Повышение безопасности РВС, длительно эксплуатируемых в условиях низких температур тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.03, кандидат технических наук Шерстобитова, Рита Табриковна

• Шерстобитова, Рита Табриковна
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шерстобитова, Рита Табриковна

Введение С.

1. Литературный обзор

1.1 Анализ опасностей, связанных с эксплуатацией резервуа- 9 ров товарных парков предприятий нефтепереработки

1.2 Причины аварий, возникающих при эксплуатации резервуаров

1.3 Причины и механизм возникновения (дефектов) трещин в резервуарах

1.4 Условия развития процессов разрушения на макроуровне и эксплуатации резервуаров

1.5 Определение напряжений, вызвавших разрушение

1.6 Переход от вязкого разрушения к хрупкому

1.7 Стандартные методы расчета, используемые при проекта- 26 ровании

1.8 Обоснование выбора программы АИБУЗ 31 1.8.1 Краткое описание характеристик и отличительных особенностей программы А№>У

Выводы по главе

2. Объект и методы исследований

2.1 Резервуар, конструкции резервуаров, материальное 39 оформление

2.2 Объект исследования

2.3 Отбор проб металла 57 2.3.1 Изготовление образцов

2.4 Методы исследований

2.4.1 Исследование изменения параметров поверхностной 62 энергии при накоплении усталостных повреждений

2.4.2 Определение химического состава

2.4.3 Металлографические исследования

2.4.4 Испытания на растяжение (статические)

2.4.5 Испытания на ударный изгиб (динамические)

2.4.6 Определение погрешности измерений

2.5 Оценка статистической и экспериментальной прочности стали СтЗсп

Выводы по главе

3.Разработка метода расчёта режимов и сроков безопасной эксплуатации резервуаров исходя из самых неблагоприятных условий эксплуатации

3.1 Расчет аппарата на прочность по стандартной методике

3.2 Оценка напряженно-деформированного состояния резервуара методом конечных элементов при помощи ПК ANSYS

3.2.1 Основные этапы построения геометрической модели исследуемого объекта

3.2.2 Расчет напряженно-деформированного состояния ре- 92 зервуара

3.3 Оценка параметров деформаций, возникающих при нагрузках от воздействия эксплуатационные параметров (рабочее 101 давление и температура и т.д.),

3.3.1 Оценка параметров деформаций расчетной модели

3.3.2 Оценка параметров деформаций резервуара на данном уровне эксплуатации

Выводы по главе

4. Сравнительный анализ результатов и рекомендации

Выводы по главе

Заключение диссертации по теме «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)», Шерстобитова, Рита Табриковна

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 Разработан алгоритм оценки возможности возникновения аварийных ситуаций при длительной эксплуатации резервуаров при реализации нештатных ситуаций. Результаты моделирования НДС резервуара позволяют оценить состояние объекта, учитывая такие факторы, как уровень взлива сырья, толщина стенки сосуда, расположение врезок штуцеров, температура окружающей среды, совокупность которых не учитывается стандартными методами расчета на прочность и устойчивость.

2 Разработана конечно-элементная модель НДС резервуара с применением ПК ANS YS. Проведенные расчеты показали неравномерное распределение напряжений и деформаций в обечайке резервуара, которым характерно превышение справочных значений предела текучести.

3 На примере стали СтЗсп5 экспериментально установлено, что поверхностная энергия материала, при накоплении усталостных повреждений в области упруго-пластической деформации увеличивается. Материал в состоянии поставки имеет равномерно распределенную поверхностную энергию, а материал бывшей в эксплуатации характеризуется неравномерно распределенной поверхностной энергией, что указывает на возможность оценки степень накопления повреждений.

4 Установлено, что в процессе длительной эксплуатации изменение прочностных характеристик механических свойств материала стали СтЗсп5 в продольном и поперечном направлении проката изменяются идентично. Однако пластические свойства материала вдоль и поперек проката различны, а именно в продольном направлении материала относительное сужение уменьшается с понижением температуры испытаний, а в поперечном направлении остается постоянным. Выявлено, что со временем ударная вязкость для стали СтЗсп5 в продольном направлении проката уменьшается, а в поперечном - возрастает.

