МЕТОДИКА ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ ДЛЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается применение неразрушающего контроля (НК) для оценки технического состояния стальных резервуаров, предназначенных для хранения нефтепродуктов. Проведён краткий обзор методов неразрушающего контроля с изложением их технических особенностей. Особое внимание уделено ультразвуковому методу дефектоскопии, его применению при мониторинге технического состояния оборудования, а также предотвращению аварий и утечек вредных веществ. Полученные данные могут быть использованы в рамках экологического мониторинга.

ABSTRACT

The article discusses the use of non-destructive testing (NDT) to assess the technical condition of steel tanks intended for the storage of petroleum products. A brief overview of non-destructive testing methods with a description of their technical features is provided. Special attention is paid to the ultrasonic flaw detection method, its use in monitoring the technical condition of equipment, as well as preventing accidents and leaks of harmful substances. The data obtained can be used in the framework of environmental monitoring.

Ключевые слова: неразрушающий контроль, экологическая безопасность, ультразвуковая дефектоскопия, нефтегазовая отрасль, методы неразрушающего контроля, резервуары.

Keywords: non-destructive testing, environmental safety, ultrasonic flaw detection, oil and gas industry, non-destructive testing methods, storage tanks.

Введение

Современная промышленность предъявляет высокие требования к надёжности и безопасности оборудования, особенно на объектах, связанных с хранением, транспортировкой и переработкой опасных веществ. Нарушение герметичности резервуаров, трубопроводов и других конструкций может привести к утечке вредных веществ и серьёзным экологическим последствиям. В этой связи важнейшую роль играет своевременное выявление дефектов, которое должно осуществляться без повреждения объектов. [1]

Целью данного исследования является демонстрация методики оценки состояния горизонтального стального резервуара с использованием методов НК, в частности — визуального и ультразвукового контроля, в целях обеспечения промышленной и экологической безопасности.

Методы неразрушающего контроля позволяют диагностировать состояние материалов и сварных соединений без остановки работы оборудования, что способствует предотвращению аварийных ситуаций и охране окружающей среды. [2] Различают понятия «неразрушающий контроль» и «неразрушающий физический контроль».

Основное различие между двумя понятиями заключается в степени научной обоснованности и применяемых инструментальных средств: если неразрушающий контроль охватывает весь спектр неинвазивных методов оценки, включая субъективные и визуальные, то неразрушающий физический контроль ограничивается инструментальными физико-техническими методами, обладающими высокой степенью точности и воспроизводимости. [3]

Обзор видов неразрушающего контроля и их технические особенности

Рассмотрим основные характеристики методов неразрушающего контроля в обобщённом виде (Рис.1.):

Рисунок 1. Виды неразрушающего контроля

1) Магнитный метод неразрушающего контроля в основном используется для обследования изделий, изготовленных из ферромагнитных материалов – то есть таких, которые способны значительно изменять свои магнитные свойства под воздействием внешнего намагничивающего поля. Обязательной частью данного метода является процесс намагничивания, при котором изделие помещается в магнитное поле. [4]

2) Оптический неразрушающий контроль — неразрушающий контроль, основанный на анализе взаимодействия оптического излучения с объектом контроля. Оптический неразрушающий контроль (ОНК) основан на исследовании взаимодействия оптического излучения с контролируемым объектом. [5]

Под оптическим излучением понимается электромагнитное излучение с длиной волны от 10^-³ до 10³ мкм, которое подразделяется на три основные области спектра: ультрафиолетовую (от 10³ до 0,38 мкм), видимую (от 0,38 до 0,78 мкм) и инфракрасную (от 0,78 до 10³ мкм).

