Особенности продления ресурса резервуаров РВСПК 50000

Промышленное и гражданское строительство, № 6, 2006 г.

Дорошенко Ф.Е., к.т.н.

В 1970-х гг. в нашей стране по проекту ЦНИИпроектстальконструкции был построен большой парк вертикальных стальных резервуаров вместимостью по 50 000 м3 для нефти. Этот проект уникален тем, что впервые в мировой практике стенки таких крупных резервуаров были изготовлены из высокопрочной экономно легированной стали 16Г2АФ (класс прочности 440) методом рулонирования. Без сомнения, его можно отнести к самым смелым и выдающимся достижениям резервуаростроения, что подтверждает многолетняя безаварийная эксплуатация таких резервуаров. Большинство из резервуаров парка успешно эксплуатируется и сегодня.

Строящиеся в настоящее время резервуары из стали 09Г2С вместимостью 50 000 м3 по американской технологии полистовой сборки имеют металлоемкость в 1,5–2 раза большую, чем резервуары, построенные 30 лет назад, а по затратам на сварочные материалы и по трудоемкости монтажа превышают их в несколько раз. Рассмотрим проблемы, связанные с продлением ресурса резервуаров РВСПК 50 000, построенных по рулонной технологии.

При проведении комплексных обследований резервуаров после длительной интенсивной эксплуатации (до 200 циклов в год) выявлены основные причины снижения их несущей способности и надежности:

технологические дефекты в сварных соединениях, образовавшиеся еще на стадии изготовления рулонных полотнищ стенок резервуаров, в результате эксплуатации постепенно увеличиваются в размерах и могут достигать критических значений;

геометрические несовершенства оболочки, особенно в зонах монтажных стыков с большой угловатостью, приводят к значительным радиальным перемещениям стенки, в несколько раз превышающим расчетные значения. В таких зонах, особенно при наличии концентраторов напряжений, происходят явления малоцикловой усталости с образованием трещин;

в зонах сопряжения стенки с днищем в результате разрушительной работы подтоварной воды появляется глубокая язвенная коррозия, а иногда и коррозионные трещины в сопряжении уторного шва с основным металлом, где имеет место высокий уровень напряжений.

Многолетний опыт диагностирования показывает, что в резервуарах, расположенных на одной площадке, часто выявляется различный характер повреждений, вследствие чего необходимо применять разнообразные технические решения по их ремонту. Это связано с разным качеством выполнения строительно-монтажных и сварочных работ, различными геометрическими отклонениями параметров конструктивных элементов, а также величиной и характером просадок основания.

К наиболее частым случаям повреждений и отказов конструкций РВСПК 50 000 из стали 16Г2АФ, находящихся в эксплуатации более 20 лет, относятся: образование усталостных трещин в монтажных и заводских сварных соединениях стенки, изготовленной с дефектами, а также в зонах врезок приемо-раздаточных патрубков; появление кольцевых трещин в зоне сопряжения уторного шва с основным металлом окраечных листов днища и трещин в сопряжении колец жесткости со стенкой; интенсивные коррозионные локальные повреждения внутренней стороны стенки в сопряжении с днищем; коррозионные повреждения внутреннего уторного шва, снижающие его конструктивную прочность; общая и язвенная коррозия центральной части днища; нарушения герметичности коробов и опор плавающей крыши, возникающие вследствие коррозионных повреждений или образования трещин в коробах при посадке крыши на деформированное днище или на днище с неравномерным слоем твердых осадков.

Продление срока службы резервуара возможно только при условии, что эти дефекты или повреждения отсутствуют или устранены. Проектную документацию на капитальный ремонт таких резервуаров разрабатывают на основе технического диагностирования, прочностных расчетов и оценки остаточного ресурса с учетом полученных за период эксплуатации повреждений и фактического состояния конструктивных элементов.

Для обеспечения надежной и безопасной дальнейшей эксплуатации резервуара необходимо выполнить: обследование резервуара в процессе эксплуатации (частичное обследование) с проведением визуального и измерительного контроля; полное его обследование с составлением дефектной ведомости, которая является основой для подготовки рабочей документации на капитальный ремонт; рабочую документацию на капитальный ремонт; капитальный ремонт и гидравлические испытания резервуара.

Выведение крупных резервуаров из эксплуатации для зачистки, обследования и ремонта, как правило, связано с существенными экономическими потерями, поэтому представляется естественным стремление максимально сократить сроки проведения этих работ. Целесообразно выполнить максимальный объем диагностических работ в процессе эксплуатации резервуара, т. е. при частичном его обследовании.

