CC BY
66
УДК 519.2, 621
ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА РЕЗЕРВУАРОВ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ
НЕФТЕПРОДУКТОВ
А. А. Евдакова, А. А. Гелев Научный руководитель - Е. Н. Бельская
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Проведена оценка остаточного ресурса в традиционной форме, включающая в себя расчеты на прочность и устойчивость, а также расчет трибологической надежности.
Ключевые слова: объект, резервуар, прочность, ресурс, интенсивность отказа.
RESIDUAL LIFE ASSESSMENT OIL STORAGE TANKS
A. A. Evdakova, A. A. Gelev Scientific Supervisor - E. N. Bel'skaya
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The assessment of a residual resource in a traditional form including calculations on durability and stability, and also calculation of tribological reliability is carried out.
Keywords : object, tank, durability, resource, intensity of refusal.
Основным объектом нефтебазы является резервуар для хранения нефтепродуктов [1]. Даже при отсутствии дефектов изготовления, при длительной эксплуатации такое оборудование получает повреждения, что обусловлено особенностями нефтехимических производств [2]. В случае реализации аварийной ситуации, кроме большого экологического вреда и вреда, наносимого здоровью населения, возникают высокие экономические потери, направленные на мероприятия по восстановлению окружающей среды и на восполнение запасов нефтепродуктов. Фактическое эксплуатационное состояние резервуаров, определение режимов и условий их работы, безусловно, являются актуальными задачами в области обеспечения промышленной безопасности. Необходимо проведение проверочных расчетов на прочность, устойчивость, определение остаточного ресурса, являющегося важным этапом, при принятии решения о возможности дальнейшей эксплуатации объекта.
Проверочный расчет стенки резервуара на прочность проводился по формуле:
_(n1 • Р • x1 + n2 • P0)•r (1)
Y 100•б , ( )
где x\ - расстояние от расчетного сечения до верха; p0 - избыточное давление; n1 - коэффициент перегрузки для гидростатического давления; n2 - коэффициент перегрузки для внутреннего избыточного давления вакуума; р - расчетная плотность продукта; 5 - первоначальная толщина стенки; r - радиус.
Допустимое максимальное усилие на первый пояс равно 192,5 МПа, согласно полученным данным (табл. 1), при объеме резервуара равном 3000 м3 номинальное усилие на пояс будет практически равным допустимому.
Проверочный расчет стенки резервуара на устойчивость проводился по формуле
^ + (2)
VC01 С02 )
где и с2 - расчетные осевые и кольцевые напряжения в стенке резервуара; с01 и с02 - соответственно критические осевые и кольцевые напряжения и ус - коэффициент условий работы.
Расчет стенки резервуара на прочность
Таблица 1
Емкость резервуара, м3 зооо-1о 1ооо-1 5ооо
Максимальное усилие на пояс, МПа 187,о1 126,37 164,75
Расчетное осевое напряжение в стенке находилось по формуле:
п3 ( <п + <ст ) + <сн П5 + <вак П2
О, =-
2п5г
(3)
где п3 - коэффициент надежности по нагрузке от собственного веса; <п - вес покрытия резервуара; <ст - вес вышележащих поясов стенки; <сн - полное нормативное значение снеговой нагрузки; <вак - полное нормативное значение нагрузки от вакуума; п5 - коэффициент надежности по снеговой нагрузке.
Расчетные кольцевые напряжения в стенке определялись по формуле
О =
(Рв Пв + Рвк П2 ) Г
(4)
где Рв - нормативное значение ветровой нагрузки; пв - коэффициент надежности по ветровой нагрузке.
Полученные данные представлены в табл. 2.
Таблица 2
Коэффициент общей устойчивости
Ёмкость резервуара, м3 3ооо-1о 1ооо-1 5ооо
Коэффициент общей устойчивости о,86 о,94 о,7о
Как видно из таблицы, показатели хоть и находятся в норме, т. е. меньше 1, но довольно высоки. При оценке ресурса по определяющему параметру Х(;) рассмотрена зависимость вида: Х(;) = Х0 - уЛ В данном случае ; является временной характеристикой, показатель степени п может принимать любые значения из интервала [1; 2], рассмотрены варианты при п = 1 и п = 2.
Х(0 = Хо - % Х(0 = Хо - у;2.
(5)
В этом случае оценка остаточного ресурса Т при известном значении у производится решением уравнений при Х = Хэксп (Хэксп - значения определяющего параметра, полученные в результате контроля) [2-4]:
Т = Хо - Х т = Хо - Х
У
У
(6)
Для нахождения функции определяющего параметра Х(() необходимо знать совместный закон распределения /Х) случайной величины Х.
/ (Х )= | /1 (Хо )/2 (Х - Хо )Хо,
(7)
5
где / и / - плотности распределения аргументов и возможные значения аргументов неотрицательны.
После некоторых преобразований получаем:
Исходя из функциональных связей между показателями безотказности можно записать [3; 5]:
Ц/ ) =/ (Т)/ , (9)
| / (Т )Л
т
где Х(/) - интенсивность отказов; //) - плотность распределения ресурса. После преобразований конечная формула принимает вид
^=ехр{-х2 }
а^л/2
п=0
ч*: (1)Я^у• (10)
Е-
!(2и +1)
Некоторые результаты расчетов приведены в табл. 3. Очевидно, что максимальное усиление приходится на нижний пояс, что подвергает его большему утончению.
Таблица 3
Результаты расчета трибологической надежности
3000-10 Остаточный ресурс Тост, г Интенсивность отказа X, г 1
Х(/) = Х0 - у/ 31 7,78 ■ 10-4
Х(/) = Х0 - у/2 15 1,145 ■ 10-3
1000-1 Остаточный ресурс Тост, г Интенсивность отказа X, г-1
Х(/) = Х0 - у/ 40 4,137 ■ 10-4
Х(/) = Х0 - у/2 12 1,385 ■ 10-3
5000 Остаточный ресурс Тост, г Интенсивность отказа X, г-1
Х(/) = Х0 - у/ 28 1,948 ■ 10-3
Х(/) = Х0 - У г2 12 4,532 ■ 10-3
На основании данных по оценке остаточного ресурса резервуара принимается решение о возможности его дальнейшей эксплуатации, ремонте, снижении рабочих параметров (рабочего давления, коррозионной активности среды и др.) или выводе из эксплуатации.
Рассмотренный метод оценки остаточного ресурса резервуаров позволяет не только более точно обосновать назначение полного или остаточного ресурсов, но и находить интенсивность отказа объекта для любого значения текущего времени и дает исходные данные для анализа рисков безопасной эксплуатации.
Библиографические ссылки
1. ГОСТ Р 52910-2008. Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов. Общие технические условия. М. : Стандартинформ, 2008.
2. Окладникова Е. Н., Сугак Е. В. Моделирование трибологической надежности путем статистического моделирования данных в условиях эксплуатации // Информационные и математические технологии в научных исследованиях : тр. XI Междунар. конф. Ч. 1. Иркутск, 2006.
3. Окладникова Е. Н., Сугак Е. В. Оценка остаточного ресурса безопасной эксплуатации с учетом случайных факторов // Вестник СибГАУ. 2011. Вып. 2(35). С. 132-136.
4. РД 153-112-017-97. Инструкция по диагностики и оценке остаточного ресурса вертикальных стальных резервуаров. Уфа, 1997.
5. РД 08-95-95. Положение о системе технического диагностирования сварных вертикальных цилиндрических резервуаров для нефти и нефтепродуктов. М. : Госгортехнадзор России, 1995.
© Евдакова А. А., Гелев А. А., 2016
