Научная статья на тему 'ПОДХОД К ОЦЕНКЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА СПИРАЛЬНО-НАВИВНОГО РЕЗЕРВУАРА ПО КРИТЕРИЮ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ С УЧЕТОМ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ'

ПОДХОД К ОЦЕНКЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА СПИРАЛЬНО-НАВИВНОГО РЕЗЕРВУАРА ПО КРИТЕРИЮ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ С УЧЕТОМ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
0
0
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
резервуар вертикальный стальной / оценка остаточного ресурса / напряженно-деформированное состояние / метод конечных элементов / кольцевые напряжения / циклическое нагружение / vertical steel tank / residual life assessment / stressed-deformed state / finite-element theory / hoop stress / cyclic loading

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Гайсин Эмиль Шамилевич, Фролов Юрий Афанасьевич, Валеев Анвар Рашитович, Милан Мартинес Янет Каридад, Бикмухаметов Камиль Шамилович

В связи с появлением спирально-навивного способа монтажа резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов и отсутствием нормативно-технической базы по проектированию и оценке остаточного ресурса данного типа резервуаров возникает необходимость создания подхода к оценке его ресурса по критерию циклического нагружения. В статье рассмотрена численная модель резервуара спирально-навивного типа объемом 10 000 м³, для различных толщин стенки резервуара произведен расчет эквивалентных напряжений по Фон-Мизесу с помощью метода конечных элементов в среде ANSYS. По результатам расчета напряженно-деформированного состояния произведена оценка прочности и устойчивости стенки резервуара согласно существующим стандартам. Толщины стенки 5–12 мм удовлетворяют всем требованиям. В результате аппроксимации по данным моделирования была получена зависимость деформации стенки от ее толщины по высоте, а также зависимость эквивалентных напряжений по Фон-Мизесу в стенке резервуара спирально-навивного типа от ее толщины по высоте резервуара. Предложен подход к оценке остаточного ресурса спирально-навивного резервуара по критерию циклического нагружения на основе численного моделирования.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Гайсин Эмиль Шамилевич, Фролов Юрий Афанасьевич, Валеев Анвар Рашитович, Милан Мартинес Янет Каридад, Бикмухаметов Камиль Шамилович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

AN APPROACH TO ASSESSING THE RESIDUAL LIFE OF A SPIRAL-WOUND TANK BASED ON THE CYCLIC DURABILITY CRITERION, TAKING INTO ACCOUNT NUMERICAL MODELING

In connection with the emergence of a spiral-wound method for installing tanks for storing oil and petroleum products and the lack of a regulatory and technical framework for the design and assessment of the residual life of this type of tank, there is a need to create an approach to assessing its life according to the criterion of cyclic loading.The article presents a numerical model of a spiral-wound type tank with a volume of 10,000 m³; for various tank wall thicknesses, equivalent Von Mises stresses were calculated using the finite element method in the ANSYS environment. Based on the results of calculating the stress-strain state, the strength and stability of the tank wall was assessed in accordance with existing standards. Wall thicknesses from 5 to 12 mm satisfy all requirements. As a result of approximation based on modeling data, the dependence of the wall deformation on its thickness along the height was obtained, as well as the dependence of the equivalent Von Mises stresses in the wall of a spiral-wound type tank on its thickness along the height of the tank. An approach is proposed to assess the residual life of a spiral-wound reservoir based on the criterion of cyclic loading based on numerical modeling.

Текст научной работы на тему «ПОДХОД К ОЦЕНКЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА СПИРАЛЬНО-НАВИВНОГО РЕЗЕРВУАРА ПО КРИТЕРИЮ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ С УЧЕТОМ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ»

УДК 622.692.2.07

https://doi.org/10.24412/0131-4270-2024-1-2-42-49

ПОДХОД К ОЦЕНКЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА СПИРАЛЬНО-НАВИВНОГО РЕЗЕРВУАРА ПО КРИТЕРИЮ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ С УЧЕТОМ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

AN APPROACH TO ASSESSING THE RESIDUAL LIFE OF A SPIRAL-WOUND TANK BASED ON THE CYCLIC DURABILITY CRITERION, TAKING INTO ACCOUNT NUMERICAL MODELING

Гайсин Э.Ш., Фролов Ю.А.,, Валеев А.Р., Милан М.Я.К., Бикмухаметов К.Ш.

Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450064, г. Уфа, Россия

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8812-7705, E-mail: gaysin.emil@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3558-5873, E-mail: frolov2811@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7197-605X, E-mail: anv-v@yandex.ru ORCID: https://orcid.org/0009-0003-3996-7809, E-mail: yanetcaridad98@gmail.com

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4273-8615, E-mail: kamil_odin@mail.ru

Резюме: В связи с появлением спирально-навивного способа монтажа резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов и отсутствием нормативно-технической базы по проектированию и оценке остаточного ресурса данного типа резервуаров возникает необходимость создания подхода к оценке его ресурса по критерию циклического нагружения. В статье рассмотрена численная модель резервуара спирально-навивного типа объемом 10 000 м3, для различных толщин стенки резервуара произведен расчет эквивалентных напряжений по Фон-Мизесу с помощью метода конечных элементов в среде ANSYS. По результатам расчета напряженно-деформированного состояния произведена оценка прочности и устойчивости стенки резервуара согласно существующим стандартам. Толщины стенки 5-12 мм удовлетворяют всем требованиям. В результате аппроксимации по данным моделирования была получена зависимость деформации стенки от ее толщины по высоте, а также зависимость эквивалентных напряжений по Фон-Мизесу в стенке резервуара спирально-навивного типа от ее толщины по высоте резервуара. Предложен подход к оценке остаточного ресурса спирально-навивного резервуара по критерию циклического нагружения на основе численного моделирования.

Ключевые слова: резервуар вертикальный стальной, оценка остаточного ресурса, напряженно-деформированное состояние, метод конечных элементов, кольцевые напряжения, циклическое нагружение.

Для цитирования: Гайсин Э.Ш., Фролов Ю.А.,, Валеев А.Р., Милан М.Я.К., Бикмухаметов К.Ш. Подход к оценке остаточного ресурса спирально-навивного резервуара по критерию циклической долговечности с учетом численного моделирования // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2024. № 1-2. С. 42-49.

D0I:10.24412/0131-4270-2024-1-2-42-49

Gaysin Emil SH., Frolov Yuriy A., Valeev Anvar R., Milan Martines YA.K., Bikmukhametov Kamil SH.

Ufa State Petroleum Technical University, 450064, Ufa, Russia ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8812-7705, E-mail: gaysin.emil@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3558-5873, E-mail: frolov2811@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7197-605X, E-mail: anv-v@yandex.ru ORCID: https://orcid.org/0009-0003-3996-7809, E-mail: yanetcaridad98@gmail.com

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4273-8615, E-mail: kamil_odin@mail.ru

Abstract: In connection with the emergence of a spiral-wound method for installing tanks for storing oil and petroleum products and the lack of a regulatory and technical framework for the design and assessment of the residual life of this type of tank, there is a need to create an approach to assessing its life according to the criterion of cyclic loading.The article presents a numerical model of a spiral-wound type tank with a volume of 10,000 m3; for various tank wall thicknesses, equivalent Von Mises stresses were calculated using the finite element method in the ANSYS environment. Based on the results of calculating the stress-strain state, the strength and stability of the tank wall was assessed in accordance with existing standards. Wall thicknesses from 5 to 12 mm satisfy all requirements. As a result of approximation based on modeling data, the dependence of the wall deformation on its thickness along the height was obtained, as well as the dependence of the equivalent Von Mises stresses in the wall of a spiral-wound type tank on its thickness along the height of the tank. An approach is proposed to assess the residual life of a spiral-wound reservoir based on the criterion of cyclic loading based on numerical modeling.

Keywords: vertical steel tank, residual life assessment, stressed-deformed state, finite-element theory, hoop stress, cyclic loading.

For citation: Gaysin E.SH., Frolov YU.A., Valeev A.R., Milan M.YA.K., Bikmukhametov K.SH. AN APPROACH TO ASSESSING THE RESIDUAL LIFE OF A SPIRAL-WOUND TANK BASED ON THE CYCLIC DURABILITY CRITERION, TAKING INTO ACCOUNT NUMERICAL MODELING. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2024, no. 1-2, pp. 42-49.

