Разработка методов предупреждения чрезвычайных ситуаций при эксплуатации технологического оборудования объектов добычи и переработки сероводородсодержащего газа

Разработка основ и методов управления безопасностью и предупреждения чрезвычайных ситуаций при эксплуатации оборудования ГХК по критериям риска и вероятности отказа. Достоверность выявления методами неразрушающего контроля сероводородных повреждений.

Рубрика Производство и технологии
Вид автореферат
Язык русский
Дата добавления 20.11.2018
Размер файла 1,2 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Разработка методов предупреждения чрезвычайных ситуаций при эксплуатации технологического оборудования объектов добычи и переработки сероводородсодержащего газа

МИТРОФАНОВ АЛЕКСАНДР ВАЛЕНТИНОВИЧ

Москва - 2006

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Статистика аварий и чрезвычайных ситуаций (ЧС) и данные о тяжести их последствий свидетельствуют о существовании народнохозяйственной проблемы предупреждения ЧС при эксплуатации технологического оборудования (оборудования) опасных производственных объектов (ОПО) газохимических комплексов (ГХК) по добыче и переработке природного газа, содержащего сероводород и другие коррозионные и токсичные компоненты.

Государственной политикой, выраженной Федеральными законами: "О промышленной безопасности опасных производственных объектов"; "О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера"; "О техническом регулировании" и др., заданы новые, более высокие, уровни требований по безопасности и приоритетность мер, направленных на предупреждение ЧС при эксплуатации ОПО.

Фактическая частота и тяжесть последствий ЧС, имевших место при эксплуатации оборудования ГХК, превышают допустимые значения и показывают актуальность исследования закономерностей возникновения причин ЧС и методов их предупреждения. Эта ситуация характерна для многих крупных ГХК и, в их числе, для Оренбургского (ОГХК) и Астраханского (АГХК).

По данной проблеме в настоящее время накоплен отечественный и зарубежный опыт эксплуатации оборудования ГХК с учетом результатов диагностирования его состояния, и разработан ряд методических материалов по анализу риска эксплуатации ОПО (РД 03_418 и др).

Работа выполнена в соответствии с приоритетными направлениями развития науки и техники, решения научно-технических проблем ОАО “Газпром” и программами научно-технических разработок ООО "Оренбурггазпром" и ООО "Астраханьгазпром".

Цель диссертационной работы. Разработка и внедрение методов предупреждения ЧС при эксплуатации оборудования ГХК.

Основные задачи исследования:

1. Исследование проблемы предупреждения отказов и ЧС при длительной эксплуатации оборудования ГХК.

2. Разработка теоретических основ концепции и методов управления безопасностью и предупреждения ЧС при эксплуатации оборудования ГХК по критериям риска и вероятности отказа.

3. Обоснование выбора, достоверности методов контроля и качества программ обследования оборудования.

4. Исследование достоверности выявления и идентификации методами неразрушающего контроля (НК) сероводородных повреждений и деградации свойств металла оборудования.

5. Исследование достоверности расчетных методов оценки прочности и ресурса элементов оборудования ГХК и обоснование параметров и критериев оценки их безопасности по уровням риска и вероятности отказа.

6. Разработка основных технических решений базы данных о состоянии и риске отказа оборудования.

7. Обоснование и разработка состава комплекта и основных положений нормативных документов (НД) по управлению безопасностью и предупреждению ЧС при эксплуатации оборудования ГХК.

8. Создание и развитие специализированной базы по обеспечению научно-технического уровня разработок, качества и оперативности работ.

9. Внедрение концепции и методов управления безопасностью и предупреждения ЧС при эксплуатации оборудования на производственных объектах ГХК.

Научная новизна

Разработаны концепция и методы управления безопасностью, предупреждения ЧС и поддержания на допустимом уровне вероятности отказа конструктивных элементов и оборудования в целом, учитывающие специфику повреждающего воздействия сероводородсодержащих сред.

Результатами исследования зависимости прогнозируемых значений остаточного ресурса и вероятности достижения предельного состояния V элементов оборудования установлены и обоснованы: тесная корреляционная связь с коэффициентом до -0,9 между lgV и ; области уровней риска отказа Ra1Ra5 относительно допустимой вероятности отказа, уровней вероятности Va1Va5 и тяжести последствий С1С5 отказа элементов оборудования; границы значений и соответствующие им области значений вероятности отказа поврежденных элементов оборудования, определяющие уровни вероятности отказа элементов оборудования Va1 Va5 в качестве критерия распределения элементов оборудования по уровням риска отказа Rа1 Rа5 для различных уровней тяжести последствий возможного их отказа С1 С5.

Теоретически обоснованы и подтверждены экспериментально: принцип оценки и модель выбора и обоснования поэлементного качества программы обследования оборудования и критерии допустимой вероятности необнаружения заданных параметров дефектов; новые значения параметров, условия и зависимости, повышающие достоверность НК и оценки несплошностей основного металла, сварных швов и механических свойств металла элементов оборудования сероводородстойкого исполнения.