5 Оценено НДС резервуара с учетом врезки штуцеров, эксплуатационных нагрузок, изменения толщины стенки и механических свойств материала при понижении температур. Установлено, что напряжения в обечайке при эксплуатации резервуара возрастают.

6 При моделировании НДС резервуара методом конечных элементов показано, что асимметрия конструкции, вызванная наличием сопряженных с корпусом штуцеров, приводит к перераспределению напряжений в обечайке. Вследствие этого возникают зоны концентрации напряжений, которые не располагаются непосредственно в зоне сопряжения обечайки и штуцера и не учитываются при расчете НДС по стандартным методикам. Зоны концентрации напряжений совпадают с местами возникновения трещины в резервуаре, претерпевшем катастрофическое разрушение в условиях низких температур окружающей среды. Показано, что предельное состояние материала длительно эксплуатируемого резервуара в зонах концентрации напряжений достигается при температурах от минус 15 до минус 30°С.

7 Разработанные рекомендации по проведению испытаний в криогенных условиях, используются в учебном процессе ГОУ ВПО УГНТУ при проведении лабораторных и практических работ по дисциплине «Изменение свойств конструкционных материалов в процессе эксплуатации».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шерстобитова, Рита Табриковна, 2008 год

1. Федеральный закон РФ от 21.07.97 N 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов». Режим доступа: www.akdi.ru

2. Розенштейн И.М. Аварии и надежность стальных резервуаров. -М.: Недра, 1995.-253 с.

3. Попов В.Ф. Ибрагимов И.Г. Экспериментальные системы диагностирования в энергетики и химической технологии. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2000. - 59 с.

4. Купреишвили С.М. Технологическое развитие системы нефтепро-дуктотранспортирования с использованием вертикальных цилиндрических резервуаров // Безопасность труда в промышленности. 2003, № 7 - С.47 - 50.

5. Дадонов Ю.А., Мокроусов С.Н., Лисин Ю.В., Демин А.М. Обеспечение промышленной безопасности и надежности эксплуатации резервуар-ных парков нефтепроводной системы ОАО АК «Транснефть» // Безопасность труда в промышленности. 2001, № 2 - С. 18.

6. Журнал «Безопасность труда в промышленности», № 12, 2007 г. — Режим доступа: www.safety.ru

7. Макаренко O.A. Совершенствование конструкций резервуаров с плавающими крышами (понтонами) с целью повышения надежности и эффективности их работы: Дис.канд. тех. наук. Уфа, 1999. - 170 с.

8. Кондрашова О.Г. Определение ресурса безопасной эксплуатации нефтегазового оборудования путем оценки адаптивных свойств металла поизменению его магнитных характеристик: Дис.канд. тех. наук. 05.26.03 — Уфа, 2006.-100 с.

9. Сафарян М.К. Металлические резервуары и газгольдеры. М., Недра, 1987.-202 с.

10. Прохоров А.Е. Оценка степени поврежденности оборудования, эксплуатируемого в условиях малоцикловой усталости, с учетом параметров поверхностной энергии: Дис.канд. тех. наук. — Уфа, 2005.

11. Терентьев В.Ф. Циклическая прочность металлических материалов: Учебное пособие. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2001.-105 с.

12. Мокроусов С.Н. Основные направления для предотвращения аварий на предприятиях //Журнал-каталог «Транспортная безопасность и технологии» №2. Режим доступа: www.securpress.ru

13. Кандаков Т.П. Проблемы отечественного резервуаростроения и возможные пути их решения // Промышленное и гражданское строительство. 1998.-№5.

14. Дубов A.A. Проблемы оценки ресурса стареющего оборудования // Безопасность труда в промышленности -2002, №12 С.30-38.

15. Цигарели Д.В., Сучков В.П., Шаталов A.A. Стандартизация в области обеспечения взрывопожаробезопастности технологий хранения нефти и нефтепродуктов, М.: ЦНИИТЭнефтехим, Тематический обзор, 1996г.

16. Абросимов A.A. Управление промышленной безопасностью, М.: Изд-во КМК ЛТД, 2000г.