3) Радиоволновой метод неразрушающего контроля основан на изучении взаимодействия электромагнитного излучения радиоволнового диапазона с контролируемыми объектами. На практике наиболее широко применяются методы сверхвысоких частот (СВЧ), работающие в диапазоне длин волн от 1 до 100 мм. [6]

4) Вихретоковый методы неразрушающего контроля базируется на изучении взаимодействия внешнего электромагнитного поля с полем вихревых токов, которые наводятся в электропроводящем объекте с помощью возбуждающей катушки. Плотность возникающих вихревых токов определяется геометрическими и электромагнитными свойствами объекта, а также положением вихретокового преобразователя (ВТП) относительно контролируемой поверхности. [7]

5) Капиллярный метод неразрушающего контроля основан на способности индикаторных жидкостей (пенетрантов) проникать в полости поверхностных и сквозных дефектов материала за счёт капиллярного эффекта, с последующей фиксацией образовавшихся индикаторных следов визуально или с применением специальных преобразователей.

Капиллярный контроль применяется для выявления поверхностных и сквозных дефектов, незаметных или слабо различимых невооружённым глазом, а также для определения их местоположения, протяжённости и ориентации на контролируемой поверхности. [8]

6) Радиографический метод неразрушающего контроля по-прежнему считается одним из самых надёжных и точных методов неразрушающего контроля для выявления внутренних дефектов сварных соединений. Основу метода составляет способность рентгеновского излучения проникать сквозь материалы. Поглощение лучей металлом и внутренними дефектами происходит по-разному, что позволяет чётко зафиксировать их наличие на рентгеновском снимке. [9]

7) В тепловых методах неразрушающего контроля используется тепловая энергия, распространяющаяся внутри контролируемого объекта. Температурное распределение на поверхности объекта служит источником информации о характере теплопередачи, который изменяется при наличии наружных или внутренних дефектов. [10]

Под дефектами в данном случае понимаются скрытые полости, раковины, трещины, непровары, инородные включения, отклонения физических свойств материала от нормы, а также зоны локального перегрева или переохлаждения.

8) Акустические методы неразрушающего контроля представляют собой способы контроля, основанные на использовании упругих волн и колебаний, распространяющихся в контролируемом объекте. Их широкое применение обусловлено тем, что характеристики материалов, влияющие на возбуждение и распространение механических колебаний, находятся в тесной связи с их прочностными свойствами. [11]

В акустических методах неразрушающего контроля используются звуковые и ультразвуковые колебания с частотами в диапазоне от 50 Гц до 50 МГц. Эти колебания распространяются в среде в пределах упругих деформаций, где существует пропорциональная зависимость между напряжениями и деформациями, что соответствует области линейной акустики.

Методы и материалы

В рамках изучения вопросов обеспечения экологической безопасности на опасных производственных объектах нефтебазового типа в исследовании была проведена комплексная дефектоскопия стального резервуара, включающая внешний визуальный осмотр и применение ультразвукового метода неразрушающего контроля для выявления дефектов в сварных соединениях и металлоконструкциях.

Объектом обследования являлся надземный горизонтальный стальной резервуар (РГС) объёмом 50 м³, находящийся в эксплуатации с 2014 года. Материал резервуара – сталь марки ВСт3сп. Конструктивно резервуар представляет собой цилиндрический корпус, состоящий из сваренных между собой обечаек и двух конических днищ. Резервуар эксплуатируется на территории одной из нефтебаз, расположенных в Кибрайском районе Ташкентской области (наименование организации не приводится по просьбе администрации предприятия). В течение срока службы резервуар использовался для хранения дизельного топлива. Климатические условия района эксплуатации характеризуются значительными сезонными колебаниями температуры воздуха: от –15 °C в зимний период до +35 °C в летний.

При длительной эксплуатации стальных резервуаров под воздействием перепадов температуры, влаги, механических нагрузок и химически активных компонентов топлива могут развиваться следующие изменения:

• снижение толщины стенок вследствие коррозии;
• деформация оболочки резервуара (выпучины, вмятины);
• дефекты сварных соединений, включая трещины, непровары, пористость;
• ухудшение состояния антикоррозионного покрытия;
• ослабление герметичности конструкции.

