Ikviens, kurš ir strādājis rūpniecības objektos vai to tuvumā, zina, kauzglabāšanas tvertneir viena no tām iekārtām, kas tiek pamanīta tikai tad, kad kaut kas noiet greizi. Noplūde, strukturāla kļūme, piesārņojums{1}}jebkurš no tiem var apturēt ražošanu, izraisīt regulatīvo pārbaudi un samazināt rentabilitāti tādā veidā, kas ievērojami pārsniedz pašas tvertnes izmaksas. Tomēr, ja tie ir pareizi konstruēti, izgatavoti un uzturēti, šie vienkāršie kuģi darbojas klusi un uzticami vairākus gadu desmitus. Tērauds, starp visiem pieejamajiem materiāliem, ir ieguvis savu dominējošo stāvokli, pateicoties izturības, izturības un pielāgojamības kombinācijai, ko neviens cits materiāls nav konsekventi salīdzinājis. Šajā rakstā ir izpētīts, kāpēc un kā aiz šī dominējošā stāvokļa-no materiālajiem pamatiem līdz praktiskiem jomas apsvērumiem.
Kāpēc tērauds? Ieskats materiālos pamatos
Tērauda pārākums tvertņu konstrukcijā sakņojas fizikālo un mehānisko īpašību kopumā, kas īpaši labi atbilst lielapjoma uzglabāšanas prasībām. Strukturālā oglekļa tērauda markas-ASTM A36 un A572, kas ir vienas no visizplatītākajām-no 250 līdz 450 MPa, atkarībā no biezuma un pakāpes. Šo izturības-pret-izmaksu attiecību ir grūti pārspēt: materiāls ir pietiekami izturīgs, lai izturētu ievērojamas hidrostatiskās un vēja slodzes, tomēr pietiekami lēts, lai liela{10}}diametra lauka{11}}tvertnes būtu ekonomiski dzīvotspējīgas.
Oglekļa tērauda metināmība ir vēl viens faktors, ko nevar pārvērtēt. Atšķirībā no dažiem augstas veiktspējas sakausējumiem, kuriem nepieciešama rūpīga iepriekšēja uzkarsēšana, starpplūsmas temperatūras kontrole un pēc-metināšanas termiskā apstrāde, oglekļa tēraudu var metināt ar salīdzinoši vienkāršām procedūrām dažādos apkārtējās vides apstākļos. Šī praktiskā priekšrocība ir tieši saistīta ar zemākām ražošanas izmaksām un elastīgākiem būvniecības grafikiem,{4}}jo īpaši svarīgi projektiem attālās vietās vai ar saspringtiem laika grafikiem.
Lietojumiem, kur vissvarīgākā ir izturība pret koroziju, nerūsējošā tērauda markas -īpaši 304L un 316L-piedāvā principiāli atšķirīgu aizsardzības mehānismu. Hroma saturs vismaz 10,5% nodrošina pasīvā oksīda slāņa veidošanos, kas oksidējošā vidē ir pašdziedinošs{6}}. Molibdēna pievienošana 316 l (2-3%) vēl vairāk uzlabo izturību pret hlorīda{12}}izraisīto bedrīšu veidošanos. Tomēr-un šeit daudzas specifikācijas maldās,-izvēle starp oglekli un nerūsējošo materiālu reti ir vienkārša bināra izvēle. Daudzus agresīvus pakalpojumus labāk apkalpo oglekļa tērauds ar augstas veiktspējas oderi nekā bez oderējuma 316L, īpaši, ja ekspluatācijas temperatūra pārsniedz 50 grādus vai hlorīda koncentrācija ir mainīga.
Aizsardzības sistēma: kur tiek noteikts kalpošanas laiks
Tvertņu inženieru vidū ir teiciens, ka tērauds notur saturu, bet pārklājums notur tēraudu vietā. Aizsargsistēmas-ārējie pārklājumi, iekšējās oderes un katodaizsardzība-ir patiesais tvertnes kalpošanas laika noteicējs. Neņemiet to novārtā, un pat visskaistākais tērauds padosies korozijai vairākus gadus pirms tā projektētā kalpošanas laika beigām.
