Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,674

ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ПРИ МОНИТОРИНГЕ НАДЕЖНОСТИ РЕЗЕРВУАРОВ В ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Пимнев А.Л. 1 Земенкова М.Ю. 1
1 ФГБОУ ВО «Тюменский государственный нефтегазовый университет»
Энергетическая безопасность является одной из важнейших составляющих национальной безопасности страны. Наличие резервуарной емкости, находящейся в работоспособном, исправном состоянии, является весьма важным фактором в энергетической безопасности. Срок эксплуатации значительной части резервуаров превысил нормативный и в современных экономических условиях, когда строительство новых требует значительных финансовых затрат, прогнозирование состояния резервуаров по результатам их технического диагностирования приобретает особо важное значение. Техническое диагностирование вертикальных стальных резервуаров, эксплуатируемых на нефтегазовых предприятиях, в первую очередь, направлено на повышение их надежности. Для повышения эффективности диагностирования необходимо установить системную взаимосвязь между техническим состоянием вертикального стального резервуара, его надежностью, периодичностью технических диагностирований и их объемом. В данной статье рассмотрена оценка остаточного ресурса эксплуатации резервуаров при мониторинге их надежности.
надежность
мониторинг
резервуар
остаточный ресурс
оценка
работоспособное состояние
диагностирование
контроль
прогнозирование
1. Диагностика повреждений и утечек при трубопроводном транспорте многофазных углеводородов / под общ. ред. Ю.Д. Земенкова. – Тюмень: Вектор Бук, 2002. – 432 с.
2. Долгосрочная программа развития ОАО «АК «Транснефть» на период до 2020 года [Электронный ресурс] / Материалы 12-го заседания Экспертного совета ОАО «АК «Транснефть», 29.12.2014, Москва. – Режим доступа: http://www.transneft.ru/u/section_file/11882/29-12-2014-1.pdf Дата обращения: 10.10.2015.
3. Земенкова М.Ю. Системный мониторинг показателей надежности объектов трубопроводного транспорта: дис.… канд. техн. наук: 05.13.01; ТюмГНГУ. – Тюмень, 2007. – 187 с.
4. Левитин Р.Е. Способ поддержания рабочего объема вертикальных стальных резервуаров / Р.Е. Левитин, В.О. Некрасов, Ю.Д. Земенков // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. – 2014. – № 3. – С. 43–46.
5. Лисин Ю.В. Разработка инновационных технологий обеспечения надежности магистрального трубопроводного транспорта: дис. ... д-ра техн. наук: 25.00.19; ФГБОУ ВПО УГНТУ. – Уфа, 2013. – 426 с.
6. Мониторинг гидродинамических и технических характеристик трубопроводных систем / под общ. ред. Ю.Д. Земенкова. – Тюмень: Вектор Бук, 2008 – 432 с.
7. Некрасов В.О., Земенков Ю.Д. Перспективные методы повышения эксплуатационных свойств нефтяных резервуаров // Трубопроводный транспорт: теория и практика. – М.: ВНИИСТ, 2012. – № 6. – С. 24–26.
8. Ночевка Ф. Нефть готова упасть до $20 за баррель [Электронный ресурс]: Темпы заполнения нефтехранилищ в США пугают экспертов // Коммерсантъ.ru:[сайт]. – 25.03.2015, 11:00. http://www.kommersant.ru/doc/2694007. Дата обр.: 10.10.2015.
9. Обеспечение надежности и безопасности нефтепроводной системы России [Электронный ресурс] / А.Е. Сощенко // Нефтегазовая отрасль России: новые вызовы – новые стратегии: материалы 12-го Российского нефтегазового конгресса (RPGC 2015), 23–25.06.2015 года, Москва.http://www.transneft.ru/u/news_article_file/1962/pr-s.pdf Дата обр.: 10.10.2015.
10. Пимнев А.Л. Разработка методики оценки несовершенств геометрической формы резервуаров при техническом диагностировании: дис. … канд. техн. наук: 25.00.19; ТюмГНГУ. – Тюмень, 2006. – 169 с.
11. Пимнев А.Л. Системный подход при прогнозировании остаточного ресурса резервуаров и определении периодичности технического диагностирования // Нефтегазовый терминал: сборник научных статей памяти профессора Н.А. Малюшина. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2015. – С. 178–179.
12. Положение о системе технического диагностирования сварных вертикальных цилиндрических резервуаров для нефти и нефтепродуктов: РД 08-95-95. – М.: ГУП «НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2002.
13. Семин Е.Е. Оценка долговечности уторных узлов вертикальных стальных резервуаров в процессе эксплуатации: автореф. дис. … канд. техн. наук: 25.00.19; РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. – М.: 2012. – 21 с.
14. Техническая и параметрическая диагностика в трубопроводных системах / В.Н. Антипьев, Ю.Д. Земенков, А.Б. Шабаров и др.; под общ. ред. Ю.Д. Земенкова. – Тюмень: Изд-во «Вектор Бук», 2002. – 432 с.
15. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года: Распоряжение Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 года № 1715-р // Собрание законодательства Российской Федерации. – 2009. – № 48. – Ст. 5836.

