Территория Нефтегаз № 3 2017

Поскольку вертикальные стальные резервуары большого объема являются одним из ключевых звеньев технологической цепочки трубопроводного транспорта нефти, эти сооружения должны находиться в исправном техническом состоянии весь период эксплуатации. Несмотря на довольно большой опыт в резервуаростроении, накопленный за последние годы, резервуары для нефти и нефтепродуктов остаются одними из наиболее опасных объектов.

Это связано с целым рядом причин, из которых наиболее характерными являются:

• высокая пожаро- и взрывоопасность хранимых продуктов;

• большие размеры конструкций и связанная с этим протяженность сварных швов, которые трудно проконтролировать по всей длине;

• несовершенства геометрической формы, неравномерные просадки фундамента и оснований;

• высокая скорость коррозионных процессов;

• малоцикловая усталость отдельных зон стенки конструкции;

• сложный характер нагружения конструкции в зоне уторного шва в сочетании с практическим отсутствием контроля сплошности этих сварных соединений.

Исследования в области повышения надежности конструкции резервуаров вертикальных стальных (РВС) являются актуальными, поскольку разрушение резервуаров влечет за собой потери не только экономические, но и экологические и даже человеческие.

На основе статистических данных было определено значение регулярного технического диагностирования объекта (резервуара), которое в зависимости от объема произведенных операций подразделяется на полное и частичное. Полное включает различные виды контроля и осуществляется с периодичностью не менее одного раза в
10 лет, при том что частичное – не менее одного раза в 5 лет.

Наиболее распространенными методами определения технического состояния резервуаров являются:

• визуально-измерительный;

• радиографический;

• ультразвуковой;

• капиллярный или магнитопорошковый;

• токовихревой;

• измерение твердости;

• гидравлические испытания;

• пневматические испытания.

На основе анализа литературы [1, 2] была построена гистограмма, наглядно показывающая процентное соотношение используемых методов НК для определения текущего состояния и диагностики вертикальных стальных резервуаров. Исходя из данной гистограммы можно сделать вывод, что УЗК является одним из наиболее распространенных методов диагностики резервуаров.

С использованием метода экспертных оценок было проведено сравнение первых четырех наиболее распространенных методов, при этом оценка осуществлялась в рейтинговых баллах от 0 до 5, где 0 – метод не позволяет обнаружить заявленный показатель, 5 – метод обеспечивает 100%-е обнаружение. Результаты рейтинга методов, а также показатель, по которому они сравнивались, сведены в таблицу.

При использовании метода экспертных оценок заданные количественные величины представляют собой мнение эксперта и принимаются на основе априорной информации, опыта проведения методов НК и анализа литературных источников, отражающих информацию по данному вопросу.

В результате проведенного анализа получаем таблицу экспертных оценок по методам (табл. 1).

Определение обобщенной оценки каждого метода определяется по средневзвешенному показателю. Результаты анализа показателей табл. 1 приведены в табл. 2.

Таким образом, устанавливаем, что наиболее рациональным методом, который следует применять при диагностике уторных и стыковых соединений резервуаров, является ультразвуковой метод контроля.

При анализе технической документации (журналы планово-предупредительного ремонта) резервуара (10 тыс. м³) были выявлены наиболее распространенные дефекты. На рис. 2 представлена гистограмма распределения, наглядно показывающая процентное соотношение дефектов в сварных соединениях резервуаров.

Из гистограммы видно, что наиболее частое возникновение и развитие дефектов происходит в уторных соединениях. Как показывает практика, зарождение и образование трещин, возникновение дефектов в уторных соединениях может происходить по трем характерным направлениям, представленным на рис. 3.

На практике очень часто приходится определять наличие трещин и расслоений в зоне внутреннего сварного шва, уторного соединения вертикальной стенки и окраек. Данная задача решается, но с относительно большими затратами и только после полного опорожнения РВС от нефтепродукта.

В ранее разработанных методиках УЗК предлагается метод определения ожидаемых трещин на основе использования ультразвукового толщиномера и модифицированного высокочувствительного магнитоупругого тестера для оценки действующих и «остаточных» напряжений.