Pēdējo desmitgažu laikā ārējie pārklājumi ir ievērojami attīstījušies. Sistēmas ar augstu-cieto epoksīdu, poliuretānu un stikla-pārslu-stiegrojumu tagad spēj nodrošināt 15–20 gadu aizsardzību piekrastes vai rūpnieciskā vidē, pieņemot pareizu virsmas sagatavošanu un uzklāšanu. Virsmas sagatavošanas specifikācija ir būtiska: SSPC-SP10, gandrīz-balta metāla strūklas tīrīšana ar virsmas profilu no 65 līdz 100 mikroniem, tiek uzskatīts par minimālo standartu augstas veiktspējas pārklājumu sistēmām. Esmu redzējis projektus, kuros lēmums pazemināt versiju no SP10 uz SP6 (komerciālā strūklas tīrīšana) ietaupīja, iespējams, 5% no pārklājuma budžeta{19}}un izmaksāja īpašniekam 30% no paredzamā pārklājuma kalpošanas laika. Aritmētika reti dod priekšroku īsceļiem.
Iekšējās oderes saskaras ar agresīvāku ķīmisko vidi, un tām ir nepieciešama attiecīgi rūpīga atlase. Dzeramā ūdens apkalpošanai, kausētiem -epoksīda (FBE) pārklājumiem un stikla-kausētiem-uz-tēraudam (GFTS) sistēmām ir seni panākumi, un dokumentētais kalpošanas laiks daudzās instalācijās pārsniedz 30 gadus. Ķīmiskiem pakalpojumiem tiek piedāvātas lokšņu gumijas oderes, ar pārslām pildīti vinila esteri un fluorpolimēru pārklājumi. Galvenais specifikācijas parametrs ir ķīmiskā saderība visā darba temperatūras diapazonā{9}}ne tikai apkārtējās vides temperatūrā. Oderējums, kas iztur 20% sālsskābi 20 grādu temperatūrā, var ātri sabojāt 60 grādu temperatūrā. Šī temperatūras atkarība ir labi dokumentēta ķīmiskās izturības diagrammās, taču ir pārsteidzoši, cik bieži tā tiek ignorēta iepirkuma specifikācijās.
Katoda aizsardzība ir aizsardzības sistēmas trešais pīlārs, un tas visbiežāk tiek atstāts novārtā. Tvertņu dibeniem, kas saskaras ar augsni vai ūdeni, un pazemes instalācijām spēcīgas strāvas vai upura anodu sistēmas novērš lokalizētu bedrīšu uzbrukumu, kas var iekļūt tvertnes grīdā niecīgā tās paredzamā kalpošanas laika daļā. Standarta aizsardzības kritērijs ir -0,85 voltu potenciāls attiecībā pret vara-vara sulfāta atsauces elektrodu. Regulāra -ceturkšņa uzraudzība, lai pārliecinātos, ka pašreizējās sistēmas ir iespaidīgas, ik pēc diviem gadiem anodu instalācijām — ir būtiska, lai pārbaudītu nepārtrauktu aizsardzību. Bieži sastopams atteices režīms, ar kuru esmu saskāries, ir pieeja "instalēt un aizmirst", kad katoda aizsardzības sistēma tiek nodota ekspluatācijā, bet pēc tam nekad netiek pārbaudīta. Laika gaitā anodi iztukšojas, taisngrieži sabojājas vai savienojumi korozējas, un tvertne zaudē aizsardzību, nevienam to nemanot.
Dizaina kodi: pareizā ietvara izvēle
Uzglabāšanas tvertņu dizaina kodu ainava var šķist mulsinoša tiem, kas nav iegrimuši laukā. Ziemeļamerikas tirgū dominē trīs standarti, no kuriem katrs attiecas uz atšķirīgu spiediena režīmu:
- API 650 aptver metinātas tērauda tvertnes atmosfēras uzglabāšanai, ar iekšējo spiedienu, kas nepārsniedz 2,5 kPa (aptuveni 0,36 psi). Šis ir darba zirgu standarts naftas un ķīmiskajā rūpniecībā, kas attiecas uz tvertņu diametru līdz 100 metriem vai vairāk un sienu biezumu, kas palielinās līdz ar tvertnes augstumu un satura īpatnējo svaru. API 650 ietver detalizētus noteikumus par seismisko dizainu, vēja slodzi un pamatu stiprinājumu.
