Содержание к диссертации
Введение 12
Глава 1. Анализ факторов, влияющих на долговечность резервуаров для хранения нефтепродуктов и технологических трубопроводов в условиях длительной эксплуатации 15
1.1 1.2.
1.2.1 1.2.2.
Характеристика объекта и предмет исследований 15
Анализ факторов, вызывающих отказы технологического оборудования морского терминала 18
Производственно-технологическая дефектность 23
Влияние эксплуатационных факторов на долговечность и ресурс оборудования, длительно работающего с нефтепродуктами при температурных, механических и коррозионно-механических воздействиях 29
1.2.3. Влияние изменения формы резервуаров на ресурс 36
Анализ методов неразрушающего контроля материалов, применяемых при монтаже и эксплуатации резервуаров 39
1.4.
Пути повышения прочности и остаточного ресурса.
Цель и задачи исследования 43
Глава 2. Методы и средства проведения исследований 47
2.1. Технологические особенности поверхностной обработки для повышения эксплуатационных свойств 47
2.1.1. Материалы и методика отработки технологий. Металлографические исследования 47
2.1.2. Технология защиты сварного шва от воздействия активных сред 50
2.2. Методика исследования эксплуатационных свойств металлов 52
2.2.1. Методика исследования механических свойств основного металла и сварных соединений при статическом и динамическом нагружении 52
2.2.2. Методика исследования механических свойств основного металла и сварных соединений при циклическом нагружении 53
2.2.3. Методика исследования кинетики роста трещин 56
2.2.4. Установка для исследования коррозионного растрескивания и малоцикловой усталости в эксплуатационных условиях 2.3. Методика и технические средства измерения напряженно-деформированного состояния 58
2.4. Методы и средства неразрушающего контроля для оценки состояния конструкций 65
Глава 3. Структура и свойства основного металла и сварных соединений резервуаров и технологических трубопроводов, длительно контактирующих с нефтепродуктами. 66
3.1. Механические свойства основного металла и сварных соединений после длительных сроков эксплуатации... 66
3.2. Исследование структуры и свойств металла шва и зоны термического влияния 73
3.3. Химический состав и коррозионная стойкость сварного шва и основного металла 84
3.4. Определение структурных параметров стали в процессе эксплуатации 87
Глава 4. Влияние эксплуатационных, технологических факторов и климатических условий на напряженно деформированное состояние и ресурс вертикальных
стальных резервуаров 96
4.1. Статистический анализ неравномерной осадки основания вертикальных цилиндрических резервуаров 96
4.2. Компьютерное моделирование напряженно-деформированного состояния вертикальных цилиндрических резервуаров
4.2.1. Влияние неравномерной осадки основания на напряженно-деформированное состояния вертикальных цилиндрических резервуаров 111
4.2.2. Влияние технологических концентраторов напряжений на прочность сварного соединения 118
4.2.3. Моделирование НДС вертикальных стальных резервуаров от совокупности влияния эксплуатационных и технологических факторов 122
4.2.4. Оценка НДС при наличии концентратора напряжений в виде питтинга 125
4.2.5. Влияние факторов климатического характера на НДС резервуаров для хранения нефтепродуктов 128
4.3. Влияние нефтепродуктов на остаточный ресурс резервуаров для хранения нефтепродуктов 137
4. 4. Влияние монтажных, технологических и эксплуатационных напряжений на коррозионный износ сталей, контактирующих с нефтепродуктами 140
4.4.1. Влияние остаточных сварочных напряжений на коррозионное растрескивание 141
4.4.2. Анализ формирования микро и макротрещин под действием напряжений и компонентов нефтепродуктов с позиции структурно дислокационных механизмов 145
4.5. Прогнозирование долговечности сталей, контактирующей с нефтепродуктами 150
4.5.1. Долговечность в условиях общей коррозии 150
4.5.2. Долговечность при коррозионно-усталостном нагружении 154
4.6. Разработка рекомендаций по повышению долговечности и надежности резервуаров для хранения нефтепродуктов 162
Глава 5. Инженерные приложения и анализ техногенного риска при эксплуатации оборудования, контактирующего
с нефтепродуктами 169
5.1. Повышение надежности компенсационных систем технологических трубопроводов 169
5.1.1. Анализ существующих способов компенсации перемещений 171
5.1.2. Шаровой компенсатор трубопроводов 174
5.2. Оценка техногенного риска при эксплуатации резервуаров для хранения нефтепродуктов и технологических трубопроводов 176
Основные результаты и выводы 191
Список использованной литературы 195
Приложения 2
Введение к работе
Обострившиеся в последнее десятилетие проблемы остаточного ресурса конструкций обуславливают необходимость проведения исследований во многих областях конструкционного материаловедения, в частности вопросах механики, физики и химии деградационных процессов, приводящих к изменению и повреждению структуры металла, снижению прочностных характеристик, образованию трехмерных дефектов коррозионного или усталостного характера и, как следствие, приводящих к отказам технических систем. Для количественной оценки деградационных процессов необходимо проведение исследований по оценке механических характеристик с учетом эффекта старения и накопленных повреждений с обязательными комплексными металлографическими исследованиями особенностей макро и микроструктуры.