Главным стратегическим ориентиром утвержденной Правительством Российской Федерации в 2009 году Энергетической стратегии России на период до 2030 года установлена энергетическая безопасность – одна из важнейших составляющих национальной безопасности страны [15]. Угрозы надежному топливо- и энергообеспечению определяются не только различными внешними факторами (геополитические, макроэкономические, конъюнктурные), но и состоянием и функционированием энергетического сектора страны, включая нефтяной комплекс в целом и магистральный транспорт нефти в частности.

Основными проблемами в сфере энергетической безопасности являются высокая степень износа основных фондов и низкая степень инвестирования в развитие отраслей топливно-энергетического комплекса.

Так, согласно [15], износ в нефтеперерабатывающей промышленности составляет 80 %, а объем инвестиции в ТЭК не превысил 60 % от объемов, запланированных ранее действовавшей Энергетической стратегией России на период до 2020 года. Например, инвестиционная программа ОАО «АК “Транснефть”» – компании, осуществляющей магистральный трубопроводный транспорт нефти, – предусматривает строительство 125 новых резервуаров общим объемом 1920 тыс. м3 [2] в период с 2014 по 2020 г. Тогда как при рассмотрении Генеральной схемы развития нефтяной отрасли до 2020 года (утверждена Приказом Министерства энергетики РФ от 6 июня 2011 года № 212) на совещании Правительства Российской Федерации 28 октября 2010 г. отмечено, что для развития трубопроводного транспорта потребуется дополнительно построить и ввести в эксплуатацию около 2500 тыс. м3 резервуарной емкости. Это свидетельствует о важности сохранения существующей резервуарной емкости в работоспособном состоянии.

Как отмечено в [8], комбинация таких факторов, как производство нефти, ее потребление и темпы заполнения нефтехранилищ, может привести к значительному изменению мировых цен на нефть. Так, при увеличении объема добычи нефти и сокращении ее потребления нефтехранилища заполняются сырьем, а отрасль может испытывать нехватку мест для хранения нефти. В таких условиях наличие резервуарной емкости, находящейся в работоспособном, исправном состоянии является также весьма важным фактором в энергетической безопасности.

Учитывая, что строительство системы нефтепроводов России завершено в целом в конце 80-х годов XX века [9, 13], то на современном этапе одним из основных направлений повышения безопасности и обеспечения надёжности магистрального трубопроводного транспорта России является диагностический контроль эксплуатируемых объектов [4].

Техническое диагностирование резервуаров является частью долгосрочной программы технического перевооружения и реконструкции ОАО «АК “Транснефть”». Средства, направляемые на обеспечение надежности резервуарных парков, составляют 15 % от объемов финансирования по Программе развития на период до 2020 года. Таким образом, в сложившейся экономической и экологической ситуации весьма актуальной становится задача определения оптимального межремонтного периода с учетом текущего технического состояния оборудования [3, 10].

Главным условием возможности безопасной эксплуатации резервуара на расчетных параметрах является удовлетворение параметров его элементов, работающих под нагрузкой, условиям прочности и устойчивости согласно СНиП II-23-81* [12]. Таким образом, эксплуатация резервуара не допускается, когда по условиям прочности и устойчивости при статических нагружениях отдельные элементы конструкции резервуара не соответствуют расчетным эксплуатационным параметрам вследствие коррозионного износа, механических повреждений, снижения механических свойств металла и т.д. В этом случае продление срока службы резервуара возможно при установлении пониженных эксплуатационных параметров (снижение уровня залива, уменьшение избыточного давления и вакуума) или после проведения комплексных мероприятий по ремонту и усилению металлических конструкций резервуара.

Обеспечение эксплуатационной надежности резервуара на более длительный срок (по сравнению с нормативным, который установлен в [12] и составляет 20 лет) осуществляется за счет использования современных технологий ремонта, материалов и оборудования. Так, в период с 2013 по 2017 годы наблюдается снижение объемов ремонта и строительства резервуаров со 140 до 50 объектов (рисунок). Связано это с тем, что после 10 лет эксплуатации резервуара после ремонта, как показала практика, по результатам диагностирования продлевается срок эксплуатации на 10–15 лет без проведения дополнительных работ.

Нормативным документом [12] установлены общие требования к определению остаточного ресурса резервуаров. Исходные данные для расчета должны приниматься по результатам технического диагностирования: фактические геометрические размеры, минимальные толщины конструктивных элементов, характеристики материалов. При этом прочностные характеристики материалов принимаются либо по данным проекта либо по результатам исследований химического состава и механических свойств металла, что, в свою очередь, позволит учитывать возможное снижение механических свойств основного металла или сварных соединений путем соответствующего уменьшения допускаемых напряжений. Определение остаточного ресурса резервуаров включает в себя расчеты на прочность и устойчивость, которые учитывают воздействия от эксплуатационной нагрузки (гидростатическое давление хранимой жидкости и избыточное давление газа, вакуум), концентрации напряжений, вызванных местными дефектами в сварных швах, отклонениями в геометрической форме стенки и другими дефектами, а также фактической (остаточной) толщины стенки. Для резервуаров, испытывающих циклические нагружения, должны выполняться поверочные расчеты на малоцикловую усталость, а для резервуаров, эксплуатирующихся при пониженных температурах, – необходимо выполнение поверочных расчетов элементов конструкций с учетом хрупкого разрушения

pic_37.tif

Объемы ремонта и строительства резервуарных емкостей в ОАО «АК “Транснефть”» в период с 2013 по 2017 годы (по данным [9])