- API 620 paplašina spiediena diapazonu līdz 103 kPa (15 psig), kā arī attiecas uz zemas-temperatūras uzglabāšanu līdz -45 grādiem. Projektēšanas un testēšanas prasības ir stingrākas nekā API 650, atspoguļojot augstāku spiedienu un plašāku temperatūras diapazonu.
- ASME VIII sadaļa attiecas uz spiedtvertnēm, kuru darba spiediens pārsniedz API 620 robežvērtību. 1. nodaļa aptver lielāko daļu lietojumprogrammu ar vienkāršāku dizaina-pēc-noteikumu pieeju, savukārt 2. nodaļa piedāvā projektēšanas-pēc-analīzi prasīgākiem pakalpojumiem, taču tai ir nepieciešamas lielākas inženierijas pūles. ASME kuģiem ir nepieciešama trešās puses pārbaude un apzīmogošana, kas palielina izmaksas un izsekojamību.
Nepareiza koda izvēle var būt dārga abos virzienos: pārlieku{0}}norādot, rodas nevajadzīgas izmaksas; zem-norādīšana rada drošības riskus. Projektā, kurā piedalījos savas karjeras sākumā, ASME VIII tika noteikts atmosfēras ūdens uzglabāšanas tvertņu komplekts-klasisks pārmērīgas piesardzības gadījums, kas rada nevajadzīgus izdevumus. Pārejot uz API 650, tika ietaupīti aptuveni 25% no ražošanas izmaksām, neapdraudot drošību vai veiktspēju. Tā ir mācība, kas man ir palikusi kopš tā laika.
Uzturēšanas obligāts nosacījums: disciplīnas jautājums
A tērauda tvertnekalpošanas laiku nosaka nevis tā projektētais kalpošanas laiks vien, bet gan apkopes kvalitāte, ko tas saņem visā tā ekspluatācijas laikā. Atšķirība starp 20 gadu tvertni un 40 gadu tvertni bieži vien ir mazāka par sākotnējām specifikācijām un vairāk par pārbaudes un apkopes programmas konsekvenci.
Ultraskaņas biezuma pārbaude (UT) joprojām ir vienīgais visvērtīgākais instruments tērauda tvertnes stāvokļa izsekošanai. Ikgadējie UT apsekojumi noteiktos režģa punktos -parasti atrodas 2–3 metru attālumā viens no otra apakšējā plāksnē un pirmajā korpusa slānī-sniedz kvantitatīvus datus par sienas zudumu, ko var izmainīt laika gaitā. Pieņemšanas kritēriji ir vienkārši: kad izmērītais biezums tuvojas konstrukcijas kodā noteiktajam korozijas pielaidei (vai minimālajam pieļaujamajam biezumam, kas noteikts ar sprieguma aprēķiniem), jāsāk remonta vai nomaiņas plānošana. Vienā objektā, kuru apmeklēju, 15 gadu ikgadējie UT dati atklāja, ka vienas tvertnes apakšējās plāksnes korozijas ātrums iepriekšējo trīs gadu laikā ir dubultojies – no 0,1 mm/gadā līdz 0,2 mm/gadā. Iekšējā pārbaude apstiprināja, ka ir vainojams lokalizēts bedru veidošanās mehānisms, un plānotās apkopes pārtraukuma laikā tika veikts plānotais apakšas ielāps. Šī tvertne joprojām tiek izmantota 12 gadus vēlāk.
Pārklājuma un oderējuma pārbaudes jāveic vismaz reizi gadā, un vietas remonts jāveic, tiklīdz tiek atklāts bojājums. Galvenais ir atpazīt agrīnās brīdinājuma pazīmes: rūsas traipi klēpja savienojumos, tulznu veidošanos vai plaisāšanu metināšanas šuvēs un krāsas izmaiņas ap sprauslām un piederumiem. Neliela blistera, ko var salabot stundas laikā par dažiem simtiem dolāru, var, ja gadu tiek atstāta novārtā, izaugt par korozijas vietu, kur nepieciešama tvertnes ekspluatācijas pārtraukšana un plaša pārklājuma atjaunošana, kas izmaksā desmitiem tūkstošu.