17. Шкловский Э.И. , Востриков B.C. Ремонтная служба на химических предприятия. М.: Химия, 1987. - 168с.

18. Безопасность труда в промышленности. Ежемесячный массовый научно-производственный журнал широкого профиля. Москва, 2003. №10 -23 С.

19. Захаров Н.М., Евдокимов Г.И. Обеспечение ресурса оболочковых конструкций./ Под' общ. Редакцией И.Р. Кузеева. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2002.- 158с.

20. Тиньгаев А.К., Губайдулин Р.Г., Елсуков Е.И. Южно-Уральский государственный университет. Анализ надежности сварных соединений вертикальных резервуаров. Режим доступа: www.weld.su/science.

21. Ширман А.Р., Соловьев А.Б. Практическая вибродиагностика и мониторинг состояния механического оборудования. М.,1996г.-276с.

22. Режим доступа: revolution.allbest.ru/physics/.

23. Нагаев Р.Г. Влияние дефектов на режимы и сроки безопасной эксплуатации трубопроводов и резервуаров / Р.Г. Нагаев и др. // Нефтегазовое дело. 2003. - Т.1 - С. 298 - 304.

24. Фрактография и атлас фрактограмм/ Справ, изд. Пер. с англ./ Под ред. Дж. Феллоуза. — М: Металлургия, 1982.- 600с.

25. Веревкин С.И., Ржавский E.JI. Повышение надежности резервуаров, газгольдеров и их оборудования. М., Недра, 1980. С.222.

26. ГОСТ 11150 Металлы. Методы испытаний на растяжение при пониженных температурах. М.: Издательство стандартов, 1990.- 6 с.

27. Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1977. С.499

28. Шульте Ю.А. Хладостойкие стали. М.: Металлургия, 1970. 224с.

29. Калинников Е.С. Хдадостойкая низколегированная сталь (выплавка и свойства). М.: Металлургия, 1976. 288с.

30. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1990. С.527.

31. ОСТ 26-291-94 Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия. Режим доступа: www.standards.ru.

32. ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Режим доступа: www.standards.ru.

33. Березин В.Л., Шутов В.Е. Прочность и устойчивость резервуаров и трубопроводов. М.: Недра, 1973. 200с.

34. Березин B.JI. и др. К вопросу эксплуатации нефтезаводских резервуаров // Транспорт и хранение нефти. 1963. - №3.

35. Котляревский В.А., Шаталов A.A., Хануков Х.М. Безопасность резервуаров и трубопроводов, М., Экономика и информатика, 2000г.

36. Лащинский A.A., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Ленинград: Машиностроение, 1970. -С.410-483.

37. Рахмилевич 3.3., Радзин И.М., Фарамазов С.А. Справочник механика химических и нефтехимических производств. М., Химия, 1985. 590с.

38. Сафарян М.К., Иванцов О.М. Проектирование и сооружение стальных резервуаров. М.: Гостоптехиздат. 1961.

39. ГОСТ 26202-84. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок. Режим доступа: www.standards.ru

40. ГОСТ 25859-83 (CT СЭВ 3648-82). Сосуды и аппараты стальные. Нормы и методы расчета на прочность при малоцикловых нагрузках. Режим доступа: www.standards.ru

41. СНиП II-15-74. Расчет несущей способности основания резервуара. Режим доступа: www.standards.ru

42. СНиП П-23-81* Стальные конструкции. Режим доступа: www.standards.ru

43. СНиП 2.09.03-85 Сооружения промышленных предприятий. -Режим доступа: www.standards.ru

44. РД 08-95-95 Положение о системе технического диагностирования сварных вертикальных цилиндрических резервуаров для нефти и нефтепродуктов. Режим доступа: www.standards.ru

45. РД 153-112-017-97 Инструкция по диагностике и оценке остаточного ресурса вертикальных стальных резервуаров. Режим доступа: www.standards.ru

46. Абрамов В.Ф., Худошин A.A., Иванов Г.И. Метод неразру-шающего металлографического анализа на объектах повышенной опасности // Безопасность труда в промышленности. 2000. №12. - С.48.

