CC BY
86
ОСТАТОЧНЫЙ РЕСУРС СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ ХИМИИ И НЕФТЕХИМИИ, ОТРАБОТАВШИХ НОРМАТИВНЫЕ СРОКИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
RESIDUAL LIFE OF STEEL STORAGE TANKS FOR CHEMICAL AND PETROCHEMICAL PRODUCTS, THAT HAVE EXHAUSTED THEIR STANDARD OPERATION TIME
А. И. Колесов, M. А. Агеева
A. I. Kolesov, M. A. Ageeva
ГОУ ВПО ННГАСУ
Доклад освещает проблемы оценки сроков безопасной эксплуатации стальных сварных вертикальных цилиндрических резервуаров и указывает на необходимость разработок новых методик, учитывающих комплексный подход к оценке остаточного ресурса резервуаров.
The report covers the problems of safe service life of steel storage tanks assessment and points out the necessity of developing a new method, which takes into account comprehensive approach to appraisal of residual life of steel storage tanks.
Стальные резервуары для нефтепродуктов находят широкое применение в народном хозяйстве нашей страны. К настоящему времени накоплен значительный опыт проектирования строительства и эксплуатации стальных резервуаров разных типов. Наибольшее распространение в отечественной практике получили сварные цилиндрические резервуары, а на многих нефтебазах еще находятся в эксплуатации клёпанные цилиндрические резервуары, изготовленные в конце 19-х - начале 20-х годов. При этом 70% резервуаров, эксплуатируемых в России, отработали свои нормативные сроки служб, но предприятия продолжают их использовать, так как изъятие из работы является дорогостоящей задачей. Большинство резервуаров имеет комплекс дефектов и повреждений (местные деформации стенки - вмятины, хлопуны, выпучины; отклонения образующих от вертикали, коррозия, дефекты сварных швов)
Актуальной задачей, решение которой позволит повысить надежность и долговечность стальных резервуаров, находящихся длительное время в эксплуатации, является проведение исследований по изучению действительной работы таких резервуаров неразрушающими методами и сравнения полученных результатов на численных конечно-элементных моделях с применением современного программного обеспечения.
С 2002 по 2010 годы Центром экспертизы зданий и сооружений «Промбезопас-ность» Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета (ННГАСУ) проведены обследования технического состояния строительных металлических конструкций 44 резервуаров объёмом от 100 до 10000 м3, располагающихся на территории Нижегородской области [1]. Полное комплексное обследование по опре-
1/2011
ВЕСТНИК _МГСУ
делению технического состояния стальных конструкции резервуаров для хранения нефтепродуктов включало в себя следующие этапы: натурные обследования, геодезический контроль положения резервуара (вертикальность стенки и осадки днища), инструментальная диагностика сварных швов с применением современного оборудования, толщинометрия стенки, анализ качества стали, проверочные расчеты, оценка остаточного ресурса. Систематизация дефектов показала, что 100% обследованных резервуаров отработало свои нормативные сроки и имеют различные дефекты, превышающие предельно допустимые нормами (рис. 1).
I превышают предельно дйпуС!имше нормами Мрепышлют предельно липустпмне нормами
100% 80% йОН
Местные дсфсрмлннн стешш
Отклонения сюршутощнм стенки вертикали
Отклонении от гормкигткш наружного |ятГ(урэ д>гпщв
Дефекты •
свлрньгч ИГШУч
Рис.1 - Соответствие резервуаров требованиям норм по видам анализируемых дефектов
Существующая нормативная методика [2] расчета остаточного ресурса ВЦРС учитывает только равномерную коррозию. Комплексный учёт разного рода повреждений (неравномерность скорости коррозии во времени, концентрация НДС на участках вмятин, отклонения образующих и др.) в расчёт не берутся. Поэтому расчёт остаточного ресурса резервуаров, находящихся длительное время в эксплуатации, по существующей методике получается завышенным.
Коллективом авторов ННГАСУ была предложена формула (1) для вычисления остаточного ресурса с учётом нарастания скорости коррозии во времени [4]. Проведен анализ вычисления остаточного ресурса 8 резервуаров Сергачской нефтебазы, на основе которого можно сделать вывод, предлагаемая методика вычисления отбраковочной толщины стенки позволяет получить величины остаточного ресурса, реально соответствующие накопившимся повреждениям.
:)/КР)
Д =
- «ср ± '
+ 4а-А'
2а
(1)
где оср - средняя скорость коррозии по результатам диагностики, мм/год; а - ускорение нарастания скорости коррозии, мм/год2;
,т1
'ф
Д' ' ^ 'отб ;
- фактическая минимальная толщина стенки по результатам толщиномет-
рии, мм;
- расчетная отбраковочная толщина стенки, полученная с учётом концентрации НДС в местах вмятин, мм.