Ieraksti ir efektīvas apkopes neapdziedātie varoņi. Visaptverošs servisa žurnāls, kas izseko pārbaužu datumus, UT rādījumus, pārklājuma apstākļus un remonta vēsturi, ir nenovērtējams līdzeklis, lai prognozētu atlikušo kalpošanas laiku, attaisnotu apkopes budžetus un ievērotu normatīvās prasības. Iekārtās ar ilgstošu-uzskaiti, esmu redzējis, ka tvertnes ar pārliecību sasniedz 40 gadus,-nevis tāpēc, ka tvertnes bija izcilas, bet gan tāpēc, ka apkopes komanda precīzi zināja, kādā stāvoklī tās vienmēr atrodas.
Tendences, kurām ir vērts pievērst uzmanību
Vairākas tehnoloģijas sāk pārveidot veidu, kādā tērauda tvertnes tiek uzraudzītas un uzturētas, lai gan ieviešanas temps ir bijis pakāpenisks,{0}}kā tas ir raksturīgs kapitālietilpīgajā rūpniecības nozarē.
Izkliedētā optiskās šķiedras{0}}sensors nodrošina nepārtrauktu temperatūras un deformācijas uzraudzību visā optiskās šķiedras garumā, kas uzstādīta uz tvertnes korpusa. Šī iespēja nodrošina agrīnu brīdinājumu par lokālu uzkaršanu, kas var liecināt par iekšējo piesārņojumu vai pārklājuma atslāņošanos. Lai gan sākotnējās uzstādīšanas izmaksas nav niecīgas, tehnoloģija ir pierādījusi sevi vairākos liela mēroga-atmiņas termināļos un pakāpeniski tiek migrēta uz mazākām instalācijām.
Pašdziedinošie pārklājumi joprojām ir izmēģinājuma stadijā, taču tie ir daudzsološi. Korozijas inhibitorus saturošas mikrokapsulas ir izkliedētas pārklājuma matricā; kad plaisa iekļūst pārklājumā, kapsulas plīst un atbrīvo inhibitoru, novēršot korozijas sākšanos bojājuma vietā. Lauka izmēģinājumi ir ziņojuši par pārklājuma kalpošanas laika pagarinājumu par 30–50% agresīvā vidē, lai gan ekonomiskais pamatojums plašai ieviešanai joprojām tiek veidots.
IoT{0}}iespējota korozijas uzraudzība, iespējams, ir vispraktiskākā no jaunajām tehnoloģijām. Nepārtrauktas korozijas ātruma sensori, kas savienoti pārī ar katodaizsardzības potenciālajiem monitoriem, nodrošina reāllaika datus{2}}, ko var ievadīt prognozējošās analīzes platformās. Rafinēšanas rūpnīca, kuru nesen apmeklēju, savā cisternu parkā uzstādīja šādu sistēmu; pirmajā darbības gadā sistēma identificēja divas tvertnes ar taisngrieža problēmām, kuras netika atklātas ceturkšņa manuālajās pārbaudēs. Sistēmas izmaksas 18 mēnešu laikā tika atgūtas no pārbaudes izmaksām vien.
Noslēguma doma
Tērauda uzglabāšanas tvertne nav prece; tā ir izstrādāta sistēma, kas vienotā veselumā apvieno materiālu atlasi, aizsardzības stratēģijas, koda atbilstību un pastāvīgu apkopi. Kad visi šie elementi ir saskaņoti, rezultāts ir aktīvs, kas uzticami darbojas gadu desmitiem,{1}}bieži vien pārsniedzot apkārtējo objektu un nodrošina ieguldījumu atdevi, ko var sasniegt tikai daži citi kapitālizdevumi.
Specifikācijas stadijā izdarītās izvēles-tērauda marka, pārklājuma sistēma, katodaizsardzības konstrukcija, koda izvēle-nav tehniska informācija, kas pārdevējam jāatrisina. Tie ir stratēģiski lēmumi, kas veidos tvertnes veiktspēju, drošību un izmaksu profilu nākamajām divām līdz trim desmitgadēm. Laika un zināšanu ieguldīšana, lai pieņemtu pareizos lēmumus, ir vissvarīgākais solis, ko jebkura projekta komanda var spert.