Разрушения при неравномерных осадках днищ резервуаров, эксплуатирующихся в условиях Арктики

Fracture in the differential settlement the bottoms of tanks operating in Arctic conditions Alexeev A.

Разрушения при неравномерных осадках днищ резервуаров, эксплуатирующихся в

условиях Арктики

Алексеев А. А.

Алексеев Анисий Анисиевич /Alexeev Anisiy - кандидат технических наук, отдел механики и безопасности конструкций,

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физико-технических проблем Севера СО РАН, г. Якутск

Аннотация: проведен анализ неравномерной осадки днищ вертикальных сварных резервуаров,

эксплуатирующихся в условиях Арктики. По результатам нивелирования и отвеса показано, что имеется существенное превышение норм отклонений резервуаров по горизонтали и вертикали, которое может привести к аварии. Приведены результаты исследования разрушения и повреждений резервуаров.

Abstract: the analysis of differential settlement the bottoms of vertical welded tanks operating in Arctic conditions. As a result of leveling and plumb, it is shown that there is a significant excess of standards deviations tanks horizontally and vertically, which can lead to an accident. The results of investigation of destruction and damage to tanks.

Ключевые слова: резервуар, осадка днища, разрушение, авария.

Keywords: tank, bottom settlement, fracture, accident.

Введение

В нефтебазах арктических регионов России эксплуатируются резервуары, отработавшие более 20-40 лет, тем самым многие резервуары практически исчерпали свой эксплуатационный ресурс. Одним из этапов решения возникшей проблемы является проведение экспертизы промышленной безопасности с комплексным обследованием технического состояния резервуара методами неразрушающего контроля [1,

2]. В данной работе рассмотрены неравномерные осадки днищ вертикальных стальных сварных резервуаров, эксплуатирующихся в арктическом регионе России - Якутии.

Осадка резервуаров

Нормативные документы в нефтяной и газовой промышленности [3, 4] не содержат особых требований к устройству оснований резервуаров на вечномерзлых грунтах. Поэтому большая часть резервуаров в Арктике имеют основания, устроенные подсыпкой из инертных материалов типа ПГС, песок, суглинок с бетонированием отмостки и каре, без устройства проветриваемого фундамента.

По результатам обследования установлено, что отличительной особенностью обследованных резервуаров является существенное превышение норм отклонений наружного контура днища резервуаров от горизонтали (максимальное отклонение 600 мм, при допустимых 100 мм) и образующих стенки резервуара от вертикали (максимальное отклонение 575 мм, при допустимых 160 мм) по результатам нивелирования и отвеса [3].

По результатам анализа, установлено:

- по всей территории Якутии: отклонение резервуаров по горизонтали в пределах норм - 46 %, отклонение резервуаров по горизонтали выше норм - 54 %, в том числе, отклонения: от 100 до 200 мм - 22 %, от 200 до 300 мм - 19 %, от 300 до 400 мм - 9 % и свыше 400 мм - 4 %;

- по территории Южной Якутии: отклонение резервуаров по горизонтали в пределах норм - 58 %, отклонение резервуаров по горизонтали выше норм - 42 %, в том числе, отклонения: от 100 до 200 мм - 25 %, от 200 до 300 мм - 17 %;

- по территории Центральной Якутии: отклонение резервуаров по горизонтали в пределах норм - 73 %, отклонение резервуаров по горизонтали выше норм - 27 %, в том числе, отклонения: от 100 до 200 мм - 18 %, от 200 до 300 мм - 9 %;

- по территории Западной Якутии: отклонение резервуаров по горизонтали в пределах норм - 29 %, отклонение резервуаров по горизонтали выше норм - 71 %, в том числе, отклонения: от 100 до 200 мм - 24 %, от 200 до 300 мм - 24 %, от 300 до 400 мм - 16 % и свыше 400 мм - 7 %.

Исходя из имеющихся данных, основания под резервуары на многолетнемерзлых грунтах следует проектировать на свайных фундаментах с высоко расположенным ростверком или на подсыпках из крупнозернистого материала [5]. Сохранение мерзлого состояния грунтов достигается путем устройства проветриваемого пространства между поверхностью грунта и днищем резервуара с круглогодичной естественной вентиляцией. Данный вид оснований является наиболее оптимальным в условиях Арктики, что показывают технические обследования резервуаров, установленных на проветриваемых фундаментах, где не выявлено недопустимых осадок днищ резервуаров объемом 5000 м3, эксплуатирующихся более 30 лет.

