CONTRIBUŢII LA UTILIZAREA ECHIPAMENTELOR DE ...digilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/taranuandrei.pdf3...

MINISTERUL EDUCAȚIEI NAȚIONALE

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI

ȘCOALA DOCTORALĂ

CONTRIBUŢII LA UTILIZAREA

ECHIPAMENTELOR DE ACHIZIŢIE A

DATELOR SPAŢIALE (3D) ÎN APLICAŢII

DE VERIFICARE ŞI CONTROL A

INSTALAŢIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR

INDUSTRIALE

Conducator doctorat:

Prof.univ.dr.ing. JOHAN NEUNER

Doctorand:

Drd.Ing. ŢĂRANU ANDREI FLORIN

București

2018

3

Cuvânt înainte

Lucrarea “Contribuţii la utilizarea echipamentelor de achiziţie a datelor spaţiale (3D) în

aplicaţii de verificare şi control a instalaţiilor şi echipamentelor industriale” reprezintă rezultatul

preocupărilor autorului pentru domeniul utilizării sistemelor de scanare laser ca student al Școlii

Doctorale a Universității Tehnice de Construcții București.

Teza a avut ca principal obiectiv investigarea utilizări sistemelor de scanare laser 3D în

activităţi de verificare şi control al instalaţiilor industriale ca şi completare a cercetării autorului

în domeniul scanării laser 3D din cadrul lucrării de Disertație.

Activităţile de documentare şi cercetare s-au desfăşurat în perioada 2014 – 2017, în diverse locaţii

şi cu sprijinul numeroşilor colaboratori care s-au dovedit a fi foarte înţelegători şi care m-au

susţinut în marea majoritate a demersurilor făcute.

Autorul este profund recunoscător conducătorului de doctorat, domnului Prof. Univ. Dr.

ing. Johan Neuner cât şi domnului Peleanu Ion pentru îndrumarea și încurajarea lor extraordinară

din perioada realizării prezentei teze.

Multe mulțumiri prietenilor şi colaboratorilor Andreea Jocea, Cristudor Adrian şi

Alexandru Vişan, pentru indicaţiile și sugestiile lor valoroase din timpul studiului.

În cele din urmă, autorul ar dori să mulțumească familiei pentru susţinere şi înţelegere.

4

CUPRINS

CUPRINS ................................................................................................................................................................... 4 PREFAŢĂ .................................................................................................................................................................. 7 LISTA FIGURILOR ...................................................................................................................................................... 9 LISTA TABELELOR ................................................................................................................................................... 10 LISTA ACRONIMELOR ............................................................................................................................................. 11

11.. NOȚIUNI GENERALE ...................................................................................................................... 13 1.1. Considerații generale ................................................................................................................................ 13 1.2. Justificarea lucrării .................................................................................................................................... 15 1.3. Rezervoare de stocare produse petroliere ................................................................................................. 17

1.3.1. Clasificarea rezervoarelor ............................................................................................................................ 17 1.3.1.a. Poziţia lor faţă de sol: ........................................................................................................................... 17 1.3.1.b. Formă geometrică ................................................................................................................................ 18 1.3.1.c. Tipul capacului ...................................................................................................................................... 18 1.3.1.d. Capacitate de depozitare ..................................................................................................................... 18 1.3.1.e. Natura materialelor din care se execută .............................................................................................. 19 1.3.1.f. Presiunea de depozitare [12] ................................................................................................................ 19

1.3.2. Elemente componente rezervoare de stocare cilindrice verticale .............................................................. 19 1.3.2.a. Fundaţia rezervorului ........................................................................................................................... 20 1.3.2.b. Fundul rezervorului .............................................................................................................................. 20 1.3.2.c. Mantaua rezervorului ........................................................................................................................... 21 1.3.2.d. Capacul rezervorului ............................................................................................................................ 22 1.3.2.e. Dispozitive de siguraţă ......................................................................................................................... 22

1.3.3. Atmosfera explozivă din jurul rezervoarelor de hidrocarburi ..................................................................... 23 1.3.3.a. Clasificarea ariilor periculoase Ex ......................................................................................................... 24

1.4. Echipamente de achiziţie a datelor spaţiale (3D) ........................................................................................ 25 1.4.1. Sisteme de scanare laser 3D ........................................................................................................................ 26

1.4.1.a. Sistemul de deflecţie ............................................................................................................................ 27 1.4.1.b. Măsurarea unghiurilor ......................................................................................................................... 28 1.4.1.c. Măsurarea distanţelor .......................................................................................................................... 28 1.4.1.d. Registrația şi georeferențierea ............................................................................................................ 28 1.4.1.e. Erorile de măsurare ............................................................................................................................. 29

22.. STANDARDE NAŢIONALE ŞI INTERNAŢIONALE .................................................................. 32 2.1. Standarde naţionale şi internaţionale pentru proiectare, execuţie şi inspecţie ........................................... 32

2.1.1. Model Code of Safe Practice Part 2: Design, construction and operation of petroleum distribution installations ........................................................................................................................................................... 32 2.1.2. EEMUA 159: Above ground flat bottomed storage tanks - a guide to inspection, maintenance and repair ..................................................................................................................................................................... 33 2.1.3. API Standard 650 Welded Tanks for Oil Storage ......................................................................................... 33 2.1.4. API 653: Tank Inspection, Repair, Alteration, and Reconstruction .............................................................. 34 2.1.5. SR EN 14015: specificaţii pentru proiectarea şi fabricarea rezervoarelor de oţel, sudate, supraterane, cu fund plat, cilindrice, verticale, construite în situ, destinate depozitarii lichidelor la temperatura ambiantă sau superioară .............................................................................................................................................................. 35 2.1.6. SR E 1993-4-2 Eurocod 3 Proiectarea structurilor de oţel partea 4-2: Rezervoare ..................................... 35 2.1.7. C 220-85 Instrucţiuni tehnice privind verificările abaterilor de la forma geometrică şi a calităţii cusăturilor sudate ale rezervoarelor din oţel cilindrice verticale pentru depozitarea ţiţeiului şi a produselor petroliere lichide ............................................................................................................................................................................... 36

2.2. Normative Metrologice ............................................................................................................................. 37

5

2.3. Standarde naţionale şi internaţionale pentru calibrarea rezervoarelor....................................................... 38 2.3.1. ISO 7507-1:2003 Petroleum and liquid petroleum products -- Calibration of vertical cylindrical tanks - Part 1: Strapping method .............................................................................................................................................. 38 2.3.2. ISO 7507-2:2005 Petroleum and liquid petroleum products -- Calibration of vertical cylindrical tanks -- Part 2: Optical-reference-line method .......................................................................................................................... 38 2.3.3. ISO 7507-3:2006 Petroleum and liquid petroleum products -- Calibration of vertical cylindrical tanks -- Part 3: Optical-triangulation method ............................................................................................................................ 39 2.3.4. ISO 7507-4:2010 Petroleum and liquid petroleum products -- Calibration of vertical cylindrical tanks -- Part 4: Internal electro-optical distance-ranging method ............................................................................................. 39 2.3.5. ISO 7507-5:2000 Petroleum and liquid petroleum products -- Calibration of vertical cylindrical tanks -- Part 5: External electro-optical distance-ranging method ............................................................................................ 39 2.3.6. NML 017-05 "Rezervoare de stocare pentru lichide" .................................................................................. 39

33.. VERIFICAREA ŞI INSPECŢIA REZERVOARELOR DE STOCARE ......................................... 41 3.1. Calibrarea rezervoarelor ........................................................................................................................... 41 3.2. Metoda volumetrică ................................................................................................................................. 43 3.3. Metoda mixtă ........................................................................................................................................... 45 3.4. Metoda geometrică .................................................................................................................................. 45

3.4.1. Calibrarea fundului de rezervor ................................................................................................................... 46 3.4.1.a. Metoda celor 96 de suprafeţe egale .................................................................................................... 46 3.4.1.b. Metoda pătratelor ............................................................................................................................... 49

3.4.2. Calibrare corp rezervor ................................................................................................................................ 49 3.4.2.a. Metoda razei medii a virolei ................................................................................................................ 50 3.4.2.b. Metoda suprafeţelor secţiunilor orizontale ......................................................................................... 53

3.4.3. Corecţii ......................................................................................................................................................... 56 3.4.3.a. Corecţia pentru temperatur ă .............................................................................................................. 56 3.4.3.b. Corecţia pentru presiune hidrostatică ................................................................................................. 57 3.4.3.c. Spatii moarte ........................................................................................................................................ 58 3.4.3.d. Corecţii capac flotant .......................................................................................................................... 58 3.4.3.e. Corecţia pentru înclinare ..................................................................................................................... 59

44.. INSPECŢIE REZERVOARELOR DE STOCARE LICHIDE PETROLIERE .............................. 61 4.1. Mecanismul de degradare și modurile de defectare a rezervoarelor .......................................................... 61

