Разрушения резервуаров

Виды разрушения резьбовых крепежных деталей: разрыв стержня по резьбе или переходному сечению у головки; повреждение или

Виды разрушения резьбовых крепежных деталей: разрыв стержня по резьбе или переходному сечению у головки; повреждение или разрушение резьбы (смятие и износ, срез, изгиб); отрыв головки и др. Так как размеры стандартных болтов, винтов и шпилек отвечают условию равнопрочное™ по критериям, соответствующим указанным разрушениям, то обычно их расчет ограничивается расчетом по одному основному критерию работоспособности — прочности нарезанной части стержня на растяжен ие. При этом определяют расчетный диаметр резьбы

При действии переменных нагрузок разрушения резьбовых деталей, как правило, носят усталостный характер и происходят в месте концентрации напряжений в резьбе. Долговечность резьбового соединения в значительной мере Определяется способом изготовления резьбы, ее размерами и качеством материала.

Процессу разрушения резьбовых соединений с крупными шагами лучше соответствует механизм разрушения с нормальным отрывом, описываемый коэффициентом KIC-

3. Каган В. А., Кренявичюс А. И., Ляонавичюс М.- К. В. Схематизация видов разрушения резьбовых соединений при малоцикловом нагружении. — • В кн.: Сопротивление материалов. Вильнюс : Ред. -изд. совет Минвуза ЛитССР, 1978, с. 43—44.

Рис. 10.2. Виды разрушения резьбовых соединений

И РАЗРУШЕНИЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

В связи с рассмотренными особенностями деформирования и разрушения резьбовых соединений, работающих в широком диапазоне температур, важное значение может иметь температурный фактор, способствующий возникновению дополнительных деформаций ползучести, снижению усилий предварительного затяга и накоплению длительных статических и циклических повреждений. Оценка сопротивления малоцикловому разрушению резьбовых соединений при высоких температурах может быть осуществлена по критериям длительной циклической прочности (см. гл. 2, 4 и 11). Понижение температур эксплуатации приводит к возможности возникновения хрупких разрушений резьбовых соединений на ранних стадиях развития трещин малоциклового нагружения. Это требует изучения трещиностойкости конструкционных материалов (предназначенных для изготовления резьбовых соединений) с применением соответствующих критериев линейной и нелинейной механики разрушения [19, 12].

Основной причиной разрушения резьбовых деталей является невозможность получения достоверных сведений о величине усилий, действующих на эти детали во время монтажа и эксплуатации, так как отсутствуют методы экспериментального определения этих усилий. Зачастую у резьбовой детали свободным является только один торец, поверхность которого считается не подверженной деформации, что не позволяет применить ни один из известных физических методов определения напряжений (электротензометрию, рентгеновскую тензометрию, методы магнитоупругости, фотоупругих покрытий и т.д.). При исследованиях на моделях и в редких случаях на практике используют специально изготовленные тен-зометрические болты. Однако в производственных условиях, когда требуется кол-троль 100 % продукции, этот метод оказы-

При нормальной эксплуатации в условиях статического нагру-жения резьбовые детали разрушаются редко. Статистический анализ случаев разрушения резьбовых деталей при значительных перегрузках показывает, что 90% всех поломок носят усталостный характер. Это объясняется прежде всего тем, что при переменных напряжениях прочность резьбовых деталей снижается из-за наличия резьбы и переходных сечений (сбег резьбы, сопряжение стержня болта с головкой), которые являются концентраторами напряжений. Иногда разрушения болтов являются следствием того, что при проектировании не учитывались дополнительные нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации, а также из-за недостаточно тщательного контроля сборки узла, неточностей изготовления и т. п.

Разрушения резьбовых деталей могут привести к различным последствиям, иногда это выражается в нарушении нормальной эксплуатации изделия и приводит к ее простою. В этом случае для устранения неисправности достаточно замены разрушенной детали. В ряде же случаев последствия оказываются тяжелыми: разрушение одной резьбовой детали может вызвать серьезную аварию изделия. Надежность резьбовых соединений обеспечивается выбором достаточного числа болтов (шпилек) и конструктивных форм соединения, технологическими и эксплуатационными мерами, а также соблюдением правил монтажа при сборке.

