Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка методов оценки работоспособности резервуаров с учетом изменения физико-механических свойств конструктивных элементов

ВАК РФ 25.00.19, Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Лежнев, Михаил Александрович

Введение

ГЛАВА I. Анализ технического состояния резервуарных конструкций и постановка задач исследования

1.1. Анализ технического состояния и причин отказов резервуарных конструкций

1.2. Обзор исследований по проблемам оценки технического состояния и работоспособности резервуарных конструкций

1.3. Постановка задач исследования

ГЛАВА II. Оценка технического состояния элементов РВС в зависимости от длительности эксплуатации

2.1. Выбор критерия оценки работоспособности резервуарных конструкций

2.2. Оценка изменения физико-механических свойств метала элементов РВС при длительной эксплуатации

2.3. Исследование коррозионного износа конструктивных элементов РВС

2.4. Исследование процесса усталости металла при повторно-статическом нагружен и и РВС

ГЛАВА III. Разработка модели оценки работоспособности РВС

3.1. Основные цели и задачи оценки работоспособности резервуарных конструкций

3.2. Оценка НДС элементов РВС при действии эксплуатационных нагрузок '

3.3. Прогнозирование работоспособности РВС на основе использования методов теории вероятности

3.4. Прогнозирование остаточного ресурса РВС, работающего в режиме транзита ■

ГЛАВА1У. Рекомендации по оценки работоспособности резервуаров с учетом изменения физико-механических свойств стали f 4.1. Мониторинг технического состояния резервуарных конструкций

4.2. Практический пример по оценке работоспособности резервуара

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка методов оценки работоспособности резервуаров с учетом изменения физико-механических свойств конструктивных элементов"

По мере развития нефтяной промышленности постепенно создавалась и совершенствовалась вся система транспортировки и хранения нефти, состоящая из нефтепроводов, нефтебаз, нефтяных пристаней и погрузочно-разгрузочных железнодорожных станций.

Начиная с послевоенного периода, в стране непрерывно наращивался объем добычи нефти, который резко увеличивался с освоением новых месторождений в районах Сибири. Соответственно увеличивался как объем переработки, так и объем экспорта нефти и нефтепродуктов и, как следствие, развивалась система их трубопроводного транспорта и распределения. Пик этого роста пришелся на конец 70-х - начало 80-х годов, когда объем добычи нефти в целом по СССР приблизился к величине 600 млн. т. в год (в РСФСР - около 550 млн. т.).

В это период система нефтепродуктообеспечения включала в себя 85 тысяч магистральных нефтепродуктопроводов, более 1880 нефтебаз и их филиалов, суммарная емкость резервуаров которых составляла более 28 миллионов кубометров. Потребительский товарооборот отрасли находился на уровне 320 миллионов тонн.

Одной из основных проблем трубопроводного транспорта нефти сегодня является физический и моральный износ основных фондов. Решение этой проблемы сопряжено с огромными капиталовложениями и, по-видимому, в ближайшее время не выполнимо. В этих условиях повышается роль резерву-арных парков для поддержания уровня эксплуатационной надежности трубопроводной системы в целом.

За последние годы требования по надежности к инженерным сооружениям и технологическим объектам трубопроводных транспортных систем существенно возросло. Практикой установлено, что в среднем на тонну добываемой нефти необходимо иметь примерно 0,4 - 0,5 м3 резервуарной емкости, что обеспечит нормальную работу всех потребителей, занятых добычей и подготовкой нефти, ее переработкой и дальнейшим хранением на нефтеперерабатывающих заводах и нефтебазах. [15,21,81]. Резервуарные парки являются неотъемлемой частью системы трубопроводного транспорта и технологического процесса нефтяного производства и нефтепереработки. Основной объем отечественных резервуарных парков для хранения нефти и нефтепродуктов был построен в 60.70 годы прошлого века по строительным нормам того времени. В настоящее время в ремонте постоянно находится около 20 % всех резервуаров. Основной причиной столь резкого снижения эффективности стальных вертикальных резервуаров является то, что нормативный срок эксплуатации большинства части резервуаров уже истек.