DOI:10.24412/0131-4270-2024-1-2-42-49

Введение

Относительно новый и непривычный способ монтажа резервуаров для нефти и нефтепродуктов - спирально-навивной [1-5]. Эти емкости пока только начинают протаптывать тропинки в резервуарные парки страны, несмотря на их многочисленные преимущества, - такова судьба всего новаторского в технике и технологии.

Так, на международной конференции, посвященной совершенствованию проектирования и строительства металлических резервуаров, прошедшей в 2019 году в г. Уфе, компанией ООО «ХардТоп» был представлен непривычный способ монтажа резервуаров для нефти и нефтепродуктов [6] (фото 1).

В открытых источниках отсутствуют методики, руководства или регламенты по их проектированию или оценке остаточного ресурса. В данной статье авторами положено начало: рассмотрен подход к такой оценке для спирально-навивного резервуара по критерию циклического нагру-жения на основе численного моделирования.

Относительно новым такой способ монтажа является потому, что существует СП 359.1325800.2017, регламентирующий силосы стальные вертикальные цилиндрические для хранения сыпучих продуктов, имеющих частично схожую форму стенки (но не всей емкости в целом) и/или

метода монтажа. Однако данный свод правил не содержит конкретных методик расчета стенки и ссылается на иные нормативные документы (СП 20.13330, СП 22.13330, СП 16.13330, СП 108.13330, ГОСТ 27751, ГОСТ 31385, ГОСТ 21778, ГОСТ Р 54257), многие из которых посвящены стальным и железобетонным конструкциям в целом.

Кроме того, существуют «Пособие по проектированию предприятий, зданий и сооружений по хранению и переработке зерна» (дополнение к СНиП 2.10.05-85) и «Рекомендации по расчету силосов спирально-навивного типа (СНТ)», которые включают более подробные методики расчета для хранения зерновых и сыпучих материалов, но и они лишь частично соответствуют (как по форме ребер жесткости, способу их монтажа, металлу конструкции, геометрии в целом, так и по свойствам хранимого вещества) резервуарам, изготовленным по технологии СНТ для нефти и нефтепродуктов.

Одним из дефектов эксплуатации традиционных вертикальных резервуаров рулонной и полистовой сборки является повреждение металлоконструкции в уторном шве [8], что может привести к разливам нефти, существенным материальным затратам и ущербу окружающей среде. Поэтому оценка напряженно-деформированного состояния стенки позволит повысить эксплуатационную надежность не

только рулонных и полистовых, но и спирально-навивных резервуаров, а также помочь в прогнозировании их остаточного ресурса.

Следовательно, необходимо создать численную модель резервуара, которая с высокой точностью воспроизведет напряжения и деформации, возникающие под действием разнообразных факторов. К таким факторам относятся эксплуатационные условия, отклонения от заданной геометрии, дефекты в области нижнего соединения, усадка основания, изменения климата в регионе со временем и другие аспекты.

Предложено осуществить моделирование осесимме-тричной нагрузки в линейном режиме, используя численные методы в программе ANSYS. Полученные данные могут стать фундаментом для решения более сложных проблем, связанных с неосесимметричными нагрузками.

Расчетная схема

На рис. 1 представлена расчетная модель, учитывающая эффекты гидростатического давления, ветровой нагрузки, веса снега и нагрузки, создаваемой кровлей. В такой модели стенка рассматривается как полностью неподвижная в уторном шве (с фиксированными опорами), а кровля - свободной от защемления [9].

Модель создана по типовым для РВС-10000 параметрам: диаметр 34,2 м и высота стенки 11,92 м, ширина полосы 750 мм, материал металлоконструкций - низколегированная конструкционная сталь 09Г2С с пределом текучести ст02 = 330 МПа.

Для задания гидростатического давления были выбраны следующие параметры: плотность хранимой нефти р = 865 кг/м3, предельная высота налива нефти, равная высоте стенки резервуара hB3 = 11,92 м, ускорение свободного падения 9,8 м/с2, значение ветрового давления по СП 20.13330.2011 в качестве II ветровой зоны (Уфа) принимается 300 Па. Равномерно распределенная нагрузка от веса кровли принимается 54,65 т, а снеговая нагрузка -2,45 кПа (Уфа).

