CC BY
3
Заключение
1. Цистерна может быть использована в качестве подземной дренажной емкости при условии, что высота засыпки над верхней образующей не превысит 0,85 м.
Использованные источники:
1. ГОСТ Р 52857.1-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования.
2. ГОСТ Р 52857.2-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек.
3. Справочник проектировщика. Металлические конструкции. ЦНИИПСК им. Мельникова, М., Изд-во "АСТ", 1998.
Четвертухин Н.В.
Ларионов М.В.
Чернобров А. Р.
Журавлев М.Д.
Широнин Е.В.
ООО «НПК Изотермик» РАСЧЕТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДОПУСТИМОСТИ ДЕФЕКТОВ ФОРМЫ КРОВЛИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО РЕЗЕРВУАРА СУГ
Рассматриваемая конструкция представляет собой изотермический резервуар (ИР) для хранения сжиженного изобутана вместимостью 10000 т. Резервуар двустенной конструкции - внутренний резервуар, в котором непосредственно хранится сжиженный газ, и внешний резервуар, служащий ограждающей конструкцией для теплоизоляции. И внутренний, и наружный резервуары имеют стационарные сферические купольные крыши. Геометрические параметры ИР: внутренний диаметр 30,3 м, высота внутренней стенки 23,35 м. Строительство данного ИР было начато в 80 -х годах прошлого века, выполнено на 80-90%, но не завершено по финансовым причинам.
В 2014 году была проведена экспертиза промышленной безопасности ИР с целью определения пригодности конструкций ИР к продолжению и завершению строительства.
В ходе ЭПБ были выявлены два вида дефектов сопряжения цилиндрической стенки внутреннего резервуара с купольной сферической крышей, не отмеченные в монтажной документации 80-х годов:
1) подгиб верхней кромки листа верхнего пояса стенки на 100 мм наружу;
2) подгиб нижней кромки листа тора внутрь, что привело к «нависанию» тора над стенкой на 150 мм (рис. 1).
Общая протяженность дефектных участков - более 15 м.
По проекту плавное сопряжения цилиндрической стенки со
сферической крышей обеспечивает переходной элемент - торообразное опорное кольцо (рис. 1).
По результатам обследования дефектных участков сделан вывод, что, по-видимому, на данных участках фактический диаметр некоторых секторов крыши оказался выше проектного, и при монтаже ИР в 80-х г.г. производилась подгонка по месту зоны сопряжения стенки с торообразным переходом крыши с применением нагрева и изгиба элементов конструкции.
Исправление этой ситуации, т.е. приведение конструкций в соответствие с проектом не представляется возможным, толщины элементов: верхний пояс стенки - 10 мм, тор - 12 мм. Поэтому цель работы -выполнение расчетов изотермического резервуара с учетом обнаруженных дефектов и определение возможности эксплуатации ИР с указанными дефектами.
Расчеты изотермического резервуара с учетом данных дефектов проведены по программам РАСК (расчет крыши методом конечных элементов) разработки НПК «Изотермик» и KIPR (расчет оболочек вращения) разработки МГТУ «Станкин». Наиболее напряженный режим работы участка сопряжения стенки и крыши резервуара - действие внутреннего избыточного давления. Расчетное избыточное давление эксплуатации - 8 кПа, давление пневмоиспытания - 10 кПа. Поскольку рассматриваемая зона находится выше уровня налива продукта, напряженное состояние в верхней части стенки, торообразном переходе и сферической крыше определяется величиной избыточного давления парогазовой среды над продуктом и не зависит от уровня налива и от цикличности налива ИР.
Рис. 1. Схема дефектов
Рассчитываемая оболочечная конструкция включает два верхних пояса стенки резервуара высотой 3000 мм, торообразное опорное кольцо крыши и сферическую крышу резервуара с кольцевыми ребрами жесткости. Все элементы конструкции изготовлены из стали 09Г2.
Каждый конструктивный элемент (цилиндр, тор, сфера) представляется набором нескольких оболочечных элементов (оболочек).
Для моделирования изгиба тора, по проекту имеющего радиус кривизны 1800 мм, обеспечения «нависания» тора над стенкой на 150 мм и в то же время плавного перехода к сферической крыше с радиусом кривизны 24000 мм тор представляется на расчетной схеме последовательным набором трех торообразных оболочечных элементов различной кривизны. Рассмотрено 3 варианта кривизны участков тора:
1) Я1 = 1200 мм, Я2 = 1500 мм, Я3 = 1800 мм;
2) Я1 = 800 мм, Я2 = 1300 мм, Я3 = 1800 мм;
3) Я1 = 400 мм, Я2 = 1100 мм, Я3 = 1800 мм.
