CC BY
27Добыча, транспорт и переработка нефти и газа
УДК 622.692.23-034.14
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИУСА ВАЛЬЦОВКИ РЕМОНТНЫХ ВСТАВОК ПРИ РЕМОНТЕ СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ МЕТОДОМ РУЛОНИРОВАНИЯ
П.А. Комаров
«Самарагипротрубопровод»
443020, г. Самара, ул. Ленинская, 25А
Описывается математическое моделирование ремонтных мероприятий, позволяющих избежать возникновения «хлопунов» в стенке ремонтируемого рулонного резервуара вертикального стального для хранения нефти и нефтепродуктов. «Хлопуны» в стенке резервуара возникают при устранении таких дефектов, как угловатость, недопустимое отклонение образующих стенки от вертикали, вмятины, при устранении непроектных конструктивных элементов методом замены участка стенки вальцованными под проектный радиус резервуара листами, не имеющими внутренних напряжений [1].
Ключевые слова: резервуар, РВС, стенка, угловатость, «хлопун», вмятина, недопустимое отклонение образующих стенки от вертикали, дефект, вставка, расчет.
В настоящее время значительная часть резервуарного парка Российской Федерации состоит из резервуаров, построенных от 10 до 40 лет тому назад по типовым сериям с использованием индустриального метода рулонирования.
В статье [2] выполнен анализ напряженно-деформированного состояния стенок резервуара, смонтированных методом промышленного рулонирования, а также показан механизм возникновения «хлопунов» в стенке резервуара при устранении следующих дефектов:
- недопустимое отклонение образующих от вертикали;
- недопустимая угловатость монтажных швов;
- устранение непроектных конструктивных элементов.
Вышеперечисленные дефекты устраняются методом вставок в соответствии с [3], свальцованных под проектный радиус резервуара. В связи с тем, что во вставках отсутствует напряженное состояние, а в стенке присутствуют значительные остаточные напряжения, которые создают остаточный момент, новые ремонтные вставки деформируются. В работе представлена методика ремонта, исключающая деформирование вставок и, следовательно, возникновение «хлопунов».
Ремонтную вставку деформирует момент (рис. 1), присутствующий в рулонной стенке и стремящийся свернуть стенку к остаточному радиусу Rост .
Остаточный радиус вычисляется по формуле [4], [5]
Павел Андреевич Комаров, аспирант, руководитель расчетной группы технологического отдела.
R _ 2Ксв (і)
ост k3 - 3k + 2'
Для того чтобы нейтрализовать момент, воздействующий на ремонтную вставку, необходимо, чтобы во вставке присутствовал точно такой же момент (рис. 2).
Рис. 2. Ремонтная вставка с остаточным моментом
Определим, на какой радиус необходимо свальцевать лист ремонтной вставки, чтобы при приведении этого листа к проектному радиусу (радиусу резервуара) в нем возник момент, равный моменту в рулонной стенке.
На рис. 3 представлен участок вставки, первоначально свальцованной на радиус Rв (а) и далее разогнутой при помощи специальной оснастки на проектный радиус
Rпр (б). Оснастка устроена таким образом, что вставка претерпевает чистый изгиб (прикладывается чистый момент).
Рис. 3. Вальцованная ремонтная вставка, претерпевающая разгиб до проектного радиуса с целью получить остаточный момент М:
1-1, 2-2 - бесконечно близкие друг к другу сечения; O1O2 - отрезок, принадлежащий нейтральному
слою; 5 - толщина вставки; М - изгибающий момент; da, da’ - углы между бесконечно близкими сечениями 1-1 и 2-2; z - расстояние от нейтрального слоя до рассматриваемого волокна; АВ - недеформи-рованное волокно; А’В’ - деформированное волокно при изгибе; Е - модуль упругости
Вследствие того, что нейтральный слой не деформируется, справедливы следующие выражения:
Rвёа = RпPёа'; (2)
АВ = (Яв + г )ёа; (3)
А'В =(К + г )ёа'.
Тогда деформация при изгибе волокна АВ равна
(4)
А/_АВ - А'В'
(5)
М = г)ёа - (ИпР + г)ёа'.