На основе метода оценки уровней риска и критериев вероятности отказа элементов оборудования впервые разработаны: структурно-аналитическая модель анализа состояния и риска отказа, прогнозирования ресурса и планирования обследований элементов оборудования; схема замкнутого цикла информационного потока базы данных по результатам обследования, принятия и исполнения технических решений профилактики отказов и условий безопасности для подконтрольной эксплуатации поврежденных элементов оборудования; схема оптимизации сроков и программы обследования оборудования, позволяющая обеспечить уровень вероятности отказа его элементов в допустимой области значений на прогнозируемый период.

На защиту выносятся следующие положения:

- концепция и методы управления безопасностью, предупреждения ЧС и поддержания на допустимом уровне вероятности отказа элементов при эксплуатации оборудования ГХК, учитывающие специфику повреждающего воздействия сероводородсодержащих сред;

- результаты исследования и экспериментально-теоретического обоснования: обобщенного показателя состояния элементов оборудования - уровня вероятности отказа как критерия оценки области значений вероятности отказа по результатам обследования и определения остаточного ресурса работы; принципа оценки качества, модели выбора и обоснования программы обследования элементов оборудования и критериев вероятности необнаружения дефектов; новых значений параметров, условий и зависимостей, повышающих достоверность НК и оценки несплошностей основного металла, сварных швов и механических свойств металла элементов оборудования сероводородстойкого исполнения;

- результаты разработки и внедрения: структурно-аналитической модели анализа состояния и планирования обследований элементов оборудования по критериям риска и вероятности отказа; схемы замкнутого цикла информационного потока базы данных для подконтрольной эксплуатации поврежденных элементов оборудования; схемы оптимизации сроков и программ обследования оборудования, позволяющей обеспечить уровень вероятности отказа его элементов в допустимой области значений на прогнозируемый период.

Основные методы исследований

Для решения поставленных задач в работе использованы методы: модельных и натурных исследований достоверности НК и идентификации специфических сероводородных коррозионных повреждений металла оборудования; статистические и расчетно-экспериментальные методы исследования повреждаемости, напряженно-деформированного состояния (НДС), прочности и долговечности элементов оборудования.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Концепция и методы управления безопасностью и предупреждения ЧС при эксплуатации оборудования внедрены на ОГХК и АГХК. По результатам внедрения выявлено и отремонтировано более 3000 элементов оборудования, имевших недопустимые дефекты, более 10 000 единиц оборудования и трубопроводов, выработавших проектный ресурс работы, находятся в подконтрольной эксплуатации, сроки безопасной эксплуатации большинства из них прогнозируются до 2030 года при заданных параметрах и мерах предупреждения отказов.

Разработанные и апробированные научно-технические решения реализованы в ряде НД, основными из которых являются:

- Положение об организации технического обслуживания, ремонта и замены арендованных и собственных основных средств ООО "Оренбурггазпром" по фактическому техническому состоянию (утв. ОАО "Газпром" 27.01.2003 г., согл. Госгортехнадзором России 15.11.2002 г.);

- Положение о диагностировании технологического оборудования и трубопроводов газонефтедобывающих и перерабатывающих предприятий ОАО "Газпром" (утв. ОАО "Газпром" 16.12.2000 г., согл. Госгортехнадзором России 05.12.2000 г.);

- Положение об организации ремонта основных производственных средств газонефтедобывающих и перерабатывающих предприятий ОАО "Газпром" (утв. ОАО "Газпром" 16.12.2000 г., согл. Госгортехнадзором России 05.12.2000 г.);

- Методика диагностирования технического состояния фонтанных арматур скважин, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред, на объектах газодобывающих предприятий ОАО “Газпром” (утв. ОАО “Газпром” 23.12.2000 г., согл. Госгортехнадзором России 20.12.2000 г.);

- Положение о диагностировании технологического оборудования и трубопроводов предприятия "Оренбурггазпром", подверженных воздействию сероводородсодержащих сред (утв. ОАО "Газпром" 30.05.1998 г., согл. Госгортехнадзором России 27.05.1998 г.);

- Положение о диагностировании технологического оборудования и трубопроводов Астраханского газоперерабатывающего завода (утв. РАО “Газпром” 01.06.1996 г., согл. Госгортехнадзором России 30.05.1996 г.);

- Стандарты предприятия, инструкции и положения, определяющие специальные требования по видам НК, обучению и аттестации специалистов НК, поверочным расчетам прочности и качеству работ.

