Коллектив авторов:
ООО «Аттестационный научно-технический центр Зевс»
Мишин А.Ю. mishin@an-tc.ru
ООО Учебный центр «Безопасная эксплуатация промышленных объектов»
Салтанов Е.А. yfnpbepo@mail.ru
Основные факторы, влияющие на работоспособность резервуаров в северных районах.
В последнее время появляются новые публикации, где рассматриваются проблемы проведения экспертизы промышленной безопасности резервуаров вертикальных стальных (РВС). При этом рассматриваются разные факторы, влияющие на работоспособность резервуаров.
В настоящей статье рассмотрим основные факторы, которые влияют на работоспособность резервуаров, установленных в северных районах.
Многие нефтебазы и склады ГСМ проектировались еще в советские времена, и большинство до сих пор находятся в эксплуатации.
В то время не особо задумывались над качеством материала, из которого изготавливали резервуары и поэтому большинство резервуаров советских времен изготавливали из Ст3.
Ударная вязкость для материала Ст3 по ГОСТу 380-71[1], зависит от степени раскисления (кипящая, полуспокойная, спокойная) и обеспечивается до минус 200С. Это значит , что на холоде больше минус 200С – материал Ст3 склонен к охрупчиванию.
Если резервуар из Ст3 установлен где-нибудь на Кубани, где очень мягкая зима, то, наверное, ничего страшного в этом нет. Но в советское время достаточно большое количество резервуаров из такого же материала, установлено в северных районах страны, где среднесуточная температура может доходить до минус 400С и ниже.
При проведении экспертизы промышленной безопасности резервуаров, установленных в северных районах, фактор материала резервуара – Ст3 следует рассматривать как основной фактор, влияющий на работоспособность резервуара. И оценку остаточного ресурса необходимо проводить через призму этого фактора.
Другое наследие советских времен это способ монтажа резервуара. Большинство северных районов не имеют развитых транспортных узлов и поставки в этот район возможны лишь ограниченным количеством транспортных средств.
Даже сегодня во многие северные места завезти резервуар, свернутый в рулон, большая проблема, а что говорить о 60-70 годах. На север было проще завезти листовую сталь и потом уже по месту формировать резервуар по поясам.
И действительно, многие резервуары изготовлены так называемой полистовой сборкой, где каждый лист сваривается по месту с другим листом и т.д. Такая операция (при высоте листов 1500 мм) достаточно легко выполняется на 1-2 поясе, но на верхних поясах установить, правильно разметить, сварить со следующим листом требует особых навыков. Даже сегодня работа по замене верхних поясов резервуара является высшим пилотажем для монтажников и сварщиков.
Надо отметить, что резервуары имеют определенные допуски по вертикали стенок и горизонтали днища. При полистовой сборке как раз самая сложная задача – соблюдение вертикальности стенок.
Кроме того, в советское время резервуары по способу монтажа сваривали внахлест.
Сварные швы, сваренные внахлест, имеют ряд неблагоприятных моментов. В случае, если величина нахлеста мала, существует вероятность пересечения зоны термического влияния сварных швов внутреннего и внешнего. Вследствие наложения зон термического влияния сварные швы склонны к охрупчиванию. Многочисленные данные, при проведении обследования это подтверждают. Отпотины (сквозные дефекты) сварных швов для резервуаров, сваренных внахлест – это наиболее распространенный дефект.
Кроме того, нахлесточное соединение влияет на вертикальность стенок резервуара, т.к. при способе сварки внахлест один лист смещен относительно другого листа как минимум на свою толщину. При этом, нахлесточные соединения стенки бывают упорядоченными шахматкой (один лист внутри один снаружи и т.д.), телескопом (или морковкой) каждый последующий пояс сваривается внутрь, при этом первый пояс получается самым широким, а верхний самый узкий.
Так же, зачастую, встречаются резервуары, где стенка сварена полистовым способом, но при этом не прослеживается какая-либо логика при нахлесточном соединении листов. Каждый лист сварен так, как его соединили в момент сварки.
При этом стенка резервуара имеет сложную геометрическую форму, где буквально на одном метре могут сочетаться вмятина и выпучина.
Дело в том, что большие вмятины в любом случае требуют исправления, но когда выбирается с привязкой по месту способ устранения недопустимых вмятин, то оказывается, что проще разобрать резервуар и сварить заново, чем исправлять по месту.
