовое соединение, полиэтиленовые трубопрводы Key word: reliability, union joint, polyethylene pipelines

В настоящее время трубопроводные системы должны эксплуатироваться с учетом приоритетных проблем XXI века - экологической безопасности и экологического мониторинга. К этим сооружениям предъявляются повышенные требования надежности, долговечности и экологической безопасности. Один из путей решения данных проблем - применение в нефтегазовой отрасли современных, ресурсосберегающих, экологически безопасных технологий, к которым можно отнести использование неметаллических, в частности, полиэтиленовых армированных труб.

Полиэтиленовые трубы обладают рядом преимуществ по сравнению со стальными трубами. Несмотря на это, аварийные ситуации происходят и на полиэтиленовых газопроводах. Одна из причин - разрушение в местах соединений секций труб. Поэтому оценку конструктивной надежности соединений полиэтиленовых трубопроводов необходимо рассматривать как одну из основных задач при их проектировании.

Полиэтиленовые трубы, армированные арамидными нитями, при строительстве трубопроводных систем соединяются специальной сваркой или с помощью муфт. От правильного выбора муфты в качестве соединения трубопроводов зависит прочность, надежность и долговечность работы конструкции при ее эксплуатации.

В статье рассмотрен вопрос оценки надежности работы муфтовых соединений полиэтиленовых трубопроводов. В этом случае критерием отказа является достижение предельного состояния, которое приводит к разрушению трубопровода. За меру надежности принято не наступление ни одного из возможных предельных состояний при заданных условиях эксплуатации соединения полиэтиленового трубопровода.

Надежность работы конструкции оценивается по условию [1]:

58

Нефть и газ

№ 2, 2011