Диссертация (1095085), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

Плотность нефтепродуктов обычно составляетпорядка 900 кг/м3.Из рисунка 3.2.2.7 (а) следует, что при плотности среды 900 кг/м3максимальные напряжения 354 МПа возникают в нижней локальной частиднища, при этом они превышают допускаемое напряжение для стали маркиСт3 – 154 МПа, превышают и предел текучести – 250 МПа, но существенноменьше временного сопротивления – 460 МПа. То есть при первомнагружении резервуара рабочей средой нижняя часть днища переходит вобласть пластических деформаций, но в целом несущая способность днищасохраняется и при повторном наливе рабочей среды днище уже будетработать в области упругих деформаций. Максимальная деформация днища вцентральной части доходит до 53 мм (рисунок 3.2.2.7 б).83абРисунок 3.2.2.7 – Напряжения и перемещения в плоском гладком днищес толщиной стенки 4 мм, плотность среды 900 кг/м3:а – напряжения; б – перемещения.Для рабочей среды с плотностью 1300 кг/м3 максимальныенапряжения уже дойдут до 453 МПа (рисунок 3.2.2.8 а), то есть приблизятсяк значению временного сопротивления, максимальная деформация днища(рисунок 3.2.2.8 б) составит уже 61 мм.абРисунок 3.2.2.8 – Напряжения и перемещения в плоском гладком днищес толщиной стенки 4 мм, плотностью среды 1300 кг/м3:а – напряжения; б – перемещения.Таким образом, толщина стенки днища 4 мм резервуаров с диаметром3200 мм, выполненных в соответствии с «ГОСТ 17032» [18] из стали марки84Ст.3, обеспечивает несущую способность конструкции для нефтепродуктов сплотностью равной 900 кг/м3, но для хранения технической воды инеагрессивных продуктов с плотностью не более 1300 кг/м3 уже применятьсяне могут.

Расчетная же толщина стенки днища по «ГОСТ Р 52857.2» [34]резервуара диаметром 3200 мм при плотности рабочей среды равной900 кг/м3 составляет 19.2 мм, а при плотности среды равной 1300 кг/м3 уже23.1 мм.Сложиласьпарадоксальнаяситуация,соднойстороныгоризонтальные резервуары с тонкими днищами от 4 до 8 мм работают помногу лет, на ряде предприятий более 20 лет, с другой стороны расчетнаятолщина по «ГОСТ Р 52857.2» [34] стенки плоских днищ резервуаровполучается больше реальной толщины во много раз. Кроме того, возникаетпротиворечие и в действующих нормативных документах.

В соответствии с«ГОСТ 17032» [18] и «ГОСТ 12623» [16] в горизонтальных резервуарах длянефтепродуктов и рабочих сред с плотностью не более 1300 кг/м3 могутприменяться тонкостенные днища, но они не проходят по допускаемомудавлению, определяемому по «ГОСТ Р 52857.2» [34], который даетнеоправданно высокие значения расчетной толщины стенки плоского днища[61].ПолученныеспомощьюпрограммногопродуктаSolidWorksSimulation результаты следует подтвердить экспериментально. Этомувопросу и посвящен следующий раздел диссертации.3.2.3.

Экспериментальные исследования деформации и разрушениятонких плоских круглых днищ цилиндрического сосудаНатурные исследования деформации и разрушения тонких плоскихднищ цилиндрического сосуда объемом 0.281 м3 проводились на базеопытного полигона ЦНИПР ГПУ ООО «Газпром добыча Астрахань» [60].На рисунке 3.2.3.1 представлена схема сосуда и указаны точкипроведения толщинометрии и зоны измерения твердости металла.85Рисунок 3.2.3.1 – Общий вид и схема контроля испытываемого сосуда:– точки замеров толщины стенки методом ультразвуковой толщинометрии;– зоны измерения твердости металла СШ, ОЗ, ОМ.86В таблице 3.2.3.1 приведены результаты измерения толщин стенок спомощью ультразвукового толщиномера А1210 (рисунок 3.2.3.2) в точках,указанных на рисунке 3.2.3.1.Таблица 3.2.3.1 – Результаты контроля толщин элементов исследуемогососудаНомер сеченияНаименованиеэлементаИзмеренная толщина стенки, мм12345678Днищеплоское №1Днищеплоское №214.000.10 4.200.10 4.200.10 4.100.10 4.100.10 4.000.10 4.000.10 4.200.1024.100.10 4.100.10 4.200.10 4.200.10 4.200.10 4.000.10 4.100.10 4.100.1014.200.10 4.100.10 4.300.10 4.200.10 4.200.10 4.100.10 4.100.10 4.000.1024.200.10 4.100.10 4.100.10 4.200.10 4.000.10 4.000.10 4.200.10 4.100.1016.800.10 6.400.10 6.700.10 6.200.10Обечайка26.800.10 6.700.10 6.400.10 6.100.1036.700.10 6.100.10 6.300.10 6.300.10Примечание: приборная погрешность ультразвукового толщиномера А1210 в диапазоне толщины стенкиметалла от 0.70 мм до 100.00 мм.