Минимальный радиус кривизны имеет участок сопряжения со стенкой резервуара, максимальный - проектный радиус Я3 имеет участок сопряжения со сферической крышей.
Фактическая замеренная при обследовании высота участка подгиба верха стенки резервуара - не менее 500 мм. Фактический минимальный радиус кривизны подгиба тора - не менее 500 - 600 мм. Расчеты проведены для двух значений высоты участка подгиба стенки резервуара: 700 мм и 350 мм.
Ниже на рисунках 2 - 7 приведены эпюры напряжений для указанных вариантов расчета.
Во всех нижеприведенных примерах нагрузкой является внутреннее избыточное давление пневмоиспытаний 0,1 кгс/см2 плюс собственный вес металлоконструкций крыши - 90,3 т, задаваемый в виде равномерно распределенной по поверхности крыши нагрузки и оказывающий для внутреннего давления разгружающее действие.
В приведенных на рис. 2 - 5 эпюрах напряжений вертикальная ось резервуара повернута на 90о и изображена горизонтально. (Такое изображение координатных осей принято в программе расчета оболочек вращения - ось вращения считается горизонтальной). Контур сечения резервуара изображен черной линией, положительные - растягивающие напряжения - голубым цветом, отрицательные - сжимающие напряжения -желтым цветом. На данных фрагментах эпюр горизонтальный участок слева - верх стенки резервуара, затем идет торообразный участок перехода, затем правее - сферический участок купола крыши.
Рис. 2. Проектная конструкция опорного кольца крыши. Фрагмент эпюры меридионального напряжения. Максимальное напряжение в
торообразном переходе - +343 кгс/см2. Максимальное напряжение в стенке + 190 кгс/см2.
Рис. 3. Проектная конструкция опорного кольца крыши. Фрагмент эпюры кольцевого напряжения. Максимальное напряжение в торообразном переходе - сжатие -522 кгс/см2. Максимальное напряжение в стенке +201 кгс/см2.
Рис. 4. Подгиб верхней кромки листа пояса № 15 на 100 мм на участке высотой 700 мм. Фрагмент эпюры меридионального напряжения. Максимальное осевое напряжение в стенке {+ 1129; П995} кгс/см2. Максимальное напряжение в торообразном переходе +546 кгс/см2.
Рис. 5. Подгиб верхней кромки листа верхнего пояса стенки на 100 мм на участке высотой 700 мм. Фрагмент эпюры кольцевого напряжения. Максимальное кольцевое напряжение в стенке {+ 550; □ 562} кгс/см2. Максимальное напряжение в торообразном переходе - сжатие -512 кгс/см2.
Рис. 6. Подгиб верхней кромки листа пояса № 15 на 100 мм на участке высотой 350 мм. Фрагмент эпюры меридионального напряжения. Максимальное осевое напряжение в стенке {+ 1760; □ 1637} кгс/см2. Максимальное напряжение в торообразном переходе +845 кгс/см2.
Напряжения в конструкции; д = 1.000000е+00 (1)
230.00 310.00 330.00 470.00 550.00 630.00
Рис. 7. Подгиб верхней кромки листа пояса № 15 на 100 мм на участке высотой 350 мм. Фрагмент эпюры кольцевого напряжения. Максимальное кольцевое напряжение в стенке + 691 кгс/см2. Максимальное напряжение в торообразном переходе - сжатие -509 кгс/см2.
ВЫВОДЫ
1. Наличие отклонений от проекта в конструкции стыка торообразного опорного кольца крыши внутреннего резервуара в виде подгиба нижней кромки тора или подгиба верхней кромки верхнего пояса стенки резервуара оказывает влияние на напряженно-деформированное состояние узла стыка, проявляющееся в образовании зоны изгиба в верхней части стенки резервуара и резком увеличении за счет изгиба фибровых осевых напряжений в этой зоне.
2. Поскольку рассматриваемая зона находится выше уровня налива продукта, напряженное состояние в верхней части стенки, торообразном переходе и сферической крыше определяется величиной избыточного давления парогазовой среды над продуктом и не зависит от уровня налива и от цикличности налива ИР.
3. Значительное влияние на величину изгибных напряжений оказывают кривизна подгиба тора и кривизна подгиба верха стенки резервуара. С уменьшением радиусов этих кривизн напряжения изгиба в стенке резервуара и торе возрастают. Расчеты выполнены для нескольких значений радиусов кривизн подгиба тора и стенки резервуара, диапазон которых охватывает фактически измеренные при обследовании кривизны подгиба элементов конструкции.
