Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

ТЕХНОЛОГИЯ ДИАГНОСТИКИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ БЕЗ СНЯТИЯ АНТИКОРРОЗИОННОГО ПОКРЫТИЯ

Тарасенко А.А. 1 Чепур П.В. 1 Шарков А.Е. 2 Гретченко Д.А. 2
1 «Тюменский государственный нефтегазовый университет»
2 НПП «Симплекс»
Обоснована техническая и экономическая эффективность технологии проведения полной технической диагностики вертикальных стальных резервуаров без снятия антикоррозионного покрытия. Проанализированы требования существующей нормативной документации к диагностическому обследованию крупногабаритных резервуаров. Предложен диагностический комплекс, позволяющий с использованием акустико-эмиссионного, магнитного и ультразвукового методов проводить комплексную диагностику металлоконструкций РВС без снятия антикоррозионного покрытия в объеме, предписанном действующей нормативной документацией. Представлено сравнение технико-экономических показателей проведения диагностики традиционным (со снятием защитного покрытия) и инновационным методами (без снятия защитного покрытия). Т.к. основной статьей расходов при диагностике резервуаров является снятие, очистка и нанесение антикоррозионного покрытия на значительную площадь стенки, предложенная технология позволяет снизить издержки эксплуатирующих организаций на диагностику РВС до 9 раз. На основе реального опыта внедрения технологии, при диагностике резервуара самого крупного типоразмера в РФ – РВСПК-100000, сделаны выводы о возможности распространения предложенного метода на резервуары наиболее распространенного типоразмера РВС-5000, РВС-10000, РВС-20000.
резервуар
РВС
диагностика
неразрушающий контроль
ФАР
1. РД-23.020.00-КТН-271-10. Правила технической диагностики резервуаров.
2. Семин Е.Е., Тарасенко А.А. Использование программных комплексов при оценке технического состояния и проектирование ремонтов вертикальных стальных резервуаров // Трубопроводный транспорт: теория и практика. Москва, 2006. – № 4. – С. 84–87.
3. Сухоруков Д.В., Слесарев Д.А., Абакумов А.А., Поляхов М.Ю. Технология диагностики днищ и стенок стальных вертикальных резервуаров с применением сканирующих магнитных дефектоскопов высокого разрешения // Сфера нефтегаз. Санкт-Петербург, 2010. – № 2. – С. 162–167.
4. Тарасенко А.А. Напряженно-деформированное состояние крупногабаритных резервуаров при ремонтных работах: дис. канд. техн. наук. – Тюмень, 1991. – 254 с.
5. Тарасенко А.А. Решение контактной задачи об упругом взаимодействии подъемного устройства и стенки резервуара // Известия вузов «Нефть и газ». Тюмень, 1998. – № 6. – С. 59–63.
6. Тарасенко А.А., Тюрин Д.В. Моделирование нефтяных стальных цилиндрических резервуаров // Известия вузов «Нефть и газ». Тюмень, 2001. – № 4. – С. 65–69.
7. Тарасенко А.А., Чепур П.В., Тарасенко Д.А. Деформирование верхнего края оболочки при развитии неравномерных осадок резервуара // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 6–3. – C. 485–489.
8. Тарасенко А.А., Чепур П.В., Чирков С.В. Исследование изменения напряженно-деформированного состояния вертикального стального резервуара при развитии неравномерной осадки наружного контура днища // Фундаментальные исследования. – 2013. –№ 10–15. –C. 3409–3413.
9. Тарасенко А.А., Чепур П.В., Чирков С.В. Обоснование необходимости учета истории нагружения конструкции при ремонте фундамента с подъемом резервуара // Безопасность труда в промышленности. Москва, 2014. – № 5. – С. 60–63.
10. Тарасенко А.А., Чепур П.В., Чирков С.В., Тарасенко Д.А. Модель резервуара в среде ANSYS Workbench 14.5 // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10–15. C. 3404–3408.
11. Тарасенко М.А., Сильницкий П.Ф., Тарасенко А.А. Анализ результатов дефектоскопии коррозионных повреждений резервуаров // Известия вузов «Нефть и газ». Тюмень, 2010. – № 5. – С. 78–82.
12. Тиханов Е.А., Тарасенко А.А., Чепур П.В. Оценка экономической эффективности капитального ремонта основания вертикального стального резервуара методом перемещения // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 6–2. – C. 330–334.
13. Чепур П.В., Астахов А.М., Тарасенко Д.А. Методика расчета расстояния вылета очистного устройства из трубопровода при взрыве газовоздушной смеси // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9–2. C. 283–287.
14. Чепур П.В., Тарасенко А.А. Методика определения необходимости ремонта резервуара при осадках основания // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 8–6. C. 1336–1340.
15. Чепур П.В., Тарасенко А.А., Тарасенко Д.А. Исследование влияния величины выступа окрайки на напряженно-деформированное состояние вертикального стального цилиндрического резервуара при развитии неравномерной осадки наружного контура днища // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10–15. – C. 3441–3445.

