ОЦЕНКА  ТЕХНИЧЕСКОГО  СОСТОЯНИЯ  И  РАСЧЕТ  НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО  СОСТОЯНИЯ  СТЕНКИ  РЕЗЕРВУАРА

Глянько  Максим  Анатольевич

специалист, 
АО  «ИркутскНИИхиммаш»,
РФ,  г.  Иркутск

E-mail: 

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  документации.  Предложенная  технология  обеспечивает  минимальный  уровень  опасности  выявленных  дефектов  в  зависимости  от  фактических  условий  эксплуатации  резервуара.

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];

·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  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  напряженно-деформированного  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). 

Рисунок  2.  Конечно-элементная  модель  стенки  резервуара  с  дефектами

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.

Таблица  1. 

Результат  расчета  срока  допустимой  эксплуатации  стенки

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).

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».