Предельные состояния первой группы представляют особый интерес, поскольку при их реализации происходят разрушения резервуаров и трубопроводов. Анализ статистики аварий резервуаров показывает, что наиболее часто происходят хрупкие разрушения, потеря устойчивости и разрушения в условиях коррозии. Вероятность таких аварий составляет 1,6 • 10~3-8 • 10~4 1/резервуар в год [98]. Аналогична картина и для трубопроводов. Статистические оценки вероятностей их аварий имеют тот же порядок и составляют 1,3 • 10~3-5,6 • 10~4 1/км в год [75]. В качестве причин разрушений наиболее часто указываются (см. п. 1.4) дефекты конструкций, низкое качество металла, дефекты сварки, монтажные повреждения. Важно отметить, что более 20 % аварий обусловлены ошибками в проектах и недостатками норм и стандартов. При этом на первые три года эксплуатации приходится более половины разрушений. Существенным фактором часто является сопутствующее повреждение соседних сооружений вторичными факторами аварий, что свидетельствует о неэффективности установленных нормативными документами мер по локализации наиболее тяжелых аварий.

100. Кузьмин В.Р., Афонская Г.П. Дефекты и анализ разрушения резервуаров для нефтепродуктов // Междунар. конф. "Стихия. Строительство. Безопасность". - 1997. - С. 272-273.

1.1. Анализ причин аварийного разрушения резервуаров

Анализу причин аварий резервуаров посвящен ряд работ отечественных и зарубежных исследователей [1-7; 17]. Информация о причинах возникновения и последствиях аварий немногочисленна, поскольку до недавнего времени материалы, касающиеся аварий резервуаров, относились к закрытой информации. Кроме того, фирмы-владельцы разрушенных резервуаров, как у нас в стране, так и за рубежом, не заинтересованы в распространении достоверной информации об истинных причинах разрушения резервуаров, о масштабах причиненного ущерба, экологических последствиях аварий, и нередко представляют недостоверную информацию или фальсифицируют результаты экспертизы.

Рассмотрим некоторые случаи полного и частичного разрушения резервуаров, происшедших за последние 50 лет.

Аналогичные случаи разрушения резервуаров наблюдались на нефтебазах г. Бердска (РВС-700), г. Воронежа (РВС-5000) и г. Харькова (РВС-700). Все эти резервуары потерпели аварию вследствие хрупкого разрушения кипящей стали СтЗкп.

Зафиксировано два случая частичного разрушения резервуаров вместимостью 4810 м3 и 2000 м3 в процессе гидравлического испытания, происшедшие в 1953-54 годах, а также мокрого газгольдера вместимостью 30000 м3 (1963 год). Причиной этих повреждений было образование недопустимого вакуума при сливе воды после испытания.

Неравномерная осадка основания как главный фактор разрушения резервуаров называется и нефтяной компанией ESSO (при расследовании причин аварий ряда резервуаров в Европе [6]). Например, неоднократно наблюдались разрушения резервуаров в г.Фоулей (Англия). Первая авария произошла в 1955 г., когда 2 крупных резервуара, имевшие большие локальные просадки, получили сильные повреждения при испытании, в 1970 г. - три крупных, только построенных резервуара диаметром 53 м, один из которых был с нефтью, а два других с водой, потерпели аварию. Было установлено, что разность осадки листов днища по радиусу резервуара на первых двух метрах от края достигла 15 см, и это привело к разрыву днища.

Ямамото С., Кавано К., [7] также указывают неравномерную осадку в качестве одной из причин разрушения резервуаров Так, резервуар вместимостью 24 тыс.м при крене 172,5 см разрушился, в 1977г после 5 лет эксплуатации.

Приведенный выше анализ случаев полного и частичного разрушения резервуаров из отечественной и зарубежной практики эксплуатации резервуаров позволяет установить причины их возникновения. Главными причинами разрушения резервуаров являются:

решающих факторов разрушения резервуаров не называется. Это объясняется тем, что до последнего времени не велось систематическое геодезическое наблюдение за осадками оснований резервуаров. И, как следствие, при расследовании причин аварий в большинстве случаев не было данных о характере осадки.