В процессе эксплуатации резервуары подвергаются комплексу внешних воздействий: статических, мало цикловых, снеговых и ветровых нагрузок, температур и агрессивных рабочих сред, что приводит к значительному изменению его кратковременных и длительных механических характеристик, к существенному уменьшению несущей способности, снижению эксплуатационной надежности и сокращению долговечности резервуарных конструкций.

В этих условиях необходима разработка мероприятия, повышающих длительность безаварийной эксплуатации резервуаров, что обеспечит надежность и долговечность сложной технической системы добычи, транспорта и хранения нефти и нефтепродуктов, а также экологическую безопасность и сохранность основных фондов. Таким образом, задача обеспечения работоспособности стальных вертикальных резервуаров (РВС) при длительной эксплуатации, несомненно является актуальной.

На основе вышеизложенного, в диссертационной работе разработаны методы оценки работоспособности резервуаров с учетом изменения физико-механических свойств металла и несущей способности конструктивных элементов после длительной эксплуатации, сформулированы и решены следующие задачи: 6

S формирование концепции .повышения работоспособности резервуаров, находящихся в эксплуатации; оценка влияния деградации физико-механических свойств резервуар-ных сталей на работоспособность резервуаров;

S прогнозирование коррозионного износа конструктивных элементов резервуара;

S создание модели малоцикловой усталости металла конструктивных элементов резервуара под действием эксплуатационных нагрузок;

S разработка методики „определения работоспособности резервуаров на основе оценки напряженно-деформированного состояния конструкции с учетом изменения физико-механических свойств металла.

Заключение Диссертация по теме "Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ", Лежнев, Михаил Александрович

1. На основании системного анализа результатов оценки технического состояния резервуарных парков выявлены характерные причины отказов и установлены тенденции изменения физико-механических свойств резервуар ных сталей в процессе длительной эксплуатации.2. Предложен метод расчета показателей работоспособности резервуар ных конструкций с коррозионными повреждениями в условиях нестационар ного нагружения.3. С учетом разработанных моделей и алгоритмов сформирована кон цепция повышения работоспособности резервуаров, находящихся в длитель ной эксплуатации.4. Предложены рекомендации по обеспечению требуемого уровня на дежности и безопасности резервуарных конструкций на основе мониторинга состояния металла конструктивных элементов.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Лежнев, Михаил Александрович, Москва

1. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий. Кн. 4 под. ред. К.Е. Кочеткова. М.: Изд-во Ассоциации строительных ВУЗов,1996

2. Ажогин Ф.Ф. Коррозионное растрескивание высокопрочных сталей // ФХММ. 1967. № 3. С. 273-281

3. Акимов B.F. Основы учения о коррозии и защита металлов. М.: Металлургия, 1974. 256 с.

4. Акимов В.Г. Теория и методы исследования коррозии металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1946. 270 с

5. Анализ причин аварий вертикальных цилиндрических резервуаров. Кан-даков Г.П., Кузнецов В.В., Лукиенко М.И. //Трубопроводный транспорт нефти, 1995 №4 с. 6-7

6. Афанасьев В.А., Березин B.J1. Сооружение газохранилищ и нефтебаз: Учебник для вузов. М.: Недра, 1986 - 334 с.

7. Ашкинази М.И., Листова А.И., Чикинева Т.И. К вопросу о сроке службы резервуаров. // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ, 1979, №5, с. 20-23

8. Бережницкая М.Ф. Влияние остаточных напряжений на сопротивляемость стали коррозионно-механическому разрушению//ФХММ. 1987. Вып. 23. Ш. С. 22-26

9. Болотин В.В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. М.: Стройиздат, 1982

10. Буренин В.А. Прогнозирование индивидуального остаточного ресурса стальных вертикальных резервуаров. Дисс. д.т.н. Уфа, 1994. 270 с.

11. Венгерцев В.А. и др. Анализ отказов металлических резервуаров на предприятиях по обеспечению нефтепродуктами. НТИС, Научно-производственные достижения нефтяной промышленности в новх условиях хозяйствования, вып.6 1986

12. Венгерцев В.А. Повышение эксплуатационной надежности резервуаров. Серия «Транспорт и хранение нефтепродуктов углеводородного сырья». -М.: ЦНИИТЭнефтехим, вып.6 1990

13. Веревкин С.И., Ржавский Е.Л. Повышение надежности резервуаров, газгольдеров и их оборудования.

