CC BY
183
Технические науки — от теории к практике № 10 (46)), 2015 г______________________
www.sibac.info
5. Шевнина Е.В. Параметризация модели формирования стока весеннего половодья на территории Российской Арктики // Ученые записки РГГМУ, — № 21, — 2011. — С. 38—46.
6. The IPCC Assessment Reports // IPCC. — 2009. — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: htpp//www.ipcc.ch. Свободный. — На англ. яз.
7. Viktor V. Kovalenko and Ekaterina V. Gaidukova. The phenomenon of nonzero norm of long-term changes in the total water supply in river basins // American Journal of Environmental Sciences, Volume 11, Issue 2, Pages 76—80, 2015. — DOI: 10.3844/ajessp.2015.76.80.
ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И РАСЧЕТ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СТЕНКИ РЕЗЕРВУАРА
Глянько Максим Анатольевич
специалист, АО «ИркутскНИИхиммаш»,
РФ, г. Иркутск E-mail: [email protected]
ASSESSMENT OF TECHNICAL CONDITION AND CALCULATION OF THE STRESS-STRAIN STATE CONDITION OF THE WALL OF THE TANK
Maksim Glyanko
specialist, “Irkutskniikhimmash ”, Russia, Irkutsk
АННОТАЦИЯ
В статье рассматривается технология проведения оценки технического состояния и расчет напряженно-деформированного состояния металлоконструкций, в частности, стенки резервуара на наличие допустимых и недопустимых дефектов согласно действующей нормативной и руководящей технической доку мен -тации. Предложенная технология обеспечивает минимальный уровень опасности выявленных дефектов в зависимости от фактических условий эксплуатации резервуара.
143
Технические науки — от теории к практике __________________№ 10 (46), 2015 г
ABSTRACT
In article the technology of carrying out an assessment of technical condition and calculation of the stress-stain state of metal parts, in particular, of a tank wall on existence of acceptable and unacceptable defects under the current regulatory and management technical documentation is considered. The offered technology provides a minimum level of danger of the revealed defects depending on the actual conditions of the tank.
Ключевые слова: резервуар; напряженно-деформированное
состояние; техническое состояние; дефекты.
Keywords: the tank; stress-strain state; technical condition; defects.
Последние годы показали, что российский рынок нефтедобычи и нефтепереработки растет стремительными темпами, а количество продуктов переработки поставляемых, как на внутренний рынок, так и за рубеж, увеличивается с каждым годом. Увеличение объемов добычи и переработки нефти сопровождается производством нефтегазового оборудования для приема, хранения и транспортировки нефтепродуктов. В состав такого оборудования входят резервуары, которые используются в технологических системах для хранения продуктов нефтепереработки.
Резервуары в зависимости от формы бывают двух видов: резервуары РВС (резервуар вертикальный стальной) и резервуары РГС (резервуар горизонтальный стальной. В зависимости от установки, горизонтальные резервуары подразделяются на подгруппы, т. е. надземные резервуары и подземные резервуары.
Резервуары представляют собой сложное техническое сооружение, состоящее из основания (фундамента), металлоконструкций — днища, стенки резервуара, понтона, крыши, вспомогательных конструкций, предохранительных устройств, трубопроводов различного назначения, которые отличаются, как по своему исполнению, так и по характеру возникающих в процессе монтажа и эксплуатации в них дефектов. Поэтому в процессе эксплуатации резервуары периодически подвергаются обследованию, по результату которого оценивается техническое состояние.
Порядок проведения и периодичность описан в руководящих документах Ростехнадзора России:
• РД 08-95-95 «Положение о системе технического
диагностирования сварных вертикальных цилиндрических резервуаров для нефти и нефтепродуктов» [5];
СибАК
www.sibac.info
144
ЛГ СибАК
Технические науки — от теории к практике
№ 10 (46)), 2015г.______________________________________www.sibac.info
• РД 153-112-017-97 «Инструкция по диагностике и оценке остаточного ресурса вертикальных стальных резервуаров» [2].
Обследования подразделяют на частичное и полное обследование.
