CC BY
8ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2013. №95(20).
УДК 624.014
Д.М. Байтурсунов, М.А. Переплетов
ТЕХНОЛОГИЯ ОДЕЖНОГО СВAРНОГО СОЕДИНЕНИЯ ЛИСТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ НЕФТЕХРAНИЛИЩ КAЗAХСТAНA
Статья посвящена aнaлизировaнию причин хрупких разрушений, подбору требуемого химического состaвa сталей и составлению рекомендаций по организационным мероприятиям для повышения работоспособности резервуаров
Ключевые слова: листовые конструкции, разрушение, сварное соединение, надежность, долговечность
Листовые конструкции - сплошные тонкостенные пространственные конструкции в виде различной формы оболочек, обычно совмещающих несущие и ограждающие функции. К листовым конструкциям относятся резервуары, газгольдеры, бункеры, трубопроводы большого диаметра, и т.д. [1].
Наиболее частый вид разрушения листовых конструкций - хрупкое разрушение. На развитие хрупкого разрушения существенно влияют свойства сталей. Вероятность хрупкого разрушения увеличивается при понижении пластических свойств металла. В такой же качественной зависимости находится частота разрушения от ударной вязкости основного металла. В большей степени влияние ударной вязкости сказывается при наличии значительных концентраций напряжений. Многие стали под влиянием ряда факторов могут перейти из вязкого состояния в хрупкое. К таким факторам можно отнести: понижение температуры, наличие объемно-напряженного состояния в сварных швах или околошовной зоне, в которых могут наблюдаться дефекты в виде непроваров и микроскопических трещин, изменение скорости нагружения и уровня взлива нефтепродуктов в РВС [2]. Из числа элементов, входящих в состав низкоуглеродистой стали, широко применяемой для изготовления резервуаров, наибольшее влияние на ударную вязкость и критическую температуру хрупкости оказывает содержание углерода.
Рис. 1. Влияние содержания углерода на механические свойства сталей
С увеличением количества углерода склонность стали к хрупкому разрушению увеличивается, поэтому содержание углерода не должно превышать 0,2-0,22%. Марганец при его содержании до 0,65% положительно влияет на механические свойства и свариваемость стали, одновременно уменьшая склонность металла к хрупкому разрушению. Наличие кремния свыше 0,25% может привести к ухудшению свариваемости и образованию дефектов в процессе сварки. Весьма существенным для свойств сталей при низких температурах является содержание серы. Её содержание не должно превышать 0,04%. Сера не должна содержаться в стали в виде скоплений или сульфидных строчек, наличие которых может привести к скоплениям значительных концентраций. Кроме того, на развитие процесса хрупкого разрушения РВС оказывают влияние дефекты коррозионного происхождения. Следует отметить, что для
© Байтурсунов Д.М., Переплетов М.А., 2013.
Вестник магистратуры. 2013. №5(20).
ISSN 2223-4047
резервуаров характерны повреждения вследствие местной коррозии внутренней поверхности нижней части стенки, окрайки днища и углового шва таврового соединения с днищем [3]. Степень коррозионных повреждений зависит от параметров агрессивной среды (уровня подтоварной воды, наличия в ней концентрации H2S, С02 и др. агрессивных компонентов), режима эксплуатации (колебания уровня и оборачиваемости продукта), качества металла (углерода, легирующих добавок) и вида и качества антикоррозионного покрытия. Практика исследования эксплуатируемых резервуаров показывает, что металл уторного узла и 1-ого пояса стенки резервуара чаще всего подвержены глубокой язвенной коррозии, вследствие чего происходит интенсивное локальное разрушение. Анализируя сложный механизм протекания язвенной и ножевой коррозии резервуара в зоне воздействия подтоварной воды, можно выделить следующие этапы:
- в условиях химической и структурной неоднородности сварного соединения, наличия коррозионно-активной среды происходит электрохимическая коррозия, приводящая к образованию коррозионных язв, так и насыщению водородом поверхностных слоев металла,
- под воздействием потока водорода в поверхностных слоях в отдельных участках металла происходит образование многочисленных пор, содержащих водород,
- под воздействием нормальных к поверхности металла напряжений возможно развитие как пластических сдвигов, так и межзеренных трещин, вызывающих отрыв фрагментов металла, что обусловливает резкое увеличение скорости локальной коррозии в отдельных зонах резервуара. Такие факторы коррозионного воздействия на металл приводят к водородному охрупчиванию стали резервуара [4].
Одним из важнейших условий обеспечения высокой надежности и безопасности резервуаров является использование при их изготовлении мелкозернистых сталей с высокой стойкостью к хрупким разрушениям, а также получение качественных сварных соединений с минимальным уровнем пластических деформаций. Основные мероприятия должны быть направлены на исключение дефектов в заводских сварных швах. При проведении обследований резервуаров наблюдаются грубые отклонения размеров сварных швов от требований ГОСТ. Швы с завышенными размерами имеют крупнозернистую литую дендритную структуру металла. Если в сварном шве с крупным зерном имеется завышенное усиление, и в этой зоне имеется подрез или наплыв (тоже очень частый заводской дефект), то, в результате резкого увеличения коэффициента концентрации напряжений, риск возникновения хрупкого или малоциклового разрушения конструкции в таких зонах высок [5].
Кроме того, необходимо повысить качество врезки технологических проемов для монтажа внутреннего оборудования. Несовершенство выполнения технологических проемов и последующая неправильная установка вставок, накладок, заглушек способствуют значительной концентрации напряжений в этих зонах. Эксплуатационные и организационные мероприятия по повышению безотказной работоспособности резервуаров сводятся к соблюдению регламента работ по заполнению и опорожнению н/продуктов, обновлению антикоррозионных покрытий и проведению текущих освидетельствований с установлением их фактического качестваТаким образом, учитывая выше изложенное, есть основания считать, что вопрос обеспечения безопасной эксплуатации РВС остается на сегодняшний день нерешенным и решение этого вопроса должно сводиться не только к строгому соблюдению типового проекта, но и к обеспечению качественного и своевременного диагностирования с использованием современных методов и средств диагностики в процессе производства, а также последующую оценку остаточных ресурсов РВС.
Библиографический список
1. Бaйтурсунов Д.М. Изготовление и монтаж металлических конструкций. Учебник для вузов. Алматы, 1996. 444 с.
2. Кaндaков Г.П. Проблемы отечественного резервуаростроения и возможные пути их решения. Промышленное и гражданское строительство. 1998. № 5.
3. Пожары резервуаров с нефтью и нефтепродуктами. Обзорная информация. 1999, вып. 3-4. 100 с.
4. Розенштейн И.М. Аварии и надежность стальных резервуаров. М.: Недра, 1995. 253 с.
5. Швырков СЛ., Семиков В.Л. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 1996. № 5.
350 с.
ПЕРЕПЛЕТОВ Михаил Анатольевич - магистрант факультета общего строительства Казахской головной архитектурно-строительной академии.
