Исследование и совершенствование метода диагностики вертикального стального резервуара с использованием технологии наземного лазерного сканирования
В рамках исследовательской работы на основе метода конечных элементов разработана методика оценки напряженно-деформированного состояния вертикальных стальных резервуаров с учетом действительного пространственного положения и реальной геометрической формы. Также, по итогу анализа аварийности и причин аварий вертикальных стальных резервуаров, было выявлено, что неравномерная осадка основания является одной из основных причин их разрушения.
Введение ………………………………………………………………………………………………….. 16
Глава 1. Современное состояние исследуемой проблемы ………………………… 19
1.1. Общие сведения о вертикальных стальных резервуарах……………… 19
1.2. Анализ аварийности и причин аварий вертикальных стальных
резервуаров ………………………………………………………………………………………. 26
1.3. Методы расчета напряженно-деформированного состояния
резервуаров с учетом их пространственного положения и геометрической
формы ………………………………………………………………………………………………. 32
1.4. Анализ эффективности существующих методов определения
пространственного положения и геометрической формы …………………… 41
Глава 2. Разработка методики оценки напряженно-деформированного
состояния стенки резервуара методом конечных элементов ……………………… 49
2.1. Выбор метода оценки напряженно-деформированного состояния
стенки резервуара ……………………………………………………………………………… 49
2.2. Выбор конечного элемента. Аппроксимация стенки резервуара
конечными элементами …………………………………………………………………….. 53
2.3. Определение компонентов разрешающего уравнения для стенки
резервуара ………………………………………………………………………………………… 59
2.4. Расчет НДС стенки резервуара аналитическим и численным
методами ………………………………………………………………………………………….. 71
Глава 3. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение…………………………………………………………………………………… 89
3.1. Потенциальные потребители результатов исследования ……………… 90
3.2. Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения ……………………………………. 90
3.3. SWOT – анализ …………………………………………………………………………… 92
3.4. Планирование научно-исследовательских работ …………………………. 95
3.5. Определение pеcуpcoэффективнocти проекта ……………………………. 108
Глава 4. Социальная ответственность ……………………………………………………. 114
4.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности
4.2. Производственная безопасность ………………………………………………. 116
4.3. Анализ опасных и вредных производственных факторов ………….. 116
4.4. Экологическая безопасность ……………………………………………………. 125
4.5. Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………. 127
Заключение ……………………………………………………………………………………………. 130
Список использованной литературы ……………………………………………………….. 132
Приложение А ……………………………………………………………………………………….. 138
Нефтегазовая промышленность – базовая отрасль Российской
экономики. По мере развития нефтяной промышленности возросла
потребность в хранении больших объемов нефти и продуктов её переработки.
Резервуары служат для хранения, приема и отпуска нефтепродуктов, щелочей,
химических веществ, дизельного топлива, воды и других жидкостей в
различных климатических условиях. От их правильной работы и надежности
при эксплуатации зависит экологическая обстановка местности, где
располагается нефтебаза, центральные и промежуточные резервуарные парки.
На этапах проектирования и сооружения обеспечивается нужная степень
надежности цилиндрического РВС, которая осуществляется на этапе
эксплуатации.
Аварии резервуаров с последующей разливкой нефти и нефтепродуктов
наносят прилегающей территории огромные экологические загрязнения.
Экономический ущерб предприятия включает не только потери продукта, но
и большие затраты на восстановление окружающей среды и восполнение
запаса потерянных продуктов.
Как известно с практической точки зрения, сохранить углеводородное
сырье является сложной задачей, точно также, как и создать идеальные
условия для хранения нефтепродуктов различного вида. Это связано с тем, что
эти продукции имеют характерные качества, усложняющие процесс добычи,
транспортировки и хранения.
В настоящее время по всему миру наиболее распространены
вертикальные стальные виды нефтяных резервуаров. Проектирование РВС на
территории Российской Федерации регламентируется межгосударственным
стандартом ГОСТ 31385-2016 [1] и стандартом СТО-СА-03-002-2009 [2].