Частичное обследование включает в себя: визуальный осмотр резервуара с наружной стороны, измерение толщины листов стенки и кровли, измерение отклонений образующих от вертикали, местных деформаций стенки, нивелирование окрайки днища, проверку состояния подводящих трубопроводов, основания и отмостки фундамента.
Полное обследование включает в себя: визуальный осмотр резервуара с внешний и внутренней стороны, осмотр понтона, кровли или плавающей крыши, измерение толщины листов поясов стенки, кровли, днища, понтона кровли или плавающей крыши, контроль сварных соединений неразрушающими методами, измерение расстояний между понтоном (плавающей крышей) и стенкой, отклонения от вертикали направляющих и вертикальных стенок коробов, проверка состояния уплотнения между понтоном (плавающей крышей) и стенкой, измерения линейных размеров коррозионных повреждений стенки и днища, деформаций стенки и днища.
По результатам проведённого частичного или полного обследования производится оценка технического состояния.
При проведении оценки технического состояния резервуаров нужно учитывать такие факторы, как: свойства содержащейся
жидкости в резервуаре, уровень заполнения резервуара, цикличность нагрузки, экстремальные условия окружающей среды (низкая температура, ветер, снег и т. д.), характер обнаруженных при обследовании дефектов.
В настоящее время существуют технология и расчетные методики оценки технического состояния РВС. В качестве примера следует рассмотреть одну из существующих групп дефектов, таких как: геометрическое отклонение стенки резервуара от цилиндрической формы, установленной проектной документацией (например, выбоины, вмятины, угловатость сварных швов стенки, отклонение от вертикали стенки резервуара).
Для обнаруженных дефектов стенки резервуара производятся расчеты двух основных типов:
1. расчет напряженно-деформированного состояния (НДС) стенки резервуара для выявления дефектов геометрии;
2. расчет числа циклов нагрузки для разрушения конструкции с дефектами металла или сварных соединений, срок допустимой
145
Технические науки — от теории к практике __________________№ 10 (46), 2015 г
эксплуатации металлоконструкции с целью получения оценки напряжённо-деформированного состояния (НДС) стенки резервуара.
Следует отметить, что данная технология и расчетные методики позволяют рассчитывать напряженно-деформированное состояние металлоконструкций при наличии допустимых и недопустимых дефектов, согласно действующей нормативной и руководящей технической документации [1; 2].
Моделирование стенки резервуара и расчеты напряженнодеформированного состояния производятся согласно методике с применением программного комплекса ANSYS (Программный комплекс ANSYS — это наиболее распространенная в мире программа конечно-элементного анализа общего назначения). Данная методика заключается в создании конечно-элементной модели, включающей в себя порядок шага, оценку точности полученных расчетов, учитывающей геометрические параметры стенки резервуара, толщины листов стенки по всей поверхности, механические свойства стали листов стенки, а также различные эксплуатационные нагрузки.
В качестве практического примера, следует привести результат обследования резервуара РВСП-10000, изготовленного из стали 09Г2С [3]. Допустим, в ходе обследования технического состояния резервуара обнаружена вмятина размером 3500х3000 мм со стрелой прогиба 75 мм, находящаяся на верхнем поясе стенки (рис. 2).
СибАК
www.sibac.info
Рисунок 2. Конечно-элементная модель стенки резервуара с дефектами
146
Технические науки — от теории к практике № 10 (46)), 2015 г______________________
www.sibac.info
Согласно действующему нормативу [1] дальнейшая эксплуатация резервуара с выявленным дефектом недопустима. Выявленный дефект подлежит устранению.
Наглядно расчет напряженно-деформированного состояния стенки резервуара представлен на рис. 3.
Рисунок 3. Результаты расчета напряженно-деформированного состояния стенки резервуара
Если учесть реальные условия эксплуатации резервуара, с учетом найденного дефекта, где максимальный порог напряжения в стенке резервуара не превышает 136 МПа при допустимом напряжении 169 Мпа [4], то можно сделать вывод, что напряжение, имеющееся в стенке резервуара, не превышает допустимого значения. Таким образом, может выполняться условие безопасной эксплуатации резервуара с выявленным дефектом, в геометрическом отклонении стенки.
Результат выполнение расчетов срока допустимой безопасной эксплуатации стенки резервуара в зоне выявленного дефекта приведен в табл. 1.
