Реферат
ВВЕДЕНИЕ 6
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 7
1.1. Конструктивные решения, технология изготовления и монтажа стальных вертикальных
резервуаров для нефти и нефтепродуктов 7
1.2. Характер и причины отказов стальных вертикальных резервуаров 12
1.3. Классификация типов осадок оснований, аварии вызванные осадками оснований 20
1.4. Конструкция и напряженно-деформированное состояния уторного узла резервуара 25
1.5. Учет напряженно-деформированного состояния уторного узла в расчетах на прочность и
долговечность вертикальных резервуаров 27
Выводы по главе, тема цель и задачи исследования 28
2. ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ РВС29
2.1. Краткая характеристика объекта исследования 29
2.2. Методика исследования 33
2.3. Результаты исследования 38
Выводы по главе 53
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНЦЕНТРАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЙ НА НАПРЯЖЕННО-
ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ УТОРНОГО УЗЛА 54
3.1. Краткая характеристика объекта исследования 54
3.2. Методика исследования 60
3.3. Результаты исследования 62
Выводы по главе 80
4. УЧЕТ ВЛИЯНИЯ КОНЦЕНТРАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЙ В РАСЧЕТАХ НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ
СВАРНЫХ СОЕДИНЕИЙ 81
4.1. Рекомендации по учету влияния концентрации напряжений на долговечность сварных
соединений 81
4.2. Результаты расчета сварных соединений на долговечность с учетом дефектов и остаточных
напряжений 83
Выводы по главе 87
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 88
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 90
В настоящий момент 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, что обуславливает ее экономическое влияние на мировом рынке.
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, где условия добычи и доставки нефти и газа еще более осложнены.
Вместе с этим значительная часть резервуарных парков на 70-80% выработала свой ресурс, что увеличивает риск возникновения аварий. Аварии этих конструкций наносят значительный материальный и экологический ущерб, а также урон здоровью людей.
Чтобы избежать негативных последствий, необходимо обновлять существующие парки резервуаров, однако это займет очень много времени, поскольку сооружение данных конструкций имеет свои специфические особенности. В связи с этим, актуальным является оценка технического состояния и ремонт существующих резервуаров.
Для принятия решения о проведении ремонтно-восстановительных работ, необходимо выявить наиболее значимые факторы отказов и изучить механизм их взаимодействия с целью управления ими для предотвращения возникновения аварийных ситуаций. Одним из наиболее опасных видов предельного состояния является хрупкое разрушение, вызываемое в большинстве случаев наличием дефектов сплошности.
Хотелось бы отметить, что в существующих отечественных нормативных документах давно не обновлялись требования к допускаемым дефектам сварных соединений. Тем не менее, существуют исследования, показывающие о снижении коэффициентов концентрации от каких-либо дефектов в конкретных участках соединений и увеличении их на других участках.
Для предотвращения аварий стальных вертикальных резервуаров и с учетом требований экономии в настоящей работе разработаны рекомендации по влияния дефектов сварных соединений при расчете на прочность и долговечность сварных соединений.
Этими обстоятельствами обусловлена актуальность темы диссертационной работы, ее научная новизна и практическая значимость.
Для достижения цели НИР решены следующие задачи:
• проведены численные исследования НДС уторного узла РВС в зависимости от наличия дефектов сварного соединения и вида осадки основания.
• определены корреляционные зависимости коэффициента концентрации напряжений в сварном соединении уторного узла от типа концентратора напряжений.
• разработаны рекомендации по учету влияния дефектов сварных соединений при расчете на прочность и долговечность уторного узла РВС.
При анализе полученных результатов расчета были выявлены: наличия концентрации напряжений в местах смены жесткости (люки-лазы) и в местах опирания балок на кольцо жесткости.
Места установки люков-лазов являются конструктивными концентраторами напряжений.
Самый нагруженный узел - уторный узел.
Из расчетов резервуара на неравномерную осадку основания выявлено следующее: при неравномерной осадке оснований кольцевые напряжения в стенке резервуара практически не меняются(и в зоне уторного узла в том числе).; вертикальные напряжения в стенке резервуара(в особенности в зоне уторного узла) - увеличиваются в несколько раз, в зависимости от величины неравномерной осадки.
Собраны статистические данные по заводской дефектности сварных соединений резервуаров, определены минимальные, максимальные и средние размеры дефектов, что дает возможность оценки влияния дефектов сплошности на работу сварных соединений вертикальных резервуаров. Проведены исследования влияния концентраторов напряжений на прочностные характеристики металла, построены зависимости временного сопротивления от радиуса концентратора напряжений.
На основе проведенных численных исследований было выявлено следующее: наибольший коэффициент концентрации напряжений зафиксирован на днище в подрезе глубиной 2 мм с внутренней стороны резервуара, равный 3,4 - 3,5, там же наблюдаются максимальные по абсолютной величине значения напряжений.
В зависимости от места расположения подреза - самыми опасными являются подрезы расположенные на месте перехода углового сварного шва уторного узла - в днище резервуара с внутренней стороны, следующий по опасности участок подреза, расположенный на месте перехода от стенки к угловому сварному шву уторного узла с внутренней стороны. Менее опасными являются подрезы расположенные в уторном узле резервуара снаружи, так как испытывают на себе меньшие напряжения.
Из возможных величин непровара самым опасным является непровар высотой 0.25 - 0.5 мм, так как при данной величине непровара коэффициент концентрации достигает значения 2.4 - 2.5. Но в связи с тем, что в месте возможного непровара напряжения в 4-6 раз меньше, чем в местах подрезов внутри резервуара, влияния данного непровара на НДС уторного узла - не является определяющим.
При анализе результатов долговечности можно сделать следующие выводы:
• наличие дефектов сплошности снижает показатели несущей способности конструкций, в особенности при циклическом нагружении и небольшой амплитуде напряжений (25% от номинальных);
• наибольшее влияние концентрация напряжений оказывает на статическую прочность соединений и на малоцикловую усталость при небольшой разгрузке резервуара;