14. Власов В.3. Общая теория оболочек. М.: ГТТИ,1949.790 с.

15. Вольмир А.С. Устойчивость деформируемых систем. М.:Наука, 1967 867 с

16. Галеев В.Б. Напряженно-деформированное состояние резервуаров, построенных на слабых переувлажненных грунтах: Дисс. д.т.н. Тюмень, 1987.668 с.

17. Галеев В.Б. Эксплуатация стальных вертикальных резервуаров в сложных условиях. М.: Недра, 1981 - 149 с.

18. Галлямов А.К., Буренин В.А., Павлова О.В. Методика определения долговечности стальных вертикальных резервуаров. Уфа, 1990 30 с.

19. Головнева А.П., Вайсман М.О. Анализ коррозионного состояния резервуаров на промыслах Среднего Прибоя. // Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. М.: ВНИИОЭНГ, 1982, №5, с. 15-16

20. Гумеров А.Г. Исследование напряженного состояния нефтезаводских резервуаров при их эксплуатации. Дисс. К.т.н. м.: 1968, 123 с.

21. Гусев А.С., Светлицкий В.А. Расчет конструкций при случайных воздействиях. М.: Машиностроение, 1985, 224 с.

22. Гутман Э.М. Механохимия металлов и защита от коррозии. 2-е изд., пере-раб. и доп. М.: Металлургия, 1981. 270 с.

23. Гутман Э.М., Зайнуллин Р.С., Зарипов Р.А. Кинетика механохимического разрушения и долговечность растянутых конструктивных элементов при упругопластических деформациях //ФХММ, 1984. № 2. С. 14-17

24. Гутман Э.М., Зайнуллин Р.С., Зарипов Р.А. Кинетика механохимического разрушения и долговечность растянутых конструктивных элементов при упругопластических деформациях // ФХММ, 1984. № 2. С. 14-17

25. Долинский В.М. Изгиб тонких пластин, подверженных коррозионному износу // Динамика и прочность машин. Харьков: Высшая школа, 1975. Вып.21. С. 16-19

26. Долинский В.М. Расчет нагруженных труб, подверженных коррозии // Химическое и нефтяное машиностроение, 1967. № 2. С. 9-10.

27. I .Егоров Е.А., Фоменко Д.С., Моров А.Н. Методика учета напряжений в расчетах долговечности стальных резервуаров, подверженных интенсивной коррозии//Днепропетр. инж-строит, ин-т. Днепропетровск, 1985 13 с.

28. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений: Справочник: В 2 т. Т.1 / Под ред. А.А. Герасименко. М.: Машиностроение, 1987. 688 с.

29. Иванов Ю.К., Коновалов П.А., МангушеваР.А., Сотников С.Н. Основания и фундаменты резервуаров. М.:"Стройиздат", 1989.95 с.

30. Кан С.Н. Строительная механика оболочек. М.: Машиностроение, 1966. 508 с

31. Карпунин В.Г. Исследование изгиба и устойчивости пластин и оболочек с учетом сплошной коррозии: Дисс. к.т.н. Свердловск, 1977 21 с

32. Карпунин В.Г., Клещев С.И., Корнишин М.С. К расчету пластин и оболочек с учетом общей коррозии // Труды X Всесоюзной конференции по теории оболочек и пластин. Тбилиси: МецНИЕРЕБА, 1975. Т.1. С. 166-174

33. Каскевич Н.М. Коррозия стальных резервуаров / Борьба с коррозией в нефтегазовой промышленности. Тем. обзор. М.: ВНИИОЭНГ, 1969 108 с.

