Оценка опасности дефектов резервуаров

Влияние механических повреждений на работоспособность конструкции выражается через концентрация напряжений. Так, при циклическом нагружении резервуара развитие пластических деформаций идет опережающими темпами в поверхностных слоях металла, а затем локализируется в окрестностях механического повреждения, являющегося концентратором напряжений.

Имеются эмпирические формулы, с помощью которых можно установить зависимость между различными параметрами, характеризующими процесс усталостного разрушения металла. В частности, связь между амплитудой упругопластинчатой деформации ɛа и числом циклов до разрушения при малоцикловом нагружении определяется по формуле:

ɛ_а = ln N^-m+

где ψ – относительное сужение; N – число циклов; σ – предел усталости; E – модуль Юнга; m – коэффициент, характеризующий условия среды.

С учетом того, что σ = 0,4σ_В, при значение 300≤ σ_В ≤700 Мпа, выражение ɛ_а = ln N^-m+ преобразуется к виду:

ɛ_а = ln N^-m+

Первый член формулы описывает пластинчатую деформацию в окресности концентратора напряжений, а второй – упругую часть деформации. Из приведенных формул видно, насколько существенно повышение напряжений в местах различного рода дефектов (от двух и более раз по сравнению с бездефектным участком), приводящее к усталостным явлениям в стали.

Имеется ряд работ, посвященных оценке концентрации напряжений

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

в зоне классических (неострых) дефектов, радиус закругления которых не стремиться к нулю Расчет напряжений в зоне таких дефектов дает возможность классифицировать повреждение по степени опасности. Если расчётное напряжение таково, что приближается к 0,9σ_т, то дефект относится к опасным. В случае острых дефектов (трещинообразных) понятие коэффициента напряжений 𝛼 теряет смысл, поскольку радиус закругления в вершине острых дефектов стремиться к нулю, а значение 𝛼 при этом стремится к бесконечности.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Поэтому для оценки опасности острых дефектов должна применяться другая теория.

Основой оценки прочности конструкций с острыми дефектами стенки явились экспериментальные исследования разрушения цилиндрических сосудов давления, изготовленных из различных марок сталей, и теоретические исследования. Главным допущением теоретических исследований являются предложения об идентичном поведении сквозной трещины в цилиндрической оболочке, нагруженной внутренним давлением, и в плоской пластине с такой же толщиной, нагруженной растягивающим напряжением:

σ = M_фσ_θ.

Значение коэффициента M_ф (коэффициент Фолиаса) зависит от длины трещины, радиуса кривизны цилиндрической оболочки и толщины стенки.

Следовательно, критическое значение напряжений σ_θ, при котором начинает распространяться трещина в цилиндрической оболочке, можно выразить через критическое напряжение в плоской пластине σ͛:

σ͛_θ = M_ф^-1 σ͛.

Выражение σ͛_θ = M_ф^-1 σ͛ можно использовать в следующем виде:

σ͛_θ = M_ф^-1 σ͛_ср.

где M_ф = (l – длина трещины; R – внутренний радиус цилиндра; δ – толщина стенки цилиндра; σ_ср – некоторое усредненное напряжение).

Величина σ_ср может быть представлена как некоторое усредненное значение напряжения в пластинчатой зоне. При низких напряжениях, когда деформации в пластической зоне малы, можно принять σ_ср = σ_т. При высоких напряжениях сказывается деформационное упрочнение σ_ср >σ_т. Верхним пределом σ_ср является σ_вр. Таким образом, можно считать, что σ_т< σ_ср< σ_вр.

Соотношение σ͛_θ = M_ф^-1 σ͛_ср можно использовать для сосудов из высокопрочных материалов с короткими трещинами, когда выполняется условие:

^{2 ≥} 7,

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

где σ_{т. –} предел текучести материала, МПа; К_с – коэффициент

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

трещиностойкости материала, Мпа м^½.

В результате проведения обработки экспериментальных данных имеются несколько эмпирических зависимостей для определения величины σ_ср (МПа):

σ_{ср =} 1,04 σ_т + 70;

σ_ср = 1,23 σ_т;

σ_ср = 0,66 (σ_т + σ_вр) – 126,7;

σ_ср = 0,51 (σ_т + σ_вр).

