CC BY
23
УДК 620.191.33
И. Е. Харламов, С. И. Валеев, В. А. Булкин
ВОЗМОЖНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЕМКОСТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ С ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ДЕФЕКТАМИ НА НЕФТЕГАЗОХИМИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Ключевые слова: эксплуатация, промышленность, расслоение, обечайка, аппарат, напряжения.
Проведен анализ влияния расслоений, выявленных в основном металле обечайки аппарата, на его дальнейшую безопасную эксплуатацию.
Keywords: exploitation, industry, fibration, shell, apparatus, stresses.
The influence of the fiberings, identified in the base metal of apparatus shell, on the safe operation was analyzed.
Основой безаварийной работы технических устройств к которым относятся сосуды и аппараты химических, нефтегазохимических производств, является их систематическое обслуживание и ремонт, что связано с высокой взрывопожароопасностью. Требования, к системе обслуживания сосудов и аппаратов в нефтехимии закреплены в правилах [1]. Согласно этим правилам каждое техническое устройство при выработке ресурса, должно подвергаться экспертизе промышленной безопасности обследованию в строго определенные сроки с целью продления срока дальнейшей его безопасной эксплуатации [1, 2, 3].
Одним из наиболее опасных дефектов, приводящих к взрывам и пожарам является расслоение основного металла или сварного соединения [4, 5, 6].
Если в аппарате обнаружен технологический дефект-расслоение не зависимо от его размеров и расположения в металле, возможность его эксплуатации решается экспертной организацией с учетом [7].
Как правило эксплуатация такого оборудования возможна при условии ремонта с применением сварки дефектного участка или периодического контроля этого участка неразрушающими методами для наблюдения за размерами расслоения, если расположение и размеры расслоения не позволяют провести ремонт дефектного участка. Проведение периодического контроля дорогостоящий и трудоемкий процесс, особенно в случае непрерывного технологического процесса.
При техническом диагностировании в аппарате диаметром 016ООх1О мм, изготовленном из материала Вст3сп5, рабочее давление емкости - 10 кгс/см2, в обечайке корпуса было выявлено три эллиптических расслоения на глубине от наружной поверхности от 5.4 до 6.3 мм, с осями (размерами) №1 150х830, №2 150х1000, №3 130х300 расположенные на разных расстояниях от сварного шва приварки нижнего днища (рисунки 1, 2, 3). Расслоения имеют вытянутую форму в кольцевом направлении, симметричны относительно оси обечайки.
Задачей исследований было нахождение параметров механики разрушения К1,П,Ш, разработка метода их автоматизированного расчета
для прогнозирования возможной дальнейшей эксплуатацией технического устройства с трещиноподобным дефектом типа расслоение. В соответствии с [8] была произведена оценка сопротивление хрупкому разрушению по коэффициенту интенсивности напряжения.
Методом конечных элементов с помощью программного комплекса А№У8 проводился расчет напряженно-деформированного состояния,
вычисление коэффициентов интенсивности напряжений (КИН). Рассматривалась модель половины обечайки с записью соответствующих граничных условий на плоскости симметрии. Прикладывались растягивающие напряжения для имитации реакции днищ к торцевым плоскостям. В расчетах не учитывалось влияние концентраторов напряжений (штуцеров, сварных швов и т.д.), а расслоения рассчитывались каждый отдельно, параллельно поверхности обечайки, на разных глубинах залегания от наружной поверхности.
Для конструирования точной сетки в зоне фронта расслоения использованы 2-Б элементы со смещенными центральными узлами (для реализации функции формы с корневой особенностью) РЬА№Б82 и 3-Б элементы 80ЬГО186 с включением контактных элементов С0ЭТА174 и ТАЯвБ170. Задача решалась нелинейная, контактная, статическая без учета влияний пластических деформаций в зоне фронта расслоения.