Поэтому ремонт таких резервуаров должен проводиться только специальными бригадами, которые имеют достаточный опыт при проведении таких ремонтов.
При проведении экспертизы промышленной безопасности геометрическая оценка вертикальности стенок сваренных хаотично представляет собой достаточно сложную задачу.
Дело в том, что рядом расположенные образующие стенки по вертикали могут сильно отличаться по результатам замеров, вследствие хаотично расположенного нахлеста.
По этой же причине возникают участки в напряженном состоянии, которые позже развиваются в значительные вмятины (выпучины).
Из всего перечисленного можно сделать вывод, что при способе монтажа листов стенки резервуара внахлест- этот факт необходимо учитывать, как дополнительный неблагоприятный фактор, который существенно влияет на работоспособность резервуаров.
Отдельное слово необходимо сказать о сварных швах. При монтаже полистовым способом внахлест наиболее часто встречаемый вид сварки это ручная дуговая сварка. По качеству сами сварные швы сильно зависят от уровня мастерства сварщика. Поэтому при проведении экспертизы промышленной безопасности обнаруживается достаточное количество дефектов именно в сварных швах, сваренные ручной дуговой сваркой.
Кроме того, часто встречаются резервуары, которые проварены только с одной стороны, как правило с внешней, а с внутренней стороны встречаются резервуары частично проваренные, проваренные прерывистым швом и очень редко, но встречаются не проваренные изнутри вообще. Такое положение, конечно, сказывается на общем состоянии резервуара.
Ручная дуговая сварка это еще один важный неблагоприятный фактор, который нужно учитывать при проведении экспертизы резервуаров.
Современное представление о безопасной работе резервуаров говорит о том, что резервуары, которые работают в условиях севера, не должны быть изготовлены из углеродистой стали, а, как правило, изготавливаются из низколегированной стали типа 09Г2С.
По способу монтажа листы стенки резервуара монтируются встык. Резервуары, как правило, собираются рулонированным способом. При этом, для формирования рулонов используется автоматическая сварка.
Поэтому при проведении экспертизы промышленной безопасности резервуаров вертикальных стальных необходимо иметь ввиду, что резервуары, изготовленные из углеродистой стали (Ст3) являются источником повышенной опасности, вследствие склонности к охрупчиванию металла при пониженных температурах. При этом, если по способу сборки резервуары сварены полистовой сборкой внахлест ручной дуговой сваркой, каждый из перечисленных факторов является фактором, понижающим надежность резервуара.
По большому счету, эксплуатация таких резервуаров должна быть запрещена в северных районах, но в нормативной документации по резервуарам, такие случаи не нормируются.
Резервуары, изготовленные из углеродистой стали (Ст3), требуют особого внимания, постоянного ремонта, разработки дополнительных рекомендаций по эксплуатации резервуаров в холодное время.
Из нашего опыта следует, что таким резервуарам в возрасте эксплуатации от 30 до 40 лет, следует проводить полное обследование не реже 1 раза в 4 года, с промежуточным контролем (частичное обследование, согласно РД -08-95-95[3]) через 2 года.
Наш опыт показывает, что резервуары в возрасте эксплуатации более 40 лет необходимо обследовать не реже 1 раза в 2 года, т.к. физико-химические свойства металла после 40 лет эксплуатации находятся «на пределе».
В каждом конкретном случае состояние резервуара необходимо оценивать отдельно, но по большому счету такие резервуары необходимо демонтировать, т.к. резервуары очень близки к предельному состоянию и являются реальным источником повышенной опасности.
Этот вопрос достаточно сложный, потому, что в случае демонтажа резервуаров, владельцам резервуаров необходимо разворачивать новые резервуары, а для этого необходимы достаточно большие денежные вложения. Хотя затраты, необходимые для поддержания таких резервуаров в рабочем состоянии, сопоставимы с затратами на установку нового резервуара.
Не все владельцы это осознают и пытаются решать проблемы «по мере поступления» занимаясь латанием дыр. Но при этом необходимо помнить, что риск возникновения аварии резервуаров, изготовленных из углеродистых сталей (типа Ст3) и эксплуатирующихся в северных районах более 40 лет, возрастает с каждым годом в геометрической прогрессии.
- ГОСТ 380-71 Сталь углеродистая обычного качества
- «Руководство по безопасности вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов»
- РД 08-95-95 «Правила устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов»