34. Кесельман Г.С., Гранатурова Л.П. О величине ущерба, наносимого окружающей среде коррозией в нефтегазовой промышленности. . // Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. М.: ВНИИОЭНГ, 1982, №5, с.15-16

35. Копии И. И. Экспериментальное изучение влияния конструктивной формы элементов стальных конструкций на стойкость против атмосферной коррозии. М.: МИСИ, 1956

36. Кравцов В.В. Защита от коррозии внутренней поверхности стальных вертикальных резервуаров. Учебное пособие, Уфа, 1997

37. Ларионов М.В., Лежнев М.А. Основные недостатки резервуаров, изготовленных методом рулонирования. М. НТС «Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт», 2000, № 1 с. 96-100

38. Ларионов М.В., Лежнев М.А. Отечественная нормативная база в резер-вуаростроении. Отличия от международных стандартов. М. НТС «Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт», 2000, № 2 с. 102-107

39. Лежнев М.А. Анализ причин снижающие надежность эксплуатации резервуарных парков. Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта: Материалы III научно-технической конференции, Новополоцк, 2000, с.99-102

40. Лежнев М.А. Влияние коррозионного износа на работоспособность резервуаров. М. НТС «Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт», 2001, №2 с. 110-115

41. Лежнев М.А. Влияние процесса усталости металла при повторно-циклическом нагружении на работоспособность резервуаров. М. НТС «Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт», 2001, № 3 с. 118-123

42. Лежнев М.А. Изменение остаточного ресурса резервуара в процессе эксплуатационной деградации металла. М. НТС «Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт», 2000, № 4 с. 108-113

43. Лежнев М.А., Ларионов М.В. Использование статистической информации для повышения надежности резервуарных конструкций. М. НТС «Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт», 1999, № 4 с. 74-79

44. Лежнев М.А. Обеспечение технологической рациональности антикоррозионных мероприятий. М. НТС «Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт», 2000, № 3 с. 78-83

45. Лежнев М.А. Оценка технического состояния резервуаров с применением различных методов диагностики. М, НТС «Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт»,! 999, № 3 с. 76-79

46. Лежнев М.А. Прогнозирование работоспособности РВС на основе использования методов теории вероятности. М. НТС «Магистральные и промы еловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт», 2001, №4 с. 105-110

47. Любушкин В.В. Исследование осадки и напряженного состояния днища стальных вертикальных резервуаров. Дисс. к. т. н., Уфа, 1979

48. Махутов Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. М.: Машиностроение, 1981, 272 с.

49. Московская О.А.Разработка методов оптимизации сроков технического обслуживания и ремонта стальных вертикальных резервуаров. Дисс. к.т.н. -Уфа, 1984

50. Овчинников И.Г., Кудайбергенов Н.Б., Шеин А.А. Эксплуатационная надежность и оценка состояния резервуарных конструкций. Саратов, 1999. -316 с.

51. Овчинников И.Г. Механика пластинок и оболочек, подвергающихся коррозионному износу. Сарат. политехи, ин-т. Саратов, 1991. 115 с

52. Овчинников И.Г., Шеин А.А., Денисова iA.П. Техническая диагностика, эксплуатационная надежность и долговечность вертикальных стальных цилиндрических резервуаров. -Саратов, 1999. -116 с.

53. Овчинников И.Г., Сабитов Х.А. К определению напряженно-деформированного состояния и долговечности цилиндрических оболочек с учетом коррозионного износа // Строительная механика и расчет сооружений. 1986. N 1. С. 13-17.

54. ПБ-03-381-00. Правила проектирования и устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов. 2001

55. Петров В.В., Овчинников И.Г., Шихов Ю.М. Расчет элементов конструкций, взаимодействующих с агрессивной средой. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1987. 228 с.

56. Правила технической эксплуатации нефтебаз. М.: Недра, 1986

57. Правила технической эксплуатации резервуаров и инструкции по их ремонту. М.: Недра, 1988

58. Пугачев B.C. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Наука, 1979,496 с.

59. РД 39-0147103-340-86. Методика расчета на прочность и устойчивость резервуаров при неравномерных осадках основания. Уфа: ВНИИСПТ-нефть, 1988

60. РД 39-0147103-356-86. Инструкция по определению периодичности технического обслуживания, ремонта и норм отбраковки стальных вертикальных цилиндрических резервуаров. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1987

61. РД 39-0147103-385-87. Правила технической эксплуатации резервуаров магистральных нефтепроводов. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1987

62. РД 39-30-1284-85. Руководство по обслуживанию и\дефектоскопии вертикальных стальных резервуаров. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1986

63. РД 39-30-1331-85. Инструкция по усилению вертикальных монтажных стыков стенок резервуаров РВС 20000 м3.