С этой целью проведены исследования напряженно-деформированного состояния стенок резервуаров на участках вмятин при полной расчетной нагрузке [3]. Задача решалась с учётом геометрической и физической нелинейности. Рассматривалась модель стального вертикального цилиндрического резервуара объемом 1000 м3 с вмятинами в первом поясе (рис. 2).
Действительное напряженно-деформированное состояние стенок эксплуатируемых резервуаров на границах вмятин существенно выше определяемого по методике идеальных цилиндрических оболочек. Были получены коэффициенты концентрации напряжений на участках вмятины Ка . Значения коэффициентов Ка для кольцевых напряжений находятся в пределах от 0,4 до 2,3.
Полученные коэффициенты концентрации учтены при определении отбраковочной толщины стенок резервуаров (формула (2)), имеющих повреждения в форме вмятин и хлопунов.
Рисунок 2 - КЭ модель резервуара с вмятиной в первом поясе
В настоящее время ведутся исследования напряженно-деформированного состояния уторного узла резервуаров. Проведены сравнения аналитического и численного анализа расчета уторных швов типового резервуара, не имеющих дефектов. Предварительные исследования показали, что в существующей методике оценки НДС узла не учитываются компоненты в кольцевом направлении, которые могут составлять до 30%.
1/2011 ВЕСТНИК _У2011_МГСУ
Исследования выполняются в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы, финансируемых за счёт средств федерального бюджета, выделяемых по направлению расходов «НИОКР», мероприятию 1.3 «Проведение научных исследований молодыми учеными - кандидатами наук и целевыми аспирантами в научно-образовательных центрах» (ГК №290 от 29.04.10).
Литература
1. Исследование технического состояния стальных конструкций резервуара: отчёты о НИР / ННГАСУ. - Н. Новгород, 2001-2009 гг.
2. ИТН-93. Инструкция по техническому надзору, методам ревизии и отбраковке трубчатых печей, резервуаров, сосудов и аппаратов нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. - Волгоград : Волгоградский комитет по печати, 1994. - 188 с.
3. Мартынов, В. П. Влияние вмятин в стенке резервуара на ее напряженно-деформированное состояние / В. П. Мартынов, А. И. Колесов, А. А. Лапшин, А. М. Ковлягин, И. А. Ямбаев, М. А. Агеева // Промышленная безопасность - 2007. Исследование технического состояния строительных конструкций зданий и сооружений в процессе экспертизы промышленной безопасности опасных производственных объектов. - 2007. - С. 13-22.
4. Мартынов, В. П. Техническое состояние и резервы промышленной безопасности резервуаров для нефтепродуктов / В. П. Мартынов, А. И. Колесов, И. А. Ямбаев, М. А. Агеева // Промышленная безопасность - 2008. Исследование технического состояния строительных конструкций зданий и сооружений в процессе экспертизы промышленной безопасности опасных производственных объектов. - 2008. - С. 13-24.
The literature
1. Analysis of operating conditions of steel storage tanks ... : reports on the researches / NNSUACE. -Nizhniy Novgorod, 2001-2009.
2. ITN-93. Manual of supervision, methods of inspection and screening of tubular stoves, storage tanks, vessels and apparatus of chemical and petrochemical industry. - Volgograd : committee of press of Volgograd, 1994. - 188 p.
3. Martynov, V. P. The influence of the dents on the wall of storage tanks on its deflection mode / V. P. Martynov, A. I. Kolesov, A. A. Lapshin, A. M. Kovlyagin, I. A. Yambaev, M. A. Ageeva // Industrial safety - 2007. Analysis of operating conditions of buildings and structures during the examination of industrial safety of hazardous manufacturing entities. - 2007. - p. 13-22.
4. Martynov, V. P. Operating conditions and reserves of industrial safety of storage tanks for petrochemical products / V. P. Martynov, A. I. Kolesov, I. A. Yambaev, M. A. Ageeva // Industrial safety -2008. Analysis of operating conditions of buildings and structures during the examination of industrial safety of hazardous manufacturing entities. - 2008. - p. 13-24.
Ключевые слова: стальные вертикальные цилиндрические резервуары, остаточный ресурс конструкций, напряженно-деформированное состояние, листовые конструкции, КЭ моделирование.
Key words: steel vertical cylindrical storage tank, residual life of structure, deflected mode, steel-plate structures, finite element analysis.
E-mail авторов: [email protected]
Рецензент: И.В. Новосёлов, технический директор ООО «Специализированное монтажное предприятие»