Принятый согласно [10] расчет показал, что для традиционного резервуара типа РВС, выполненного методом полистовой сборки или рулонного монтажа, номинальная толщина стенки при данных условиях составит 12 мм.

В соответствии с полученными значениями для построения первичной модели резервуара спирально-навивного типа была использована толщина стенки 12 мм.

Модель резервуара и конечно-элементная сетка в ANSYS

Для создания сетки конечных элементов использовались элементы SHELL181, обладающие многими характеристиками тонкостенных оболочек, включая структуру стенок резервуара. Элемент SHELL181 характеризуется линейно-упругим поведением и свойствами материала, объединяющими эластичные и пластические характеристики.

Для материалов с эластичными свойствами предусмотрены разные типы характеристик: изотропные, анизотропные и линейно-ортотропные. В контексте пластичности ANSYS применяет изотропные свойства материала, то есть при пластических деформациях ортотропного материала используются свойства изотропного материала

с конкретными значениями модуля упругости Юнга (E) и коэффициента Пуассона.

Элемент SHELL181 также учитывает формоизменения, вызванные поперечным сдвигом. Он представлен ниже (рис. 2) с восемью узлами и шестью степенями свободы. Точность расчетов зависит от плотности сетки, поэтому оптимальный выбор ее параметров значительно влияет на результат. Усиление сетки конечных элементов применено на узлах стенок и дна путем ее увеличения на 0,1 м (размер стороны квадратного элемента SHELL181).

В ходе расчетов были определены характеристики напряжений и деформаций в стенке резервуара. Данные о величинах и распределении напряжений в стенке резервуара представлены на рис. 3.

На стенке резервуара создается путь (path) между двумя точками на минимальной и максимальной высоте стенки резервуара, позволяющий вычислить напряжение в любом месте.

Рис. 1. Расчетная схема резервуара: Ргидр - гидростатическое давление на стенку и днище резервуара; ql¡етр - ветровая нагрузка; q - нагрузка от веса металлоконструкций кровли, снега; И - радиус резервуара; Н - высота резервуара

I

Рис. 2. Конечный элемент SHELL181: Ст1-Ст6 - обозначение степеней свободы; 1-8 - узловые точки

Рис. 3. Эквивалентные напряжения в стенке резервуара по Фон-Мизесу

Рис. 4. Распределение эквивалентного напряжения по высоте резервуара

Рис. 5. Эквивалентные напряжения в стенке резервуара

спирально-навивного типа при различных ее толщинах

Значения напряжений, расположенных восходящим образом вдоль построенного пути, отображаются в табличном и графическом виде (рис. 4).

Таким же образом вдоль пути получаются данные, соответствующие мембранным и фибровым напряжениям.

Максимальное и минимальное значения из всех напряжений, распределенных по высоте стенки, соответствуют:

Фтах ^Фтт

= 146,5 МПа; 0,48 МПа; = 60,95 МПа; = 0 МПа;

см = 60,34 МПа.

м '

Сравнение значений напряжения и деформации для стенок разной толщины позволяет оценить их допустимые значения. Очевидно, что при меньших толщинах в стенке будут возникать бол ьшие напряжения и деформации. Ниже (рис. 5) представлены эквивалентные напряжения в стенке в зависимости от ее толщины.

Исходя из принципов теории прочности, внезапное увеличение напряжения на уровне около 1 м можно объяснить текущим напряженным и деформированным состоянием стенки. При толщине стенки 12 мм максимальное напряжение, достигнутое на высоте 0,9933 м, составляет 146,5 МПа.

Оценка прочности и устойчивости стенки по результатам расчета напряженно-деформированного состояния

Численное решение системы уравнений, описывающих модель, выполняется в порядке, определенном для применяемого программного комплекса.

В каждом узле модели в результате численного решения системы уравнений определяют:

- фибровые (поверхностные) напряжения в конструкциях (сф);

- мембранные (срединные) напряжения в конструкциях

К);

- эквивалентные напряжения по Фон-Мизесу (се).