4. Для наиболее напряженного режима - пневмоиспытаний резервуара - максимальные фибровые осевые напряжения в верхней части пояса № 15 стенки резервуара для обоих видов дефектов возрастают значительно - до 8
- 10 раз по сравнению с напряжениями в конструкции, выполненной в соответствии с проектом. Однако в худшем из рассмотренных случаев -подгибе тора с радиусом кривизны 400 мм при пневмоиспытании -максимальное напряжение не превышает 68% расчетного сопротивления по пределу текучести стали 09Г2.
5. Напряжения в торе на дефектных участках для обоих видов дефектов возрастают значительно меньше, чем в стенке резервуара: в 2 - 3 раза по сравнению с участками, выполненными без отклонений от проекта. Значения напряжений во всех рассмотренных случаях не превышают 32% расчетного сопротивления по пределу текучести стали 09Г2.
6. Для режима эксплуатации при расчетном избыточном давлении 0,08 кгс/см2 даже при максимальных рассмотренных кривизнах подгиба стенки или тора (т.е. при минимальных рассмотренных радиусах кривизн) максимальное напряжение в стенке резервуара не превышает 1615 кгс/см2, т.е. 52% расчетного сопротивления стали 09Г2 по пределу текучести. Поэтому данные дефекты при эксплуатации и пневмоиспытании резервуара реальной опасности не представляют.
7. Проведены также расчеты на малоцикловую усталость, позволяющие оценить влияние колебаний избыточного давления на ресурс эксплуатации ИР. Согласно расчетам предельно допускаемое число циклов колебания избыточного давления в пределах от 0,02 кгс/см2 до 0,07 кгс/см2 превышает 2,5 млн. (с учетом принятого в нормах коэффициента запаса по количеству циклов п=10), т.е. колебания избыточного давления над жидкостью практически не оказывают влияния на ресурс работы ИР.
Результаты расчетов позволяют сделать следующее
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Обнаруженные дефекты - отклонения от проекта на участке стыка торообразного опорного кольца крыши с верхом стенки внутреннего резервуара изотермического хранилища оказываются не критичными для безопасной работы изотермического резервуара и не требуют исправления.
3. По завершению строительства при надлежащем качестве контроля монтажных работ резервуар может быть допущен к эксплуатации с наличием данных отклонений от проекта.
4. Рабочее избыточное давление над хранимым продуктом не должно превышать 0,08 кгс/см2. Давление пневмоиспытаний не должно превышать
0.1.кгс/см2.
Использованные источники:
1. Федеральный закон от 21.07.97 г. №116-ФЗ. О промышленной безопасности опасных производственных объектов. М.НТЦ «Промышленная безопасность», 2004 г.
2. СП 16.13330.2011. Нормы проектирования. Стальные конструкции. (Актуализированная редакция СНиП 11-23-81).
3. СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. (Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85).
4. ПНАЭ Г-7-002-86. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок, М, "Энергоиздат", 1989.
Четвертухин Н.В.
Ларионов М.В.
Чернобров А. Р.
Журавлев М.Д.
Широнин Е.В.
ООО «НПК Изотермик» ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО КОРРЕКТИРОВКЕ СРОКОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ
СЖИЖЕННЫХ ГАЗОВ Со времени утверждения в качестве нормативного документа Ростехнадзора "Инструкции по проведению комплексного технического освидетельствования изотермических резервуаров сжиженных газов" (РД 03 -410-01) прошло 15 лет. За эти годы экспертными организациями, проводящими ЭПБ изотермических резервуаров, накоплен опыт, позволяющий переосмыслить некоторые положения РД 03-410-01.
В настоящей статье мы рассмотрим только один аспект -периодичность технического диагностирования.
Согласно существующему положению полное обследование ИР с освобождением от продукта полагается проводить через 10 лет после ввода ИР в эксплуатацию и далее каждые 8 лет. При невозможности проведения полного обследования допускается по согласованию с местным органом Ростехнадзора заменить его частичным обследованием ИР в режиме эксплуатации (т.е. без внутреннего обследования), по результатам которого возможно продление эксплуатации до проведения следующего полного обследования только на один год.
Последние годы (по крайней мере, до введения санкций) все в большей степени намечались контакты с зарубежными фирмами в области проектирования и строительства ИР в России. Указанное положение РД 03410-01 о периодичности обследования вступает в противоречие с мировой практикой частоты проведения внутренних обследований ИР. Например, согласно нормативам французской фирмы Тескшр - одного из лидеров мирового резервуаростроения для СПГ - вновь построенный ИР должен работать без остановки 30 лет, затем (причем, только при необходимости) может быть проведено внутреннее обследование, после которого ИР должен работать без внутреннего осмотра еще 20 лет. Упор сделан на качество изготовления и монтажа ИР. Периодичность внутреннего обследования согласно российскому нормативному документу вызывает возражение зарубежных специалистов, вплоть до отказа от гарантийного срока