4.1.1. Coroziunea ................................................................................................................................................... 61 4.1.1.a. Coroziunea interioara .......................................................................................................................... 62 4.1.1.b. Coroziunea exterioara ......................................................................................................................... 62

4.1.2. Modificarea poziţiei rezervorului ................................................................................................................ 63 4.1.3. Oboseala materialelor ................................................................................................................................. 63

4.2. Evaluarea condiţiei curente - gradul de corodare ....................................................................................... 64 4.2.1. Examinarea sudurilor ................................................................................................................................... 64 4.2.2. Determinarea grosimii de material .............................................................................................................. 64

4.3. Urmarirea comportarii in timp a rezervoarelor .......................................................................................... 64 4.3.1. Tipuri de modificări de poziţie ..................................................................................................................... 65

4.3.1.a. Deplasări şi deformaţii liniare .............................................................................................................. 65 4.3.1.b. Deplasări şi deformaţii unghiulare ....................................................................................................... 67 4.3.1.c. Deplasări şi deformaţii specifice .......................................................................................................... 67

4.3.2. Masurarea tasărilor ..................................................................................................................................... 67 4.3.3. Evaluarea tasării mantelei ........................................................................................................................... 70

4.3.3.a. Tasarea uniformă ................................................................................................................................. 71 4.3.3.b. Înclinarea rigida a rezervorului ............................................................................................................ 71 4.3.3.c. Tasarea perimetrală ............................................................................................................................. 77 4.3.3.d. Deformaţii ale fundului rezervorului ................................................................................................... 82

4.3.4. Evaluarea modificare formă ........................................................................................................................ 83 4.3.4.a. Cilindricitate şi Circularitate ................................................................................................................. 83

6

4.3.4.b. Verticalitate ......................................................................................................................................... 85 4.3.4.c. Înclinare ................................................................................................................................................ 86

55.. STUDIU DE CAZ – CALIBRAREA REZERVOARELOR ............................................................. 87 5.1. Obiectul de studiu ..................................................................................................................................... 87 5.2. Echipamente utilizate: .............................................................................................................................. 88

5.2.1. Nivela optică ................................................................................................................................................ 88 5.2.2. Mira topografica .......................................................................................................................................... 88 5.2.3. Staţie totală ................................................................................................................................................. 88 5.2.4. Laser scanner 3D .......................................................................................................................................... 89

5.3. Achizitie date primare scanare laser 3D ..................................................................................................... 89 5.3.1. Operaţii de teren ......................................................................................................................................... 89 5.3.2. Prelucrarea datelor ...................................................................................................................................... 90

5.4. Determinare stoc mort .............................................................................................................................. 91 5.4.1. Metoda celor 96 de suprafeţe egale ............................................................................................................ 91 5.4.2. Metoda pătratelor ....................................................................................................................................... 92 5.4.3. Analiză comparativă .................................................................................................................................... 94

5.5. Calibrare corp rezervor .............................................................................................................................. 95 5.5.1. Raza medie .................................................................................................................................................. 95 5.5.2. Suprafeţe secţiuni orizontale ....................................................................................................................... 96 5.5.3. Analiză comparativă .................................................................................................................................... 97

5.6. Analiza comparativa tabele de calibrare .................................................................................................... 98

66.. STUDIU DE CAZ – INSPECŢIA REZERVOARELOR .................................................................. 99 6.1. Evaluarea cilindricitate .............................................................................................................................. 99 6.2. Evaluarea circularitate .............................................................................................................................. 99 6.3. Evaluarea verticalitate ............................................................................................................................. 118 6.4. Evaluarea înclinare ................................................................................................................................... 130 6.5. Evaluarea condiţiei curente a fundului de rezervor ................................................................................... 130 6.6. Evaluarea tasării perimetrale a mantalei .................................................................................................. 131 6.7. Evaluarea tasării fundului de rezervor ...................................................................................................... 133

77.. CONCLUZII GENERALE ............................................................................................................... 135 7.1. Consideraţii finale .................................................................................................................................... 135 7.2. Concluzii .................................................................................................................................................. 135 7.3. Contribuţii ............................................................................................................................................... 136 7.4. Perspective de cercetare .......................................................................................................................... 137

BIBLIOGRAPHY ................................................................................................................................. 138

ANEXA 1, HARTA DE INSPECŢIE ...................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

ANEXA 2, HARTA DE INSPECŢIE FUND REZERVOR ... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

ANEXA 3, PROFILE FUND REZERVOR ............................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

7

PREFAŢĂ

Odată cu realizarea primei sonde petroliere a apărut şi nevoia de stocare a ţiţeiului extras.

Pe măsură ce nevoia de hidrocarburi a crescut, capacitatea de a depozita produsele petroliere în

condiții de siguranță a devenit un factor de creștere important pentru industria petrolieră și a

automobilelor.

Însăşi industria rezervoarelor de stocare își are originea în aceste evenimente care au

modelat societatea actuală.

În cazul rezervoarelor de stocare pentru lichide, activităţile de control şi verificare a

acestora constau în evaluarea condiţiei curente cât şi estimarea duratei de viaţă remanente pentru

exploatarea acestora în condiţii de siguranţă. Factori precum: gradul de inflamabilitate a

substanţelor stocate, pericolul deversărilor accidentale, impactul major asupra mediului

înconjurător, obliga la realizarea activităţii de inspecţie şi control.

Pentru domeniile de interes public: sănătatea şi siguranţa populaţiei, ordinea publică,

protecţia mediului, protecţia drepturilor consumatorilor, perceperea taxelor şi impozitelor,

tranzacţiile şi operaţiunile comerciale, asigurarea securităţii şi apărării naţionale, alte domenii de

interes public, stabilite de Guvern, unde măsurările sau rezultatele incorecte ale determinărilor pot

afecta direct sau indirect viaţa oamenilor sau interesele persoanelor fizice şi/sau juridice este

obligatorie efectuarea verificărilor metrologice conform legislaţiei în vigoare. [1]. Verificarea

metrologică constă în verificarea conformităţii, examinarea, marcarea şi eliberarea unui buletin de

verificare metrologică pentru un sistem de măsurare, care să ateste dacă se încadrează în

toleranţele de măsurare stabilite legale.

Valoarea de achiziţie şi comercializare a lichidelor altele decât apa este una ridicată, ceea

conduce la necesitatea unor determinări foarte exacte, cu erori mici de măsurare. Menţinerea unei

evidente a producţiei precum şi a circulaţiei produselor din industria de petrol şi gaze, impune de

asemenea un nivel de precizie ridicat pentru măsurările efectuate. Mai mult de atât, necesitatea

permanenta pentru modernizarea linilor de producţiei are ca efect creşterea cerinţelor de exactitate

a determinărilor efectuate. Aceste cerinţe au condus la utilizarea echipamentelor de achiziţie a

datelor spaţiale în activităţile de metrologie, inspecţie şi control al echipamentelor şi instalaţiilor

industriale.

Conţinutul lucrării este împărţit în 7 capitole, care prezintă situaţia actuală la nivel naţional

şi internaţional, precum şi cercetările autorului din domeniu, după cum urmează:

8

În capitolul 1 "Noțiuni generale" sunt prezentate noţiunile introductive privind rezervoarele,

clasificarea acestora, definirea elementelor componente, clasificarea atmosferei explozivă din

jurul rezervoarelor cât şi prezentarea echipamente de achiziţie a datelor spaţiale (3D).

În capitolul 2 "Standarde naţionale şi internaţionale" sunt prezentate reglementările pentru

proiectare, execuţie şi inspecţie, normative metrologice cât şi standarde naţionale şi internaţionale

pentru calibrarea rezervoarelor.

În capitolul 3 "Verificarea şi inspecţia rezervoarelor de stocare" sunt prezentate metodele utilizate

pentru calibrarea rezervoarelor şi corecţiile utilizate pentru întocmirea tabelei de calibrare.

În capitolul 4 "Inspecţie rezervoarelor de stocare lichide petroliere" este prezentat mecanismul de

degradare și modurile de defectare a rezervoarelor, sunt enumerate modalităţile de evaluarea

condiţiei curente şi urmărirea comportării în timp a rezervoarelor.

În capitolul 5 "Studiu de caz – calibrarea rezervoarelor" sunt prezentate rezultatele metodelor

utilizate pentru calibrarea rezervoarelor şi analiză comparativă a tabelelor de calibrare obţinute

prin diferite metode.

În capitolul 6 "Studiu de caz - inspecţia rezervoarelor " sunt prezentate rezultatele evaluării

condiţiei curente a rezervoarelor prin evaluarea abaterilor de la: cilindricitate, circularitate,

verticalitate, cât şi evaluarea condiţiei curente a fundului de rezervor şi tasarea perimetrală a

mantalei.

În capitolul 7 "Concluzii generale " sunt prezentate concluziile tezei şi perspectivele de cercetare.