Мембранные напряжения, также известные как срединные, возникают из-за растягивающих нагрузок вдоль оболочки. Под термином «мембрана» обычно подразумевается оболочка, не оказывающая сопротивления изгибу.

Главные фибровые (поверхностные) напряжения - это максимальные напряжения, действующие в кольцевом направлении на поверхности с учетом дефектов геометрии конструкции.

Эквивалентное напряжение представляет собой результирующее напряжение, которое при простом растяжении или сжатии приводит материал к состоянию, эквивалентному сложному напряженному состоянию, которое рассматривается. Оно является комбинацией мембранных и фибровых напряжений, действующих в материале.

Согласно стандарту ГОСТ Р 58622-2019 [11], для обеспечения работоспособности резервуара при расчетах на допустимое напряжение следует учитывать, что главные напряжения в кольцевом направлении, а также мембранные, фибровые и эквивалентные напряжения по Фон-Мизесу не должны превышать предел текучести стали с некоторым коэффициентом запаса.

Оценка прочности и устойчивости стенки на основе расчета НДС выполнялась в соответствии со стандартом следующим образом.

Прочность стенки резервуара должна соответствовать следующим критериям:

Сф < 3-[ст], (1)

ае < 3-М» , (2)

См < 1,5-[ст], (3)

где [с] = с02/1,5.

С

С

Если в результате определения прочности предыдущие условия выполняются, допускают эксплуатацию резервуара при проектном уровне взлива. Если не выполняются, то для продолжение эксплуатации резервуара требуется снижение уровня взлива либо вывод резервуара в ремонт.

Устойчивость стенок, ребер и колец жесткости определяют путем расчета НДС под действием сжимающих нагрузок (вес металлоконструкций, снеговые и ветровые нагрузки, вакуум) по следующим критериям:

- отсутствует потеря устойчивости стенки;

- эквивалентные по Фон-Мизесу срединные напряжения в сварных соединениях основного металла со стенками, ребрах и кольцах жесткости не должны превышать предела текучести стали:

ае < стг (4)

Если в результате определения устойчивости эквивалентные напряжения в поясах стенок, ребрах и кольцах жесткости превышают предел текучести стали или устойчивость стенки локально теряется, требуется снижение снеговой нагрузки для продолжения эксплуатации резервуара либо его вывод в ремонт.

Максимальные отклонения (деформация) образующей стенки от вертикали по РД-23.020.00-КТН-271-10 (Т.1) должны составлять не более 60 мм для верхнего пояса (и меньше для остальных поясов).

Отклонения стенки резервуара от вертикали для РВС, введенных в эксплуатацию после 2005 года, должны быть не более 1/200 высоты стенки.

В ходе численного моделирования были получены деформации стенки спирально-навивного типа резервуара объемом 10 000 м3

В ходе численного моделирования также были получены эквивалентные напряжения в стенке резервуара, изготовленного по технологии.

Толщины стенок 2, 3 и 4 мм были отброшены как неудовлетворяющие требованию по максимальному отклонению образующей стенки от вертикали.

Толщины 3-12 мм удовлетворяют всем требованиям прочности и устойчивости, предъявляемым при расчете НДС резервуара.

Толщины 5-12 мм удовлетворяют всем требованиям.

Аппроксимация модели напряжений и деформаций резервуара спирально-навивного типа

Достоверность аппроксимации экспериментальных данных выбранной функцией определяется коэффициентом детерминации, который является прямым способом оценки зависимости одной величины от другой.

Графически визуализировать корреляцию рассматриваемых данных можно с помощью точечной диаграммы, которая позволяет оценить результаты на основе расположения массива данных.

Для определения коэффициента детерминации был выполнен следующий порядок расчета [12].

Сумма квадратов ошибки (Sum of Squares for Error):

SSE

-IWi

i=1

(5)

Сумма квадратов отклонения от среднего (Sum of Squares for Mean):

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

SSM = •(zi - z )2,

i=1

где z - среднее значение данных моделирования. Коэффициент детерминации

(6)

r2 = 1-

SSE SMM

(7)

В результате аппроксимации по данным моделирования была получена зависимость деформации стенки от ее толщины по высоте:

Inz = a + tox0,5 + -^-г + d In—+ ey + fy In y+ gy1,5 + x0,5 x

+hy2 + iy0,5 In y,

(8)

где г - деформация стенки, мм; а, Ь, с, d, е, f, д, Л, i- постоянные коэффициенты; х - толщина стенки резервуара спирально-навивного типа, мм; у - расчетная высота, м.

