ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
УДК 622.691.234
© Г.Г. Васильев, А.П. Сальников, 2015
Анализ причин аварий вертикальных стальных резервуаров
Г.Г. Васильев, д.т.н., А.П. Сальников
(РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина)
Адреса для связи: srgnp@gubkin.ru, ahtoh-c@mail.ru
Ключевые слова: анализ аварийности, причины аварий, вертикальные стальные резервуары, осадка основания.
Analysis of causes of accident with vertical steel tanks
G.G. Vasiliev, A.P. Salnikov (Gubkin Russian State University of Oil and Gas, RF, Moscow)
E-mail: srgnp@gubkin.ru, ahtoh-c@mail.ru
Key words: analysis of accidents, causes of accident, vertical steel tank, foundation subsidence.
Today vertical steel tanks remain one of the most dangerous industrial objects. The subject of research in this article has been accidents of tanks and the objective is identifying the dominant causes of the destruction of tanks on the basis of statistical data. Differential settlement of tanks presents special interest to the authors, because it is one of the main causes of the destruction of tanks. This is compounded by the fact that today insufficient attention is given to systematic geodetic inspection of tanks. The authors prove the relevance and the need to develop technique of monitoring of the spatial position of the tank.
В настоящее время стальные вертикальные резервуары все еще остаются одними из наиболее опасных промышленных объектов. Аварии на этих объектах приводят к тяжелым материальным, экологическим и социальным последствиям. Среди основных последствий аварий можно выделить следующие: полное или частичное разрушение аварийного резервуара и других близко расположенных резервуаров, зданий и со-оружений;загрязнение почвы и водных объектов нефтью и нефтепродуктами, а также загрязнение атмосферы продуктами горения; травмирование и гибель людей. В экстремальных случаях по статистическим данным общий материальный ущерб в 500 раз и более превышает затраты на сооружение резервуаров [1]. В связи с отмеченным вопрос повышения надежности эксплуатации резервуаров должен решаться на всех этапах их проектирования, сооружения, эксплуатации, диагностики и мониторинга состояния.
Одним из необходимых мероприятий, направленных на повышение надежности резервуаров, является изучение опыта эксплуатации резервуаров и причинно-следственный анализ их аварий. Однако сбор статистических данных и анализ причин аварий резервуаров осложняются тем, что информация о подобных авариях является закрытой. Более того, на основании обследования ЦНИ-ИПСК [2] установлено, что общее число аварий в 3-5 раз больше регистрируемых. Поэтому анализу подвергаются аварии, информация о которых становится известна из технической литературы, периодических изданий, личного опыта авторов и др.
Наиболеей глубоко причины полного и частичного разрушения резервуаров рассмотрены в работах В.Б. Га-леева, П.А. Коновалова, Р.А. Мангушева, А.А. Землян-
ского, А.А. Тарасенко, И.М. Розенштейна и Х.М. Ханухо-ва. П.А. Коноваловым, Р.А. Мангушевым, А.А. Землян-ским совместно с другими специалистами проведены натурные и априорные литературные исследования 213 аварийных резервуаров с целью выделения основных причин разрушения вертикальных стальных резервуаров (РВС), если не учитывать активную коррозию металла РВС. В результате общее число наиболее активных причин разрушения РВС было уменьшено до шести, наиболее весомой причиной среди них являются большие неравномерные осадки исследуемого грунтового основания под РВС (табл. 1) [3, 4]. В.П. Тарасенко после
Таблица 1
Основные причины аварий резервуаров по данным работ (3, 4) Число аварий (% общего числа аварий)
1. Недопустимо большие и неравномерные осадки грунтового основания 99 (46,5)
2. Наличие концентраторов напряжений в несущих и ограждающих конструкциях РВС из-за несовершенства конструкции резервуаров и технологий их возведения 45 (21,1)
3. Наличие низкочастотной вибрации и неравномерного загружения плавающих крыш снеговой нагрузкой с неодноднородным трением в затворах, что приводит к заклиниванию и обрушению крыш с последующим их разрушением и затоплением 38 (17,9)
4. Наличие дефектов в материале и конструкции РВС из-за несоответствия используемого материала сертификационным требованиям 19 (8,9)
5. Нарушение технологии изготовления и возведения РВС 10 (4,7)
6. Грубые ошибки в аналитических расчетах и проектировании РВС, особенно по II предельному состоянию 2 (0,9)
Всего 213 ( 1 00)
обощения информации об авариях на 46 РВС также высказал мнение, что осадка резервуара является одной из основных причин разрушения РВС (табл. 2) [5].
Интерес представляет анализ аварийности, проведенный Х.М. Хануховым и А.В. Алиповым. Ими были рассмотрены аварии, произошедшие с 1965 по 1995 г. и с 2002 по 2010 г. Анализ аварий первого периода проводился по опубликованным в работах других авторов данным и охватил 65 аварий. Результаты представлены в табл. 3.