В рамках настоящего обследования оценивались:

• наличие визуально заметных дефектов на сварных швах и корпусе;
• соответствие толщины стенок нормативным значениям;
• наличие внутренних дефектов в сварных соединениях с применением ультразвукового метода;
• состояние антикоррозионного покрытия.

Дефектоскопия выполнялась под руководством аттестованных и сертифицированных специалистов в области неразрушающего контроля. Визуальный осмотр и измерения осуществлялись в соответствии с требованиями ГОСТ 5264-80, РД 03-606-03 и ГОСТ 8713–79, с применением следующих инструментов: лупа 10×, линейка 0 – 300 мм и универсальные шаблоны сварщика. Проведение ультразвуковой дефектоскопии выполнялось в соответствии с требованиями ГОСТ Р 55724–2013 и ГОСТ 14782–86. Общие технические требования к стальным строительным конструкциям учитывались согласно ГОСТ 23118 – 2012. Для проведения ультразвукового контроля сварных соединений использовался ультразвуковой дефектоскоп А1212 «МАСТЕР», обеспечивающий выявление несплошностей и оценку качества сварных швов. Контроль толщины стенок металлоконструкций осуществлялся с использованием ультразвукового толщиномера УТ-111 в комплекте с преобразователем П112-5-10/2-Т-003 №355.

Результаты и обсуждения

Для проведения комплексной дефектоскопии корпус резервуара был условно разделён на несколько секций с присвоением каждой порядкового номера, что обеспечило системный подход к обследованию и фиксации выявленных дефектов (Рис.2.).

Рисунок 2. Схема контроля РГС V=50 м³.

I-VI – номера обечаек; ст.1 – ст.15 – номера стыков; о – точки замера.

В результате визуального внешнего осмотра было установлено, что поверхность обечаек ровная и без выпучин. Единственная выявленная вмятина, обнаруженная на пятой обечайке, имела глубину 14,2 мм, что, в соответствии с требованиями РД 08-95-95, не превышает допустимые отклонения и не нарушает нормативные требования.

В результате внешнего осмотра сварных соединений установлено, что швы обечаек и днища резервуара выполнены методом автоматической электродуговой сварки. Визуальная оценка показала, что сварные соединения соответствуют нормативным требованиям и находятся в удовлетворительном состоянии, без признаков трещинообразования, подрезов или прочих недопустимых дефектов (Таблица 1).

Таблица 1.

Результаты внешнего осмотра

В целях обеспечения защиты от коррозии, атмосферных воздействий, ультрафиолетового излучения и механических повреждений на наружную поверхность резервуара нанесено защитное покрытие. В ходе обследования установлено, что покрытие сохраняет целостность, равномерность и адгезию к металлу, что позволяет отнести его к удовлетворительному состоянию.

Контроль остаточной толщины стенок резервуара проводился на всех обечайках и конических днищах. Измерения выполнялись в четырёх диаметрально противоположных точках каждого листа корпуса. Результаты измерений показали, что толщина металла находится в пределах допустимых отклонений, установленных нормативной документацией. Данные, полученные при проведении ультразвукового контроля толщины металла, сведены в таблицу (Таблица 2).

Таблица 2.

Результаты измерений толщины металла обечаек и днищ резервуара методом ультразвуковой толщинометрии

Ультразвуковая дефектоскопия сварных соединений стальных резервуаров показала положительные результаты. В ходе обследования не были выявлены внутренние дефекты типа трещин, непроваров, пор или включений, которые могли бы повлиять на прочность и герметичность конструкции. Сварные швы соответствуют требованиям нормативных документов, в том числе: 1) ГОСТ 14782–86; 2) ГОСТ 23118-2012; 3) ГОСТ Р 55724–2013. Оценка допустимости дефектов проводилась в соответствии с критериями указанных стандартов. Условная чувствительность прибора составляла 1,2 мм², что обеспечивает выявление несплошностей, превышающих допустимые значения. (Таблица 3)

Отсутствие дефектов по результатам контроля подтверждает исправное состояние резервуара и высокую чувствительность применяемых методов. Это свидетельствует о работоспособности резервуара и возможности его дальнейшей безопасной эксплуатации. Таким образом, с учётом высокой чувствительности применённого дефектоскопа (А1212 «МАСТЕР») и соблюдения методики согласно ГОСТ 14782-86, можно утверждать, что внутренние дефекты в сварных соединениях отсутствуют, а не остались необнаруженными.