составляет от 0.10 мм до 0.01 мм.Рисунок 3.2.3.2 – Измерение толщин стенок сосуда87Результатыконтролятвердостиспомощьюультразвуковоготвердомера ТКМ-459С и соответствующие им показатели прочностиприведены в Таблице 3.2.3.2. Измерения твердости проведены с цельюкосвенного установления показателей прочности стали, применённой приизготовлениииспытываемогососуда.Измерениетвердостиметаллапроводилось на обечайке и на днищах в местах основного металла (ОМ),зонах термического влияния (ЗТВ) и сварных швах (СШ) (рисунок 3.2.3.3).Таблица 3.2.3.2 – Результаты контроля твердости элементов сосудаОсновной металлНомерсварногосоединенияСтальмарки5Околошовнаязона4Сварнойшов1Околошовнаязона2Основной металл3HB,кгс/см2Re,МПаRm,МПаHB, кгс/см2HB,кгс/см2HB, кгс/см2HB,Re,кгс/см2 МПаRm,МПаСварноесоединениеднища №1 иобечайки201351021637213910161101401012910216372Сварноесоединениеднища №2 иобечайки201271021637214710156101421013410216372Примечание:приборнаяпогрешностьпо Бринеллю в диапазоне от 90 НВ до 150 НВ составляет ±10 НВ.ультразвуковоготвердомераТКМ-459С88Рисунок 3.2.3.3 – Измерение твердости элементов сосудаПоказатели прочности сварных соединений соответствуют требованиям«ПБ 03-584-03».Проведениеизмеренийдлиныобечайкиидиаметраднищосуществлялось при помощи рулетки.После нагружения сосуда давлением, истечения времени выдержкисосуда под давлением 15-20 минут, сброса давления, проводились замеры89выпуклости днища следующим способом: к обечайке сосуда устанавливалсяугольник 90 градусов для того, чтобы отцентровать линейку длиной 1 м,прикладываемуювплотнуюквыпуклойчастиднища.Далееототцентрованной линейки к верхней и нижней точке днищ последовательноприкладывалась линейка длиной 150 мм с ценой деления 0.1 мм(рисунок 3.2.3.4).Рисунок 3.2.3.4 – Измерение деформации днищ90Результатыпроведенныхэкспериментальныхисследованийподеформации и разрушению плоских днищ при увеличении внутреннегоизбыточного давления представлены в приведенных ниже таблицах и нарисунках.Таблица 3.2.3.3 – Результаты измерения остаточной деформации днищсосуда после нагружения давлением 0.5 МПаНаименованиеэлементаДнище плоское№1Днище плоское№2Давление, МПаИзмерениедеформации, ммИзображениеемкости17.00.1Рисунок 3.2.3.50.529.00.1Рисунок 3.2.3.5 – Днище №1 сосуда после нагружения давлением 0.5 МПа91Таблица 3.2.3.4 – Результаты измерения остаточной деформации днищсосуда после нагружения давлением 1.0 МПаНаименованиеэлементаДнище плоское№1Днище плоское№2Давление, МПаИзмерениедеформации, ммИзображениеемкости29.00.1Рисунок 3.2.3.61.038.00.1Рисунок 3.2.3.6 – Днище №1 сосуда после нагружения давлением 1.0 МПаТаблица 3.2.3.5 – Результаты измерения остаточной деформации днищсосуда после нагружения давлением 2.0 МПаНаименованиеэлементаДнище плоское№1Днище плоское№2Давление, МПаИзмерениедеформации, ммИзображениеемкости49.00.1Рисунок 3.2.3.72.061.00.192Рисунок 3.2.3.7 – Днище №1 сосуда после нагружения давлением 2.0 МПаТаблица 3.2.3.6 – Результаты измерения остаточной деформации днищсосуда после нагружения давлением 2.1 МПа и разрушения днища №1НаименованиеэлементаДнище плоское№1Днище плоское№2Давление, МПа2.1Измерениедеформации, ммРазрыв емкости полинии приваркиднища №1 к обечайкеИзображениеемкостиРисунок 3.2.3.861.00.193Рисунок 3.2.3.8 – Днище №1 сосуда после нагружения давлением 2.1 МПа(разрушение)Из представленных в таблицах 3.2.3.3 – 3.2.3.5 данных видно, что, несмотря на то, что днища изготовлены из одной марки стали (сталь марки 20),их толщины практически одинаковы (таблица 3.2.3.1), условия работыидентичны, деформации существенно отличаются.На рисунке 3.2.3.8 видно, что произошло разрушение не собственноднища, а сварного шва и деформация днища.С помощью программного комплекса SolidWorks Simulation былипроведены расчеты остаточных деформаций и возникающих напряжений вднище исследуемого сосуда.

На рисунке 3.2.3.9 показаны расчетныеостаточные деформации и напряжения, возникающие в днище.94абРисунок 3.2.3.9 – Остаточные напряжения и деформации привнутреннем избыточном давлении 0.5 МПа:а – напряжения; б – деформации.Из рисунка 3.2.3.9 видно, что максимальные расчетные остаточныедеформации в центре днища составляют 22.4 мм при измеренной 17.0и 29.0 мм (таблица 3.2.3.3). Предел текучести составляет 282 МПа, того жепорядка составляют и напряжения в центральной зоне днища. То есть, как ипредполагалось, при нагружении внутренним избыточным давлениемтонкостенное плоское днище переходит в область пластических деформаций,приобретает выпуклость и дальнейшего роста напряжений не происходит. Взоне сварного шва напряжения соизмеримы со значением временногосопротивления, тем не менее разрушения не происходило.На рисунке 3.2.3.10 приведены остаточные деформации днищ принагружении сосуда внутренним избыточным давлением 1.0 МПа и 2.0 МПа,их значения указаны с учетом предыдущих деформаций.

Характеристики

Список файлов диссертации