По результатам внедрения концепции и методов управления безопасностью и предупреждения ЧС при эксплуатации оборудования ГХК постановлением Правления ОАО “Газпром” №47 от 21.08.2003 г. работа отмечена премией и дипломом ОАО “Газпром” в конкурсе 2003 г. “За создание, освоение и внедрение новой техники, прогрессивных технологий, высокоэффективной продукции и материалов, имеющих первостепенное значение для решения важнейших проблем развития газовой промышленности, направленных на повышение надежности и эффективности функционирования объектов”.

Разработанные и представленные в диссертации технические решения и НД по управлению безопасностью и предупреждению ЧС при эксплуатации оборудования ГХК используются в процессе подготовки специалистов, занимающихся безопасностью оборудования.

Апробация работы

Основные результаты работы доложены на научно-технических конференциях и семинарах, включая:

- Международные научно-технические конференции “Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред”, г. Оренбург, 20-22 октября 1997 г., 23-27 февраля 1999 г., 20-24 ноября 2000 г., 18-22 ноября 2002 г., 22-25 ноября 2004 г.;

- Международный тематический семинар “Диагностика оборудования и трубопроводов КС”, г. Калининград, сентябрь 1999 г.;

- 3-ю Международную конференцию “Энергодиагностика и Condition Monitoring”, г. Нижний Новгород, сентябрь 2000 г.;

- 3-ю Международную конференцию “Диагностика трубопроводов”, г. Москва, 21-26 мая 2001 г.;

- 4-ю Международную научную конференцию “Прочность и разрушение материалов и конструкций”, г. Оренбург, 15-17 февраля 2005 г.;

- Международные деловые встречи по диагностике магистральных трубопроводов и энергомеханического оборудования ОАО “Газпром”: “Диагностика - 932005”, всего 11 деловых встреч.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано более 100 печатных работ, в том числе одна монография, шесть НД отраслевого уровня и 10 работ входящих в "Перечень…" ВАК РФ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения; изложена на 378 страницах; содержит 180 рисунков, 69 таблиц и список использованных источников из 194 наименований.

Условные обозначения

Q - обобщенная характеристика нагруженности элементов оборудования; Траб - рабочая температура; L - обобщенная характеристика конструктивного исполнения элементов оборудования; pH, PH2S - характеристики рабочей среды; N, f - обобщенные характеристики режимов нагружения (наработка, частота и т.д.); l - обобщенная характеристика дефектов элементов оборудования; R - обобщенная характеристика несущей способности материалов элементов оборудования; t - время эксплуатации элементов оборудования; Qk, [Rk], lk, [lk], Nk, [Nk], и др. - текущие значения параметров технического состояния (ПТС), изменение которых приводит элемент оборудования в k-е предельное состояние (ПС), и их допустимые значения (критерии ПС) соответственно; а = dlk/dt, dlk/dN, dQk/dt, dRk/dt и др. - скорость изменения ПТС и критериев ПС; - расчетная величина остаточного ресурса работы элементов оборудования; А - разность между фактическим значением ПТСk и критерием ПСk, значение, достижение которого приводит элемент оборудования в k-е предельное состояние по ведущему механизму повреждения; Vai - показатель уровня вероятности отказа; KIi - показатель уровня качества обследования; Сi - показатель уровня тяжести последствий отказа, как возможной аварии; i - показатель уровня риска отказа; V - прогнозируемое значение вероятности возникновения отказа; pS(S) - распределение плотности вероятности резерва прочности, т.е. плотность распределения случайной величины как разности законов распределения несущей способности и нагрузки; [V] - максимальное допустимое (предельное) значение вероятности отказа, учитывающее повреждающее воздействие рабочих сред, технические, экономические и другие факторы, удовлетворяющее требованиям государственных и отраслевых норм и правил; TV - время достижения значением V элементов оборудования величины [V]; TN - период эксплуатации оборудования ГХК между экспертными обследованиями, установленный нормативной документацией; n = 210 - коэффициент запаса по и по времени достижения значений V элементов оборудования величины [V], учитывающий потенциальную опасность оборудования и объекта; Т - назначенный ресурс (время) эксплуатации оборудования до очередного обследования, ремонта, замены; VНО - вероятность необнаружения заданных значений дефектов-отклонений ПТС элемента оборудования при обследовании; В - предел прочности; 0,2 - предел текучести; HB- твердость по шкале Бринелля; HL - твердость по шкале Лейба; HV - твердость по шкале Виккерса; Ra - шероховатость поверхности; - относительная деформация; P - внутреннее давление; ф - физический ресурс; ПО - предыдущее обследование; ТО - текущее обследование; ДК - дополнительный контроль; ПК - промежуточный контроль; ОО - очередное обследование; TТО, Р - время до технического обслуживания или ремонта оборудования; НОЭ - потенциально не опасные элементы оборудования; ПОЭ - потенциально опасные элементы оборудования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулированы цель и задачи исследования, положения, выносимые на защиту, научная новизна, практическая значимость и реализация результатов исследования.