64. РД-08-95-95. Положение о системе технического диагностирования стальных вертикальных цилиндрических резервуаров для нефти и нефтепродуктов.

65. Рекомендации по определению допустимых неравномерных осадок стальных вертикальных цилиндрических резервуаров. М.: МИСИ, 1987.

66. Рекомендации по расчету усталостной долговечности вертикальных цилиндрических резервуаров. Госстрой СССР. СоюзметаллостройНИИпро-ект, М., 1987

67. Ржаницын А.Р. Некоторые вопросы механики систем, деформируемых во времени. М. -Л.: Гостехиздат, 1949. 252 с.

68. Ржаницын А.Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность. М.: Стройиздат, 1978

69. Розенштейн И.М. Аварии и надежность стальных резервуаров. М.: «Недра», 1995. 253 с

70. Сафарян М.К. Металлические резервуары и газгольдеры. М.: Недра, 1987, 144с.

71. Сафарян М.К. Современное состояние резервуаростроения и перспектива его развития. М.: Недра, 1972

72. Серенсен С.В. Прочность при малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1975

73. Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович P.M. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность. М,: Машиностроение, 1975

74. Слепнев И.В. Напряженно-деформированное упруго-пластическое состояние стальных вертикальных цилиндрических резервуаров при неравномерных осадках оснований. Дисс. к.т.н., М., МИСИ, 1988, с. 225.

75. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия.

76. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии.

77. СНиП 3.03.01.87. Несущие и ограждающие конструкции. М.: Стройиздат, 1988.

78. СНиП II—106—79. Склады нефти и нефтепродуктов.

79. СНиП II—23—81. Стальные конструкции

80. Соколов А.Г., Лессиг Е.Н., Лилеев А.Ф., Листовые металлические конструкции. М.: Изд-во лит. по стр-ву, 1970. 487 с91 .Сооружение газохранилищ и нефтебаз / Т.Т.Стулов, Б.В. Поповский, О.М. Иванцов, М.К. Сафарян, В.А. Афанасьев. М.: Недра, 1973. 368 с.

81. Тарасенко А.А. Напряженно-деформированное состояние вертикальных стальных резервуаров при ремонтных работах. М.: ОАО «Издательство «Недра»», 1999. 270с.

82. Тарасенко А.А., Кораблев В.А. Изменение свойств сталей объектов транспорта нефти после длительной эксплуатации. Тез. докл. Первой международной научно-практической конференции "Безопасность транспортных систем". Самара, 1998

83. Тарасенко А.А., Прокофьев В.В. Методы ремонта элементов конструкций стальных вертикальных цилиндрических резервуаров после длительной5эксплуатации. Ведомственная инструкция / АООТ «Сибнефтепровод» -Тюмень, 1997

84. Тимошенко С.П. Устойчивость стержней, пластин и оболочек. М.: Наука, 1971.808 с.

85. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. М.: Наука, 1966. 635 с.

86. Фоменко Д.С. Прочность стальных вертикальных цилиндрических резервуаров, подверженных коррозионному износу. Дисс. к.т.н., Киев, ИСН, 1988

87. Чикинева Т.Н. Оценка долговечности и безотказности стальных резервуаров для нефтепродуктов. // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ, 1977 - 28 с.

88. Шуршаков Г.К., Почтовик П.Г. О фактических нагрузках на резервуары нефтеперекачивающих станций. М., 1984, Вып.6

89. Шутов В.Е. Оптимизация резервуарных конструкций для хранения нефтепродуктов. Дис. д.т.н. -М., 1983

90. API Standard 650. Welded Steel Tanks for Oil Storage. Ninth Edition, July 1993. Addendum 1, December 1994. Addendum 2, December 1995. Addendum 3, December 1996.

91. API Standard 653. Tank Inspection, Repair, Alteration, and Reconstruction. Manufacturing, Distribution and Marketing Department. Second Edition, December 1995. Addendum I. December 1996