Анализ причин аварий, произошедших с 2002 по 2010 г., проводился по публикациям в журнале «Безопасность труда в промышленности». В число аварий включено также несколько случаев, имевших место ранее 2002 г., и две аварии 2009 и 2010 г., известные авторам и не учтенные другими исследователями. Всего за указанный период было зарегистрировано 54 аварии (табл. 4) [6].
Таблица 2
Причины разрушения резервуара по данным работы (5) Число аварий (% общего числа аварий)
1. Нарушение технологии ремонта 3(6,5)
2. Коррозия 2 (4,3)
3. Нарушение технологии проведения гидроиспытаний 4(8,7)
4. Некачественное выполнение сварочных работ 13 (28,3)
5. Неравномерная осадка 6 (13,1)
6. Нарушение правил эксплуатации 11 (23,9)
7. Нарушение технологии изготовления 7 (15,2)
Всего 46(100)
Таблица 3
Причины аварий Доля аварий, % общего числа
1. Хрупкое разрушение 63,1
2. Взрыв и пожар 12,3
3. Образование вакуума 7,7
4. Коррозионный износ 3,1
5. Просадка основания 1,5
6. Ураганный ветер 1,5
7. Прочие причины 10,8
Всего 100
Таблица 4
Причины аварий по данным работы [6] Число аварий (% общего числа аварий)
1. Нарушение правил промышленной безопасности (ППБ) при проведении подготовительных работ по зачистке резервуара 12 (24)
2. Нарушение ППБ при эксплуатации резервуара 15 (26)
3. Выполнение огневых работ на работающем резервуаре, повлекшее пожар 5 (8)
4. Хрупкое разрушение стенки резервуара 4 (8)
5. Неравномерная осадка днища резервуара, повлекшая образование свищей или разрыв по сварным соединениям 3 (6)
6. Пожар при попадании молнии в резервуар 4 (8)
7. Разрушение элементов резервуара от снеговой нагрузки (ошибки проекта) 2 (4)
8. Нарушение условий гидро-/пневноиспытаний, повлекшее недопустимые деформации резервуара 2 (4)
9. Аварии или пожар от неуказанных причин 7 (12)
Всего 54 (100)
Одним из наиболее полных исследований разрушения РВС в настоящее время является монография И.М. Ро-зенштейна [7], включающая многолетний опыт выполнения экспертиз ЦНИИПСК. Причины аварий РВС автор разделяет на прямые и косвенные. К первым причинам относятся хрупкие и вязкие трещины, пересортица проката, дефекты сварных швов, неравномерные осадки. Косвенные причины: неудачные проектные решения; низкое качество работ; неудовлетворительная организация работ; низкое качество материалов; нарушение технологии монтажа; некачественный контроль.
На основании отечественных и зарубежных источников В.Б. Галеевым в 1987 г. предложена классификация причин аварий (см. рисунок). Однако относительная роль каждого фактора в причинах аварий в приведенной классификации не указана.
Проанализировав статистические данные об авариях РВС, приведенные в работах [3-8], и обобщив выделяемые причины, можно указать несколько основных причин разрушения резервуаров:
- хрупкое разрушение стенки резервуара;
- нарушение ППБ и требований при эксплуатации и ремонте резервуаров;
- нарушение технологии изготовления и возведения резервуаров;
- неравномерная осадка резервуаров;
- коррозионный износ;
- нарушение условий гидроиспытаний.
Как следует из приведенного обзора, одной из основных причин разрушения резервуаров, особенно на слабых грунтах, является осадка резервуара (равномерная и неравномерная). В зависимости от представленных результатов исследования на долю осадки приходится от 2 до 46 % общего числа аварий. Такая большая разница объясняется в основном тем, что различные исследования преследовали разные цели, авторы исследований выделяли различные критерии для классификации причин разрушения РВС, а анализ выполнялся по имеющимся у каждого исследователя данным. При этом следует различать осадку по площади и периметру днища. В первом случае значительные неравномерные осадки, которые принимают максимальные величины ближе в периферийной части днища, могут привести к трещинам в его полотне и сварных швах, а также к их полному разрыву. Поступающий в основание через трещины в днище продукт приведет к образованию нестабилизиро-ванного состояния грунта, которое при несвоевременном обнаружении послужит причиной разрушения резервуара. Второй случай служит наиболее частой причиной разрушения РВС. Следует учитывать, что такие явления, как хлопуны, коррозионные повреждения и дефекты сварных швов (особенного уторного шва) и стенки резервуара, служат концентраторами напряжений и существенно снижают прочность конструкции в целом при сочетании с неравномерными осадками. Более того, неравномерные осадки (особенно по периметру днища) вызывают дополнительные деформации и приводят к дефектам в конструктивных элементах резервуаров. Отмеченные факторы свидетельствуют о необходимости систематического и достоверного геодезического мони-
НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО
02'2015 107
Причины разрушения РВС по данным В.Б. Галеева
торинга осадки основания резервуара. Это основополагающий вывод, которой можно сделать при первом взгляде на данную проблему. Однако, как указывалось ранее, наличие дополнительных дефектов на стенке и днище резервуара (особенно в районе уторного шва) может привести к разрушению резервуара и при нормативных допустимых осадках, т.е. причиной разруше
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.