В первой главе представлены результаты исследования проблемы предупреждения отказов и ЧС при длительной эксплуатации оборудования ГХК. Рассмотрены: литературные данные и первоисточники по негативным событиям, характеризующим проблему аварийности при создании и развитии зарубежных и отечественных ГХК; специфика коррозионной повреждаемости металла оборудования, эксплуатируемого на этих объектах, проявляющаяся в виде сульфидного коррозионного растрескивания под напряжением (СКРН), водородиндуцированного растрескивания (ВИР) и сульфидного износа металлических поверхностей. Выполнен анализ опыта применения известных методов предупреждения дефектов оборудования на этапах его проектирования, изготовления, монтажа и эксплуатации.

Результаты исследования причин имевших место отказов и ЧС при эксплуатации оборудования ОГХК за 25-летний период от начала эксплуатации (около 2000 случаев) показали: основной причиной ЧС являются отказы элементов оборудования; причины отказов имеют системный, многофакторный характер - 70% из них обусловлены двумя и 29% - тремя факторами; частота и тяжесть последствий отказов значительно превышают допустимые. Практически во всех случаях проявилась коррозионная специфика рабочей среды, а также дефекты изготовления и монтажа, ошибки в выборе материалов и конструкций, недостатки антикоррозионных мер и системы обеспечения безопасности.

Основываясь на результатах исследования опыта применения и литературных данных о методах предупреждения отказов, сделано предположение, что предупредить ЧС при эксплуатации оборудования ГХК возможно путем разработки и внедрения методов управления безопасностью его элементов на заданном уровне по критериям риска и вероятности отказа.

Основываясь на работах многих авторов, занимающихся проблемой сероводородной повреждаемости металла оборудования: Ботвиной Л.Р., Кушнаренко В.М., Легезина Н.Е. и др., в работе ставится и решается задача установления возможности выявления повреждений и других дефектов в элементах оборудования на ранней стадии их возникновения и принятия адекватных предупредительных мер до того, как поврежденные элементы привели к отказу.

Во второй главе представлены результаты разработки теоретических основ концепции и методов управления безопасностью и предупреждения ЧС при эксплуатации оборудования ГХК. Разработка выполнена на основе работ известных ученых в области надежности и безопасности ответственных конструкций: Беляева Б.И., Болотина В.В., Махутова Н.А., Ржаницына А.Р., Светлицкого В.А. и др. и результатов выполненных исследований.

Сущность концепции заключается в классификации всего множества единиц оборудования ГХК по уровням безопасности - риска отказа элементов оборудования и применении дифференцированных, соответствующих риску управляющих воздействий по коррекции безопасности и мониторингу состояния. Управляющие воздействия планируются и осуществляются на системной основе путем применения определенных методов, объемов и периодичности контроля и коррекции состояния, основанных на критериях выявляемости и достоверности идентификации повреждений, и методов прогнозирования ресурса безопасной эксплуатации в зависимости от уровня риска отказа. При этом для элементов оборудования с высоким риском отказа управляющие воздействия основываются на критерии - вероятность отказа.

Концепция реализуется в виде технологического комплекса по мониторингу состояния и профилактике отказов оборудования ГХК (технологический комплекс), рисунок 1, и системы предупреждения ЧС при эксплуатации оборудования ГХК (система), рисунок 2.

Рисунок 1 - Модель технологического комплекса по мониторингу состояния и профилактике отказов оборудования ГХК

Для управления безопасностью эксплуатации оборудования ГХК определены роль и назначение, разработаны технические и технологические решения, нормативное и методическое обеспечение элементов системы:

- политики предприятия, эксплуатирующего оборудование, основанной на положениях государственных, отраслевых и собственных нормативных, методических и др. документов, устанавливающих ответственность, полномочия, нормативы и критерии безопасности, финансирование, планирование и производство работ, учет и отчетность, и многие другие правила и процедуры, в совокупности определяющие системность действий предприятия по поддержанию допустимого уровня безопасности при эксплуатации оборудования и предупреждению ЧС;

- мониторинга состояния и профилактики отказов оборудования, основанных на информационно-аналитическом обеспечении методов поддержания состояния оборудования на требуемом уровне безопасности;

- анализа качества работ, эффективности системы и разработки корректирующих мер;

- совершенствования системы путем пересмотра действующих и разработки новых документов, нормативов и критериев; повышения уровня квалификации специалистов; развития материально-технической базы и адаптации методов и средств обследования и коррекции состояния элементов оборудования с учетом специфики ГХК.

Рисунок 2 - Структурная схема системы предупреждения ЧС при эксплуатации оборудования ГХК

Представленная система по сути является подсистемой системы управления промышленной безопасностью ОПО ГХК. Система соответствующим образом включается также в государственные системы промышленной безопасности и предупреждения ЧС.