9

LISTA FIGURILOR

Figura 1.1. Rezervoare Portul Apra, Guam, 2002 [2] .................................................................. 13

Figura 1.2 Încendiu Buncefield [7] .............................................................................................. 14

Figura 1.3 Proiect vs Executie ...................................................................................................... 16

Figura 1.4 Rezervoare cilindrice verticale [11] ........................................................................... 17

Figura 1.5 Rezervoare cilindrice orizontale [11] ......................................................................... 18

Figura 1.6 Rezervoare sferice si sferoidal [11] ........................................................................... 18

Figura 1.7 Presiunea de stocare in cazul rezervoarelor cilindrice verticale [13] ......................... 19

Figura 1.8. Elemente componente ale unui rezervor de stocare lichide petroliere [11] .............. 20

Figura 1.9 Fundaţia pe pat elastic cu inel de beton [11] .............................................................. 20

Figura 1.10 Sorb pentru evacuara apei decantate [14] ................................................................. 21

Figura 1.11 Tipuri constructive de mantale ................................................................................. 21

Figura 1.12 Roluirea une virole [15] ............................................................................................ 22

Figura 1.13 Triunghiul exploziei [18] ......................................................................................... 24

Figura 1.14 Exemplu de zonare Ex rezervor vertical [18] .......................................................... 25

Figura 1.15 Principiul scanarii laser terestre [21] ....................................................................... 26

Figura 1.16 Oglindă monogon [22] .............................................................................................. 27

Figura 1.17 Registraţie [24] ........................................................................................................ 29

Figura 1.18 Georeferenţiere [24] ................................................................................................. 29

Figura 1.19 Margini mixte [25] ................................................................................................... 30

Figura 2.1 Lanţ de trasabilitate metrologică [36] ........................................................................ 37

Figura 3.1 Caracteristici tehnico-metrologie ale rezervoarelor [41] ............................................ 42

Figura 3.2 Volumele rezervoarelor .............................................................................................. 43

Figura 3.3 Distribuţia suprafeţelor egale ...................................................................................... 46

Figura 3.4 Distribuţie puncte măsurate ........................................................................................ 50

Figura 3.5 Distribuţie sectiuni orizontale ..................................................................................... 53

Figura 3.6 Geometrizare ............................................................................................................... 54

Figura 3.7 Elementele necesare evaluarii geometrizarii .............................................................. 55

Figura 3.8 Suprafaţa cercului şi suprafaţa obţinută din însumarea triunghiurilor ........................ 56

Figura 3.9 Înclinare rezervor ........................................................................................................ 60

Figura 4.1 Coroziunea în puncte [43] ........................................................................................... 62

Figura 4.2 Îmbinarea manta-fund rezervor [14] .......................................................................... 63

Figura 4.3 Deplasare şi deformaţie [45] ....................................................................................... 65

Figura 4.4 Tasare şi bombare [45] ............................................................................................... 66

Figura 4.5 Săgeată [45] ................................................................................................................ 66

Figura 4.6 Înclinare [45]............................................................................................................... 66

Figura 4.7 Tipuri de tasari ale rezervoarelor [14] ........................................................................ 68

Figura 4.8 Puncte de masurat exterioare rezervor [28] ................................................................ 69

Figura 4.9 Puncte de masurat interior rezervor [28] .................................................................... 70

Figura 4.10 Componente tasarii rezervoarelor [28] ..................................................................... 70

Figura 4.11 Reprezentarea grafica a tasarii rezervorului [28] ...................................................... 72

Figura 4.12 Planul de înclinare nu poate fi reprezentat de o cosinusoidă [28] ............................ 74

Figura 4.13 Planul de înclinare reprezentat de o cosinusoidă [28] .............................................. 75

Figura 4.14 Tasarea perimetrală [28] ........................................................................................... 77

Figura 4.15 Corecţii pentru tasarea perimetrală [28] ................................................................... 78

Figura 4.16 Unghiul de sudură al tabelor fundului de rezervor [28] ............................................ 79

Figura 4.17 Deformaţii ale fundului de rezervor [13] .................................................................. 80

Figura 4.18 Toleranţe tasări pentru table fundului cu suduri paralele cu mantaua [28] .............. 80

10

Figura 4.19 Toleranţe tasări pentru table fundului cu suduri perpendiculare pe manta [28] ...... 81

Figura 4.20 Deformaţii ale fundului de rezervor [28] .................................................................. 82

Figura 4.21 Toleranţa pentru înclinarea rezervorului [13] ........................................................... 86

Figura 5.1 Rezervor R4 ................................................................................................................ 87

Figura 5.2 Poziţii de scanare ........................................................................................................ 90

Figura 5.3 Calcul volum mort ...................................................................................................... 93

Figura 5.4 Metoda patratelor impact rezoluţie ............................................................................. 94

Figura 5.5 Raza medie calculată cu datele obţinute cu staţia totală – scanner 3D ....................... 96

Figura 5.5 Suprafaţa secţiuni orizontale ....................................................................................... 96

Figura 6.1 Abatere de la cilindricitate .......................................................................................... 99

Figura 6.2 Abatere de la circularitate Virola 1- Sudura colt +300 mm ...................................... 101

Figura 6.3 Abatere de la circularitate Virola 1 - Sudura virola 1 – virola 2 -300 mm .............. 102

Figura 6.4 Abatere de la circularitate Virola 2 - Sudura virola 1 – virola 2 +300 mm .............. 104

Figura 6.5 Abatere de la circularitate Virola 2 - Sudura virola 3 – virola 2 -300 mm ............... 105

Figura 6.6 Abatere de la circularitate Virola 3 - Sudura virola 2– virola 3 +300 mm ............... 107


Figura 6.8 Abatere de la circularitate Virola 4 - Sudura virola 3 – virola 4 +300 mm .............. 110


Figura 6.10 Abatere de la circularitate Virola 5 - Sudura virola 4 – virola 5 +-300 mm ........... 113

Figura 6.11 Abatere de la circularitate Virola 5 - Sudura virola 6 – virola 5 -300 mm ............. 114

Figura 6.12 Abatere de la circularitate Virola 6 - Sudura virola 5 – virola 6 +300 mm ............ 116

Figura 6.13 Abatere de la circularitate Virola 6 - Sudura virola 6 – capac -300 mm ................ 117

Figura 6.14 Abatere de la verticalitate secţiunea 1-7 ................................................................. 119



Figura 6.17 Abatere de la verticalitate secţiunea 4-10 ............................................................... 125



Figura 6.20 înlicnare R04 ........................................................................................................... 130

Figura 6.21 Evaluare situaţie curentă fund rezervor .................................................................. 131

Figura 6.22 Unghi sudura tabla fund si manta rezervor ............................................................ 132

Figura 6.23 Evaluarea tasării fundului de rezervor .................................................................... 133

LISTA TABELELOR

Tabel 1.1 Probabilitatea şi durata atmosferei explozive .............................................................. 25

Tabel 3.1 Lungime segmente ....................................................................................................... 47

Tabel 3.2 Număr minim de puncte ţinta [40] ............................................................................... 50

Tabel 4.1 Toleranţele pentru abaterea de circularitate ................................................................. 77

Tabel 4.2 Toleranţele pentru abaterea de circularitate ................................................................. 85

Tabel 4.3 Abateri de verticalitate a mantalei pentru rezervoare cu capac fix .............................. 85

Tabel 4.4 Abateri de verticalitate a mantalei pentru rezervoare cu capac flotant ........................ 86

Tabel 5.1 Raport registraţie .......................................................................................................... 90

Tabel 5.2 Lungime segmente ....................................................................................................... 91

Tabel 5.3 Cote puncte fund rezervor ............................................................................................ 92

Tabel 5.4 Diferenţe de nivel ......................................................................................................... 92

Tabel 5.5 Valorile stocului mort determinate prin metoda pătratelor .......................................... 93

11

Tabel 5.6 Analiză comparativă fund rezervor .............................................................................. 94

Tabel 5.7 Analiză comparativă metoda razei medii ..................................................................... 95

Tabel 5.8 Caracteristici tehnice echipamente de măsurare .......................................................... 95

Tabel 5.9 Analiză comparativă metoda razei medii – metoda suprafeţelor ................................. 97

Tabel 5.10 Analiză comparativă metoda razei medii – metoda suprafeţelor impact volum brut 97

Tabel 5.11 Analiză comparativă tabele de calibrare .................................................................... 98

Tabel 6.1 Abatere circularitate virola 1 ...................................................................................... 100






Tabel 6.7 Abatere de la verticalitate secţiunea 1-7 .................................................................... 118



Tabel 6.10 Abatere de la verticalitate secţiunea 4-10 ................................................................ 124



Tabel 6.13 Deformatii locale ale fundului de rezervor .............................................................. 130

Tabel 6.14 Tasarea perimetrală .................................................................................................. 132

Tabel 6.15 Caracteristici rezervor .............................................................................................. 133

Tabel 6.16 Evaluare tasare fund ................................................................................................. 133