47. Тарасенко A.A. и др. Исследование влияния прием раздаточных патрубков на НДС резервуара // Нефть и газ. 1998. №1

48. Купрешвили С.М. «Оценка экономической эффективности вертикальных цилиндрических резервуаров» // Нефть и газ. 1998. №3

49. Огородников О. М. Введение в компьютерный конструкционный анализ: Методические указания по курсу «Компьютерная диагностика».-Екатеринбург.: УГТУ-УПИ, 2001.- 47 с.

50. Учебник по ANSYS.-http://www.csa.ru/csa/cads/docs/ANSYS/tutlrus/.

51. Програмный пакет ANS YS- http://ANSYS.by.ru/

52. Чигарев A.B., Кравчук A.C., Смалюк А.Ф. ANSYS для инженен-ров: Справ. Пособие. М.: Машиностроение 1, 2004. - 512с.

53. Гареев А.Г., Худяков М.А., Абдуллин И.Г., Мостовой A.B., Ти-мошкин Ю.В. Особенности разрушения материалов нефтегазопроводов. -Уфа: Гилем, 2006. С. 18.

54. Фарамазов С.А. Оборудование нефтегазоперерабатывающих заводов и его эксплуатация. М., Химия, 1984.

55. Абузаров Ф.Ф., Бронштейн И.С., Новоселов В.Ф. и др. Борьба с потерями нефти и нефтепродуктов при транспорте и хранении. М., Недра, 1999г.

56. Поповский Б.В., Шейнблит Я.А. Разработка и освоение индустриального метода строительства. М., ВНИИОЭНГ, 2001. 55С.

57. Карпиенко B.C., Поповский Б.В. Сооружение резервуаров. М.: Стройиздат, 1999г.

58. Коновалов Н.И., Мустафин Ф.М., Коробков Г.Е., Ахияров Р.Ж., Лукьянова И.Э. Оборудование резервуаров: Учеб. пособие для вузов 2-е изд., перераб. и доп. - Уфа.: Изд-во ДизайнПолиграфСервис, 2005. - 214с.

59. Металловедение и термическая обработка стали: Справ, изд. В 3-х т./ Под ред. Бернштейна М.JI. 4-е изд., перераб. и доп. Т. 1. Методы испытаний и исследования. М., Металлургия, 1991.- С. 445.

60. Чиркова А. Г., Баязитов М. И. Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли: Учебное пособие. Уфа: Изд-во УГНТУ, 1999. -172 с.

61. ПБ 03-605-03 утв. 9.06.2003 №76 Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов.

62. Евтихин В.Ф. Новое проектирование, строительство и эксплуатация резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов. М.: Изд-во ЦНИИТЭнефтехим, 1980.-56с.

63. Махутов H.A., Пермяков В.Н. Ресурс безопасной эксплуатации сосудов и трубопроводов. Новосибирск: Наука, 2005. — С.203.

64. ГОСТ 1497-84 (CT СЭВ 471-77) Металлы. Методы испытаний на растяжение.

65. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. М., Машиностроение, 2000г.

66. ГОСТ 27947 Контроль неразрушающий. Рентгенотелевизионный метод. Общие требования. Режим доступа: www.standards.ru

67. ГОСТ 22536.5-87: Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения марганца. Режим доступа: www.standards.ru

68. ГОСТ 22536.4-88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения кремния. Режим доступа: www.standards.ru

69. ГОСТ 22536.1-88 (CT СЭВ 5284-85) Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения общего углерода и графита. Режим доступа: www.standards.ru

70. СНиП П-23-81*.Стальные конструкции. — М.: Стройиздат, 1982.-96 с.

71. Леонтьев В. Л. Система ANSYS как средство изучения метода конечных элементов и механики сплошных сред- Екатеринбург: Изд-во УГУ, 2001.- 40с.

72. Гафаров Р.Х., Шарафиев Р.Г., Ризванов Р.Г. Краткий справочник инженера-механика. Основные формулы и справочные данные по расчетам на прочность. Уфа: Изд-во УГНТУ, 1995. - 112 с

73. Газиев P.P. Оценка долговечности биметаллических аппаратов на примере установки замедленного коксования: Дис.канд. тех. наук. Уфа, 1992.