В концепции анализ риска отказа элементов оборудования основывается на полуколичественном методе. Качественный метод применяется для предварительного ранжирования по степени риска оборудования, по которому недостаточно данных для полуколичественного анализа, например, для новых объектов. Количественный метод применяется в виде оценки времени эксплуатации до достижения совокупностью наиболее поврежденных элементов оборудования максимально допустимой вероятности отказа.

Для анализа состояния, риска отказа, прогнозирования ресурса и планирования обследований элементов оборудования ГХК по критериям риска и вероятности отказа теоретически обоснована, разработана и применяется модель, представленная на рисунке 3. С целью оценки и распределения элементов оборудования ГХК по уровням риска отказа приняты и обоснованы следующие градации: Ra5 - высокий риск, Ra4 - риск выше среднего, Ra3 - средний риск, Ra2 - низкий риск, Ra1 - очень низкий риск. Для установления уровня риска отказа элементов оборудования ГХК полуколичественным методом обоснованы, апробированы и применяются: пять уровней тяжести последствий возможного отказа С1С5; пять уровней вероятности отказа Va1Va5; и зависимость (1, рисунок 4) уровней риска отказа Ra1Ra5 от Va1Va5 по C1C5.

Rai = f(Vai , Ci) (1)

чрезвычайный ситуация сероводородный повреждение

Рисунок 3 - Комплексная модель анализа состояния и планирования обследований оборудования по критериям риска и вероятности отказа

Уровни Va1 Va5 теоретически обоснованы и подтверждены экспериментально по установленной (глава 6) корреляционной зависимости прогнозируемых значений величин остающегося ресурса работы и вероятности V отказа элементов оборудования и определяются по критериям, приведенным на рисунке 5, в зависимости от остающегося ресурса работы элемента до наступления предельного состояния, по доминирующему механизму повреждения, с учетом уровня качества обследования (KIi), по результатам которого этот ресурс определен (2). Результаты исследования и разработки критериев оценки уровня качества обследования оборудования ГХК представлены в главе 3.

Vai = f(? , KIi) (2)

Показатель Vai выражает обобщенный уровень состояния и область значений вероятности отказа элементов оборудования. Исследованиями установлено, что показатель Vai зависит от поврежденности и скорости повреждаемости и не зависит от механизма и вида повреждения.

Уровни тяжести последствий отказа элементов оборудования ГХК определяются по установленным критериям (рисунок 6) и параметрам, представленным в выражении (3), с учетом вида возможного разрушения элемента: образование свища или полное разрушение.

Сi = f(Q,, Tраб, L, pH, PН2S) (3)

Основываясь на результатах анализа многих отечественных, зарубежных и международных норм, устанавливающих предельные значения вероятности аварии в различных отраслях промышленности, установлены предельные значения вероятности отказа, как возможной аварии при эксплуатации оборудования ГХК, для каждого уровня тяжести последствий.

Рисунок 6 - Критерии уровней тяжести последствий и предельные значения вероятности отказа оборудования ГХК

Планирование обследований оборудования с риском отказа Ra5, а по решению менеджмента объекта - и оборудования с риском отказа Ra4, осуществляется на основе результатов расчета времени эксплуатации до достижения совокупностью наиболее поврежденных элементов оборудования максимально допустимого (предельного) значения вероятности отказа (рисунок 7).

Рисунок 7 - График зависимости вероятности возникновения отказа V от периодичности обследования (T) и мероприятий по коррекции состояния оборудования (V)

В третьей главе выполнено исследование и обоснование выбора, достоверности методов контроля и качества программ обследования оборудования ГХК. По результатам анализа выборки данных о повреждениях и дефектах оборудования ГХК и трудов авторов Ивановой В.С., Терентьева В.Ф., Харионовского В.В. и др. определены: ведущие механизмы повреждения элементов оборудования - коррозионное (эрозионное) изнашивание, СКРН и ВИР; предельные состояния, реализуемые либо потерей герметичности за счет износа толщины стенки, либо хрупким разрушением за счет зарождения и развития трещин; параметры состояния и их количественные и качественные критерии, определяющие возможность реализации предельного состояния оборудования. По результатам собственных исследований и анализа трудов известных ученых в области НК: Гурвич А.К., Волченко В.Н., Ермолова И.Н., Клюева В.В. и др. о выявляемости методами НК типичных дефектов металла и металлических изделий, обоснован выбор и классификация методов контроля и оценки состояния элементов оборудования ГХК. К основным методам отнесены: визуальный и измерительный; акустические - ультразвуковая (УЗ) дефектоскопия и толщинометрия; капиллярный, магнитный или токовихревой; измерения твердости; металлография; расчетные. Основные методы позволяют обеспечить выявляемость заданных значений ПТС не ниже 70% и/или их идентификацию (тип, размеры, форма и др.) с погрешностью не выше 10%. Другие методы применяются в качестве дополнительных в зависимости от наличия данных о материальном исполнении, особенностей конструкции элементов и доступа к зонам контроля.

