Оценка технического состояния вертикальных стальных резервуаров

Стальные резервуары широко используются для хранения нефти и нефтепродуктов в нефте - и газодобывающих и транспортирующих компаниях, предприятиях нефтехимии и нефтепереработки. В России эксплуатируется более двух тысяч резервуаров строительных номиналов от 100 до 50 тыс. м3, большая часть которых была построена в середине 197 – х, начала 1980-х гг. и к настоящему времени исчерпавших свой проектный ресурс, определенный в 20 лет. Эксплуатирующие организации регулярно проводят диагностику и ремонт резервуаров, и для них чрезвычайно актуальным являются оценка технического состояния (ОТС) этих опасных производственных объектов о обоснованное назначение объемов и сроков ремонта.

Эти задачи решаются по результатам технического диагностирования резервуаров, которое, согласно руководящим документам Ростехнадзора (1,2) проводится не реже, чем 1 раз в 4-5 лет. В настоящее время накоплен богатый опыт таких обследований. Он позволяет выполнить классификацию дефектов резервуаров и разработать методику прогнозирования их ресурсов с учетом фактических условий эксплуатации и выявленных дефектов.

Резервуар – сложный технический объект, состоящий из отдельных конструкций: стенки, днища, крыши, понтона, фундамента, трубопроводов, вспомогательных конструкций, навесного оборудования и т. д., существенно отличающихся как по своему устройству, так и по дефектам, которые могут в них появляться. Поэтому для оценки технического состояния резервуара необходимо сначала рассмотреть каждую конструкцию в отдельности с учетом выявленных дефектов и условий эксплуатации резервуара, а затем – взаимодействие конструкций между собой. При этом необходимо принимать в расчет свойства продукта, цикличность нагружения, уровень взлива, ветровые и снеговые нагрузки, коррозийную активность окружающее среды и т. д. Таким образом, очевидно, что оценка технического состояния резервуара должна производиться в несколько этапов, на каждом из которых рассчитываются и анализируются отдельные элементы и конструкции, а затем резервуар в целом. На рис. 1 в качестве примера приведена возможная схема организации работ по ОТС вертикальных стальных резервуаров (да¬лее - РВС). Видно, что часть работ может прово¬диться без вывода резервуара из эксплуатации (этап 1), а часть - после вывода резервуара из эксплуатации, его зачистки и дегазации.

Схема выполнения работ по ОТС РВС

1-й этап диагностики без вывода резервуара из эксплуатации

' контроль конструкции снаружи резервуара

2-й этап диагностики после зачистки резервуара

' контроль конструкции внутри резервуара;

' контроль основания и фундамента резервуара

Отчет по диагностике с данными о дефектах резервуара

Расчеты срока безопасной эксплуатации каждого элемента с дефектом и резервуара в целом

■ расчет прочности и устойчивости стенки резервуара, стационарной крыши, плавучести и прочности плавающей крыши резервуара;

■ расчет НДС стенки резервуара с учетом фактической геометрической формы; расчет срока и условий эксплуатации металла и сварных швов конструкций резервуара с дефектами.

Заключение по ОТС

Эксплуатация без ограничений

Эксплуатация с ограничениями.

Вывод из эксплуатации. Определение объема ремонта для обеспечения заданного срока эксплуатации

ТЭО

Ремонт, Демонтаж.

В период с 2003 по 2007 гг.  разработаны и внедрены технология оценки технического со-стояния РВС и ряд расчетных методик, учи¬тывающие перечисленные факторы. Для иллюстрации возможностей этих методик рассмотрим подробнее одну из групп де¬фектов, а именно - геометрические от¬клонения стенки РВС от проектной (цилин¬дрической) формы. К ним относятся:

 - вмятины, выпучины.

- отклонения образующих стенки от вертикали.

- угловатость сварных швов стенки.

С учетом этих и других выявленных дефектов для стенки РВС выполняются расчеты двух основных типов:

- для выявления дефектов геометрии рассчитывается напряженно – деформированное состояние (НДС) стенки РВС;

- для получения НДС стенки рассчитывается число циклов нагружения для разрушения конструкции с дефектами металла или сварных швов, и далее – срок допустимой эксплуатации конструкции.

Отметим, что разработанная методи¬ка позволяет рассчитывать НДС конст¬рукций при наличии дефектов как до¬пустимых, так и недопустимых согласно действующим нормативам [1, 3].