Для обеспечения условий надежной и безопасной работы системы трубопроводного транспорта нефти необходимо своевременное проведение и организация работ по технической диагностике её основных элементов [4, 9, 11, 14]. Крупногабаритные вертикальные стальные резервуары, являясь неотъемлемым звеном в технологической цепочке трубопроводного транспорта нефти, должны находиться в безотказном состоянии весь период эксплуатации. Для этого в отечественных отраслевых регламентах определены сроки и объемы регулярного диагностического обследования РВС. В нормативно-технической документации (НТД) [1] определена периодичность (для РВС со сроком эксплуатации менее и более 20 лет) и объем (частичная, полная) проведения обязательной технической диагностики резервуаров. В табл. 1 обобщены сведения о периодичности проведения диагностики РВС.

Анализируя требования НТД, можно сделать вывод, что проведение полной технической диагностики резервуара осуществляется с периодичностью не менее одного раза в десять лет, а частичной – одного раза в пять лет. Существующие объемы диагностирования резервуаров заставляют задуматься о технико-экономическом аспекте проведения данных работ [10].

Выполнение полной технической диагностики включает в себя: визуальный измерительный контроль (ВИК), ультразвуковую толщинометрию (УЗТ), ультразвуковое сканирование (УК), магнитный контроль (МК), радиографический контроль (РК), акустико-эмиссионный контроль (АЭК) и др. Согласно [12], до 80 % затрат на проведение полного диагностического обследования РВС связано с работами по снятию и восстановлению антикоррозионного покрытия. Однако развитие методов проведения неразрушающего контроля, современное оборудование с новейшим программным обеспечением [6, 15] позволяют проводить диагностику резервуаров без снятия защитного покрытия с заданной точностью и качеством согласно НТД. На рис. 1 представлен резервуар с зачищенными участками околошовных зон. Также на фотографии реального объекта – РВС-10000, отражен процесс восстановления антикоррозионного покрытия (АКП).

Таблица 1

Периодичность проведения технической диагностики вертикальных стальных резервуаров

Срок эксплуатации

Частичная техническая диагностика

Полная техническая диагностика

До 20 лет

Один раз в пять лет после строительства, последней диагностики или ремонта

Один раз в 10 лет после последнего ремонта или через пять лет после частичной технической диагностики

Более 20 лет

Один раз в четыре года после последней диагностики или ремонта

Один раз в восемь лет после последнего ремонта или через четыре года после частичной технической диагностики

tar1.tif

Рис. 1. Резервуар РВС-10000 во время восстановления АКП с зачищенными участками стенки в околошовной зоне

Авторами предлагается технический комплекс, состоящий из специализированного оборудования и программного обеспечения, позволяющий проводить полную техническую диагностику вертикальных стальных резервуаров без нарушения целостности защитного покрытия. В рамках данного комплекса интегрируются системы акустической эмиссии «Disp» и «Samos» с предусилителями и преобразователями «PAC», ультразвуковая измерительная установка с технологией фазированных апертурных решеток (ФАР) «OmniScan», магнитный диагностический комплекс Интрокор М150. Также используется стандартное оборудование, применяемое при диагностике РВС со снятием покрытия: толщиномер ультразвуковой NDT MG2/D799 «Panametrics», УЗ установка «Сканер», толщиномер магнитный МТ2007, дефектоскоп электроискровой «Крона 2-И», рентген-аппарат «Арина-5».

Акустико-эмиссионный комплекс позволяет выявить наличие дефектов в металле стенки резервуара благодаря применению многоканальных систем, обеспечивающих одновременную регистрацию и обработку параметров АЭ сигналов и их форм. Метод регистрации звуковых импульсных волн, излучаемых металлическими конструкциями при нагружении, позволяет осуществлять локацию источников АЭ в местах стенки РВС, недоступных для традиционных методов контроля. Это позволяет определять дополнительные участки аномалий, которые необходимо проанализировать следующим этапом другими физическими методами для уточнения координат, оценки размеров дефектов и т.д.