Основываясь на литературных данных, работах известных ученых в области оценки результатов технического диагностирования: Кургановой И.Н., Нефедова С.В., Харионовского В.В., выполнено исследование вероятности необнаружения заданных значений отклонения ПТС и критериев VНО по уровням качества программ обследования оборудования ГХК и установлено, что: показатель уровня качества (KIi) программы может отвечать определенным требованиям по параметру VНО за счет количества проведенных независимых контролей и применяемых при этом методов и объемов НК; максимальные допустимые значения VНО, как критерии оценки KIi, могут быть приравнены к значениям [V]:

VHO (Rai (Ci)) ? [V (Ci)] , i=1…5, (4)

где VНО (Rai(Ci)) - VНО в элементе с уровнями риска Rai и тяжести последствий отказа Ci; [V(Ci)] - [V] для элемента c уровнем тяжести последствий Ci; повторное применение (рисунок 8) программы обследования уровня качества KIi независимым оператором приводит к снижению значения VНО в элементе по степенной зависимости.

Рисунок 8 - График оценки уровня VНО в зависимости от количества независимых контролей (KIij)

Показано решение задачи установления требуемых объемов, методов и количества контролей элементов оборудования ГХК по критерию [V] путем применения соответствующего алгоритма и компьютерной программы, основанных на оценочных показателях вероятности отказа элементов по результатам предыдущего обследования.

На основе установленных критериев разработана и предложена модель выбора и обоснования (рисунок 9) уровня качества программ обследования элементов оборудования ГХК по результатам анализа риска и тяжести последствий отказа.

Рисунок 9 - Модель выбора и обоснования уровня качества программ обследования элементов оборудования ГХК по результатам анализа риска отказа

В четвертой главе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований достоверности выявления и идентификации методами НК типичных дефектов оборудования ГХК - ВИР и несплошностей угловых сварных швов. Согласно выбору методов (глава 3) исследования выполнены по действующим методикам ультразвукового контроля (УЗК). УЗ исследования проводились эхо-методом на натурных образцах с ВИР толщиной стенки 19 мм, использовались автоматизированный сканирующий комплекс М500/600 фирмы "Canon" (Япония) и ручная сканирующая рамка с дефектоскопом, позволяющие получать, регистрировать и обрабатывать эхо-сигналы по точкам, расположенным одна от другой на расстоянии не более размера пластины УЗ преобразователя. По результатам строились “C” (в плане) и “В” ( в выбранном сечении) модели дефектов от ВИР при различной чувствительности контроля: по самому высокому классу ГОСТ 22727 - диаметр плоскодонного отражателя 3 мм, а также по двум уровням повышенной чувствительности - диаметры плоскодонного отражателя 2 мм и 1,4 мм. Образцы разрезаны по выбранным сечениям, и выполнен металлографический анализ. Модели дефектов сравнены с реальными дефектами на шлифах (рисунок 10 а, б). Результаты показывают лучшую сходимость (погрешность 46% по размерам и 03% по глубине) при чувствительности, задаваемой плоскодонным отражателем 2 мм. Более низкая чувствительность, равно как и более высокая, приводят к большей потере эхо-сигналов и, особенно, сигналов о структуре дефекта по толщине - ступеньках слияния ВИР. Подобные результаты получены при исследованиях ВИР с другими толщинами образцов, что позволило установить новые, отличные от приведенных в ГОСТ 22727, параметры настройки чувствительности УЗ аппаратуры (рисунок 10 в) для получения модели ВИР с погрешностью не более 10% и выявления ступенчатости ВИР.

Рисунок 10 - УЗ исследования ВИР: а) - дефект; б) - модель дефекта; в) - параметры настройки чувствительности

По результатам исследования разработан стандарт предприятия (СТП), и такой контроль внедрен в производство, выбракованы и заменены два трубопровода 720 мм протяженностью 2100 м с ВИР, представлявшие повышенную опасность, осуществляется мониторинг состояния потенциально опасному по ВИР оборудованию ОГХК и АГХК.

УЗ исследования в целях уточнения параметров, разработки приспособлений и СТП для контроля угловых сварных швов штуцерных узлов оборудования проведены по схемам и параметрам, рекомендованным ОСТ 26-2044. Полученные условные размеры дефектов при различных параметрах УЗК сравнивались с фактическими на металлографических шлифах по характерным сечениям сварного шва. Результаты тестирования групп из 10 дефектоскопистов на подобных образцах показали техническую возможность получения достоверной, с доверительной вероятностью не ниже 0,7, информации о несплошностях сварных швов штуцерных узлов, ранее в соответствии с НД на изготовление оборудования ГХК считавшихся неконтролепригодными, в частности, штуцерных узлов малых диаметров - менее 100 мм и "тангенциальной" конструкции.

По результатам исследований разработаны и применяются СТП, специальные приспособления и образцы (рисунок 11).