LISTA ACRONIMELOR

ISO : Internaţional Organization for Standardization

INM : Institutul Naţional de Metrologie

ASRO : Asociaţia de Standardizare din Romania

VIM : Vocabular internaţional de metrologie

NML : Norma de Metrologie Legala

HD : Distanta orizontala

SD : Distanta inclinata

VA : Unghi vertical

HA : Unghi orizontal

BRML : Biroul Roman de Metrologie Legala

LCF : Oboseala la un numar redus de cicluri (Low Cycle Fatigue)

NDT : Examinare nedistructivă

C 220-85 : instrucţiuni tehnice privind verificările abaterilor de la forma geometrică şi a

calităţii cusăturilor sudate ale rezervoarelor din oţel cilindrice verticale pentru

depozitarea ţiţeiului şi a produselor petroliere lichide

12

EEMUA : Publication 159 : Engineering Equipment and Material Users Association - Above

ground flat bottomed storage tanks - a guide to inspection, maintenance and repair

API : American Petroleum Institute

API 653 : American Petroleum Institute - Tank Inspection, Repair, Alteration, and

Reconstruction

API 650 : American Petroleum Institute - Welded Steel Tanks for Oil Storage

VIM : Vocabular International de Metrologie

EODR : Electro Optical Distance Ranging

13

11.. Noțiuni generale

1.1. Considerații generale

Domeniul instalaţiilor şi echipamentelor industriale este unul vast, complex cu multe

utilizări în ramurile activităţilor economice. Din totalitatea echipamentelor care aparţin categoriei

de instalaţii şi echipamente industriale, de interes pentru prezenţa teza de doctorat îl reprezintă

instalaţiile din domeniul petrochimiei, şi anume rezervoarele de stocare a produselor petroliere.

În general, din punct de vedere funcţional, rezervoarele îndeplinesc pe lângă funcţia de

stocare şi cea de echipament de măsurare pentru măsurări statice de volum. Din punct de vedere

metrologic, rezervoarele sunt considerate mijloace de măsurare, pentru care sunt definite erorile

de măsurare funcţie de metoda utilizată pentru calibrarea acestora.

Rezervoarele de stocare a produselor petroliere sunt componente importante ale instalațiilor

industriale cu impact major asupra activităţilor cotidiene. În istoria recentă exista numeroase

incidente în care rezervoarele de stocare au cedat în urma unui cutremur, incendiu, dezastre

naturale sau ca urmare a unei utilizări deficitare care a condus la uzarea prematură şi la scăderea

duratei de viaţa a acestora.

Figura 1.1. Rezervoare Portul Apra, Guam, 2002 [2]

14

Un studiu care acoperă o perioadă de zece ani (1990-2000) a subliniat faptul că numărul

de accidente la instalațiile de depozitare pe termen lung a rămas relativ constantă. Dintre cele 312

de accidente care au avut loc în bazinele tancurilor examinate în această perioadă, s-a constatat că

55 % au fost din cauza cedării rezervorului [3].

Rezervoarele de depozitare din rafinăriile și fabricile chimice conțin volume mari de

substanțe inflamabile și chimicale periculoase. Un accident mic poate conduce la daune materiale

grave, întreruperea activităţii şi pierderi de vieții omeneşti.

La nivel european, defectarea rezervoarelor a provocat accidente de muncă grave cu pierderi de

vieţi omeneşti şi pagube materiale importante, Toulouse în Franţa (2001) [4], Puertollano în

Spania [5], Buncefield în Regatul Unit (2005) [6].

Figura 1.2 Încendiu Buncefield [7]

Unul din cele mai mari accidente s-a produs la depozitul de stocare produse petroliere din

Buncefield, Regatul Unit, la datat 11 decembrie 2005, acesta a atras atenția internațională asupra

riscurilor grave asociate cu incendiile din depozitele de stocare produse petroliere. Focul a cuprins

23 de rezervoare și a fost cel mai mare incendiu pe timp de pace din Europa. Economic, incidentul

a produs o pagubă de de aproximativ 1 miliard de lire sterline şi a survenit ca urmare a deversării

de produs apărut din cauza cedării unui rezervor, ceea ce a condus la formarea unui nor de vapori

care ulterior a fost aprins. [6] [8]

15

O trecere în revistă a 242 de accidente ale rezervoarelor de stocare, realizată de Chang și

Lin în 2006, care au avut loc în instalațiile industriale din ultimii 40 de ani au arătat că 74% din

accidente au avut loc în rafinării petroliere, terminale de petrol sau depozitare [9] [8]. Focul și

explozia reprezintă 85% din accidentele, au existat 80 de accidente (33%) cauzate de fulgere și 72

(30%) cauzate de erori umane, inclusiv operațiuni și întreținere proaste. Cele mai multe dintre

aceste accidente ar fi fost evitate dacă în faza de proiectare, construcție, întreținere și exploatare

s-ar fi ţinut cont de un plan de securitate şi siguranța a operării [8].

Principalele cauze de ordine mecanică ale cedării rezervoare sunt coroziunea avansată,

ceea ce poate conduce la cedarea mantalei rezervorului sub eforturile de presiune hidrostatică,

deplasare fundaţiei că urmare a infiltraţilor sau cedarea capacului rezervorului.

1.2. Justificarea lucrării

Mărimea și complexitatea instalațiilor industriale, împreună cu natura produselor utilizate,

ridică necesitatea efectuării unei analize şi a controlului riscurilor implicate. Rezervoarele

cilindrice verticale pentru stocare produse petroliere utilizate la nivel internaţional în depozitele

de tranzit, rafinării, rezervele statului ș.a.m.d. au o mare importanţă strategică şi trebuie să

funcţioneze chiar şi în caz de calamităţi naturale, război etc.

La nivel internaţional există numeroase accidente care au condus la implementarea unor

noi reguli de securitate cum ar fi directiva Seveso, ca urmare a incidentului din Seveso în Italia

din (1976) [10].

Dacă în privinţa instrumentaţiei specifice rezervoarelor, s-au făcut progrese prin

implementarea obligatorie a numeroaselor mecanisme de protecţie, cum ar fi supape mecanice de

respiraţie, supape de securitate hidraulică, opritori de flăcări, indicatori de nivel de tip radar,

senzori de preaplin etc., în cazul determinărilor necesare activităţilor de calibrare a rezervoarelor,

a investigării situaţiei curente şi a estimării duratei de viaţă remanente, inexistenta unor

reglementări permite utilizarea unor metodelor învechite de măsurare, care nu sunt capabile să

surprindă în totalitatea lor modificările survenite.

În prezent activităţile de inspecţie pentru evaluarea condiţiei curente a rezervoarelor consta în

evaluarea sudurilor şi grosimea foilor de tablă care alcătuiesc virolele şi fundul rezervoarelor,

neglijându-se abaterile de la formă geometrică proiectată şi evaluarea deformaţilor suferite pe

parcursul utilizării.

16

Un domeniu care poate fi îmbunătăţit îl reprezintă activitatea de calibrare, obligatorie în

cazul rezervoarelor care sunt utilizate în tranzacţii fiscale cât şi determinarea duratei de viaţă

remanente.

Figura 1.3 Proiect vs Executie

Operațiunile desfăşurate în terminale de depozitare produse petroliere, rafinării, combinate

chimice, constau, în principal, în recepționarea, stocarea şi descărcarea produselor petroliere prin

legăturile de aprovizionare şi/sau distribuţie către rampe de încărcare/descărcarea auto, cale ferată,

fluviale, maritime.

Principalele cauze din cauza cărora se produc majoritatea accidentelor în care sunt implicate

rezervoare de stocare produse petroliere sunt următoarele:

- Eroarea de operator

- Rezervoarele sunt supraîncărcate

- Supapele rămase deschise

- Lipsa monitorizării produselor

- Potențiale problemele nu sunt recunoscute

- Întreținerea precară a instalaţiilor

- Instalații slab proiectate sau instalate necorespunzător

17

- Facilitatea situată în zona cu potenţial de inundații, alunecări de teren

- Conducte instalate fără a lua în considerare zona de trafic

- Lipsa digurilor de retenţie din jurul rezervoarelor

- Degradarea digurilor de retenţie şi incapacitatea de a menţine conţinutul din rezervor plus

10% pentru precipitațiile locale

Utilizarea scanării laser 3D poate evalua toate riscurile asociate cauzelor descrise mai sus

prin măsurători exacte a întregului amplasament, printr-o evaluare completă şi o simulare în caz

de accident. În prezent, tehnologia scanării laser 3D ajunsă la maturitate poate fii utilizată pentru

evaluarea riscurilor, realizarea tabelei de calibrare, investigarea condiţiei curente cât şi a

determinării duratei de viaţă remanente.

