Аналіз результатів технічних обстежень резервуарів для зберігання нафти і нафтопродуктів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дніпропетровський державний університет внутрішніх справ

Аналіз резуль татів технічних обстежень резервуарів для зберігання нафти і нафтопродуктів

Насонова С.С.

Вступ

Для зберігання нафти та нафтопродуктів в Україні є резервуарний парк, який налічує до 10 тисяч сталевих резервуарів. Близько 90% цих ємностей посідає частку зварних вертикальних циліндричних резервуарів наземного типу (РВС), обсягом від 5 до 5000 куб. м. Слід зазначити, що РВС - це найпоширеніший тип нафтосховищ не лише в Україні, а й у всіх країнах світу.

Як показують результати численних технічних обстежень нафтових резервуарів, що експлуатуються на території України, більшість з них перебувають в експлуатації 30-40 років, мають суттєве фізичне зношування і є старіючими. У зв'язку з цим останніми роками значно зросла небезпека відмов даних споруд.

В рамках цього дослідження було зібрано та проаналізовано результати натурних обстежень резервуарів, що експлуатуються нафтобазами у різних регіонах України. Запропоновано методику отримання статистичних оцінок швидкості корозії основних конструктивних елементів резервуарів, а також наведено результати обробки статистичних даних за даною методикою.

Виклад основного матеріалу

Відмови нафтових резервуарів обумовлені процесами деградації, що розвиваються в них, фізичним зносом, накопиченням різноманітних дефектів і пошкоджень. Відомо [1-2], що основними та характерними для РВС механізмами відмови є такі фактори: корозійне зношування; підростання тріщиноподібних дефектів; дефекти геометрії; опади основи.

При дослідженні впливу основних механізмів відмови РВС на їхній технічний стан було зібрано дані натурних обстежень нафтових резервуарів, що експлуатуються на території України. Обстеження проводили співробітники лабораторії технічного діагностування при кафедрі металевих, дерев'яних та пластмасових конструкцій Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. Усі результати обстежень було відображено у висновках про технічний стан РВС, які й послужили інформаційною базою для збору статистики. Усього було зібрано дані більш ніж по 600 резервуарів для товарних нафтопродуктів обсягом від 100 до 5000 куб. метрів, що перебувають в експлуатації від 5 до 55 років.

Для кожного резервуара було зафіксовано:

Паспортні дані

Нафтобаза;

Вид складання;

Рік введення в експлуатацію;

Рік останнього обстеження;

Вид нафтопродукту, що зберігається;

Проектні характеристики (діаметр та висота стінки, проектні товщини днища, покрівлі, поясів стінки).

Основні дефекти та ушкодження

Опади (крен та параметр нерівномірності);

Величина зовнішнього виступу днища;

Наявність виразкової корозії та наскрізних ушкоджень у днищі та в зоні сполучення стінки з днищем (вторинною зоною);

Наявність відпотин та геометричних пошкоджень у поясах циліндричної стінки, вторинній зоні, покрівлі.

Результати товщинометрії днища, уторної зони, поясів стінки, покрівлі.

Розрахункові оцінки міцності та стійкості конструкції.

Висновки про технічний стан резервуара (працездатний, обмежено працездатний, непрацездатний стан).

Конструкції обстежених резервуарів були виготовлені з маловуглецевої сталі марок МСт3сп, ВСт3кп, ВСт3сп та ін, а також низьколегованої сталі 09Г2, 09Г2С. Товщина поясів циліндричної стінки резервуарів складала від 4 до 12 мм. Складання циліндричного корпусу здійснювалося, переважно, із застосуванням заводських рулонних заготовок. Заводські вертикальні зварні шви були виконані встик, а горизонтальні встик і внахлест. Монтажні зварні з'єднання заводських рулонів у всіх випадках виконані внахльост. Днища резервуарів мали товщину 4-6 мм, а товщина покрівельного настилу 2.5-3 мм (у резервуарах зі сферичним дахом - 4 мм). Резервуари використовувалися для зберігання бензину, гасу, дизельного та пічного палива, мазуту.

Технічні огляди РВС проводилися за єдиною методикою, викладеною в монографії [1], з урахуванням рекомендацій [3]. Статистичні вибірки формувалися з ідентичних ряду параметрів резервуарів. В одну вибірку потрапляли резервуари ідентичні за видом нафтопродукту, що зберігається, проектним характеристикам, тривалості експлуатації та обсягу.