Постоянные коэффициенты, входящие в уравнение (8):

а = 2,4860, Ь = -2,3596, с = -52,257, d = 138,85, е = 35,666, f = 8,6865, д = -15,537, Л = 1,219, i = -23,8579.

Для формулы (8) коэффициент детерминации составил г2 =0,983.

Высокий коэффициент детерминации свидетельствует о высокой точности модели.

На рис. 6 изображена визуализация поля зависимости деформаций в стенке резервуара от ее толщины на интересующей высоте.

На рис. 7 представлены графики допустимой деформации стенки резервуара СНТ при ее толщине 5-12 мм и недопустимой (рис. 8) при толщине 2-4 мм.

В результате аппроксимации по данным моделирования была получена зависимость эквивалентных напряжений по Фон-Мизесу в стенке резервуара спирально-навивного типа от ее толщины по высоте:

Ь , d ¡. 1 (1п у) д , ,г

г=а + — + с 1п у +—2 + е (1п у) +——- ++ Л (1п у) +

i (In y) + j (In y )2

-j (In y)/ x 2

(9)

Рис. 6. Зависимость деформации стенки от ее толщины и интересующей высоты

где wj -верхний предел суммирования; - предполагаемое число; х - данные моделирования.

Высота.м

U

'о4

толщина стенки, мм

Рис. 7. Допустимые значения деформации стенки резервуара спирально-навивного типа толщиной 5-12 мм

эквивалентных циклов нагружения Ne по формуле

,Н+ДН

dh

Ne

V (L,W, h,hmirv Сра6 )

(10)

где V(L, W, h, hmin, Сраб) - скорость роста усталостной трещины для дефекта в виде трещины или расслоения, определяется по формуле

V,

уст

■/Ы

(11)

где г - эквивалентные напряжения в стенке, мм; а, Ь, с, d, е, f, д, h, /, \- постоянные коэффициенты; х - толщина стенки резервуара, мм; у - расчетная высота, м.

Постоянные коэффициенты, входящие в уравнение (9):

а = 55,304, Ь = 729,756, с = 52,97, d = 2170,86, е = -35,416, f = -265,151, д = -2447,88, h = -0,051, / = -0,386, \ = 0,151.

Значение коэффициента детерминации составило г2 = 0,977.

Высокий коэффициент детерминации свидетельствует о высокой точности модели.

Визуализация поля зависимости эквивалентных напряжений в стенке СНТ резервуара от ее толщины на интересующей высоте изображена рис. 9.

По результатам моделирования толщиной, необходимой для надежной эксплуатации СНТ резервуара объемом 10 000 м3, является значение не менее 5 мм (не менее 3 мм для обеспечения прочности и устойчивости и не менее 5 мм для обеспечения требуемых отклонений стенки от вертикали).

Подход к оценке остаточного ресурса спирально-навивного резервуара по критерию циклического нагружения на основе численного моделирования

Допустимый срок безопасной эксплуатации при уровне налива Н определяют с учетом расчетного числа

е/ы - коэффициент, определяемый из условия

Де, Де0

Ь/Ы ь0с

Де/Д0с

"/Ы

V) =

е0с - Де0 (Чы + 1)ДРс

Ып

(12)

Ы0 = -, 0 2

где V0 - скорость роста усталостной трещины при разрушающей нагрузке, мм за цикл; Ы0 - половина цикла нагружения; е/с, е0с, чы, Рс - коэффициенты, которые являются механическими характеристиками металла; Де/, Де0 - параметры, значения которых рассчитывают для пульсирующего нагружения по компонентам локальных деформаций.

Срок безопасной эксплуатации элемента конструкции при наличии трещины или расслоения определяется по формуле

Т. = ж 11

N

(13)

ГОД1

Количество эквивалентных циклов нагружения за последний год находится по формуле

Н

к

V

Рис. 8. Недопустимые значения деформации стенки резервуара спирально-навивного типа толщиной 2-4 мм

Рис. 9. Зависимость эквивалентного напряжения стенки от ее толщины по высоте

N

год1

M

"ÏNj

j=1

AH:

л 2,2

Hu - H

деф

(14)

где Nj - число циклов в j-м блоке нагружения; M - количество блоков нагружения; AHj - рост усталостной трещины в глубину, соответствующий j-му блоку нагружения, мм.