Таблица 3.

Результаты ультразвукового контроля качества сварных соединений

Заключение

В условиях возрастающих требований к охране окружающей среды и промышленной безопасности неразрушающий контроль занимает ключевое место среди современных методов технической диагностики и мониторинга состояния оборудования. Его применение позволяет минимизировать риск выбросов вредных веществ в окружающую среду.

Проведённый анализ показал, что эффективное использование методов неразрушающего контроля, особенно ультразвуковой дефектоскопии, позволяет своевременно выявлять или исключать наличие дефектов, оценивать остаточный ресурс оборудования и повышать уровень экологической безопасности. Даже при отсутствии выявленных дефектов применение методов НК позволяет достоверно подтвердить соответствие оборудования нормативным требованиям и обосновать безопасность его дальнейшей эксплуатации. Это позволяет рассматривать НК как надёжный инструмент технической диагностики и как потенциальный элемент системы экологического мониторинга на объектах топливно-энергетического комплекса.

Таким образом, неразрушающий контроль представляет собой не только инструмент обеспечения технической надёжности, но и важное средство предупреждения экологических нарушений. Данное обследование демонстрирует возможности применения НК для оценки текущего технического состояния резервуаров, что может использоваться в составе экологического мониторинга.

Список литературы:

1. Кусова И.В., Александров Д.В. Экологические последствия аварий на химических производствах // Материалы XI Международной студенческой научной конференции «Студенческий научный форум». URL: https://scienceforum.ru/2019/article/2018015401 (дата обращения: 05.05.2025).
2. Афанасьев, В. Б., Чернова Н. В. Современные методы неразрушающего контроля // Успехи современного естествознания. – 2011.  № 7 – с. 73–74.
3. Методы неразрушающего контроля. Неразрушающие методы контроля материалов и изделий: учеб. пособие / Н. В. Кашубский, А. А. Сельский, А. Ю. Смолин и др. – Красноярск: ИПК СФУ, 2009.
4. Дроздов В.С. Магнитные методы неразрушающего контроля и дефектоскопии // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 8. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2015/08/57254 (дата обращения: 01.05.2025).
5. ГОСТ Р 58399 – 2019. Контроль неразрушающий. Методы оптические. Общие требования.
6. Абышев С.В. СВЧ устройства неразрушающего метода контроля // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2019. № 4(61). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/7205
7. Применение вихретокового метода для неразрушающего контроля сварных соединений // В. Н. Учанин, В. Г. Тихий, И. И. Кириченко, В. Г. Рыбачук // Научно-технический журнал: Вестник двигателестроения. 2011. №1.
8. Капиллярный метод неразрушающего контроля // А. С. Зубарев. Доцент кафедры МТ-7 “Технологии сварки и диагностики” МГТУ ИМ. Н.Э. Баумана // [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: https://a3-eng.com/stati/kapillyarnyij-metod-nerazrushayushhego-kontrolya.html
9. Основы радиационного неразрушающего контроля: Назипов Р. А., Храмова А. С., Зарипова Л. Д. // Казань, изл. Казанского гос. Ун-та, 2008.
10. ГОСТ Р 53698 – 2009. Контроль неразрушающий. Методы тепловые. Термины и определения.
11. Акустический контроль: учебное пособие // A.Ф. Зацепин; под ред. чл.-кор. РАН, проф., д-ра техн. наук В. Е. Щербинина.  – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2016.
12. ГОСТ 17032–2022. Резервуары стальные горизонтальные для нефтепродуктов. Технические условия.