Моделирование стенки РВС и расче¬ты НДС выполняются согласно разра¬ботанной методике с применением вы-числительного комплекса ANSYS 11.0*. Методика включает в себя порядок создания конечно-элементной сетки, порядок выбора ее шага, порядок оцен¬ки точности получаемых результатов и некоторые другие составляющие. Она учитывает геометрические параметры стенки РВС, переменную толщину лис¬тов стенки по ее высоте, механические свойства стали листов стенки, а также эксплуатационные нагрузки.

Приведем несколько примеров для иллюстрации практических результатов, которые позволяет получить разрабо¬танная методика. По результатам диагностирования вертикального стального резервуара с понтоном объемом 10000 м3 (РВСП-10000) обнаружена вмятина размером 4000 х 2800 со стрелой прогиба 65 мм, расположенная на верхних поясах стен¬ки (рис. 2). Согласно действующим нор¬мативам [1] эксплуатация резервуара с данным дефектом недопустима, вмятина должна быть устранена. Применение разработанной методи¬ки расчета НДС дало следующие ре¬зультаты (рис. 3).

 

Установлено, что при фактических условиях эксплуатации данного РВС и при наличии выявленных дефектов максимальные напряжения в его стенке не превышают 136 МПа при допускаемых напряжениях 162 МПа. Таким образом, напряжения, возника¬ющие в стенке данного РВС, не превы¬шают согласно [1] допустимых значений. Следовательно, резервуар может без¬опасно эксплуатироваться с имеющими¬ся дефектами геометрии стенки.

По результатам расчета НДС стенки определены значения напряжений в зо¬не дефектов металла и сварных швов стенки резервуара и, с учетом фактичес¬кой цикличности, выполнены расчеты срока допустимой эксплуатации стенки с каждым из дефектов. Пример эти результатов приведен в табл. 1.

На основании описанных расчетов раз¬рабатываются рекомендации для продолжения эксплуатации резервуара. В данном случае они могут быть сформулированы следующим образом: рассмотренный РВС может эксплуатироваться без устранения выявленных дефектов (вмятина, ребро жесткости, дефекты из табл. 1 в течение 4,4 лет; в случае устранения дефекта № 6 из табл. 1 срок эксплуатации РВС может быть продлен до следующего очередного технического диагностирования, поскольку оставшиеся дефекты не препятствуют его эксплуатации в течение 15 лет (см. дефект № 5, табл. 1).

Рассмотрим еще один пример. На рис. 4 приведены результаты расчета НДС стенки РВСП-20000 с четырьмя де¬фектами геометрии: 3 вмятины на 5-м, 6-м и 7-м поясах и 1 угловатость в 5-м - 6-м поясах. 

Все дефекты в соответст¬вии с их размерами и расположением являются недопустимыми согласно [1].

Выполненный согласно разработан¬ной методике расчет НДС стенки данного резервуара показал, что в зоне трех вмятин при проектном уровне взлива не возникают недопустимые напряже¬ния. В зоне же угловатости при уровне взлива от 6-го пояса и выше возника¬ют напряжения, превышающие допусти¬мые. Таким образом, вмятины в стенке данного резервуара не препятствуют его эксплуатации на проектном уровне; для обеспечения безопасной эксплуатации их устранение не требуется. Что касает¬ся угловатости, то резервуар допускает¬ся эксплуатировать с уровнем взлива не более высоты 5-го пояса. При необхо¬димости более высоких уровней взлива угловатость необходимо устранить.

Заключение

Разработанная технология оценки тех­нического состояния резервуара и ме­тодика расчета напряженно-деформиро­ванного состояния его конструкций поз­воляют оценивать опасность выявленных дефектов в зависимости от фактических условий эксплуатации резервуара.

Применение предлагаемых техноло­гий позволяет разрабатывать технико-экономическое   обоснование целесо­образности ремонта в зависимости от послеремонтного срока эксплуатации резервуара. Таким образом, эксплуати­рующая организация получает инстру­мент для того, чтобы в зависимости от загрузки резервуарного парка, финансо­вых и технических возможностей прини­мать обоснованное решение о продол­жении эксплуатации РВС без ремонта, выполнении текущего или капитального ремонта или демонтаже резервуара.



Просмотров: 3428

Дата: Понедельник, 20 Августа 2012

Новости