Использование оборудования на основе технологии ФАР (УЗ–дефектоскоп «OmniScan MX2») позволяет производить управление амплитудой и фазой импульсов возбуждения отдельных пьезоэлементов в многоэлементном преобразователе. Возбуждение пьезоэлементов осуществляется таким образом, что дает возможность управлять параметрами ультразвукового луча: углом, фокусным расстоянием, размером фокусного пятна посредством компьютерной программы. Применение технологии ФАР за счет плотного пучка УЗ-излучения позволяет обеспечить высокую точность поиска аномалий и дефектов в металле при наличии защитного покрытия. На рис. 2–3 представлены схемы проведения УЗ-дефектоскопии с технологией ФАР, а также выходные сигналы при сканировании днища РВС.

tar2.tif

Рис. 2. Схема проведения УЗ-дефектоскопии с применением ФАР

tar3.tif

Рис. 3. УЗ-сканирование днища РВС с защитным покрытием методом фазированных апертурных решеток

Для выявления дефектов сплошности металла днища и окрайки, коррозионных и усталостных трещин, каверн, язв, питтинговых дефектов со стороны гидрофобного слоя предлагается использовать комплекс, состоящий из магнитного дефектоскопа ИНТРОКОР М150 и программного продукта Wintrocor, позволяющего проводить интерпретацию данных диагностирования [2]. В основе работы дефектоскопа заложен метод регистрации магнитных полей рассеяния от дефектов (MFL-метод) при намагничивании днища [3]. Считывание магнитного рельефа осуществляется путем сканирования магнитного поля с помощью многоэлементного преобразователя. Учитывая факт, что контроль осуществляется без снятия АКП, метод позволяет осуществлять 100 % контроль дефектов, остаточной толщины листов металла, а также защитного покрытия без пропусков и «мертвых зон». Также с применением данного комплекса возможно определение местоположения, размера дефекта и нанесение на общую «карту» днища в автоматическом режиме. В табл. 2 приведены возможности технологий АЭ, УЗК и магнитного контроля при диагностике РВС без снятия защитных покрытий. Интеграция данных методов в рамках одного комплекса позволит проводить техническую диагностику РВС в объеме, предписанном НТД [1], и с качеством, не уступающим традиционному методу с зачисткой резервуара.

Таблица 2

Возможности различных физических методов при диагностировании РВС

№ п/п

Операция

АЭ

УЗК

МК

1

Контроль 100% площади стенки/днища

+

2

Выявление внутренних и наружных дефектов

+

+

+

3

Определение местоположения дефектов (внутр/наруж)

+

+

4

Определение координат дефектов

+

+

5

Оценка размеров дефектов

+

+

6

Определение остаточной толщины металла

+

+

7

Оценка толщины АКП

+

+

Предложенный комплекс был апробирован при проведении полной технической диагностики РВСПК-100000 компанией ООО НПП «Симплекс» (рис. 4, а, б).

tar4.tif

Рис. 4 а. УЗ-дефектоскопия стенки РВСПК-100000 с применением метода ФАР

tar5.tif

Рис. 4 б. Диагностический комплекс

Авторами на основе данных проведенного апробирования комплекса проанализирована экономическая эффективность использования метода диагностики без снятия защитного покрытия. Для организации-заказчика стоимость выполнения технической диагностики снижается на величину от 5 до 9 раз в зависимости от типоразмера РВС. Это следствие того, что необходимость в выполнении наиболее затратных операций по снятию и восстановлению АКП с применением предложенного метода отсутствует. На рис. 5 приведена диаграмма сравнения стоимости проведения полного диагностического обследования традиционным (со снятием АКП) и инновационным (без снятия АКП) методом в текущих ценах (2014 г.) для наиболее распространенных в РФ резервуаров: РВС-5000, 10000, 20000.

tar6.tif

Рис. 5. Сравнение стоимости проведения комплексной диагностики РВС для заказчика традиционным и инновационным методами

Выводы

  1. Предложен диагностический комплекс, позволяющий с использованием акустико-эмиссионного, магнитного и ультразвукового методов проводить комплексную диагностику металлоконструкций РВС различных типоразмеров без снятия защитного антикоррозионного покрытия в объеме и с точностью, предписанными действующей нормативной документацией [1].
  2. Под руководством и при непосредственном участии авторов выполнена полная техническая диагностика резервуара РВСПК-100000. Опытно-производственная апробация комплекса позволила подтвердить эксплуатационную пригодность предложенного комплекса и методики для диагностирования реальных промышленных объектов.
  3. Обоснована техническая и экономическая эффективность технологии проведения полной технической диагностики вертикальных стальных резервуаров без снятия антикоррозионного покрытия.
  4. Представлено сравнение технико-экономических показателей проведения диагностики традиционным (со снятием защитного покрытия) и инновационным методами (без снятия защитного покрытия).

Рецензенты:

Захаров Н.С., д.т.н., профессор, зав. кафедрой «САТМ», ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет», г. Тюмень;

Мерданов Ш.М., д.т.н., профессор, Почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации, зав. кафедрой «Транспортные и технологические системы», ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет», г. Тюмень.

Работа поступила в редакцию 08.08.2014.


Библиографическая ссылка

Тарасенко А.А., Чепур П.В., Шарков А.Е., Гретченко Д.А. ТЕХНОЛОГИЯ ДИАГНОСТИКИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ БЕЗ СНЯТИЯ АНТИКОРРОЗИОННОГО ПОКРЫТИЯ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9-8. – С. 1703-1708;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=35125 (дата обращения: 21.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074