 

На основание экспериментальных данных соотношение σ = M_фσ_θ для определения разрушающего давления при наличие продольного поверхностного дефекта представляется в виде:

σ_θ = σ͛ = σ͛ ,

где σ_θ – номинальное окружное разрушающее напряжение; σ͛ - напряжение пластического течения (НТП); А₀ = Lδ – площадь сквозного дефекта с длиной, равной длине поверхностного дефекта; А = Lt – площадь поверхностного дефекта; L – длина дефекта; t – глубина поверхностного дефекта.

На основании изложенного разрушающее давление может быть выражено следующей зависимости:

p_разр = 1,23p_т ,

где M_ф = (t – глубина дефекта; δ – толщина стенки сосуда давления; L – длина дефекта; D – диаметр; p_т = – давление текучести, т.е. давление при котором напряжение равны пределу текучести материала σ_т).

Соотношение σ͛_θ = M_ф^-1 σ͛_ср и p_т = положены в основу большинства норм оценки опасности дефектов в стенках сосудов давления и, в частности, резервуаров.

Из изложенного выше можно сделать вывод о том, что в основу используемых в настоящее время методик оценки опасности локальных дефектов положен полуэмпирический подход, при котором два параметра (М_ф, σ͛ или σ_ср) должны быть определены косвенными методами с учетом принятого механизма разрушения и результатов испытаний образцов с дефек4тами на разрушение. [10]

2.4.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Техническое обслуживание резервуаров.

Осмотр и техническое обслуживание резервуара должны проводиться в соотверствие с картами технического обслуживания.

При осмотре РВС необходимо обратить внимание на следующее: утечки нефти; образования трещин по сварным швам и основному металлу; появление хлопунов и вмятин; неравномерная осадка резервуара.

В резервуарах о стационарной крышей (без понтона) необходимо контролировать избыточное давление, его соответствие установленному (допустимому). Для резервуаров, находящихся в эксплуатации длительное время, могут быть уменьшены избыточное рабочее, максимальное давление и вакуум по сравнению с проектными на величину, определяемую на основе результатов диагностирования состояния резервуаров.

Визуальный осмотр поверхности понтона требуется проводить в верхнем его положении через световой люк. При осмотре необходимо проверить наличие или отсутствие отпотин или нефти на ковре понтона и в открытых коробах, состояние затвора.

Плавающую крышу следует осматривать с верхней кольцевой площадки. При осмотре необходимо проверить положение плавающей крыши, ее горизонтальность, отсутствие нефти в центральной части плавающей крыши, зимой – наличие снега на плавающей крыше, состояние защитных щитков кольцевого уплотняющего затвора, положение задвижки системы водоспуска.

При техническом обслуживании резервуара с плавающей крышей следует проверить состояние катучей лестницы, погружение плавающей крыши, отсутствие нефти в коробах и в отсеке между ними, техническое состояние затвора и его элементов, ливнеприемника. [13]

На железобетонных резервуарах (ЖБР) с водонаполненым покрытием в условиях положительной температуры уровень водяного экрана должен постоянно поддерживаться на проектной отметке. На ЖБР с земляной насыпью на кровле поверхности должна быть спланирована.

При появление нефти в дренажном и шахтном колодцах, камере управления, а так же при выходе ее на поверзность обсыпки резервуара или территорию резервуарного парка резервуар должен быть опорожнен для выявления и устранения имеющихся неисправностей.

Текущие ремонт проводится в плановом порядке без очистки резервуара по заранее разработанному графику.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

При текущем ремонте РВС выполняются следующие работы:

─ ремонт кровли, верхних поясов стенки;

─ ремонт сифонных кранов;

─ набивка сальниковых задвижек;

─ ремонт отмостки;

─ ремонт заземления;

─ окраска;

─ подтяжка болтов;

─ замена кассет на огневых предохранителях;

─ ремонт прочего оборудования, расположенного с внешней стороны резервуара, который может быть выполнен без вывода резервуара из эксплуатации.

При текущем ремонте ЖБР выполняются следующие виды работ: ремонт кровли резервуара, а также защита бетона путем пропитки его или покраски различными составами; набивка сальников задвижек; ремонт заземлений; замена кассет на огневых предохранителях.[14]