Внедрение результатов исследования позволило осуществить УЗ контроль более 3000 штуцерных узлов, ранее не контролировавшихся, выявить более 1000 штуцерных узлов с несплошностями в сварных швах, более 500 из них отремонтировать, по остальным осуществить мониторинг несплошностей, исключающий "погрешность оператора" путем применения разработанных и представленных приспособлений.”

Рисунок 11 - Приспособления, образец и дефектограмма по результатам УЗК сварного шва штуцера

В пятой главе, на основе развития работ Давиденкова Н.Н., Марковца М.П. и др. по исследованию зависимостей между твердостью и характеристиками прочности металлов, поставлены эксперименты и решена задача повышения и оценки достоверности определения предела прочности и предела текучести сероводородстойких сталей посредством безобразцового измерения твердости для осуществления мониторинга СМС металла элементов в процессе длительной эксплуатации оборудования. По результатам выполненных исследований установлены:

1. Значительное (до 14%) расхождение результатов оценки по действующим НД значений 0,2, В через значения твердости НВ, HV, HL образцов металла из сероводородстойких сталей, измеренные приборами различного типа, относительно значений 0,2, В , полученных по результатам механических испытаний этих образцов на разрыв.

2. Новые, отличающиеся от приведенных в РД 12-411 и ГОСТ 22761, корреляционные зависимости между твердостью по шкалам Лейба (5, рисунок 12 а) и Виккерса (6), измеренной безобразцовым методом приборами DynaMIC (шкала HL), EQUOTIP (шкала HL), SONOHARD (SH_75) (шкала HV), и В сероводородстойких сталей. По результатам измерений погрешность составляет не более 5%.

?b=-5,31·10-3·HL2 + 6,118 ·HL - 1080 (5)

?b=-4,344·10-3·HV2 +4,091 ·HV - 58 (6)

3. Новая, дополнительно к приведенной в РД 12-411, корреляционная зависимость (7, рисунок 12 б) между твердостью, измеренной безобразцовым методом по шкале HV, прибор SH_75, и 0,2 сероводородстойких сталей. Величина погрешности составляет не более 9%.

?0.2=-5,471·10-3·HV2 +3,808 ·HV - 91 (7)

Рисунок 12 - Графики зависимостей значений а) - В от твердости НL и б) - 0,2 от твердости НV

4. Дополнительные требования к качеству подготовки поверхности зоны контроля (Ra 0,9 мкм) и величине снимаемого слоя металла элементов оборудования (1_1,2 мм) для уменьшения погрешности измерения твердости.

При оценке результатов безобразцовых натурных измерений твердости и рассчитанных по выведенным корреляционным зависимостям значений В в составе работ диагностирования оборудования ГКХ за 1998-2004 годы погрешность не превышает 5% и коэффициент вариации составил менее 5%. Для рассчитанных 0,2 погрешность не превышает 9%.

Результаты экспериментальных исследований показали: уточнённые корреляционные зависимости “твердость -В” и “твердость - 0,2” могут быть использованы для определения В и 0,2 сероводородстойких сталей оборудования ГХК. Разброс значений твердости, измеряемой безобразцовым методом, сопоставим с разбросом значений 0,2 и В, взятых из сертификатов на металл и литературных данных.

Разработан и применяется СТП, которым регламентируются дополнительные требования к приборам и технологическим операциям безобразцового контроля твердости, для оценки с доверительной вероятностью от 0,9 и выше изменений твердости, В и 0,2 сероводородстойких сталей оборудования ГХК в процессе длительной эксплуатации.

В шестой главе на основе методик, заложенных в НТД, и развития трудов известных ученых и специалистов: Белостоцкого А.М., Когаева В.П., Махутова Н.А., Москвичева В.В., Серенсена С.В., Харионовского В.В., Хажинского Г.М., Чернявского О.Ф., Шнейдеровича Р.М. и многих других в области исследования прочности и ресурса безопасной эксплуатации конструкций выполнены теоретические и экспериментальные исследования достоверности расчетных методов оценки статической и квазистатической прочности от действия внутреннего давления и ресурса элементов оборудования, имеющих специфические повреждения в виде непроваров сварных швов вварки штуцеров, локального утонения стенки, несплошностей металла. Проведены расчеты методом конечных элементов (МКЭ), стендовые и натурные испытания экспериментальных моделей и натурных конструкций сосудов с дефектами. Результаты проведенных исследований (рисунок 13) показывают, что: МКЭ может с достаточной достоверностью применяться для оценки статической и квазистатической прочности поврежденных элементов оборудования (погрешность в сторону запаса составляет 5-15% в области рабочих и 5-10% в области предельных давлений); непровары сварных швов вварки штуцеров не приводят конструкцию в предельное состояние при условии, что размеры швов удовлетворяют требованиям ГОСТ 5264; причиной достижения предельного состояния элементами оборудования могут служить неблагоприятное конструктивное исполнение, дополнительное нагружение, исчерпание ресурса пластичности металла или наличие на внутренней поверхности стенки начальных поверхностных повреждений металла в зонах достаточно высокой концентрации напряжений и деформаций.

