научная статья по теме ВИДЫ ОТКАЗОВ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФЕКТОВ ПО СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ РЕЗЕРВУАРОВ, ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства

Текст научной статьи на тему «ВИДЫ ОТКАЗОВ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФЕКТОВ ПО СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ РЕЗЕРВУАРОВ, ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА»

Общие вопросы неразрушающего контроля

УДК 620.179

ВИДЫ ОТКАЗОВ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФЕКТОВ ПО СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ РЕЗЕРВУАРОВ, ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА

А.М. Большаков, Я.М. Андреев

Проведен анализ распределения дефектов по степени опасности (плоскостные и объемные) резервуаров, выявлены основные причины аварий, зависимость частоты инцидентов от температуры эксплуатации резервуаров, работающих в условиях Севера.

Ключевые слова: дефект, отказы, разрушения, резервуары.

Более половины общего числа нефтяных резервуаров в Якутии сдано в эксплуатацию до 1966 г., то есть у большинства емкостей выработаны нормативные сроки службы. Обследования технического состояния выявили у многих резервуаров дефекты и повреждения, параметры которых превышают предельно допустимые значения. Неудовлетворительное техническое состояние резервуаров увеличивает вероятность их отказов.

Экономический ущерб от отказов работоспособности резервуаров с утечкой нефтепродуктов включает не только прямые потери, но и затраты на восстановление окружающей среды, восполнение запаса нефтепродуктов. Расходы на экстренную доставку нефтепродуктов значительны ввиду использования авиации или автотранспорта по временным зимним дорогам.

Тем не менее по экономическим причинам резервуары, не отвечающие нормативным требованиям, продолжают находиться в эксплуатации. Возникает необходимость решения вопросов продления ресурса резервуаров, не соответствующих нормам. Принятие таких решений для каждого конкретного резервуара должно проводиться с учетом остаточного ресурса, определяемого на основе оценки технического состояния конструкций. При высоком уровне накопления дефектов и повреждений в условиях Крайнего Севера [1] она представляет собой комплексную задачу, решение которой в первую очередь включает определение степени опасности тех или иных дефектов в сварных соединениях резервуаров с учетом влияния низких температур.

С целью выявления степени опасности дефектов сварных соединений резервуаров в условиях Крайнего Севера, находящихся в РС(Я) [2], проведен сравнительный анализ видов дефектов, которые разделены на плоскостные и объемные [3]. К плоскостным дефектам относятся скопления дефектов, расположенных в плоскости, нормальной к направлению главного напряжения. Переход к ускоренному росту наступает для плоскостного и линейного инициаторов раньше и идет интенсивнее, чем для объемного дефекта. Поэтому инициаторами аварий (отказов) в большинстве случаев являются микротрещины, подрезы, непровары. К объемным дефектам относятся раковины, поры, скопления пор, цепочки пор и т.д. (табл. 1).

По результатам анализа резервуаров, находящихся в РС(Я), выявлено, что в основном плоскостные дефекты приходятся на наиболее нагруженные элементы резервуара в участках, подверженных неравномерно распределенному напряженно-деформированному состоянию, преимущественно на нижних поясах резервуара, что объясняется особенностями местных мерзлотно-грунтовых условий РС(Я) и сложных климатических условий (резко конти-

Александр Михайлович Большаков, ведущий научный сотрудник Института физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН, г. Якутск. Тел. (4112) 39-05-53. E-mail: a.m.bolshakov@iptpn.ysn.ru

Яков Михайлович Андреев, инженер 2-й категории Института физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН, г. Якутск. Тел. (4112) 39-05-53. E-mail: yakovmich@rambler.ru

4 А.М. Большаков, Я.М. Андреев

Таблица 1 Виды дефектов

№ Типы дефектов Виды дефектов

1 2 Плоскостные Объемные Непровары (несплавления), трещины, микротрещины, подрезы, цепочки несплошностей (взаимное влияние двух несплошностей начинает проявляться при расстоянии между несплошностями, меньшем или равном радиусу поры) и цепочки одиночных включений в виде пор, шлаков, раковин. Ножевая коррозия, расслоение, нитевидная коррозия, коррозионное растрескивание. Неправильное сопряжение сварного шва Одинарные или группа пор, шлаковых включений, раковин, одинарных несплошностей. Местная коррозия

нентальный климат, годовой перепад температур составляет до 100 °С). Оттаивание и выпучивание мерзлых грунтов под резервуаром проходит с возникновением значительных (недопустимых) неравномерных осадок резервуара, что наряду с резкими перепадами температур приводит к развитию на неравномерно нагруженных участках резервуаров преимущественно плоскостных дефектов (монтажный шов стенки, «ласточкины хвосты» на переходе с нахлесточного соединения на стыковое и монтажные окна).

С целью установления достоверности проведен анализ изменений работоспособности резервуаров в зависимости от времени года, при этом выяв-

Рис. 1. Последствия аварии резервуара РВС-700 в результате хрупкого разрушения основного

металла.

Рис. 2. Последствия аварии резервуара РВС-700 в результате хрупкого разрушения основного

металла (вид сверху).

лено, что одной из основных причин аварий или инцидентов в условиях Севера является хрупкое разрушение металла [4—6] (рис. 1, 2), 30—40 % разрушений приходится на холодные месяцы года [7] (рис. 3).

