(343) 287-55-66
Виды деятельности


 
 
   

Оценка технического состояния резервуаров вертикальных стальных

Сафина И.С., Каузова П.А., Гущин Д.А.

//Журнал "ТехНадзор" №3(112) март 2016г.

Вертикальные стальные резервуары представляют собой одну из самых востребованных и распространенных разновидностей емкостного оборудования. Их применение считается необходимым для хранения, транспортировки, приема различных веществ в жидком состоянии.

Комплексная оценка технического состояния конструктивных элементов резервуара, опорных элементов и установленного на резервуаре оборудования, обеспечивающего его безопасную эксплуатацию, проводится при техническом диагностировании и экспертизе промышленной безопасности в соответствии с требованиями нормативной документации, утвержденной Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору России [1].


Анализ результатов технического диагностирования более 60 вертикальных стальных резервуаров в период 2009-2014 гг. показывает, что около 80% объектов имеют несоответствия существующим требованиям промышленной безопасности.

Нарушение герметичности в резервуарах в большинстве случаев вызывается совокупностью различных неблагоприятных воздействий на конструкции. Дефекты могут образоваться при изготовлении и монтаже резервуара (технологические дефекты) и в процессе эксплуатации резервуаров (эксплуатационные дефекты) на основном металле или сварном шве, оборудовании или элементах конструкции резервуара.

В процессе эксплуатации дефекты возникают из-за ошибок проектирования, изменений условий эксплуатации, внешних нагрузок и воздействий, изменения прочностных свойств элементов конструкций резервуаров вертикальных стальных (РВС) после длительной эксплуатации, изменения толщин конструкционных элементов. 

Процентное соотношение наиболее опасных дефектов и повреждений резервуаров показано на рисунке 1.


                                                                    Рисунок 1 - Дефекты и повреждения РВС

Одной из основных причин выхода из строя нефтегазового оборудования является коррозия, составляющая 30% основных дефектов РВС (рис.2, рис.3). Коррозия не только снижает срок службы резервуарного оборудования, но и непосредственно оказывает влияние на безопасность при его эксплуатации.

Рисунок 2 - Сквозные коррозионные повреждения листов         Рисунок 3 - Коррозионные повреждения листов нижнего кровли                                                                                                                пояса

По данным статистики основная часть коррозионного износа приходится на нижнюю часть корпуса, где подтоварная вода, осаждающаяся из нефтепродуктов и насыщенная химически активными элементами, вызывает коррозию днища и нижней части первого пояса, а также на верхнюю часть корпуса и кровлю, подверженных воздействию газовой среды, в которой присутствуют весьма активные коррозионные агенты (рис.4).


Рисунок 4 - Резервуар вертикальный сварной в разрезе

Наиболее опасны сквозные поражения, приводящие к утечке продукта. Сквозные отверстия днищ и коррозия уторного узла (место соединения днища со стенкой) могут привести к серьезным последствиям.

Опасность коррозии как фактора, уменьшающего долговечность резервуаров, усугубляется и тем, что продукты коррозии попадают в нефтепродукты и загрязняют их, что приводит к потере их качества

Прочность и долговечность резервуара, как сварной конструкции, во многом определяется качеством сварных швов. Дефекты сварных швов РВС составляют 22% основных дефектов резервуаров. При дефектоскопии сварных швов резервуаров были обнаружены следующие виды дефектов: отпотины, непровары, несплавления, подрезы, свищи, отклонение размеров шва от требований нормативных документов, смещение стыкуемых кромок, нахлесточные соединения вертикальных и горизонтальных листов стенки резервуара и т.д. Непровары уторного соединения стенки с днищем, расположенные с внутренней стороны, оказывают наибольшее влияние на несущую способность резервуаров. Ряд дефектов монтажа резервуаров связан с нарушениями, допущенными при сборке резервуара под сварку. В частности, в стенках РВС, выполненных из рулонных заготовок, иногда встречаются дефекты, называемые «угловатостью монтажных швов». Под влиянием переменных нагрузок, обусловленных циклами заполнения-опорожнения, в таких швах развиваются вертикальные трещины малоцикловой усталости. Влияние дефектов на надежность сварного соединения повышается при увеличении длительности работы конструкции в нагруженном состоянии, при усилении коррозии и при снижении температуры эксплуатации. Во время длительной эксплуатации дефекты сварных швов под действием коррозии и концентрации напряжений могут приобрести опасные размеры.

В основном металле резервуаров часто встречаются расслоения, неметаллические включения и закаты. Неметаллические включения и расслоения при выходе на кромки листов создают опасность образования трещин в сварных швах в процессе сварки. Неправильное удаление монтажных приспособлений, приваренных к стенке резервуара, приводит к образованию задиров на поверхности листов стенки. Царапины и риски на поверхности листов и конструкций снижают механическую прочность и служат источником концентрации напряжений.