Оборудование морского терминала, на базе которого проводились исследования, является одним из наиболее металлоемких промышленных объектов. Основную их долю составляют резервуары и технологические трубопроводы, являющиеся согласно Федеральному закону от 21.07.97 № 116-ФЭ «О промышленной безопасности опасных промышленных объектов», опасными производственными объектами [1,2]. Многочисленные отказы таких объектов наносят значительный экономический и экологический ущерб и приводят к риску жизни людей. Замена оборудования, выработавшего проектный ресурс, требует больших капиталовложений, поэтому в настоящее время актуальной проблемой является определение технического состояния металлов и оценка остаточных служебных свойств конструкций с учетом дефектов и несовершенств. Актуальность и практическая значимость исследований в этой области резко возрастает по мере увеличения проектных ресурсов и повышения требований к безопасности.
Наиболее опасные виды отказов оборудования по хранению и транспортировке нефтепродуктов связаны с образованием дефектов в очаговой зоне разрушения под воздействием факторов эксплуатационного характера (действия коррозионной среды, циклического нагружения, температуры), усложненными дефектами металлургического происхождения, монтажными дефектами формы и технологическими дефектами структуры и формы. Это побуждает к детальному рассмотрению технической задачи по выявлению резервов долговечности оборудования с дефектами формы. В последние годы актуальность проблемы повышения долговечности резервуаров и технологических трубопроводов возрастает в связи с увеличивающейся напряженностью их работы и повышающейся коррозионной активностью транспортируемой продукции и внешней окружающей среды.
В диссертации на основании анализа результатов исследований отечественных и зарубежных ученых по проблеме разрушения металлоконструкций и работ автора в области изучения свойств металла очаговых зон разрушения от ряда факторов металлургического и эксплуатационного происхождения рассмотрены вопросы оценки структурных параметров сталей и ресурсных характеристик резервуаров для хранения нефтепродуктов, подверженных циклическому нагружению в условиях воздействия коррозионных сред с учетом несовершенств формытехнологического и эксплуатационного характера.
Несмотря на большой объем опубликованных исследований в области увеличения долговечности и безопасной эксплуатации металлоконструкций, находящихся в контакте с нефтью и нефтепродуктами и подверженных кор-розионно-механическому разрушению, задача прогнозирования разрушения конструкционных материалов и изделий из них до конца не решена. Среди них можно выделить следующие:
- требует дальнейшего исследования влияние факторов технологического и эксплуатационного характера на долговечность сталей в условиях циклического нагружения и воздействия коррозионно-активных сред;
- необходимо более детальное исследование влияния структуры металла и среды на коррозионное растрескивание под напряжением; - требуют дальнейшего совершенствования методы прогнозирования остаточного ресурса металлоконструкций, подверженных воздействию циклических нагрузок и коррозионно-активных сред;
- необходима разработка конструктивно-технологических способов повышения долговечности металлоконструкций, работающих в условиях воздействия коррозионных сред.