■ Январь ■ Февраль ■ Март ■ Октябрь ■ Ноябрь ■ Декабрь 32 %

Рис. 3. Распределение количества трещин по месяцам.

В результате анализа причин хрупкого разрушения установлено, что плоскостными дефектами в виде трещин на резервуарах являются продольные холодные трещины в зоне термического влияния и усталостные плоскостные трещины, которые обычно зарождаются при эксплуатации объекта (рис. 4).

Рис. 4. Трещины с выходом на стенку РВС-2000.

По результатам проведенных обследований резервуаров для хранения ГСМ по визуально-измерительному контролю в период с 2008 по 2010 г. составлена статистическая дефектность резервуаров из общего числа дефектов по условным размерам, было проанализировано более 160 резервуаров (год монтажа — с 1958 по 1987 г.), также установлены виды отказов (рис. 5).

Локальное разрушение 33 %

Полное разрушение 14 %

Утечка. 29 % '

Прорыв, 24 %

Рис. 5. Виды отказов обследованных резервуаров.

При анализе дефектов сварных швов выбраны следующие методы контроля: радиографический, у.з. и визуально-измерительный. Статистическая обработка информации по дефектности состоит в группировке дефектов по видам, размерам и построению диаграмм. Плоскостные дефекты распределяются по длинам, объемные — по размеру каждого дефекта.

По результатам полученных данных выявлен следующий состав от общего количества дефектов сварных соединений: подрезы — 28, непровары — 6, трещины—4, цепочки пор, раковин, шлаков—8, раковины, поры, шлаки—46, скопления пор, шлаков — 7 % (рис. 6).

Скопления пор, шлаков, 7 %

Подрезы, вырывы, 28 %

Непровары, 6 % Трещины, 4 %

Раковины, поры, шлаки, 46 %

Цепочки пор,

раковин, шлаков, 8 %

Рис. 6. Распределение всех видов дефектов от общего количества обнаруженных дефектов.

На диаграммах (рис. 7—9) показаны распределения дефектов, непосредственно влияющих на работоспособность резервуаров (подрезы, непровары, раковины, шлаки, поры).

ог

е ще

б о т

о

%

о

отв

3

40 35 30 25 20 15 10 5 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 150 200

Пдр, мм

Рис. 7. Распределение по количеству подрезов в обследованных резервуарах по длине.

£

о

отв

л

£

35 30 25 20 15 10 5 0

30,77

15,4

23,08

15,38

I I

7,69

I I I I Я

20

100

7,69

120

40 60 80

Размеры дефектов, мм

Рис. 8. Распределение по количеству непроваров в обследованных резервуарах по длине.

о4

25

20

^ 15

че 10

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 Размеры дефектов, мм

Рис. 9. Распределение по количеству объемных дефектов (пор, раковин) в обследованных

резервуарах по диаметру.

Также составлены диаграммы распределения трещин в резервуарах, эксплуатирующихся в разных климатических условиях (с преобладанием низких (в Якутии) и умеренных температур (в центральных регионах России)) (рис. 10, 11).

По степени подверженности вероятным серьезным дефектам резервуары разделены на элементы (стенка, днище, патрубки и уторный шов), на каждом из которых дефекты образуют несколько групп: подрезы, трещины, раковины, деформация корпуса и свищи (табл. 2, рис. 12).

В результате выявлено, что 47 % от общего количества дефектов относятся к плоскостным и 53 % — к объемным (рис. 13).

Сравнительный анализ распределения дефектности по элементам резервуаров, эксплуатирующихся в разных климатических зонах, показал, что в отличие от центральных регионов России в условиях Крайнего Севера в основном дефекты в виде трещин возникают на местах примыкания стенки с днищем. Это подтверждается тем, что на участках (элемен-

5

%

60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0

54,0 54,0

2 2,0 21,0

7,0

3,0 1,0 ■

4

/

ж

о

Рис. 10. Распределение трещин по элементам в резервуарах, эксплуатирующихся в Якутии.

%

60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0

52,0 52,0 1

30,0 30,0

7,0 711 3,0 3,0 2,0

У

4

Г

с*

Рис. 11. Распределение трещин по элементам в резервуарах, эксплуатирующихся

в центральных регионах России.

% 35,0

30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0

N. и .11 1 .-к -!

Подрезы

Трещины

Раковины, поры

Деформация

корпуса

Свищ

С* ^ ^

Рис. 12. Группировка дефектов по элементам резервуаров.

Таблица 2

Дефектность резервуаров

Типы дефектов Элементы резервуара, %

стенка днище кровля патрубки уторный шов

Подрезы 10,3 0,9 0,0 2,9 5,9

Трещины 0,7 0,1 0,2 0,0 0,2

Раковины, поры 29,1 7,1 8,8 2,6 26,5

Деформация корпуса 0,6 1,2 0,2 0,0 0,0

Свищи 0,6 0,1 1,5 0,2 0,3

тах), подверженных неравномерно распределенным напряжениям, изменение напряженно-деформированного состояния резервуаров значительно выше. Разрушение в связи с концентрацией напряжений и наличием дефектов может произойти на различной стадии монтажа и эксплуатации при наступлении предельных состояний в результате сочетания этих факторов с другими неблагоприятными условиями и причинами. Для статически нагруженных конструкций основное количество аварий приходится на начальный период эксплуатации и связано с воздействием отрицательных температур. Для цикличе

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.

Показать целиком