Нормирование дефектов формы и ресурса вертикальных цилиндрических резервуаров

• Автор: Алифанов, Леонид Аскольдович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 224 с. : ил.

1. Отказы, дефектность и методы расчетов вертикальных цилиндрических резервуаров
1.1 Анализ факторов, вызывающих отказы вертикальных цилиндрических резервуаров
1.2 Разновидности дефектов формы и причины их возникновения
1.3 Обзор существующих методов оценки ресурса цилиндрических оболочек с вмятинами
2. Анализ статистических данных по несовершенствам формы и отклонениям наружного контура днищ
2.1 Методы измерения и обработки статистического материала
2.2 Анализ статистических данных по локальным дефектам формы
2.3 Зависимость между осадкой основания и погибью
2.4 Анализ статистических данных по местным прогибам окрайков днищ
2.5 Анализ статистических данных по отклонениям образующих стенок от вертикали
3. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния в зоне вмятин в линейной постановке
3.1 Выбор расчетной схемы и верификация результатов расчетов в линейной постановке
3.2 Общая характеристика НДС в зоне вмятин и зависимость напряжений от высоты налива нефтепродукта
3.3 Определение коэффициентов концентрации напряжений в зависимости от геометрических параметров вмятины
4. Упругопластический расчет цилиндрических оболочек с вмятинами

4.1 Модели нелинейного поведения материала и аппроксимация
диаграммы деформирования
4.2 Сопоставление результатов численных расчетов
с экспериментальными данными
4.3 Влияние учета нелинейностей на коэффициент концентрации
напряжений и деформаций в зоне вмятины
5. Нормирование дефектов формы и ресурса вертикальных
стальных резервуаров
5.1 Методика определения числа циклов нагружения до образования
усталостной трещины
5.2 Нормирование ресурса вертикальных цилиндрических резервуаров
с вмятинами
5.3 Методика нормирования параметров дефектов формы
Список использованных источников
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Таблица А.1 - Локальные дефекты формы вертикальных цилиндрических резервуаров
Таблица А.2 - Местные прогибы окрайков днищ вертикальных цилиндрических резервуаров
Таблица А.З - Отклонения образующих корпусов вертикальных цилиндрических резервуаров от вертикали
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Результаты численных расчетов НДС вмятин
Таблица Б. 1
Таблица Б.2
Таблица Б.З
Таблица Б.4

Актуальность. Вертикальные цилиндрические резервуары используются в различных отраслях народного хозяйства. На территории России эксплуатируется около 40000 резервуаров объемом от 500 до 50000 м3, "средний возраст" которых по некоторым оценкам свыше 35 лет, в то время, как нормативный срок службы — 20 лет. Таким образом, большая их часть находится на грани исчерпания ресурса.
Резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов относят к ответственным инженерным сооружениям, т. к. их катастрофические отказы могут приводить к серьезным экономическим и экологическим последствиям и к риску для жизни людей. Замена резервуаров, выработавших проектные ресурсы, требует больших капиталовложений, поэтому в настоящее время актуальной проблемой является разработка методов технического диагностирования, позволяющих определять остаточный ресурс резервуаров, с учетом обнаруживаемых при обследованиях дефектов и несовершенств.
Наиболее распространенными источниками аварий резервуаров являются концентраторы напряжений (дефекты сварки, врезки и проемы, выполненные с нарушением соответствующих требований и т.д.) в сочетании с низким качеством стали и неблагоприятными воздействиями: низкой температурой, коррозионным износом, непроектным вакуумом, неравномерной осадкой основания и т.д. Среди концентраторов напряжений в отдельную группу можно выделить локальные несовершенства формы: вмятины, выпучины и хлопуны. Анализ результатов технических освидетельствований показывает, что около половины обследуемых резервуаров имеют вмятины и хлопуны, приблизительно пятая часть которых не удовлетворяет действующим нормам. Анализируя статистику отказов можно прийти к выводу, что дефекты формы редко фигурируют среди основных факторов, повлекших разрушение резервуаров. С другой стороны, пренебрежение опасностью, которую представляют вмятины, без соответствующего обоснования может привести к увеличению числа аварий.

конуса то задача определения напряжений по заданным отклонениям образующих от вертикали будет иметь единственное решение. Для определения перемещений в промежуточных точках стенки в этом случае можно использовать, например, интерполирующие бикубические сплайны как это сделано в /70/. По заданным перемещениям не составляет труда определить соответствующие им напряжения. Результаты численного моделирования, тем не менее, отвергают предположение о радиальности отклонений, вызванных местными прогибами окрайков днищ. При неравномерной осадке основания стенка резервуара претерпевает сложную трёхмерную деформацию, которая выражается как в радиальных смещениях точек, так и в закручивании всего корпуса. Поэтому, напряжения, найденные при описанных выше допущениях являются чисто гипотетическими. Более точным /71/, по всей видимости, является подход, при котором опытное отклонение Аоп представляется в виде суммы двух составляющих:
Аоп - Арасч + Аост! (2.8)
где АРасч — часть отклонения, вызванная осадкой основания, Аост — часть отклонения, вызванная остальными факторами (начальные сварочные напряжения и т. д.). Напряжённо-деформированное состояние в этом случае определяется как сумма НДС, вызванного осадкой основания плюс НДС от заданных перемещений Аост, равных разности между Д„„ и Арасч, которые предполагаются радиальными.
Как показывают расчеты, уровень напряжений от осадки основания (которая, как было показано, формирует существенную долю погиби) на большей части стенки резервуара не высок. Однако, при определении допускаемых значений отклонений образующих от вертикали кроме соображений прочности следует принимать во внимание снижение общей устойчивости деформированной стенки /71/. В настоящее время допуски на отклонения образующих (см. таблицу 1.4) установлены на основании обработки статистических данных (см. раздел 2.5). В будущем, по мере накопления расчетного и экспериментального материала, имеется перспектива усовершенствования действующих норм.