Программа частичного технического диагностирования РВСПК 50 000 включает в себя следующие виды работ:

внешний визуальный и измерительный контроль корпуса резервуара, плавающей крыши и катучей лестницы в процессе цикла «слив – налив» и определение зон оболочки корпуса, в которых наблюдаются сверхпроектные радиальные перемещения, а также внешние дефекты и повреждения;

геодезическую съемку горизонтальности наружного контура днища и вертикальности стенки;

измерение локальных геометрических отклонений стенки и ее сварных соединений от проектной формы, а также угловатости монтажных сварных стыков;

сканирование толщины конструктивных элементов стенки для определения характера и степени коррозионных повреждений;

ультразвуковую толщинометрию листов стенки, днища, патрубков в стенке, коробов и мембраны плавающей крыши, трубопроводов системы орошения и пожаротушения;

обследование зон сопряжения колец жесткости со стенкой, а также стенки в зонах крепления шахтной лестницы;

измерение твердости металла сварных соединений стенки и врезок люков, патрубков и оценку уровня механических свойств металла конструктивных элементов;

сканирование по методу магнитной памяти металла сварных соединений и зон стенки, в которых выявлены сверхпроектные перемещения;

ультразвуковой контроль сварных соединений монтажных стыков стенки по всей длине заводских сварных швов, в которых выявлены аномалии в результате контроля методом магнитной памяти металла;

контроль выявленных дефектных зон стенки методом магнитной анизотропии для определения степени опасности дефекта по величине коэффициента концентрации напряжений;

обследование катучей лестницы, в том числе состояния шарниров, толщинометрию ее конструктивных элементов и оценку пригодности к эксплуатации узлов и деталей, а также конструктивных элементов молниезащиты и заземления;

оценку состояния фундамента и отмостки;

выполнение расчетов на прочность, устойчивость и сейсмостойкость корпуса резервуара с учетом фактических толщин его конструктивных элементов.

После зачистки резервуара проводят следующие виды диагностических работ:

контроль степени коррозионных повреждений стенки внутри резервуара;

зашлифовку и цветную дефектоскопию швов в сопряжении стенки с днищем и врезок приемо-раздаточных патрубков в стенку;

обследование днища с целью определения степени коррозионных повреждений;

геодезическую съемку днища и плавающей крыши;

обследование и оценку пригодности к дальнейшей эксплуатации элементов плавающей крыши, включая: измерение зазоров между коробами плавающей крыши и стенкой для оценки условий работы уплотняющего затвора по поясам, проверку герметичности коробов, визуальный контроль сварных соединений крыши, контроль вертикальности направляющих, а также степени коррозионных повреждений элементов крыш; оценку герметичности сварных соединений мембраны; измерение геометрических характеристик крыши; обследование состояния затвора, приемо-раздаточных и всех остальных патрубков, трубопроводов системы размыва донных отложений и их опор; оценку состояния резервуарного оборудования и систем пожаротушения; обследование системы дренажа плавающей крыши; составление дефектной ведомости по всем конструктивным элементам резервуара; разработку технических решений по восстановлению работоспособности резервуара и продлению его эксплуатационного ресурса.

В зависимости от величины и характера выявленных при обследовании дефектов и эксплуатационных повреждений выбирают метод ремонта резервуара. При глубине коррозионных повреждений стенки в зоне утора более 30 % проектной толщины часто заменяют часть стенки на высоту 500 мм. Такой метод ремонта наиболее трудоемкий, так как одновременно с заменой стенки приходится заменять окраечные листы днища, а также патрубки и люки-лазы в первом поясе стенки вместе с их усиливающими листами. Определенную сложность представляет также то, что эти элементы выполнены из высокопрочной стали 16Г2АФ, которая в настоящее время в массовом порядке не выпускается.

Применение стали 09Г2С для замены нижнего пояса стенки резервуара РВСПК 50 000, изготовленного из стали 16Г2АФ, не может обеспечить надежность и безопасность эксплуатации резервуара по следующим причинам. Сталь 09Г2С имеет значительно меньшее расчетное сопротивление, чем сталь 16Г2АФ, поэтому в наиболее нагруженной зоне резервуара возникает резкий перепад толщин, который усложняет напряженно-деформированное состояние конструкции. Перепад толщин с 26–28 до 17 мм создает конструктивные и технологические проблемы обеспечения качества врезок люков и патрубков в стенку. В связи с нарушением оптимального соотношения толщин стенки и окраечных листов днища не обеспечивается надежность работы зоны сопряжения стенки с днищем. По требованиям норм материал окраечных листов днища и стенки, а также усиливающих листов стенки в зоне люков и патрубков должен быть одинаковым или выбранные соотношения должны быть подтверждены расчетом. В связи с изложенным для замены конструктивных элементов в сопряжении стенки с днищем следует применять современные стали классов прочности 390–440.

Если результатами обследования установлено, что глубокие коррозионные повреждения в зоне утора не распространяются выше 100 мм от днища, то в этом случае более эффективный метод ремонта — удаление прокорродировавшей зоны и несущественное снижение высоты стенки резервуара. Такой метод был применен в Лисичанске на РВСПК 50 000. Отдельные коррозионные язвы, выявленные на внутренней поверхности стенки, могут быть устранены современными композитными материалами, пайкой или дуговой заплавкой.

Для повышения долговечности стенки в зоне утора эффективно применение тонкостенного внутреннего бандажа из стали обычной прочности, плотно прижатого и приваренного к стенке и окраечному кольцу днища. Это решение, наряду с некоторым усилением стенки, исключает ее непосредственный контакт с подтоварной водой, обладающей высокой коррозионной агрессивностью. Затраты на выполнение такого ремонта несравнимо ниже, чем при замене части стенки новым высокопрочным металлом.