Подставим в уравнение da', выраженное через (2):
Л/ (и , )ё (п , ) Rв ё ^ (Rв + г г Кёа
А/ = (Rв + ^)ёа - (Кпр + ^)-^~ ёа = ~^------------------1----------
Кр Кр
Относительная деформация волокна равна
А/ = АВ - А'В' = Кр ^в + г)ёа - (Кр + гКёа
8 1 АВ Кр(^ +г )ёа .
После преобразований последнее выражение примет вид
8 _
А/ _ г(Япр - Яв)
/ ~ Я ^в + Г) .
(6)
(7)
Примем во внимание, что Rв >> г , тогда
R + г « R
вв
и окончательно формула (7) приводится к виду
8 = А/ = - К )
8= / “ КпрКв ‘
Напряжения по сечению вставки, испытывающей чистый изгиб, отражены на рис. 4.
(8)
Рис. 4. Эпюра напряжений во вставке, разогнутой до проектного радиуса Я
пр
Напряжения по сечению отражаются линейной зависимостью
а _ Е8;
а(г )_
Ег{Япр - Яв)
ЯпрЯв
(9)
(10)
Напряжение по сечению создает момент. Остаточный момент во вставке равен
5
Мост = 10(Г)zdF , (11)
5 2
где dF = lndz ; 1л - ширина вставки.
С учетом приведенных выше зависимостей остаточный момент примет вид
M = - l-E^ R. (12)
i2RnpRe
Рассмотрим конкретный пример. Для рулонируемой стенки резервуара с проектным радиусом Rnp = 22,8м остаточный момент на один погонный метр сечения
стенки толщиной 11 мм с пределом текучести стали ст = 315МПа в соответствии с [6] составляет
1 . - Нм
M ост. п =6045-----.
м
Следовательно, остаточный момент в разогнутой с радиуса RB до Rnp вставке высотой 1л = 1,49м должен составлять
M = 9007,05Нм.
ост ’
Выполнив элементарные преобразования, из (12) получаем, что вставка должна быть свальцована на заводе-изготовителе на радиус
Re = 3,24м .
Очевидно, что это значение получено без учета коррозии стенки и перераспределения напряжений в результате дальнейшей эксплуатации резервуара. В процессе разгиба с радиуса RB до проектного радиуса Rnp вставка не испытывает пластических деформаций, чистый изгиб проходит в упругой зоне. Тем не менее материал вставки должен иметь гарантированный предел текучести ат = 335МПа.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. РД-23.020.00-КТН-296-07. Руководство по оценке технического состояния резервуаров.
2. Комаров П.А., Тян В.К., Худяков А.В. Системный анализ и математическое моделирование ремонта металлоконструкций стальных резервуаров, изготовленных методом рулонирования // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2012. - Т. 14. - № 1(2). - С. 435-438.
3. РД-23.020.00-КТН-283-09. Правила ремонта и реконструкции резервуаров для хранения нефти объемом 1000-50000 куб. м.
4. Николаев Н.В., Иванов В.А., Новоселов В.В. Стальные вертикальные резервуары низкого давления для нефти и нефтепродуктов. - СПб.: Центр «Лифтнефтегаз», 2006. - 335 с.
5. Раевский Г.В. Изготовление стальных вертикальных цилиндрических резервуаров методом сворачивания. - М.: Гос. науч.-техн. изд-во нефтяной и горно-топливной лит-ры, 1952. - 114 с.
Статья поступила в редакцию 2 октября 2012 г.
CALCULATION THE RADIUS OF THE ROLLED INSERTS IN DURING PROCESS OF REPAIR STEEL TANKS MANUFACTURING BY METHOD OF ROLLING
P.D. Komarov
«Samaragiprotruboprovod»
25A, Leninskaja st., Samara, 443020
In this work provides descriptions mathematic modeling of the repair operation which prevent appearing dents in the wall of the rolling vertical steel tanks for the storing oil. The dent in the wall appear in during eliminate such defects as the awkward, the impermissible wall’s deviations, the dents, the elimination unprotect constrictions with method exchange the part of the wall by rolled leafs with project radius of the tank, which have not inner stress [1].
Keywords: tank, wall, awkward, dent, impermissible wall’s deviation, defect, inset, calculation.
Pavel A. Komarov, graduate student, supervisor calculation group.