Відмови резервуарів визначалися за нормативними ознаками, передбаченими чинними нормативними документами [3-4]. Уся статистика відмов була ранжирована за такими основними ознаками.

Вичерпання нормативного запасу міцності, стійкості.

Неприпустимі опади основи.

Неприпустимі дефекти геометрії.

Неприпустимі тріщиноподібні дефекти у зварних швах.

Неприпустима корозія днища.

Неприпустима корозія уторної зони.

Наскрізні корозійні ушкодження днища, уторної зони.

Наскрізні корозійні пошкодження покрівлі.

Частоти відмов визначалися як відношення загальної кількості виявлених відмов того чи іншого типу до загальної кількості обстежених резервуарів відповідної вибірки. Отримана таким чином статистика відмов досить об'єктивно відображає технічний стан РВС у процесі експлуатації та може використовуватись як інформаційний базис для вирішення завдань прогнозування змін технічного стану та управління експлуатаційною надійністю нафтових резервуарів. В таблиці 1 наведено відомості щодо кількості обстежених резервуарів з градацією за обсягом та тривалістю експлуатації.

Таблиця 1 Кількість обстежених резервуарів

На рисунках 1-6 наведено залежність частот різних механізмів відмов від часу експлуатації для резервуарів різних об'ємів.

Як свідчать отримані результати, домінуючими у статистиці відмов для резервуарів всіх обсягів (від 100 до 5000 куб.м) є відмови, зумовлені корозією, опадами основи та дефектами геометрії. Висока частота корозійних відмов пояснюється тим, що корозійне зношування тією чи іншою мірою присутнє в кожному резервуарі і ніякі методи захисту не знімають проблему корозійного зношування повністю. Велика частота відмов, пов'язаних з неприпустимими опадами основи та дефектами геометрії, пояснюється тим фактом, що ще до моменту введення нафтових резервуарів в експлуатацію більшість з них мають дефекти основи та геометричні недосконалості, які виникають під час виготовлення, транспортування та монтажу РВС.

Не викликає сумнівів, що з часом частота відмов РВС збільшується (накопичуються дефекти та пошкодження в процесі експлуатації). Характерно, що після 20 років експлуатації частота корозійних відмов для резервуарів всіх обсягів різко зростає. Для частот відмов унаслідок опадів основи та дефектів геометрії спостерігається набагато більш плавний характер зростання. дефект резервуар корозія конструктивний

Звертає на себе увагу те, що частоти відмов, пов'язаних з опадами основи та геометричною формою, зі збільшенням об'єму резервуара зменшується, а для частот відмов, пов'язаних з вичерпанням несучої здатності РВС спостерігається тенденція до збільшення. Зауважимо, що останній тип відмов обумовлений корозійним зносом нижніх поясів циліндричної стінки і вузла сполучення стінки з днищем (відмови міцності), а також корозійним зносом верхніх поясів стінки (відмови стійкості).

Тенденція збільшення частоти міцнісних відмов, стосовно резервуарів великих обсягів (у даній статистиці це резервуари від 1000 до 5000 куб.м) пояснюється наявністю в таких резервуарах більш високих розтягуючих, а в уторній зоні згинальних напруг. Внаслідок цього збільшується швидкість корозії, особливо нижніх поясів стінки та уторної зони, що знижує міцність РВС.

Як було зазначено вище, корозія є одним із основних негативних факторів, які призводять до непрацездатності нафтового резервуара, його відмови. В рамках цього дослідження було розроблено методику отримання статистичних оцінок (математичного очікування, дисперсії, середнього квадратичного відхилення) швидкості корозії основних конструктивних елементів резервуарів, а також представлено результати обробки статистичних даних за даною методикою. Корозія розглядалася не як фізичний процес, що залежить, взагалі кажучи, від ряду випадкових факторів (агресивність і температура середовища, вид напруженого стану, характер контакту середовища з металом, хімічний склад сталі та ін), а як механічна зміна товщини конструктивних елементів. При цьому зміна товщини конструктивного елемента визначалося шляхом порівняння результатів вимірів, зроблених при поточному технічному обстеженні РВС з початковим значенням цієї товщини.

Розрахунок швидкості корозії 7-го конструктивного елемента резервуара, що знаходиться в експлуатації tj років, проводився за формулою

и„ = , і = 1,п, і = 1,т.