1.3. Rezervoare de stocare produse petroliere

Clasificarea rezervoarelor

Clasificarea rezervoarelor poate fi făcută după următoarele criterii:

1.3.1.a. Poziţia lor faţă de sol:

- Supraterane, rezervoare care au fundaţia pe sol, precum şi rezervoarele îngropate la o

adâncime mai mică decât jumătatea acestora

- Îngropate, rezervoare care sunt îngropate o adâncime mai mare decât jumătatea înălţimii

acestora, fără că nivelul maxim al produsului depozitat să depăşească înălţimea de 2m faţă

de nivelul solului.

- Subterane, rezervoare în care nivelul maxim posibil al produsului depozitat se afla cu 0,2

m sub nivelul solului.

Figura 1.4 Rezervoare cilindrice verticale [11]

.

18

Figura 1.5 Rezervoare cilindrice orizontale [11]

1.3.1.b. Formă geometrică

Funcţie de formă geometrică, rezervoarele se pot clasifica în:

- Cilindrice, care la rândul lor pot fi orizontale sau verticale.

- Sferice

- Sferoidale

- Paralelipipedice

- Forme speciale

Figura 1.6 Rezervoare sferice si sferoidal [11]

1.3.1.c. Tipul capacului

Capacele rezervoare pot fi:

- capac fix

- capac flotant

1.3.1.d. Capacitate de depozitare

Funcţie de capacitatea de depozitare a rezervoarele, acestea se clasifica astfel:

- Rezervoare de capacitate mică, până la 100 m3

- Rezervoare de capacitate medie şi mare, cu o capacitate cuprinsă între 100 şi 50.000 m3

- Rezervoare de capacitate foarte mare, peste 50.000 m3

19

1.3.1.e. Natura materialelor din care se execută

Funcţie de natură materialelor din care se execută rezervoarele, acestea se clasifica astfel:

- Rezervoare metalice, care pot fi sudate sau nituite

- Rezervoare nemetalice, rezervoare realizate din materiale precum beton, fibră de sticlă,

materiale plastice

1.3.1.f. Presiunea de depozitare [12]

Funcţie de presiunea interioară maxima din rezervoare acestea se clasifica astfel:

- Rezervoare de stocare la presiune atmosferică (+10/-2.5 mbar, pentru rezervoarele cindrice

verticale)

- Rezervoare de presiune joasa (+25/-6 mbar pentru rezervoarele cindrice verticale)

- Rezervoare de presiune ridicată (+60 mbar/-6mbar pentru rezervoarele cindrice verticale)

Figura 1.7 Presiunea de stocare in cazul rezervoarelor cilindrice verticale [13]

Elemente componente rezervoare de stocare cilindrice verticale

Rezervoarele cilindrice verticale sunt cele mai utilizate tipuri de rezervoare, aceasta

datorându-se costului scăzut de realizare cât şi uşurinţa fabricării. Rezervorul este alcătuit din

patru părţi componente: fundaţia, fundul, mantaua cilindrică şi capacul. În funcţie de destinaţie,

acesta poate fi echipat cu diverse echipamente care să satisfacă cerinţele activităţilor pentru care

a fost realizat.

20

Figura 1.8. Elemente componente ale unui rezervor de stocare lichide petroliere [11]

1.3.2.a. Fundaţia rezervorului

Are rolul de a prelua solicitările transmise de greutatea rezervorului cât şi de greutatea

produsului stocat şi de a asigura o poziţie stabilă. Fundaţia rezervorului diferă în funcţie de tipul

solului de fundare cât şi de natură produsului care urmează a fi stocat, şi se împart în trei categorii:

- Fundaţii pe pat elastic normal

- Fundaţii pe pat elastic înalt

- Fundaţii pe pat elastic cu inel de beton

Figura 1.9 Fundaţia pe pat elastic cu inel de beton [11]

1.3.2.b. Fundul rezervorului

Este alcătuit din mai multe table de oţel a căror îmbinare poate diferii şi a cărui formă

trebuie să permită colectarea apei decantate din produsul stocat. Fundul rezervorului aşezat pe un

strat elastic de nisip tasat pe întreaga suprafaţă din interior a fundaţiei de beton. Rezervoarele care

au o capacitate mai mică deca 70 m3 se pot aşeza numai fundaţii cu suprafaţa plană [11].

21

Figura 1.10 Sorb pentru evacuara apei decantate [14]

1.3.2.c. Mantaua rezervorului

Este de formă cilindrică şi este alcătuită din mai multe rânduri de virolele a căror îmbinare

şi grosime poate varia.

Funcţie de tipul modalităţii de îmbinare, mantaua poate fi clasificată în 3 categorii:

- Manta cu virola sudate cap la cap - (a)

- Manta cu virole sudate telescopic - (b)

- Manta cu virole sudate suprapuse - (c)

c)b)a)

Figura 1.11 Tipuri constructive de mantale

Grosimea tablelor poate varia pe înălţimea mantalei, având o valoare mai mare spre baza

rezervorului pentru a compensa eforturile suplimentare cauzate de presiunea hidrostatică. Mantaua

cilindrică poate fi executată prin roluire sau tola cu tola.

22

Figura 1.12 Roluirea une virole [15]

1.3.2.d. Capacul rezervorului

Poate fi plat, sferic sau conic şi trebuie să permită scurgerea apelor pluviale sau provenite

din topirea zăpezii. Pentru rezervoarele a căror capacitate este mai mică de 100 m3, panta capacului

poate varia în intervalul 1/5 – 1/20. Capacul trebuie proiectat să reziste la variaţii de temperatură

şi presiune interioară. Capacele rezervoarelor cilindrice verticale pot fi fixe sau flotante.

Capacele fixe aduc în componenţa rezervoarelor, elemente de susţinere precum

semifermele servesc la susţinerea capacului.

Capacele flotante sunt utilizate pentru rezervoarele care stochează produse volatile din

necesitatea de a reduce evaporările.

1.3.2.e. Dispozitive de siguraţă

Conform normativelor în vigoare, rezervoarele de stocare produse petroliere trebuie să fie

echipamente cu diferite dispozitive de siguranţă, acestea având rol de protecţie şi monitorizare al

rezervorului.

Cuva de retenţie, fiecare rezervor sau ansamblu de rezervoare de stocare din lichide trebuie

asociat unei cuve de reținere în care rezervoarele să se află la distanțe relative de siguranță.

Amplasarea rezervoarelor supraterane ce lucrează la presiunea atmosferică se face în cuve

îndiguite, distanța dinre ele depinzând de volum, diametru și natura produsului. Distanța de

siguranță dintre rezervoarele vecine se măsoară în plan orizontal între mantalele acestora, luându-

se în considerare cazul cel mai defavorabil. [16]

Dispozitive de preaplin, acesta are rolul de a semnala si opri procesul de transvazare in cazul in

care se depaseste capacitatea de stocare a rezervorului.

23

Supapa mecanică de respiraţie, are rolul acestora este pentru protecţia rezervoarelor,

împotriva suprapresiunilor şi vacuumurilor ale căror valori depăşesc limitele indicate de

proiectantul rezervorului [11]. Acest tip de supape asigura protecţia rezervoarelor pentru respiraţia

“mică” şi “marea” a rezervoarelor, funcţionând pe principiul închiderii şi deschiderii clapetelor,

sub acţiunea forţei de presiune, respectiv a greutăţii proprii.

Supapa de securitate hidraulică, are rolul de a proteja rezervoarele în cazul defectării

supapelor de respiraţie sau atunci când capacitatea de evacuare a supapelor de respiraţie se

dovedeşte insuficientă pentru echilibrarea presiunii din spaţial de gaze-vapori.

Opritoare de flăcări, sunt dispozitive ce au rolul de a împiedica propagarea în interiorul

rezervoarelor a flăcării sau scânteilor.

Gura de vizitare, este amplasată pe prima virolă a mantalei cilindrice, şi are rolul de a

permite permite accesul în interiorul rezervorului pentru pentru activităţi de control, inspecţie,

curăţare sau reparaţie.

Racorduri de încărcare-descărcare care au rolul de conecta rezervorul la instalaţiile de

transvazare şi transport a produselor stocate.

Instalaţiile de încălzire a rezervoarelor au rolul de a creşte temperatura produsului în scopul

reducerii vâscozităţilor. Încălzitoarele pot diferii în funcţie de caracteristicile tehnice ale

produsului stocat şi pot fii interioare sau exterioare.

Atmosfera explozivă din jurul rezervoarelor de hidrocarburi

Mecanismul producerii exploziilor de gaze, vapori sau ceţuri inflamabile/aer poate fi

simbolizat prin triunghiul exploziei din care se observa ca explozia poate surveni ori de câte ori

sunt îndeplinite simultan trei condiţii [17]:

- prezenţa carburantului (gaze, vapori, prafuri /pulberi, ceţuri combustibile);

- prezenţa comburantului (oxigen, substanţe oxidante);

- sursa de iniţiere eficientă pentru asigurarea activării moleculelor în vederea iniţierii şi

propagării reacţiei de ardere rapidă. [17]

24

Figura 1.13 Triunghiul exploziei [18]

Atmosfera explozivă este definită prin HG nr. 752/2004 ca fiind amestecul cu aerul, în

condiții atmosferice, a substanțelor inflamabile sub formă de gaze, vapori, ceață sau pulberi în

care, după ce s-a produs aprinderea, combustia se propagă în întregul amestec nears. [16]

1.3.3.a. Clasificarea ariilor periculoase Ex

Este metoda de analiza si clasificare utilizată pentru a identifica zonele în care este probabil

să existe concentrații inflamabile de gaze sau de vapori care sa conduca la formarea unor atmosfere

explozive gazoase

Scopul este de a reduce la un nivel acceptabil minim probabilitatea ca o atmosferă

inflamabilă să coincidă cu o sursă electrică sau de altă sursă de aprindere.