Определение горизонтальной трещины по такой методике следующее: окрайка в зоне нахождения внутреннего сварного шва должна зачищаться снизу от коррозии для обеспечения акустического контакта датчика прибора ультразвукового толщиномера и металла окрайки, затем датчик устанавливается снизу на защищенное место окрайки непосредственно под внутренним сварным швом с обеспечением полного акустического контакта.

В случае наличия между окрайкой и вертикальной стенкой или внутренним сварным швом любой микротрещины или микрорасслоения посланный ультразвуковой сигнал отражается от верхней плоскопараллельной поверхности и вновь возвращается в тот же приемно-передающий датчик, так как ультразвуковой толщиномер работает с одним и тем же универсальным датчиком в режиме эхолокации (рис. 4а), соответственно, при установке датчика в зоны 2–4. При этом на цифровом табло прибора будет высвечиваться только толщина окрайки с точностью 0,1 мм, что является ярким признаком наличия горизонтальной микротрещины в исследуемом сварном шве.

При установке датчика в зону 1 на рис. 4а и в зону 4 на рис. 4б, когда горизонтальная трещина в сварном шве отсутствует, ультразвук без каких-либо потерь пройдет через окрайку непосредственно в сварной шов и, дойдя до его верхней поверхности, отразится от нее под углом, синхронным углу ее наклона к горизонту, что не позволит указанному сигналу вновь вернуться в датчик, что в данном случае также является наглядным и косвенным признаком отсутствия в сварном шве ожидаемой горизонтальной трещины.

К сожалению, в условиях производства данная методика оказывается не вполне пригодной вследствие затруднения установки датчика пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП) под днище резервуара. Очевидно, что в силу недостатков этого метода, основными из которых являются опорожнение резервуара и подрыв подсыпки основания резервуара, необходимы разработка и внедрение способа, который был бы применим в условиях производственного этапа.

Нами было проведено исследование, включавшее установку различных датчиков около внешнего сварного шва. На основе наблюдений было получено графическое отображение проведения эксперимента, изображенное на рис. 5–8, а характеристики датчиков ПЭП сведены в табл. 3. Цель исследования заключалась в определении дефектов в швах резервуаров и подборе ПЭП, а также в выработке методики диагностики сварных со-
единений резервуара.

На рис. 5 изображен поиск дефектов ПЭП (П121-2,5-65°-14) с углом ввода 65°. Поиск дефектов таким ПЭП позволяет определять дефекты сварных соединениях однажды отраженным лучом. При перемещении ПЭП по поверхности стального листа (А, Б, В) видно, что меняется область обнаружения, – соответственно, таким методом можно обнаружить дефекты во всем сварном шве. Однако, возможно, остается область сварного соединения вне зоны контроля вследствие физики ультразвуковой волны, тогда можно оставшуюся часть сварного шва проконтролировать с обратной стороны сварного соединения (рис. 7).

На рис. 6 и 8 показана аналогичная ситуация с разницей лишь в параметрах ПЭП (табл. 3). Но наибольший интерес представляет рис. 7, так как с помощью устройства (ПЭП), изображенного на нем, можно проконтролировать весь сварной шов, не прибегая к усложнению процесса (когда необходимо переставлять ПЭП на другую сторону сварного шва).

Проанализировав схемы, можно сделать вывод, что по сравнению с ранее предложенной описанная методика является более эффективной и рациональной для контроля сварных соединений в резервуарах большого объема, так как этот способ не требует ни опорожнения резервуара, ни нарушения подсыпки основания резервуара, в то же время позволяя выявлять дефекты на ранней стадии развития и не допуская возникновения аварийных ситуаций.

Таблица 1. Сравнение методов НК по ключевым показателям

Table 1. The comparison of NDT methods on critical indicators

Таблица 2. Определение средневзвешенного показателя

Table 2. Determining a weighted-average parameter

Обозначение метода Designation of the method
УЗК Ultrasonic	31	6,2
ВИК Visual and measuring	20	4
МК Magnetic	25	5
РК Radiographic	19	3,8

Таблица 3. Используемые датчики УЗК

Table 3. Used sensors of ultrasonic control