і} t. > j >

де - значення товщини 7-го конструктивного елемента на момент введення резервуару в експлуатацію;

- поточне значення товщини 7-го конструктивного елемента; tj - час експлуатації; n - кількість конструктивних елементів РВС; m - кількість тимчасових інтервалів експлуатації, прийнятих до уваги у наявній вибірці статистичних даних.

Передбачалося, що товщини є випадковими величинами, нормально розподіленими на інтервалі [Лі, Л2]. Для товщини іц' межі цього інтервалу визначалися як гранично припустимі відхилення від проектної товщини. Для товщини /;.межі інтервалу [Лі, Л2] - це мінімальне і максимальне значення поточної товщини і-го конструктивного елемента, отримані при проведенні ультразвукової товщинометрії.

Слід зазначити, що значення швидкості корозії та відповідні цим значенням довірчі інтервали були визначені для всіх основних конструктивних елементів резервуарів: днища, нижніх поясів, зони сполучення стінки з днищем (уторна зона), верхніх поясів, покрівлі.

Отримані результати дозволяють стверджувати, що зі збільшенням об'єму резервуарів значно зростає швидкість корозії нижніх поясів, і особливо зони сполучення стінки з днищем. Однією з причин підвищеної швидкості корозії в цих конструктивних елементах є наявність у нижніх поясах стінки більш високих розтягуючих, а в зоні сполучення стінки з днищем згинальних напруг. При цьому швидкість корозії має прискорений характер, так як зменшення товщини внаслідок корозійного зношування призводить до збільшення діючих напруг, а збільшення напруг супроводжується подальшим зростанням швидкості корозії. Більш висока швидкість корозії нижніх поясів спостерігалася і за даними статистичної обробки численних обстежень резервуарів, які проводили різні організації [1]. Що ж до інших конструктивних елементів резервуарів (днище, верхні пояси, покрівля), то тут немає яскраво вираженої залежності швидкості корозії від обсягу резервуара. Отримані статистичні оцінки швидкості корозії основних конструктивних елементів резервуарів представлені таблицях 2-4.

Таблиця 2 Середньостатистичні оцінки швидкості корозії основних конструктивних елементів резервуарів об'ємом 100-400 куб. м

Таблиця 3 Середньостатистичні оцінки швидкості корозії основних конструктивних елементів резервуарів об'ємом 700-1000 куб. м

Таблиця 4 Середньостатистичні оцінки швидкості корозії основних конструктивних елементів резервуарів об'ємом 2000-5000 куб. м

Висновки

В рамках даного дослідження було проведено статистичну обробку даних про відмови та товщинометрію основних конструктивних елементів РВС, отриманих за результатами технічних обстежень більш ніж 600 резервуарів, що перебувають або перебували в експлуатації в умовах розподільчих нафтобаз різних регіонів України. Встановлено деякі статистичні закономірності накопичення дефектів та пошкоджень РВС у процесі експлуатації. Запропоновано методику визначення статистичних оцінок найважливіших ймовірнісних характеристик швидкостей корозії основних конструктивних елементів РВС, засновану на статистичному моделюванні вихідних та поточних значень товщини цих елементів. Дана методика враховує випадковий характер вихідних та поточних значень товщини листів днища, покрівлі, поясів циліндричної стінки, вузла сполучення стінки з днищем та дозволяє зробити адекватну статистичну оцінку математичних сподівань та дисперсій швидкостей їхнього корозійного зносу.

Список використаних джерел

1. Егоров Е.А. Исследование и методы расчетной оценки прочности, устойчивости и остаточного ресурса стальных резервуаров, находящихся в эксплуатации // Сборник научных трудов ПГАСиА. - Днепропетровск, 1996 . - 99 с.

2. Насонова С.С. Статистична модель експлуатаційної надійності нафтових резервуарів // Наука і техніка сьогодні. Серія «Техніка». - Київ, 2023. - Вип. №3 (17). - С. 596-605.

3. Правила технічної експлуатації резервуарів та інструкції по їх ремонту //Доповнення та зміни. - Київ: Укрнафтопродукт, 1997. -297 с.

4. Резервуари вертикальні сталеві для зберігання нафти і нафтопродуктів з тиском насичених парів не вище 93.3 кПа // Відомчі будівельні норми України ВБН 2.2-58.2-94. - Київ, 1994. - 98 с.

5. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. - Харків: Юрайт, 2016. - 480 с.

Размещено на Allbest.ru