СОДЕРЖАНИЕ 5
ВВЕДЕНИЕ 6
1. Аналитический обзор по теме диссертации
1.1. Типовые конструктивные и технологические решения стальных
вертикальных резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов 7
1.2. Анализ причин отказов металлоконструкций вертикальных резервуаров 16
1.2.1. Виды отказов вертикальных резервуаров 16
1.2.2. Причины отказов вертикальных резервуаров с хрупким
разрушением их элементов 19
1.3. Конструктивно-технологические решения уторного узла 23
2. Расчет стенки вертикальный резервуара объемом 20тыс. м3 из
высокопрочной стали 32
3. Исследования напряженного состояния уторного узла 41
3.1.Общие сведения о методе расчета 41
3.2 .Моделирование и расчет напряженного состояния
сварного шва уторного узла 42
3.3 Анализ результатов расчета 49
4. Обеспечение технологической прочности сварного шва уторного узла
Из высокопрочной стали 61
4.1 Общие сведения о методе расчета 61
4.2 Моделирование термического цикла сварки и расчет
напряженного состояния сварных швов уторного узла 62
4.3 Анализ результатов расчета 66
ВЫВОДЫ ПО РАБРТЕ 76
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 78
В настоящее время природный газ, нефть и продукты ее переработки являются наиболее востребованными источниками энергии на планете. Большое количество этих ресурсов, а также производств по их переработке находятся на территории Российской Федерации. С каждым годом места добычи газа и нефти перемещаются все дальше на север в сложные климатические и грунтовые условия. Кроме того, в связи с тем, что на материковой части нашей страны практически все имеющиеся месторождения уже разработаны, планируется развитие морских континентальных шельфов северных и арктических морей, где условия добычи и доставки нефти и газа еще более осложнены.
Стальные вертикальные резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов (РВС) относятся к опасным производственным объектам, аварии которых сопровождаются катастрофическими последствиями, как для окружающей среды, так и для обеспечения жизнедеятельности человека. Материальный ущерб от аварии РВС в экстремальных условиях может в 500 и более раз превышать первичные затраты на сооружение резервуаров [2]. Это обстоятельство свидетельствует о необходимости совершенствования конструкции, технологии изготовления и правил эксплуатации и технического обслуживания резервуаров, предназначенных для эксплуатации в экстремальных природно-климатических условиях.
Одним из наиболее нагруженных и ответственных элементов вертикального резервуара является уторный узел, в котором существуют как конструктивные, так и технологические концентраторы, существенно снижающие надежность и остаточный ресурс резервуара. Поэтому научно-исследовательские и опытно¬конструкторские работы, направленные на повышение работоспособности уторного узла являются актуальными и имеют важное практическое значение.
1. Характерным видом ресурсного отказа резервуара является хрупкое разрушение, которое, как правило, начинается от трещиноподобного дефекта в условиях высокой нагруженности и низкой сопротивляемости металла сварного соединения распространению трещины.
2. Наиболее опасным и повреждаемым элементом стальных вертикальных сварных резервуаров являются уторный узел на долю которого приходиться не менее 25% причин отказов с хрупким или усталостным разрушением их элементов.
3. Применение высокопрочной стали для изготовления стальных вертикальных резервуаров позволит снизить трудоемкость и стоимость их изготовления, сократить сроки возведения резервуаров и обеспечить их работоспособность в течение нормативного срока эксплуатации.
4. Наиболее нагруженной зоной является внутренняя сторона уторного узла в месте перехода от шва к основному металлу днища . Наличие подреза с внутренней стороны стенки в зоне перехода от шва к днищу существенно увеличивается напряженное состояние, что является неблагоприятным фактором, снижающим работоспособность уторного узла. В частности с увеличением глубины подреза, расположенного на днище с внутренней стороны уторного узла с 0,5 до 2 мм величина коэффициента концентрации увеличивается от 2,5 до 3,1.
Сопоставляя степень влияния подреза и непровара на напряжённое состояние уторного узла, следует отметить, что влияние последнего существенно ниже, при этом с увеличением высоты непровара с 0,5 мм до 2 мм, величина максимальных напряжений в нем уменьшается.
5. Результаты моделирования сварного соединения уторного узла показали, что с уменьшением предела текучести наплавленного металла величина остаточных напряжений и область их распространения уменьшаются на 25-75 % в зависимости от степени механической неоднородности наплавленного металла .
6. Использование композитных сварных швов с применением мягкого материала для корневого валика позволяет, позволяет снизить в нем величину остаточных напряжений до 370-450 МПа и повысить сопротивляемость к образованию холодных трещин. Применение облицовочного валика с более высокими прочностными показателями целесообразно использовать для повышения работоспособности сварного соединения в целом.