Разрушения резервуаров

Данные отклонения, появившиеся в ходе эксплуатации, представляют большую угрозу потери несущей способности резервуара. Так, в 2002-2003 г. произошли 2 случая аварии резервуаров РВС-700 из-за неравномерной осадки днища. Резервуары были введены в эксплуатацию в 1976-1982 годах, по паспорту марка стали - 09Г2С. В первом случае аварии из-за неравномерной осадки днища резервуара РВС-700 произошло выпирание центральной опорной стойки резервуара, которое, в конечном итоге, привело к отрыву кровли от стенки в местах соединения. Данное разрушение, произошедшее при минусовой температуре и заполненном резервуаре, хоть и не привело к аварийному розливу топлива, но привело к выходу резервуара из эксплуатации. Во втором случае - из-за неравномерной осадки днища резервуара РВС-700 произошла локальная деформация в виде складки (выпучивание) стенки у уторного шва в месте соединения листов днища, которая привела к образованию сквозного свища. В данном случае не произошло аварийного розлива топлива, была осуществлена перекачка топлива, но резервуар также был выведен из эксплуатации.

В другом случае, летом 2004 г. произошел прорыв днища заполненного резервуара РВС-1000, в результате которого произошла утечка топлива. Данный резервуар эксплуатировался с 1968 г. и использовался для хранения светлых нефтепродуктов. Паспорт резервуара отсутствовал. По маркировке листов стенки - резервуар изготовлен из стали ВСтЗпс. После устранения аварии при осмотре было выявлено по результатам нивелирования максимальное отклонение от горизонтали, оно составило 242 мм. В ходе проведенного расследования, на стороне максимального уклона резервуара на днище был обнаружен свищ диаметром около 15 мм, расположенный впритык к уторному шву, образованный в результате разрыва стального листа днища (направление разрыва - вверх). Свищ был образован вследствие следующих причин: недопустимый уклон резервуара по результатам нивелирования днища с максимальным уклоном в районе свища до 240 мм, что повлекло разрыв листа днища (образование свища) и деформацию с наружной стороны резервуара выпуска окрайки днища; на месте разрыва по данным толщинометрии наблюдается уменьшение толщины листа с 4 мм до 2,9 мм, и имелась маленькая выпучина размерами 40 х 20 мм и высотой до 3,5 мм, что свидетельствует о возможном нахождении твердого предмета на фундаменте под днищем резервуара.

Выводы

Таким образом, проведенные работы показывают, что резервуары, эксплуатирующиеся 30-40 лет в условиях Арктики, практически исчерпали эксплуатационный ресурс. Показано, что одним из самых опасных видов дефектов является неравномерная осадка основания, которая может привести к аварии резервуара. Исходя из этих данных, необходимо ужесточить требования к подготовке основания под резервуар в районах распространения вечномерзлых грунтов и проводить периодическое обследование технического состояния резервуаров, которое может решить проблему продления ресурса.

Литература

1. Положение о порядке продления срока безопасной эксплуатации технических устройств, оборудования и сооружений на опасных производственных объектах (РД 03-484-02). Серия 03. Выпуск 21 / Колл. авт. -М.: Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2005. - 16 с.

2. Положение о системе технического диагностирования сварных вертикальных цилиндрических резервуаров для нефти и нефтепродуктов (РД 08-95-95). Сборник документов. Промышленная безопасность на газоперерабатывающих производствах. Серия 08. Выпуск 1 / Колл. авт. - М.: Государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2002. - 296 с.

3. Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов (ПБ 03-605-03). Серия 03. Выпуск 3 / Колл. авт. - М.: Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2004. - 176 с.

4. Правила технической эксплуатации резервуаров и инструкции по их ремонту. - М.: «Недра», 1988.

5. Галеев В. Б. Эксплуатация стальных вертикальных резервуаров в сложных условиях. - М.: «Недра», 1981. - 149 с.