Оценка напряженно-деформированного состояния стального цилиндрического резервуара с учетом эксплуатационных нагрузок

Мансурова С.М., Тляшева Р.Р., Ивакин А.В., Шайзаков Г.А., Байрамгулов А.С., ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа, Российская Федерация

Резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов являются одним из основных технологических объектов нефтебаз и магистральных нефтепродуктопроводов. От их нормальной работы и эксплуатационной надежности зависит экологическая обстановка района, где расположена база хранения нефти и нефтепродуктов, центральные и промежуточные резервуарные парки. Обеспечение необходимого уровня надежности стального вертикального цилиндрического резервуара закладывается на этапах проектирования и сооружения, а осуществляется – на этапе эксплуатации.

При авариях резервуаров разлившиеся нефтепродукты загрязняют прилегающие территории и водные бассейны. Экономический ущерб от аварий с утечкой нефтепродуктов включает не только прямые потери, но и затраты на экологические мероприятия по восстановлению окружающей среды, а также затраты на восполнение запаса нефтепродуктов.

Современные нормативные документы, в частности, ГОСТ Р 52910–2008 не устанавливают предельного срока службы резервуаров. Основанием для демонтажа резервуара являются лишь результаты диагностического обследования – приборного и расчетного. Резервуар представляет собой вертикальную оболочку с днищем, поэтому аналитические расчеты таких объектов связаны с безмоментной теорией оболочек. Однако, наличие геометрических особенностей (изменение сечения элементов конструкции, наличие люков, место врезки штуцеров, наличие неукрепленных отверстий и т.д.) существенно меняет симметрию конструкции, распределение напряжений и деформаций в локальных зонах, что сложно учесть при проведении аналитических расчетов.

Традиционный подход к оценке остаточного ресурса заключается в обработке данных замеров толщины стенки резервуара и выявлении средней и максимальной величин коррозионного разрушения. Далее для получения величины ресурса используется простая модель, основанная на гипотезе линейного (по времени) характера коррозионного разрушения.

Расчеты проводятся в соответствии с РД 153–112–017–97, РД 08–95–95.

Для определения остаточного ресурса проводятся следующие расчеты:

• – поверочный расчет стенки резервуара на прочность;
• – поверочный расчет стенки резервуара на устойчивость;
• – расчет остаточного ресурса по критерию коррозионного износа;
• – расчет остаточного ресурса по критерию малоцикловой усталости (при необходимости).

Остаточный ресурс резервуара определяется на основании анализа условий эксплуатации, результатов технического диагностирования и критериев предельного состояния. Стальные резервуары подвергаются при эксплуатации периодическим нагружениям и коррозионно-эрозионному разрушению, поэтому предельное состояние может наступить либо от малоцикловой усталости, либо вследствие потери несущей способности, вызванной утонением стенки. Эти критерии положены в основу расчета остаточного ресурса стальных резервуаров. Остаточный ресурс определяется отдельно по каждому критерию, а в качестве окончательного назначается минимальное из двух найденных значений.