Таким образом, определив деформацию стенки резервуара спирально-навивного типа по формуле 8 или эквивалентные напряжения по Фон-Мизесу в соответствии с формулой 9 и оценив количество циклов нагружения по (14), становится возможным определить остаточный ресурс по критерию циклического разрушения.

Предложенный способ оценки остаточного ресурса спирально-навивного резервуара по критерию циклической долговечности представляет собой ценный инструмент в различных аспектах: подход позволит оценивать остаточный ресурс и своевременно предотвратить аварии и утечки, возникающие из-за износа или повреждений материала, а также сделает возможным определение более точного момента ремонта и оптимизирует расходы на обслуживание путем избежания непредвиденных затрат, связанных с внезапным выходом из строя.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2.

3.

б

Ханухов Х.М., Алипов А.В. Нормативно-техническое и организационное обеспечение безопасной эксплуатации резервуарных конструкций.

URL: https://prevdis.ru/normativno-tehnicheskoe-i-organizatsionnoe-obespechenie-bezopasnoj-ekspluatatsii-rezervuarnyh-konstruktsij/#more-2335 (дата обращения 27.01.2024).

Ханухов Х.М., Алипов А.В., Четвертухин Н.В. и др. Инновационные конструктивные решения изотермических резервуаров для хранения сжиженных газов // Мат. междунар. конф. «Совершенствование проектирования и строительства металлических резервуаров». Уфа: Нефтегазовое дело, 2019. С. 3-13. Ханухов, Х.М., Четвертухин Н.В., Функ В.А. и др. Инновационные конструкции и способы сооружения изотермических резервуаров // Промышленное и гражданское строительство. 2021. № 2. С. 4-11. Ханухов, Х.М., Четвертухин Н.В., Функ В.А. и др. Инновационные методы сооружения резервуаров для хранения опасных веществ // Нефть. Газ. Новации. 2020. № 5. С. 33-37.

Khanukhov Kh.M., Chetvertukhin N.V. Innovations in the manufacture and installation of vertical cylindrical metal tanks for the storage of hazardous substances. Improving the management of the region s social economic development based on risk management. Birmingham, UK, 2021.С. 110-116.

Патент РФ № 2619022 МПК B65D 90/08 (2006/01), B65D 6/22 (2006/01) Резервуар, изготовленный из изогнутой в виде спирали металлической полосы / ЛИПП Ксавер (DE). Опубл.: 11.05.2017. Бюл. № 14. Кучеренко В.А. Рекомендации по расчету силосов спирально-навивного типа. М.: ЦНИИПромзернопроект, 1992. 128 с.

Слепнев И.В. Напряженно-деформированное упруго-пластическое состояние стальных вертикальных цилиндрических резервуаров при неравномерных осадках основания: дис. канд. техн. наук: 05.15.13. И.В. Слепнев. М. 1988. 222 с.

10. Тарасенко А.А., Чепур П.В., Чирков С.В. и др. Модель резервуара в среде ANSYSWorkbench 14.5 // Фундаментальные исследования. 2013. Т. 10. Ч. 15. С. 3404-3408.

ГОСТ 31385-2016. Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов. Общие технические условия.

ГОСТ Р 58622-2019. Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Методика оценки прочности, устойчивости и долговечности резервуара вертикального стального.

Alfonso, N Análisis de Regresión. Departamento de Economía Cunatitativa Universidad Complutense. 2010. Р. 10-12.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

9

11

12

13

REFERENCES

1. Khanukhov KH.M., Alipov A.V. Normativno-tekhnicheskoye i organizatsionnoye obespecheniye bezopasnoy ekspluatatsiirezervuarnykh konstruktsiy (Regulatory, technical and organizational support for the safe operation of tank structures) Available at: https://prevdis.ru/normativno-tehnicheskoe-i-organizatsionnoe-obespechenie-bezopasnoj-ekspluatatsii-rezervuarnyh-konstruktsij/#more-2335 (accessed 27 January 2024).