Clasificarea ariilor periculoase trebuie efectuată de persoane care cunosc proprietăţile

materialelor inflamabile, procedeele şi echipamentele, prin consultarea, ori de câte ori este

necesar, a personalului de securitate, a electricienilor şi a altor specialişti din domeniu [19].

Conform EN 60079-10-1:2009 Atmosfere explozive. Partea 10-1: Clasificarea ariilor se

defeinesc urmatoare zone [18]:

- zone: Ariile periculoase sunt clasificate în zone, în funcţie de frecvenţa apariţiei şi durata

prezenţei unei atmosfere explozive gazoase, după cum urmează:

- zona 0: Arie în care este prezentă în permanenţă, sau pe perioade lungi de timp o atmosferă

explozivă gazoasă.

- zona 1: Arie în care este probabilă apariţia unei atmosfere explozive gazoase în funcţionare

normală.

- zona 2: Arie în care nu este probabilă apariţia unei atmosfere explozive gazoase la

funcţionarea normală şi în care, dacă totuşi apare, este probabil să apară numai rareori şi

doar pentru o perioadă scurtă de timp

25

Cum nu exista o regulă exactă referitoare la prezenţa atmosferei explozive (durata şi

probabilitate) în raport cu zonele clasificate Ex (0,1,2), pot fi luate în considerare datele din tabelul

de mai jos.

Tabel 1.1 Probabilitatea şi durata atmosferei explozive

Clasificarea ariei periculoase

(zona)

Probabilitatea - P

[an-1]

Durata - t

[ore /an]

0 P > 10-1 > 1000 h / an

1 10-1 > P > 10-3 10 ÷ 1000 h / an

2 10-3 > P > 10-5 < 10 h / an

Figura 1.14 Exemplu de zonare Ex rezervor vertical [18]

1.4. Echipamente de achiziţie a datelor spaţiale (3D)

Alegerea echipamentelor de măsurare se face funcţie de tipul, natura şi particularităţile

mărimilor pentru care se doreşte a se determina o valoarea în raport cu un referenţial. Pentru

obţinerea unor măsurători 3D este necesar a se determina unghiul orizontal, unghiul vertical şi

distanţa dintre sistemul de măsurare şi obiectul măsurat.

Dezvoltarea tehnici de măsurare a condus la înlocuirea panglicilor, ruletelor şi a

teodolitului cu echipamente de măsurare electronice precum staţia totală sau sisteme de scanare

laser 3D. Prin utilizarea unei fotodiode emiţătoare de lumină pentru măsurarea distanţelor şi

26

realizarea măsurătorilor unghiulare prin scanarea electrooptică a codurilor de bare digitale gravate

pe cilindrii sau discurile din sticlă rotative din cadrul instrumentelor să făcut tranziţia de la teodolit

la staţia totală.

La sfârșitul anilor 1970 și începutul anilor 1980, unii dintre producătorii europeni de

teodolite au încercat primele lor proiecte realizare a stațiilor totale. În unele dintre aceste modele

au fost incluse și primele încercări de colectare şi stocare a datelor electronic.

Următoarea etapă din dezvoltarea staţiilor totale a fost automatizarea acestora, care a

condus la apariţia a două noi tipuri de echipamente: staţia totală robotizata şi sistemele de scanare

laser 3D. O stație totală robotizata este un instrument electrooptic utilizat pentru efectuarea de

măsurători unghiulare şi distanţa care poate fi controlată de la distanţă şi poate fi programată

pentru realizarea măsurătorilor în mod automat. Un scanner 3D este un dispozitiv care analizează

un obiect sau un mediu din lumea reală pentru a colecta date despre formă și, eventual, aspectul

acestuia (de exemplu, culoarea). Datele colectate pot fi apoi folosite pentru a construi modele

digitale tridimensionale.

Sisteme de scanare laser 3D

Scanarea laser terestră este cea mai precisă metodă de determinare a modelelor 3D în teren

şi constă în devierea unei raze laser, prin intermediul unei oglinzi (prin baleiere sau rotaţie),

reflectarea razei laser de pe suprafaţa obiectului măsurat şi receptarea razei laser reflectate [20].

Figura 1.15 Principiul scanarii laser terestre [21]

27

Rezultatul scanării laser 3D îl reprezintă un set de puncte a căror poziţie este cunoscută într-un

sistem de coordonate şi poată denumirea de nor de puncte. Pentru fiecare punct se mai mai poate

determina, în funcţie de capabilităţile sistemului de măsurare utilizat intensitatea razei laser cât şi

valori RBG.

În procesul de măsurare, un sistem de scanare laser 3D terestru are următoarele

componente:

- Sistemul de deflecţie

- Sistemul de măsurare a distanţelor

- Sistemul de măsurare a unghiurilor

1.4.1.a. Sistemul de deflecţie

Abilitatea echipamentelor de scanare laser 3D de a măsura mai multe puncte din aceeaşi

staţie de scanare se datorează sistemului care baleiază raza laser pe direcţiile verticală şi orizontală.

Figura 1.16 Oglindă monogon [22]

În funcţie de tipul oglinzii utilizate exista 3 tipuri de sisteme:

- Sistem de oglinzi oscilante - Raza laser este deflectată orizontal şi vertical cu ajutorul a

două oglinzi, fiecare având un unghi de înclinare independent şi definitoriu pentru poziţia

undei, capul scaner rămâne staţionar în timpul de achiziţie al datelor [20].

- Oglinda oscilantă rotativă - Raza laser este deflectată vertical de către oglindă şi orizontal

este ghidată cu ajutorul unui sistem de tip servo-motor care îi permite scanerului să se

rotească în cantităţi mici, pas cu pas, in jurul axei sale verticale [20].

28

- O oglindă monogon este o oglindă dreaptă cu o singură suprafaţă reflectantă centrată pe

axa de rotaţie [20].

1.4.1.b. Măsurarea unghiurilor

Pentru măsurarea unghiurilor orizontale şi verticale în cadrul sistemelor de scanare laser 3D, se

utilizează discuri de sticlă pe care sunt marcate alternativ zone opace şi transparente [23]. Lumina

incidenta cade pe discul de sticla si o fotodioda converteste lumina, care variază în intensitate in

functie de suprafata intalnita, in semnal electric [20].

1.4.1.c. Măsurarea distanţelor

Poate fi realizată utilizând două metode:

- Timp de zbor – Distanţele sunt determinate prin măsurarea timpului dintre transmiterea şi

primirea semnalului.

- Diferență de fază- Principiul metodei constă în transmiterea unei unde de lumină, care în

prealabil a fost modulată în amplitudine cu un semnal care poate fi de mai multe tipuri,

către zona de interes, reflectanțele ei sunt colectate iar o unitate de calcul măsoară

diferenţele de fază dintre formele de fază trimise şi primite [20].

1.4.1.d. Registrația şi georeferențierea

Măsurătorile utilizând un sistem de scanare laser 3D se realizează din mai multe poziţii de scanare,

numărul acesta variind în funcţie de mărimea şi forma obiectului măsurat. Măsurătorile obţinute

dintr-o poziţie de scanare sunt exprimate într-un sistem de coordonate local, a cărui origine se afla

în centrul geometric al scannerul 3D.

Registrația este procesul prin care norii de puncte obţinuţi din poziţiile de scanare sunt translataţi

într-un singur sistem de coordonate, norul de puncte rezultând având denumirea de cluster [20].

Relaţia în urma căreia se realizează registraţia este următoarea:

Unde:

R este matricea de rotaţie;

T este vectorul care descrie translaţiile

𝑋𝑐 este sistemul de coordonate în sistemul comun

𝑋𝑆 este sistemul de coordonate în sistemul scaner

𝑋𝑐 = 𝑅 · 𝑋𝑆 + 𝑡 (1.1)

29

Figura 1.17 Registraţie [24]

Georeferențierea este procesul prin care datele obţinute în urma registraţiei este translatat

într-un sistem de de coordonate global [20].

Figura 1.18 Georeferenţiere [24]

1.4.1.e. Erorile de măsurare

Erorile de măsurare în scanarea laser terestră pot fi împărţite în următoarele categorii:

- Erori instrumentale

30

Aceste erori sunt provocate de calitatea de realizare a părţilor componente ale sistemului

de măsurare. Toleratele pentru fabricare, montaj şi reglare a părţilor componente conduc sunt

direct responsabile de erorile sistematice ale sistemul de măsurare, care pot fi limitate prin

utilizarea unor metode care să combată erorile instrumentale.

