УДК 624.014.2.04: 681.3

Анализ результатов дефектоскопии сварных соединений нефтяного стального резервуара объемом 50 000 м3  

/Егоров Е.А., к.т.н., доц., Кустовский А.А., асс. (ПГАСиА, Украина)/.

Результаты многочисленных натурных обследований вертикальных цилиндрических резервуаров объемом от 100 до 50 000м³ свидетельствуют о наличии в их конструктивных элементах множества различных дефектов. Наиболее опасными из них являются трещиновидные дефекты(ТД)., которые во многих случаях приводят к полным разрушениям этих конструкций [1]. В большинстве случаев ТД сосредоточены в сварных швах резервуара. Это могут быть трещины, подрезы, непровары, шлаковые включения, цепочки пор и т.д. Статистический анализ информации о трещиновидных дефектах, а также учет ТД в расчетах на прочность является весьма актуальной задачей диагностики и оценки технического состояния вертикальных стальных резервуаров.

Лаборатория надежности резервуарных конструкций (ЛАНАРК) Приднепровской академии строительства и архитектуры принимала участие в натурном обследовании и оценке несущей способности  нефтяного резервуара объемом 50 000м³. Резервуар изготовлен рулонным методом (имеется 6 монтажных сварных соединений), смонтирован в 1981 году, состоит из 12-ти поясов. Нижние пояса изготовлены из стали 16Г2АФ по ГОСТ 19282-73*. Дефектоскопия сварных швов осуществлялось рентгеновским аппаратом «Шмель – 250». Процедуре дефектоскопии были подвержены монтажные сварные соединения, а также все пересечения заводских швов 1-10-го поясов. Была проведена статистическая обработка результатов дефектоскопии сварных соединений.

Результаты отбраковки сварных швов приведены в табл.1.

Таблица 1.

Из таблицы следует, что наибольшее количество дефектов содержится в монтажных швах резервуара. На погонный метр монтажного шва приходится в среднем 2,2 дефектных участка (просвечиваемый участок в данном случае был равен 300 мм).  Все это говорит о весьма значительной дефектности рассматриваемого резервуара.

В ходе статистической обработки дефектов сварных соединений РВС-50 000 были получены также среднее значение размеров дефектов, стандартное отклонение, зафиксировано максимальное и минимальное значение размеров. Результаты представлены в табл.2,3.

Кроме этого были вычислены относительные частоты длин трещин, подрезов, несплавлений кромок и площади шлаковых включений. Это позволило построить графики эмпирических распределений размеров этих дефектов (см. рис. 1-4). Выяснилось, что эти эмпирические кривые можно аппроксимировать степенными зависимостями. Для заводских и монтажных сварных швов были построены единые огибающие кривые распределения размеров дефектов (см. рис. 1-4).

Таблица 2.

Результаты дефектоскопии монтажных сварных соединений.

Данные технической литературы говорят о том, что в аналогичном состоянии находится большая часть резервуаров, эксплуатирующихся на нефтебазах Украины и других стран СНГ.

При оценке несущей способности стальных резервуаров результаты дефектоскопии должны учитываться путем введения тех, или иных поправочных (понижающих) коэффициентов. При определении таких коэффициентов нужно учитывать следующее.

Таблица 3.

Результаты дефектоскопии заводских сварных швов 3-9 поясов.

Рис.1 Распределение длины трещин

Допустим, что после дефектоскопии резервуара все дефекты, размеры которых превышали пределы, установленные в нормативных документах, были удалены с последующим контролем качества швов физическими методами (например, тем же рентгеновским аппаратом). Однако эти процедуры не дают 100% гарантии того, что теперь в сварных швах трещиновидные дефекты отсутствуют. Это связано в основном с двумя причинами.

Первая состоит в том, что дефектоскопия сварных швов не всегда выполняется в полном объеме. Вторая заключается в том, что процедура дефектоскопии не дает 100% гарантии обнаружения всех дефектов.

Рис.2 Распределение длины несплавления кромок

Рис.3 Распределение длины подрезов

Обозначим доли швов подверженных и неподверженных дефектоскопии, соответственно, как , а вероятность «необнаружения» дефекта как . Необходимо также  учесть и общую закономерность распределения параметров обнаруженных при дефектоскопии ТД, обозначим ее, как .

Рис.4 распределение площади шлаковых включений

Рис.5 Вероятность наличия ТД в резервуаре после ремонта

Теперь вероятность существования оставшихся в резервуаре ТД будет определяться по формуле:

                (1)

Вероятность  определена исходя из того, что:

В нашем случае , а определялась по огибающим кривым (см. рис. 1-4).

Для рассматриваемого резервуара на основании результатов дефектоскопии из соотношения (1) получены значения для групп дефектов: трещины, подрезы, несплавления кромок, шлаковые включения (см. рис. 5.). При этом шлаковые включения были схематизированы как эллиптические трещины согласно [2]. Отметим, что по разработкам, приведенным в [2] любой трещиновидный дефект можно привести к эквивалентной эллиптической либо сквозной трещине – как наиболее консервативным схемам дефектов с точки зрения трещиностойкости рассчитываемого элемента и скорости роста дефекта при повторных нагружениях.

Задаваясь предельным значением вероятности существования дефектов  можно из соотношения (1) определять расчетные параметры ТД, по которым и следует проводить оценку несущей способности стальных резервуаров. Для этого можно воспользоваться известными соотношениями механики разрушения [3,4].

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ:

1. Егоров Е.А., Кустовский А.А. Анализ проблем трещиностойкости вертикальных цилиндрических стальных резервуаров. //Вісник академії: Наук. та інформ. бюл.: ПДАБА.- Дн-ськ, - 1999.- №1.- С. 25-26.

2. Овчинников А.В., Попов А.А., Васильченко Г.С. Основные принципы составления расчетных схем элементов конструкций с несплошностями по данным неразрушающего контроля. Сообщение 1. Подповерхностные несплошности. //Проблемы прочности. – 1988.- №9.- С. 75-79.

3.   Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. М.: Наука, 1974. 640 с.

4.   Махутов Н.А. Сопротивление Элементов конструкций хрупкому разрушению. Л.: Машиностроение , 1978. 200с.