74. Кондрашова О.Г., Наумкин Е.А. Применение феррозондового метода контроля для диагностики нефтегазового оборудования: учебно методическое пособие. -Уфа: УГНТУ, 2007. - С. 11.

75. Буренин В.А. Исследование влияния неравномерных осадок на напряженно-деформированное состояние вертикального цилиндрического резервуара: Дис.канд. техн. наук. Уфа, 1979. 168с.

76. Назарова М.Н. Исследование механизмов релаксации внутренних напряжений в стенке резервуара и их влияние на развитие процессов разрушения: Дис.канд. техн. наук. Уфа, 2000. 99с.

77. Галлеев В.Г. Эксплуатация стальных вертикальных резервуаров в сложных условиях. -М.: Недра, 1981. 149с.

78. ГОСТ 25.502-79. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость. М.: Изд-во стандартов, 1980 32 с.

79. Халимов А. Г., Зайнуллин Р. С., Халимов А. А. Техническая диагностика и оценка ресурса аппаратов: Учеб. пособие. — Уфа: Изд-во УГНТУ, 2001.-408 с.

80. ОСТ 26-291 -94. Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия . Режим доступа: www.cntd.pirit.info

81. СНиП 2.11.03-93. Склады нефти и нефтепродуктов. Противопожарные нормы. Режим доступа: http://www.know-house.ru/gost/gost3l

82. ГОСТ 1510-84 (CT СЭВ 1415-78). Нефть и нефтепродукты. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение. Режим доступа: www.standards.ru

83. Тарасенко A.A., Тюрин Д.В. Моделирование нефтяных стальных вертикальных цилиндрических резервуаров // Нефть и газ: Тюмень: Изд-во ТГНУ, 2001. №4 - С.65.

84. ГОСТ 380-94 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки docinfo.ru

85. ГОСТ 25502-82 Объективы. Метод определения фотографической разрешающей способности. Режим доступа: www.normacs.ru .

86. СНиП 23.01.99 Строительная климатология. Режим доступа: www.arktos.ru

87. ГОСТ 9454 Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенной температурах. Режим доступа: www.volgametal.ru/gosts

88. ГОСТ 11150-84 Методы испытания на растяжение при пониже-ных температурах. Режим доступа: www.alfametal.ru

89. Буренин В.А. Прогнозирование индивидуального остаточного ресурса стальных вертикальных резервуаров. Дис.докт. техн. наук. 05.15.13. Уфа, 1994.-295с.

90. Абузова Ф.Ф. Исследование потерь от испарения нефтей и нефтепродуктов и эффективности средств сокращения их в резервуарах: Дис.докт. техн. наук. 05.15.07. Уфа, 1976. -334с.

91. Каравайченко М.Г. Совершенствование проектирования и индустриализация сооружения резервуаров с плавающей крышей: Дис.канд. техн. наук. 05.15.13. Уфа, 1984.

92. Абдуллин P.C. Обеспечение работоспособности нефтегазохими-ческого оборудования: Дис.докт. техн. наук. 05.04.09. Уфа, 1999.

93. Абдуллин P.C. Разработка ресурсосберегающей технологии изготовления элементов нефтехимической аппаратуры типа охватывающих и охватываемых цилиндров: Дис.канд. техн. наук. 05.04.09. Уфа, 1991.

94. Зайнуллин P.C. Обеспечение работоспособности оборудования для подготовки и переработки нефти в условиях механихимической повреждаемости: Дис.докт. техн. наук. 05.04.09. Уфа, 1986.

95. Галеев В.Б. Напряженно-деформированное состояние резервуаров, построенных на слабонесущих переувлажненных грунтах: Дис.докт. техн. наук. 05. 15.13. Уфа, 1987.

96. Давыдов С.Н., Абдуллин И.Г. Техника и методы коррозионных испытаний: учеб. пособие. Уфа: Изд-во УГНТУ, 1998. - 102с.

97. Махутов H.A. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность: В 2ч. / H.A. Махутов. Новосибирск: Наука, 2005. - Ч. 1: Критерии прочности и ресурс. - 494с.

98. ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВА

99. Проректор по учебной работе профессор1. И.Г. Ибрагимов