В результате оценки технического состояния и расчетов, составляются рекомендации по дальнейшей эксплуатации резервуара, например, следующим образом: исследованный резервуар в дальнейшем годен к эксплуатации без устранения обнаруженных дефектов (вмятина, задир, скопление газовых пар, несплошности (табл. 1 в течение 4,4 лет); при исправлении дефекта (см. дефект № 6 табл. 1) срок эксплуатации резервуара допускается к продлению до следующей очередной технической диагностики, т. к. другие дефекты кардинально не влияют на срок эксплуатации в течение 15 лет (см. дефект № 5, табл. 1).
147
148
Таблица 1.
Результат расчета срока допустимой эксплуатации стенки
Наимено ванне элемента Лвдефекта Наименование дефекта, мм Параметры дефекта, мм Расположение дефекта, мм Напряжения в зоне дефекта, МПа № пояса расположения дефекта Срок &езопасной эксплуатации, лет
Стенка — срок эксплуатации — 4.4 года
Пояса стенкв 1 Язвенная коррозия 500x1500к1 Пояс Nal. Лист №23X=0:Y=750 136 1 пояс 19
Сварные ШВЫ 2 Подрез Длина 15; глубина 1 Пояс №1. Лист №8X=0:Y=1160 130 1 пояс Более 20
3 Заднр Длина 10; глубина 2,5 Пояс №2. Лист №3X=210:Y=0 117 2 пояс Более 20
4 Скопление газовых пар Скопление данной 20; ОД; глубина 2 Пояс №3. Лист №15X=2730:Y=0 100 3 пояс Более 20
5 Несшгош-ностъ (УК) Длина 50; глубина залегания 8; высота 4 Горизонтальный шов пояса 1, 2730 от 5 вертикального шва 115 2 пояс 15
6 Несшгош-носгь (УК) Длина 40; глубина залегания б; высота 5 Горизонтальный шов пояса 1. 2730 от 19 вертикального шва 120 2 пояс 4,4
' Технические науки — от теории к практике
.sibac.in.fo________________________________________________________________________________№ 10 (46), 2015г.
Технические науки — от теории к практике № 10 (46)), 2015 г______________________
www.sibac.info
Таким образом, расчет напряженно-деформированного состояния стенки резервуара по данной методике показывает, что недопустимые напряжения не возникают в дефектной зоне при соблюдении проектных показателей наполнения резервуара.
Дефекты сварного шва стенки резервуара не препятствуют обеспечению безопасной работы на проектном уровне, а для дальнейшей эксплуатации их устранение не требуется. С дефектом «угловатость» резервуар допускается к эксплуатации с уровнем наполнения не более высоты 5-го пояса. При необходимости эксплуатации на более высоких уровнях наполнения, дефект требует устранения.
Рассмотренная методика расчета напряженно-деформированного состояния резервуара и его металлоконструкций, а также технология оценки технического состояния резервуара обеспечивают минимальный уровень опасности выявленных дефектов в зависимости от фактических условий эксплуатации резервуара.
Практическое использование предложенного подхода способствует технико-экономическому обоснованию целесообразности ремонта
в зависимости от послеремонтного срока эксплуатации резервуара. Следовательно, эксплуатирующее предприятие получает инструментарий для того, чтобы в зависимости от загрузки резервуарного парка, финансовых и технических возможностей принимать обоснованное решение о продолжении эксплуатации резервуара без ремонта, выполнении текущего или капитального ремонта или демонтаже резервуара.
Список литературы:
1. ВСН 311-89 «Монтаж стальных вертикальных цилиндрических резервуаров дли хранения нефти и нефтепродуктов объемом от 100 до 50000 м3».
2. РД 153-112-017-97 «Инструкция по диагностике и оценке остаточного ресурса вертикальных стальных резервуаров».
3. ГОСТ 19281-2014 «Прокат повышенной прочности. Общие технические условия».
4. ГОСТ Р 52857.1-2007 «Сосуды и аппараты. Нормы расчёта на прочность».
5. РД 08-95-95 «Положение о системе технического диагностирования сварных вертикальных цилиндрических резервуаров для нефти и нефтепродуктов».
149