Распределение КИН по фронту расслоения №1
— K I (4 .6)
— K I I (4 .6)
— K I I I (4.6) KI(3.5)
-KI I (3.5) KIII(3.5)
угол между
Рис. 1 - Распределение расслоения № 1
КИН по фронту
В результате упругого расчета установлено, что эквивалентные напряжения максимальны в вершинах расслоений и равняются: для расслоения № 1-1,7 МПа, для расслоения №3-1,6 МПа.
Рассчитанные значения напряжения достаточно малы по сравнению с допускаемыми напряжениями для материала корпуса обечайки 142 МПа. Поэтому необходимо проанализировать возможный рост выявленных расслоений и их сопротивление хрупкому разрушению. Данные разрушения наиболее опасны, потому что происходят внезапно и распространяются с большой скоростью без заметной макропластической деформации.
Распределение КИН по фронту расслоения №2
12,00 ) 10,00 М 8,00 : 6,00 ! 4,00 ! 2,00 0,00
— —- --*—
/ / / J —*■"
/ /
—.—•
► ■-KI(4.6) I—KII(4.6) k— KIII(4.6) <—KI(3.7) i—KII(3.7) KIII(3.7)
угол между осью симметрии расслоения и рассматриваемой точкой фронта (град)
Рис. 2 - Распределение КИН по фронту расслоения № 2
Рис. 3 - Распределение КИН по фронту расслоения № 3
На графиках показаны результаты расчетов коэффициентов интенсивности напряжений (КИН) в 7 точках вдоль фронта расслоения. Полученные результаты показывают, что для расслоений, которые расположены параллельно поверхности, преобладают коэффициенты интенсивности напряжений второго типа (поперечного сдвига). КИН возрастает по мере приближения расслоения к
внутренней стенке обечайки аппарата. Величины коэффициентов интенсивности напряжений малы по сравнению с критическим для материала Вст3сп5, что исключает при данных условиях эксплуатации дальнейший рост расслоений. А значит выявленные расслоения не оказывают негативного влияния на прочность и безопасную эксплуатацию технического устройства.
Литература
1. Приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 11.03.2013 г. № 96 «Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств»;
2. Федеральный закон от 21.07.1997 г. № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» с изменениями;
3. Приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 14 ноября 2013 г. № 538 «Правила проведения экспертизы промышленной безопасности»;
4. С.И. Валеев, И.Е. Харламов, В.А. Булкин Безопасная эксплуатация емкостного оборудования с трещиноподобными дефектами типа расслоение // Материалы II Международной научно-практической конференции ЕНО «Современные концепции научных исследований» № 2 февраль, 2015, с 44-46.
5. Ю.И. Шакирова, С.И. Валеев, В.А. Булкин Эксплуатация технических устройств (сосудов и аппаратов) с дефектами типа расслоение//Вестник Казанского Технологического университета. 2012.-Т.15, № 16-С. 157-158;
6. И.Е. Харламов, С.И. Валеев, Ф.Р. Зайнуллин, В.А. Булкин Исследование расслоений различной формы и ориентации в обечайке с определением параметров трещиностойкости//Вестник Казанского Технологического университета. 2014. Т.17,.-№ 20-С. 267-269;
7. РД 03-421-01 Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2002;
8. ПНАЭ Г-7-002-86 Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Москва ЭНЕРГОИЗДАТ, 1989.
© И. Е. Харламов - асс. каф. машин и аппаратов химических производств КНИТУ, mahp_kstu@mail.ru; С. И. Валеев - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, vsi73@mail.ru; В. А. Булкин - д-р техн. наук, проф. той же кафедры, v_a@mail.ru.
© I. E. Kharlamov, assistant of the department chemical productions machines and apparatuses of mechanical faculty of KNRTU, mahp_kstu@mail.ru; S. I Valeev, ph.D., Associate Professor of the department chemical productions machines and apparatuses of mechanical faculty of KNRTU, vsi73@mail.ru; V. A. Bulkin, doctor of Technical Sciences, Professor of the department chemical productions machines and apparatuses of mechanical faculty of KNRTU, bulkin_v_a@mail.ru.
120
160
180