Работы многих авторов посвящены исследованиям по определению остаточного ресурса резервуаров и решены задачи по отдельным конструктивным элементам, учету каких-либо условий или критериев. Например, в работе [13] рассмотрена оценка долговечности уторных узлов вертикальных стальных цилиндрических резервуаров с возможными технологическими дефектами сварки. Под термином «уторный узел» понимается сопряжение вертикальной стенки и днища, который является наиболее нагруженным и ответственным элементом резервуара, при этом дефекты, образующиеся в уторном узле при сооружении и эксплуатации резервуаров, существенно снижают надежность и остаточный ресурс РВС. В результате исследований разработана методика оценки ресурса уторных сварных соединений резервуаров и установлена зависимость размеров подрезов и геометрии сварного шва и срока эксплуатации уторных узлов. Однако исследования выполнены для РВСПК-50000, что ограничивает область применения этой методики. Исследования [10] посвящены разработке методики расчета напряженно-деформированного и индивидуального остаточного ресурса вертикальных стальных резервуаров с учетом несовершенств геометрической формы по результатам технического диагностирования.

Дефекты, влияющие на эксплуатационную надежность РВС, могут образовываться в конструкции на всех этапах «жизни» резервуара. В зависимости от времени их образования все дефекты, встречающиеся в элементах конструкции резервуаров, условно можно разделить на пять групп [10]:

● металлургические – появившиеся при изготовлении проката (закаты, расслоения, неравномерное легирование, задиры, микротрещины, нарушение геометрии проката и т.п.);

● заводские – появившиеся на этапе изготовления рулонных или иных заготовок (дефекты сварки и сборки);

● транспортные – появившиеся в процессе транспортировки заготовок до монтажной площадки (вмятины, смятие части рулона, вырывы, задиры, гофры и т.п.);

● монтажные – появившиеся в процессе монтажа резервуара (дефекты сварки и монтажа металлоконструкций, дефекты оснований и фундаментов, неубранные остатки монтажных приспособлений, угловатость монтажных швов и т.п.);

● эксплуатационные – появившиеся в процессе эксплуатации резервуара (осадка, потеря устойчивости, коррозия, хлопуны и т.п.).

Опыт выполнения обследований вертикальных стальных резервуаров позволяет сделать вывод, что основными дефектами, встречающимися практически во всех РВС и оказывающими существенное влияние на эксплуатационную надежность резервуаров, являются коррозионные дефекты и нарушения геометрической формы резервуара. Обусловлено это тем, что именно эти дефекты носят ярко выраженный эксплуатационный характер развития.

В работах [1, 3, 4, 7, 13] предложены математические модели контроля технологических показателей при определении риска, при выборе комплекса технических средств для производства диагностических работ, при декларировании безопасности предприятий и т.п. Отмечено, что современные информационно-компьютерные технологии позволяют использовать более сложные, но гибкие и универсальные алгоритмы и математические аппараты. Это позволило разработать методику мониторинга прогнозирования показателей надежности и обеспечить тем самым переход от «послеотказовой» системы обслуживания и ремонтов к «предупредительной» по прогнозным показателям надежности.

Но, с другой стороны, анализ опыта эксплуатации РВС показывает, что значительная их часть на момент достижения нормативного срока эксплуатации обладает еще достаточно большим запасом работоспособности. Инженерный опыт подсказывает, что фактический ресурс РВС в значительной мере зависит от качества изготовления и монтажа, свойств продукта, хранимого в резервуаре, интенсивности процесса эксплуатации, инженерно-геологических условий, количества и качества проведенных ремонтов и т.д.

Анализируя вышесказанное, можно сделать вывод о необходимости решения проблемы оценки остаточного ресурса каждого резервуара в соответствии с его фактическим техническим состоянием и условиями эксплуатации [3, 4, 10, 11, 14]. Реализация решения проблемы включает в себя разработку и внедрение эффективных моделей технического диагностирования и прогнозирования срока безопасной эксплуатации стальных вертикальных резервуаров. При этом объем и характер контроля также должен зависеть от срока, условий эксплуатации и динамики показателей технического состояния.

Рецензенты:

Соколов С.М., д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО «Тюменский государственный нефтегазовый университет», г. Тюмень;

Торопов С.Ю., д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО «Тюменский государственный нефтегазовый университет», г. Тюмень.


Библиографическая ссылка

Пимнев А.Л., Земенкова М.Ю. ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ПРИ МОНИТОРИНГЕ НАДЕЖНОСТИ РЕЗЕРВУАРОВ В ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 11-2. – С. 292-296;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39327 (дата обращения: 19.07.2024).

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 = 1,674