В процессе эксплуатации на резервуары действуют различные
статические, малоцикловые, снеговые и ветровые нагрузки, воздействие
температуры и агрессивной рабочей среды, образующие несовершенства
геометрической формы. В последствии существенно уменьшается несущая
способность конструкции, снижается эксплуатационная надежность и
сокращается долговечность резервуарной конструкции. В отличие от
стандартного метода расчета на прочность и жесткость, метод численного
моделирования позволяет разработать геометрическую модель и создать
соответствующую конечно-элементную аппроксимацию на этапе
проектирования.
Аналитический расчет резервуара связан с безмоментной теорией
оболочек, т.к. такой объект представляет собой вертикальную оболочку с
днищем. При всем этом, существенно меняется симметрия конструкции из-за
наличия геометрических особенностей (наличие в конструкции люков,
штуцеров, отверстий, изменение элементов конструкции по сечению и т.д.).
Поэтому при расчете распределения напряжений и деформаций в локальных
зонах, необходимо использовать технологии численных расчетов, поскольку
аналитические методы в данном случае бессильны.
Целю данной магистерской диссертации является теоретическое
обоснование и разработка метода оценки напряженно-деформированного
состояния стенки резервуара с учетом действительного пространственного
положения и реальной геометрической формы, определяемых по результатам
трехмерного наземного лазерного сканирования.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
− Анализ проблем эксплуатации резервуаров, связанных с изменением
их пространственного положения и геометрической формы;
− Оценка применимости методов расчета напряженно-
деформированного состояния резервуаров с учетом их
пространственного положения и реальной геометрической формы;
− Разработка методики оценки влияния действительного
пространственного положения и реальной геометрической формы на
напряженно-деформированное состояние стенки резервуара под
действием эксплуатационных нагрузок;
− Экспериментальная оценка напряженно-деформированного
состояния стенки резервуара под действием эксплуатационных
нагрузок с учетом их действительного пространственного
положения и реальной геометрической формы, определяемых по
результатам трехмерного наземного лазерного сканирования.
Представленный метод исследования конструкции резервуаров
заключающийся в использовании технологии наземного лазерного
сканирования, построение геометрической 3D модели, удовлетворяющей
реальной конструкции, и численное моделирование методом конечных
элементов, позволяет провести анализ надежности и долговечности
резервуаров.
Также, в ходе выполнения исследовательской работы:
1) Установлено, что неравномерная осадка в сочетании с дефектами
геометрической формы стенки оказывает основное влияние на изменение
напряженно-деформированного состояния резервуаров в процессе их
эксплуатации и является причиной порядка 33% всех случаев аварий
резервуаров.
2) Показано, что существующие методы расчета НДС резервуаров не
дат решения задачи оценки совместного воздействия действительного
пространственного положения и реальной геометрической формы стенки
резервуара на ее НДС, а ограничиваются только учетом пространственного
положения.
3) На основе метода конечных элементов разработана методика
оценки совместного влияния пространственного положения и действительной
геометрической формы резервуаров на его НДС по результатам наземного
лазерного сканирования. Теоретически обоснован выбор конечного элемента,
позволяющего наиболее эффективно и просто описать работу и
геометрическую форму стенки резервуара. В рамках методики разработаны
уравнения, позволяющие определить все неизвестные разрешающего
уравнения метода конечных элементов, такие как матрица жесткости
конечного элемента, вектор внешних узловых сил и т.д. Представлена
расчетная схема стенки резервуара.
4) Проведено сравнение результатов расчета НДС стенки
«идеального» резервуара объемом 10000 м3 аналитическим способом согласно
действующей НТД ГОСТ 31385-2016 и методом конечных элементов по
разработанной методике. Установлено, что максимальная разница
перемещений стенки в радиальном направлении составляет 2,86%. Данные
результаты подтверждают правильность разработанной методики, так как
отличие от аналитического решения не превышает 5%.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.9 (522 отзыва)
4.6 (71 отзыв)
5 (18 отзывов)
5 (14 отзывов)
0 (13 отзывов)
4.8 (17 отзывов)
4.4 (59 отзывов)
4.9 (37 отзывов)
5 (18 отзывов)