Divergenta razei laser consta în lărgirea acesteia pe măsură ce străbate o distanţă, având un efect

asupra locaţiei ughulare a punctului măsurat. Divergenta fasciculului laser conduce la mărimea

amprentei laser pe suprafaţa măsurată, ceea ce poate conduce la eroarea de margini mixte, o parte

din raza se opreşte la primul obstacol întâlnit iar cealaltă străbate mediul de propagare până

întâlneşte un obstacol care să reflecte lumina emisă de scanner.

Figura 1.19 Margini mixte [25]

Pentru realizarea măsurătorilor tridimensionale, sisteme de scanare laser 3D folosesc trei

sisteme: deflecţia razei laser, măsurarea distanţelor şi unghiurilor orizontale şi verticale.

Neperpendicularitatea axelor echipamentului de scanare laser 3D: Axa verticală VV - axa

principală de rotaţie a instrumentului, Axa orizontală OO – axa de rotaţie a oglinzii (axa

secundară), Axa de colimaţie CC – axa care trece prin centrul oglinzii şi coincide cu punctul din

care raza laser este baleiata, conduc la diferite erori de măsurare: [20].

Eroarea de colimaţie apare în cazul în care axele OO şi LL nu sunt perpendiculare, dimensiunea

ei este unghiulară şi este reprezentată de dimensiunea unghiului format de axă de colimaţie şi

normala la axa orizontală, măsurat în planul care conţine axa de colimaţie şi orizontală [20].

Eroarea de înclinare a axei orizontale apare în cazul în care axele OO şi VV nu sunt

perpendiculare. Dimensiunea ei este una unghiulară şi este reprezentată de dimensiunea unghiului

format de axa orizontală OO şi normala la axa verticală VV, măsurată în planul care conţine axele

orizontale şi verticale [20].

Eroarea de orizontalizare a scanerului nu este o eroare instrumentală însă dacă aceasta apare axa

VV nu mai este verticală (nu se confundă cu normala în punctul respectiv pe sensul gravitaţiei) şi

implicit afectează rezultatul măsurătorilor [20].

31

- Erori cauzate de tipul obiectului

Pentru ca sistemele de scanare laser 3D utilizează lumina reflectată de către suprafaţa

măsurată, factorii care o influenţează au un impact puternic asupra rezultatelor determinărilor.

Reflexia luminii este influenţată de lungimea de undă a laserului, culoarea, temperatura, forma şi

rugozitatea suprafeţei, unghiul de incidenta. Utilizarea sistemelor de scanare laser 3D pentru

măsurarea suprafeţelor care împrăştie (strălucitoare) sau absorb o mare parte din lumină emisă de

echipamentul de măsurare (suprafeţele negre) este problematică.

În alegerea poziţiilor de scanare, este recomandat a se ţine cont de unghiul de incidenta

făcut de raza laser cu suprafaţa măsurată. Acesta poate afecta determinările de distanţe, a influenţa

care poate fi determinată utilizând relaţia de mai jos

Unde:

∆𝐷- variația distanței

𝐷- distanța

𝜃- divergența razei laser

𝑖- unghiul de incidență

- Erori cauzate de mediul ambiant

Temperatura, presiunea, umidtatea relativa a mediului ambiant si vibratile poate influenta in mod

direct procesul de masurare si precizia rezultatelor.

- Erori metodologice

Din această categorie fac parte erorile cauzate de alegerea greşită a poziţiilor de scanare, utilizarea

unei rezoluţii de scanare inadecvate sau a unui sistem de scanare nepotrivit.

∆𝐷 =𝐷𝜃

2· tan 𝑖 (1.2)

32

22.. Standarde naţionale şi internaţionale

La nivel internaţional, exista numeroase strandarde, norme şi recomandări de lucru care

privesc aspecte legate de ingineria mecanică în toate etapele duratei de viață a rezervorului,

proiectarea și construcția, modificarea utilizării, funcționarea, inspecția, testarea, întreținerea,

reparația, dezafectarea și demolarea cât şi pentru activităţile de calibrare. [15]

2.1. Standarde naţionale şi internaţionale pentru proiectare, execuţie şi inspecţie

Model Code of Safe Practice Part 2: Design, construction and operation of petroleum

distribution installations

Instituţia emitentă: Energy Institute UK

Publicat: Julie 2013

REF/ISBN: 9780852936634

Ediţie: 4

Status: În vigoare

Codul de bună practica prezintă o imagine de ansamblu generală a tuturor aspectelor

instalațiilor de distribuție a petrolului, de la etapa inițială de planificare până la construcție și

funcționare.

Acoperirea problemelor individuale este, în general, scurtă, dar oferă o imagine bună

asupra tuturor aspectelor necesare pentru funcționarea în siguranță a instalațiilor de distribuție a

petrolului. Aceasta include securitatea amplasamentului, aspectul rezervoarelor, facilitățile de

transfer de mărfuri, gestionarea sănătății și siguranței, situațiile de urgență, închiderea și

demolarea [15] [16]. Acesta este în primul rând destinat utilizării de către cei implicați în

proiectarea, proiectarea, construcția și exploatarea noilor instalații de distribuție și cele care se află

în curs de reamenajare semnificativă [15] [16]. Integritatea mecanică a rezervoarelor de stocare la

presiune atmosferică nu este punctul central al publicației, dar există o acoperire de ansamblu a

acestei probleme. Există detalii cu privire la numărul necesar, amplasarea și mărimea gurilor de

vizitare, precum și furnizarea de scurgere a apei pentru acoperișurile plutitoare [15].

Ghidul nu este potrivit ca un singur standard recomandat pentru gestionarea integrității

mecanice a rezervoarelor de stocare atmosferică. Publicația ar trebui văzută ca o piesă informativă

pentru a alerta operatorii cu privire la problemele pe care ar trebui să le ia în considerare și una

care oferă referințe la publicații care prezintă o acoperire mai detaliată [15] [16].

33

EEMUA 159: Above ground flat bottomed storage tanks - a guide to inspection,

maintenance and repair

Instituţia emitentă: The Engineering Equipment and Materials User Association UK

Publicat: 14 Septembrie 2017

REF/ISBN: 978-0-85931-218-9

Ediţie: 5

Status: În vigoare

Publicatia este destinată în primul rând pentru a ajuta la stabilirea cerințelor esențiale de

inspecție și întreținere a rezervoarelor de stocare produse petroliere, cilindrice verticale

supraterane metalice, pentru defectiunile si pentru a prelungi durata de viață utilă [14]

EEMUA 159 prezintă informații detaliate despre rezervoare precum elemente

componente, mecanismul si modurile de degradare și defectare, coroziunea rezervoarelor, tehnici

generale de inspectie a rezervoarelor, evaluarea conditiei curente a: fundatieii rezervorului,

virolelor, capacelor (fixe sau flotante), vopselei, izolatiei.

API Standard 650 Welded Tanks for Oil Storage

Instituţia emitentă: American Petroleum Institute

Publicat: Ianuarie 2016

REF/ISBN: -

Ediţie: 12

Status: În vigoare

Această publicație include o acoperire aprofundată a elementelor de proiectare și

construcție ale rezervoarelor de stocare produse petroliere la presiune atmosferică si care nu

servesc la servicii de refrigerare, care au o temperatură maximă de proiectare de 93°C, prin

stabilirea cerințele minime pentru material, proiectare, fabricare, montaj și inspecție. [26]

Standarul este destinat să ajute clientii cat si și producătorii să comande sau sa fabrice

rezervoare si include detaliile de sudură și toleranțele dimensionale.

Este inclusă o discuție detaliată a designului rezervorului și a specificațiilor materialelor, inclusiv

calculele ingineriale relevante și diagramele caracteristicilor structurale [27]. Calitatea sudurilor

este discutată pe larg, la fel ca și diferitele metode de inspectare a sudurilor după construcție, dar

34

nu se referă la funcționare, inspecție (altele decât inspecția post-construcție) și întreținere; acestea

sunt acoperite de standardul API 653.

API 653: Tank Inspection, Repair, Alteration, and Reconstruction

Instituţia emitentă: American Petroleum Institute

Publicat: Noiembrie 2014

REF/ISBN: -

Ediţie: 5

Status: În vigoare

API 653 este standardul însoțitor pentru API 650 și este destinat să acopere toate aspectele

legate de inspecția, repararea, modificarea și reconstrucția rezervoarelor construite conform

standardului API 650 și predecesorului său 12C. [27]

Standardul oferă o acoperire aprofundată a diferitelor aspecte ale integrității mecanice ale

rezervoarelor de stocare atmosferică şi conţine cerinţele minime pentru menținerea integritatea

rezervoarelor imbinate prin sudare sau nituite, ne-refrigerate, la presiune atmosferica. Acesta

acoperă inspecția de întreținere, repararea, modificarea, relocarea și reconstrucția rezervoarelor

respective. [27]

Metodele şi frecvenţa inspecţiilor sunt descrise în standard, incluzând o listă completă de

verificare pentru inspecții în exploatare și în afara serviciului, prezentarea metodelor adecvate de

testare nedistructive, precum și informații privind certificarea inspectorilor.