Одним из наиболее часто встречающихся типов дефектов, возникающих при монтаже и эксплуатации вертикальных стальных цилиндрических резервуаров, являются вмятины и выпучины – источники дополнительных напряжений (18% основных дефектов резервуаров). Такого рода дефекты имеют широкую вариацию геометрии, размеров и мест расположения, обусловленную разнообразными причинами их возникновения.

К основным причинам появления вмятин и выпучин следует отнести:

-  нарушение технологии сборки и сварки отдельных элементов стенки при монтаже и ремонте металлоконструкций;

-  неравномерную осадку оснований в процессе эксплуатации резервуаров.

Конструкции вертикальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов в процессе эксплуатации подвергаются различным силовым воздействиям: давление покрытия снегового покрова, давление продукта, избыточное давление в газовом пространстве резервуара, температурные воздействия и др. Эти факторы приводят к деформированию стенок в результате неравномерной нагрузки, особенно при наличии крена резервуара.

Геометрические отклонения стенки от проектной формы происходят в результате осадки основания, сильного ветра или нарушения режимов эксплуатации.

Осадка оснований резервуаров, вызываемая деформацией грунтов, является неизбежным явлением в практике эксплуатации резервуаров. Осадка основания возникает в результате сжатия грунта под нагрузкой, вызванной массой конструкции резервуара и хранимой в нем жидкости. Осадка основания может возникнуть в результате потери несущей способности грунтов основания в процессе интенсивного обводнения (влажность грунтов основания повышается более чем в два раза), вследствие плохо организованного водоотвода дождевых и талых вод с поверхности резервуара и некачественного выполнения насыпи в основании резервуара, а также эрозии почвы.

Равномерная осадка не вызывает напряжений в конструкции резервуара. При этом необходимо учесть, что трубопроводы и прикреплённое оборудование должны иметь возможность перемещения для уменьшения напряжений в зоне врезки патрубков в стенку резервуара.

Равномерный наклон основания в какую либо сторону вызывает увеличение уровня жидкости в сторону наклона и, следовательно, увеличение кольцевых напряжений в оболочке резервуара. Кроме того, значительный наклон может вызвать препятствие перемещению понтона или плавающей крыши или их заклинивание.

Осадка основания, в основном, происходит неравномерно, наибольшего значения она достигает около стенок и наименьшего – в центре. В результате местного повреждения окраек основания в корпусе и днище резервуара развиваются значительные напряжения, которые могут привести к изменению формы цилиндрической оболочки с образованием выпучин и вмятин, появляется опасность срезки патрубков, к которым крепятся трубопроводы, затрудняется работа понтона и плавающей крыши [2].

Большие неравномерные осадки по площади днища и по его периметру вызывают дополнительные деформации в конструктивных элементах резервуаров, особенно в нижнем узле сопряжения стенки с окрайкой днища и связанные с ними дополнительные напряжения. Сочетание значительных эксплуатационных напряжений с дополнительными от неравномерной осадки может привести к разрушению узла сопряжения или к разрыву полотнища днища.

Обследования технического состояния резервуаров показали, что многие резервуары имеют на днище хлопуны, размеры которых значительно превышают предельно-допустимые нормативные значения. При действии гидростатического давления хлопун в зависимости от своей жесткости может либо не измениться, либо прогнуться до соприкосновения с основанием, либо выхлопнуть как мембрана. При этом, в днище возникают дополнительные напряжения. Наиболее опасно расположение хлопуна вблизи уторного соединения стенки с днищем. Прощелкивание хлопунов при многократной загрузке-разгрузке может привести к образованию усталостных трещин и при определенных условиях к разрушению всего резервуара.

Вывод: данные обследований технического состояния показывают, что резервуары, находящиеся в эксплуатации, имеют многочисленные дефекты и повреждения, среди которых наиболее опасными являются трещиноподобные дефекты сварных швов и неравномерная осадка оснований. Характерными зонами разрушений резервуаров являются уторное соединение стенки с днищем, места технологических отверстий и монтажных заплат в стенке, то есть области, где имеется концентрация напряжений, а сварные швы содержат дефекты, способные инициировать хрупкие трещины.

Решение вопроса эксплуатационной надежности резервуаров должно сводиться не только к строгому соблюдению типового проекта, но и к обеспечению качественного и своевременного диагностирования с использованием современных методов и средств диагностики c последующей оценкой остаточного ресурса резервуаров.

Литература:

  1. СА 03-008-08 «Резервуары вертикальные стальные сварные для нефти и нефтепродуктов. Техническое диагностирование и анализ безопасности».
  2. СТО 0030-2004 (02494680, 01400285, 01411411, 40427814) «Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов. Правила технического диагностирования, ремонта и реконструкции».

Читать также:

Экспертиза промышленной безопасности технических устройств без вывода из эксплуатации

Основные аспекты оценки технического состояния технологических трубопроводов

Экспертиза промышленной безопасности Резервуаров Вертикальных Стальных без вывода оборудования из эксплуатации