2. Khanukhov KH.M., Alipov A.V., Chetvertukhin N.V. Innovatsionnyye konstruktivnyye resheniya izotermicheskikh rezervuarov dlya khraneniya szhizhennykh gazov [Innovative design solutions for isothermal tanks for storing liquefied gases]. TrudyMezhd. konf. «Sovershenstvovaniye proyektirovaniya istroitel'stva metallicheskikh rezervuarov» [Proc. of Int. conf. "Improving the design and construction of metal tanks"]. Ufa, 2019, pp. 3-13.

3. Khanukhov, KH.M., Chetvertukhin N.V., Funk V.A. Innovative designs and methods for constructing isothermal tanks. Promyshlennoye igrazhdanskoye stroitel'stvo, 2021, no. 2, pp. 4-11 (In Russian).

4. Khanukhov, KH.M., Chetvertukhin N.V., Funk V.A. Innovative methods for constructing tanks for storing hazardous substances. Neft. Gaz. Novatsii, 2020, no. 5, pp. 33-37 (In Russian).

5. Khanukhov KH.M., Chetvertukhin N.V. Innovations in the manufacture and installation of vertical cylindrical metal tanks for the storage of hazardous substances. Improving the management of the region s social economic development based on risk management. Birmingham, 2021. pp. 110-116.

6. LIPP Ksaver (DE). Rezervuar, izgotovlennyy iz izognutoy v vide spirali metallicheskoy polosy [Reservoir made of a metal strip bent in the form of a spiral]. Patent RF, no. 2619022, 2017.

7. Kucherenko V.A. Rekomendatsiipo raschetu silosovspiral'no-navivnogo tipa [Recommendations for the calculation of spiral-wound silos]. Moscow, TSNIIPromzernoproyekt Publ., 1992. 128 p.

8. Slepnev I.V. Napryazhenno-deformirovannoye uprugo-plasticheskoye sostoyaniye stal'nykh vertikal'nykh tsilindricheskikh rezervuarovprineravnomernykh osadkakh osnovaniya. Diss. kand. tekhn. nauk [Stress-strain elastic-plastic state of steel vertical cylindrical tanks with uneven foundation settlements. Cand. tech. sci. diss.]. Moscow, 1988. 222 p.

9. Tarasenko A.A., Chepur P.V., Chirkov S.V. Reservoir model in ANSYSWorkbench 14.5 environment. Fundamental'nyye issledovaniya, 2013, vol. 10, pp. 3404-3408 (In Russian).

10. GOST 31385-2016. Rezervuary vertikal'nyye tsilindricheskiye stal'nyye dlya nefti i nefteproduktov. Obshchiye tekhnicheskiye usloviya [State Standard 31385-2016. Vertical cylindrical steel tanks for oil and oil-products. General specifications].

GOST R 58622-2019. Magistral'nyy truboprovodnyy transport nefti i nefteproduktov. Metodika otsenki prochnosti, ustoychivosti i dolgovechnosti rezervuara vertikal'nogo stal'nogo [State Standard R 58622-2019. Trunk pipeline transport of oil and oil products. Methods of assessing the strength, stability and durability of vertical steel tank]. Alfonso N. Análisis de Regresión. Departamento de Economía Cunatitativa Universidad Complutense [Regression Analysis. Department of Economics Cunatitativa Complutense University]. 2010. pp. 10-12.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

11

12.

Гайсин Эмиль Шамилевич, преподаватель кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.

Фролов Юрий Афанасьевич, д.т.н., проф. кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.

Валеев Анвар Рашитович, д.т.н., проф. кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.

Милан Мартинес Янет Каридад, бакалавр кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.

Бикмухаметов Камиль Шамилович, к.х.н., доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.

Emil SH. Gaysin, Teacher of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University. Yuriy A. Frolov, Dr. Sci. (Tech.), Prof. of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University. Anvar R. Valeev, Dr. Sci. (Tech.), Prof. of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University. Martines YA.K. Milan, Bachlor of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University. Kamil SH. Bikmukhametov, Cand. Sci. (Chem.), Assoc. Prof. of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.