Reparația rezervoarelor este prezentată detaliat, furnizată pe tipuri acceptabile de reparații și

proceduri pentru efectuarea acestora şi aspecte legate de modificarea structurii rezervoarelor,

inclusiv creşterea capacităţii de stocare prin mărirea înălțimii rezervorului [28].

Sunt incluse informații detaliate privind reconstrucția rezervoarelor, care prezintă

metodele potrivite pentru dezmembrarea rezervoarelor, precum și aspectele de proiectare și

reconstrucție cât şi informații privind toleranțele pentru sudură și dimensionale, furnizarea

marcajelor și plăcuțelor de identificare aprobate pe rezervoarele reconstituite [27] [28].

API 653 oferă o acoperire excelentă privind testarea, inspecția și întreținerea, pentru a completa

informațiile despre proiectare și construcție furnizate în API 650 [27].

35

SR EN 14015: specificaţii pentru proiectarea şi fabricarea rezervoarelor de oţel, sudate,

supraterane, cu fund plat, cilindrice, verticale, construite în situ, destinate depozitarii

lichidelor la temperatura ambiantă sau superioară

Instituţia emitentă: European Committee for Standardization prin Asociaţia de Standardizare din

România

Publicat: Noiembrie 2005

ICS: 23.020.10

Ediţie: -

Status: În vigoare

Standardul stabileşte condiţiile pentru materiale, proiectare, fabricaţie, montaj, încercări şi

control pentru rezervoare de oţel, sudate, supraterane, cu fund plat, cilindrice, verticale, construite

în situ, destinate depozitarii lichidelor la temperatura ambiantă sau superioară, şi agrementele

tehnice necesare [29].

Publicatia se referă la integritatea structurală a rezervoarelor și nu prevede cerințe privind

definirea procesului, aspectele operaționale, facilitățile de siguranță și combaterea incendiilor

[29]. Există o bună acoperire a testelor post-construcție, inclusiv diferitele metode de inspecție și

procedurile de testare disponibile. Accentul este pus mai degrabă pe testarea post-construcție

decât pe inspecție și testare din perspectiva integrității mecanice continue în timpul funcționării.

Anexele la standard oferă detalii suplimentare privind o serie de aspecte, printre care:

- cerințe pentru capacele flotante

- recomandări privind dispozițiile seismice

- recomandări pentru alte tipuri de funduri de rezervoare

- recomandări pentru fundațiile rezervoarelor

SR E 1993-4-2 Eurocod 3 Proiectarea structurilor de oţel partea 4-2: Rezervoare

Instituţia emitentă: European Committee for Standardization prin Asociaţia de Standardizare din

România

Publicat: Decembrie 2008

ICS: 23.020.01;91.010.30;91.080.10

Ediţie: -

Status: În vigoare

36

Patea 4.1 a Eurocodului stabileste principiile si regurile de aplicare pentru proiectarea

rezervoarelor cilindrice verticale, situate deasupra solului, cu urmatoarele caracteristice: [30]

- Presiuni interioare deasupra nivelului lichidului nu mai mici de -100 m bar si numai mari

de 500 mbar.

- Temperatura de proiectare a structurii metalice a rezervorului cuprinsa intre -50°C si

300°C.

Partea 4.2 tratează numai cerinţele de rezistenţă şi stabilitate ale rezervoarelor de oţel. Alte

cerinţe de proiectare sunt indicate în SR EN 14015 pentru rezervoarele situate la temperatura

ambiantă, şi în SR EN 14620 petru rezervoarele criogenice, EN 1090 pentru cerinţele de fabricare

şi montaj [30].

Valorile numerice al încărcărilor asupra rezervoarelor din oţel care sunt luate în considerare la

etapa de proiectare sunt indicate în EN 1991-4 Acţiuni asupra silozurilor şi rezervoarelor,

prevederi suplimentare pentru încercările rezervoarelor sunt prezentate in anexa A [30] [31].

C 220-85 Instrucţiuni tehnice privind verificările abaterilor de la forma geometrică şi a

calităţii cusăturilor sudate ale rezervoarelor din oţel cilindrice verticale pentru depozitarea

ţiţeiului şi a produselor petroliere lichide

Instituţia emitentă: MATRIX ROM

Publicat: 1985

ICS:

Ediţie: -

Status: În vigoare

Norma tehnica prezintă instrucţiuni pe verificarea calităţii execuţiei rezervoarelor din oţel

cilindrice verticale, care au o capacitate cuprinsă intre 100—50000 m3. [32]

Aceasta face referire la rezervoarele asamblate prin sudare, cu excepţia celor criogenice şi a

gazometrelor. Asamblarea se poate efectua prin procedeul industrial de roluire sau prin sudare,

tolă cu tolă.

Publicaţia prezintă valorile maxime admise ale abateri limită de la formă geometrică a

rezervoarelor montate tolă cu tolă, abateri limită de la formă geometrică a rezervoarelor executate

prin roluire, controlul calităţii cusăturilor sudate ale rezervoarelor cât şi tipurile de încercări.

37

2.2. Normative Metrologice

La nivel naţional, Ordonanţa de Guvern nr. 20 din 21/08/1992 privind activitatea de

metrologie, cu modificările şi completările ulterioare, defineşte mijloacele de măsurare supuse

controlului metrologic legal ca totalitatea mijloacelor de măsurare şi măsuri care sunt utilizate în

domenii de interes public privind sănătatea şi siguranţa populaţiei, ordinea publică, protecţia

mediului, protecţia consumatorilor, perceperea taxelor şi impozitelor şi corectitudinea

tranzacţiilor comerciale, care afectează direct sau indirect viaţa cetăţenilor [33].

Ordinul BRML nr. 148 din 15 mai 2012 (Ordinul 148/2012) pentru aprobarea Listei

oficiale a mijloacelor de măsurare supuse controlului metrologic legal L.O. – 2012, clasifică

rezervoarele de stocare produse petroliere la categoria L28, Rezervoare de stocare pentru lichide,

Sortimentul L28-1, Rezervoare de stocare pentru lichide, altele decât cele pentru gaze lichefiate,

iar ca modalitate de control verificare metrologică iniţială sau periodică cu o periodicitate de 12

ani [34]. Totodată, este definită şi trasabilitatea rezultatelor măsurărilor efectuate cu mijloace de

măsurare supuse controlului metrologic legal şi obligativitatea documentarii acesteia.

Conform VIM, trasabilitate metrologică reprezintă proprietate a rezultatului unei măsurări

de a putea fi raportat la o referinţă prin intermediul unui lanţ neîntrerupt şi documentat de etalonări,

fiecare contribuind la incertitudinea de măsurare [35].

Figura 2.1 Lanţ de trasabilitate metrologică [36]

38

Pentru reglementarea activităţilor de calibrare a rezervoarelor de stocare produse

petroliere, BRML a emis norma de metrologie legală NML 017-05 "Rezervoare de stocare pentru

lichide" publicat în Monitorul Oficial, Partea I nr. 664 bis din 26/07/2005. Aceasta defineşte

domeniul de aplicare pentru rezervoarele de stocare pentru lichide care pot fi utilizate la încheierea

unor tranzacţii comerciale şi la determinări oficiale de stocuri din gestiune şi stabileşte ca

incertitudinea extinsă a valorilor volumelor înscrise în tabela de calibrare, 0,2% din volumul

indicat, pentru rezervoarele cilindrice verticale calibrate printr-o metodă geometrică sau mixtă;

[37].

2.3. Standarde naţionale şi internaţionale pentru calibrarea rezervoarelor

La nivel internaţional, organizaţia internaţională pentru standardizare a elaborat suită de

standarde ISO 7505 Petroleum and liquid petroleum products -- Calibration of vertical cylindrical

tanks, alcătuită din 5 standarde individuale pentru calibrarea rezervoarelor de stocare produse

petroliere cilindrice verticale printr-o metodă geometrică.

ISO 7507-1:2003 Petroleum and liquid petroleum products -- Calibration of vertical

cylindrical tanks - Part 1: Strapping method

Publicaţia descrie metodă de calibrare a rezervoarelor cilindrice verticale prin centurarea

rezervorului folosind o ruletă de măsurare. Sunt descrise operațiunile de centurare, corecțiile care

CONTRIBUŢII LA UTILIZAREA ECHIPAMENTELOR DE ...digilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/taranuandrei.pdf3...

Documents

Transcript of CONTRIBUŢII LA UTILIZAREA ECHIPAMENTELOR DE ...digilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/taranuandrei.pdf3...