Оценка структурных параметров сталей и ресурсных характеристик резервуаров для хранения нефтепродуктов в условиях длительной эксплуатации

• Автор: Вотинов, Андрей Валерьевич
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 0 с. : 222 ил.

ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Многочисленные отказы вертикальных стальных резервуаров (РВС) и технологических трубопроводов наносят значительный экономический и экологический ущерб и приводят к риску жизни людей. Обострившиеся в последнее десятилетие проблемы остаточного ресурса обуславливают необходимость проведения исследований во многих областях конструкционного материаловедения: в вопросах механики, физики и химии де-градационных процессов, приводящих к изменению и повреждению структуры металла, снижению прочностных характеристик, образованию трехмерных дефектов коррозионного или усталостного характера и, как следствие, к отказам технических систем.
Для количественной оценки деградационных процессов необходимо проведение исследований по оценке механических характеристик с учетом эффекта старения и накопленных повреждений с обязательными комплексными металлографическими исследованиями особенностей макро и микроструктуры. Несмотря на большой объем опубликованных исследований в области деградации основного металла (А. Вествуд, В.М. Горицкий Э.М., Гутман, Г.В. Карпенко, Л.С. Лившиц, В.И. Лихтман, X. Никольс, О.Н. Романив, У. Ростокер, В.А. Скудное, М.И. Чаевский, Ж.М. Бледнова, и др) и сварных соединений (Б.Е. Па-тон, Д.Л. Поправка, С.В Стеклов, В.М. Чертов и др.) в процессе эксплуатации и разработки способов повышения долговечности метаплоконструкций, подверженных коррозионно-механическому разрушению, задача прогнозирования разрушения конструкционных материалов и изделий из них в условиях воздействия нефтепродуктов до конца не решена.
Малоизученным остается вопрос степени опасности того или иного вида структурной поврежденное™ для образования и развития конкретного вида дефекта, либо снижения механических свойств до недопустимого предельного состояния, когда даже незначительный микродефект может привести к разрушению. Поэтому оценка структурных параметров сталей и ресурсных характеристик резервуаров для хранения нефтепродуктов в условиях длительной экс-

плуатации является актуальной задачей. Актуальность и практическая значимость исследований в этой области резко возрастает по мере увеличения проектных ресурсов оборудования и повышения требований к безопасности, а в последние годы еще и в связи с увеличивающейся напряженностью их работы и повышающейся коррозионной активностью транспортируемой продукции и внешней окружающей среды.

Основанием для выполнения работы послужили:

- федеральная целевая научно-техническая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения»; подпрограмма 08.02 «Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф»; проект 1.5.2. «Создание научных основ безопасности по критериям механики разрушения для проектных, запроектных и гипотетических аварий».
- госбюджетная тема 6.5.2.01-05 кафедры ДПМ КубГТУ «Конструктивнотехнологические методы повышения долговечности деталей машин и элементов конструкций, работающих в сложных условиях нагружения»;
Цель работы. Оценка состояния металла и остаточных служебных свойств оборудования морского терминала, длительно контактирующего с нефтепродуктами, (резервуаров и технологических трубопроводов) с учетом климатических условий, дефектов технологического и эксплуатационного происхождения и разработка методов повышения долговечности и надежности.

Основные задачи исследования:

- оценить влияние длительной эксплуатации стали, находящейся в контакте с нефтепродуктами, на изменение ее структуры и механических свойств;
- произвести статистический анализ образования дефектов формы вертикальных цилиндрических стальных резервуаров в процессе эксплуатации;
- численным методом произвести оценку напряженно-деформированного состояния (НДС) вертикального цилиндрического резервуара (РВС) с учетом эксплуатационных нагрузок, климатических условий, технологических факторов и дефектов формы;

- рассмотреть механизм коррозионно-усталостного разрушения сталей, находящихся в условиях длительного контакта с нефтепродуктами;
- разработать конструктивно-технологические способы повышения надежности компенсационных систем, работающих с нефтепродуктами;
- разработать способы повышения долговечности и надежности сварных соединений, работающих в условиях воздействия коррозионно-активных сред;
- оценить риск техногенного характера при эксплуатации резервуаров и технологических трубопроводов морского терминала, длительно контактирующего с нефтепродуктами;
Объект исследования. Резервуары и технологические трубопроводы морского терминала ОАО «НК «Роснефть-Туапсенефтепродукт». Предметом исследования являются механические свойства сталей, контактирующих с нефтепродуктами, после различных сроков эксплуатации и ресурсные характеристики резервуаров с целью выработки рекомендаций по продлению ресурса, обеспечению надежности, безопасности и снижению риска разрушения.
Методология и методы исследования. Методы исследования, используемые в работе, (металлографический, дюрометрический, мультифрактальной параметризации, механических испытаний при статическом и циклическом нагружении в условиях воздействия сред и кинетики роста трещин, коррозионных испытаний), базируются на основных положениях металловедения, термодинамики, физико-химической механики материалов, мультифрактальной параметризации. физического и математического моделирования, численного моделирования НДС методом конечных элементов (МКЭ). Обследования резервуаров и трубопроводов производилось современными методами неразрушающего контроля (ультразвуковой, рентгеновский, магнитный, акустикоэмиссионный, инфракрасной спектроскопии). Для обработки результатов использовались методы статистической обработки результатов. При решении поставленных задач использовались программы NASTRAN for Windows, MATCAD, STATISTICA.

- требует дальнейшего исследования влияние факторов технологического и эксплуатационного характера на долговечность сталей в условиях циклического нагружения и воздействия коррозионно-активных сред;
- необходимо более детальное исследование влияния структуры металла и среды на коррозионное растрескивание под напряжением;
- требуют дальнейшего совершенствования методы прогнозирования остаточного ресурса металлоконструкций, подверженных воздействию циклических нагрузок и коррозионно-активных сред.
- необходима разработка конструктивно-технологических способов повышения долговечности металлоконструкций, работающих в условиях воздействия коррозионных сред.
1.2.3. Влияние изменения формы резервуаров на ресурс
Анализ статистики отказов оборудования показывает, что дефекты формы редко фигурируют среди основных факторов, повлекших разрушение конструкций. Однако, пренебрежение опасностью, которую представляют собой дефекты формы, без соответствующего обоснования, может привести к увеличению числа аварий. Это побуждает к детальному рассмотрению технической задачи по выявлению резервов долговечности оборудования с дефектами формы.
Следует отметить, что существенное влияние на равномерность статической нагрузки на стенки резервуаров оказывает неравномерная осадка резервуаров в процессе эксплуатации, особенно на фунтах с нестабильными физико-механическими свойствами и при вибрационных воздействиях от источников вибрации (насосных и компрессорных станций, железных и шоссейных дорог и т.п.). На рисунке 1.10 приведены данные о результатах обследования резервуаров по определению влияния неравномерной осадки на напряжение в стенке [25].
Причины возникновения осадок описаны в работах [26,27]. Осадка основания в основном происходит неравномерно у стенок и в центре днища