Оценка структурных параметров стали 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: 220 с. : 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. Скуднов, 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 металлоконструкций, 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 поврежденности 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 эксплуатации 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.

с покрытием. Качество сцепления покрытия с подложкой улучшается при предварительном подогреве подложки, который имеет место после проведения сварки.
В настоящей работе использовался метод плазменного напыления порошкового материала. Сущность метода заключается в нагреве напыляемого материала до пластического состояния и переносе его на поверхность подложки посредством плазменной струи. Процесс плазменного напыления
Рисунок 2.2 - Схема процесса плазменного напыления
При отработке технологии нанесения плазменного покрытии в лабораторных условиях поверхность детали, предназначенной для напыления, предварительно активировали с помощью металлической щетки. Активация поверхности необходима для улучшения адгезионнной прочности сцепления деталь-покрытие. Важным моментом является активация поверхности непосредственно перед процессом напыления, так как с увеличением времени между активацией и напылением адгезионная прочность изменяется [33].
В процессе плазменного напыления в плазменной горелке, плазматроне, между анодом и катодом генерируется электрическая дуга. Геометрия сопла такова, что образуется электродуговой факел. Плазмообразующим веществом чаще всего является инертный газ, например аргон, или смесь газов в определенных пропорциях. Далее в электродуговой факел поступает напыляемый материал в виде взвешенных частиц порошка в транспортирующем газе или в виде проволоки. Частицы порошка расплавляясь, переходят в пластическое или полупластическое состояние и при соударение с подложкой расосуществляется по схеме (рис.2.2).