Рисунок 13 - Результаты исследований прочности элементов оборудования ГХК, имеющих специфические повреждения

Теоретическими исследованиями с использованием нормативных методик, методов статистической теории надежности, авторской концепции управления безопасностью, МКЭ и программных комплексов MathCad, Statistica и др., остаточного ресурса и вероятности достижения предельного состояния V абсорберов Астраханского ГПЗ, подверженных коррозионному изнашиванию, адсорбера и антипульсационной емкости Оренбургского ГПЗ, работающих при циклических нагрузках и в условиях вибрации, установлено наличие тесной корреляционной связи с коэффициентом до -0,9 между lgV и и определена их зависимость (рисунок 14) с учетом качества применяемой программы обследования и условий эксплуатации.

По результатам исследования выполнено обоснование параметров и критериев оценки состояния и безопасности по уровням вероятности Va1Va5 и риска Ra1Ra5 отказа поврежденных элементов оборудования ГХК путем анализа расположения линии зависимости lgV- в областях, разделяющих ось кратно TN на отрезки, соответствующие Va1Va5, относительно областей допустимого и недопустимого значения V по каждому из уровней тяжести последствий отказа С1С5. При этом выведена закономерность и условия, позволившие установить на графике области уровней риска отказа: высокий риск (Rа5) - значения V выше либо равны допустимым значениям (для уровней тяжести последствий С5, С4); риск выше среднего (Rа4) - значения V лежат внутри диапазона допустимых значений либо равны его верхнему значению, а для уровней тяжести последствий С3 - значения V выше либо равны допустимым значениям; средний риск (Rа3) - значения V гарантированно ниже либо равны нижнему значению диапазона допустимых значений; низкий риск (Rа2) - значения V гарантированно ниже диапазона допустимых значений (уровень Ra2 применяется для оценки уровня риска оборудования с тяжестью последствий С3 и ниже); очень низкий риск (Rа1) - значения V гарантированно ниже диапазона допустимых значений, а уровень Vai не менее N (уровень Ra1 применяется для анализа риска оборудования с тяжестью последствий С2 и C1).

Рисунок 14 - График зависимости вероятности наступления предельного состояния V от расчетных значений остаточного ресурса и области уровней риска отказа элементов оборудования ГХК в зависимости от уровней тяжести последствий Ci и вероятности отказа Vai

Анализ полученного распределения Rаi=f(Vai, Ci) показывает: для группы элементов оборудования, относящихся к Ra5, обоснованно условие принятия и исполнения технических решений профилактики отказов и планирования обследований на основе определения времени достижения вероятностью отказа верхнего допустимого значения с использованием уточненных данных по нагруженности и несущей способности элементов; для групп элементов, относящихся к Ra4, такой метод планирования обследований возможен по решению соответствующих инженерных служб эксплуатирующего предприятия; для группы элементов оборудования, относящихся к Ra4, Ra3, Ra2, Ra1, планирование обследований и мер по поддержанию безопасного состояния может основываться на результатах расчета остаточного ресурса детерминированными методами, которые в этих случаях дают приемлемый результат, что подтверждается принятыми критериями вероятности наступления отказа; использование уровней вероятности отказа Va1 Va5 в качестве критериев для определения уровней риска отказа Rа1 Rа5 элементов оборудования ГХК в зависимости от уровней тяжести последствий С1 С5 возможного отказа оборудования является приемлемым и обосновывается полученным и представленным на графике
lgV- распределением областей уровней риска отказа и соответствующими им значениями вероятности отказа поврежденных элементов оборудования.

Распределение Rаi=f(Vai, Ci) положено в основу полуколичественного анализа уровня риска и вероятности отказа и планирования по его результатам обследований и мер поддержания допустимого уровня безопасности эксплуатации поврежденных элементов оборудования ГХК.

В седьмой главе представлены результаты разработки информационно-аналитического и нормативного обеспечения технологического комплекса по мониторингу состояния и профилактике отказов и системы предупреждения ЧС при эксплуатации оборудования ГХК.

Компьютерная база данных о состоянии оборудования (БДО) разработана и внедрена на предприятии "Техдиагностика" для накопления, хранения, систематизации и анализа диагностической информации. В БДО предусмотрена структура хранения и запросов по любому сочетанию сведений: названию, технологическому номеру-индексу, регистрационному номеру, заводскому номеру, рабочей среде и другим данным по оборудованию, а также показателей нагрузок, ПТС, механизмов повреждений, уровней тяжести последствий, вероятности и риска отказа, сроков эксплуатации до очередного обследования, ремонта или замены (рисунок 15).

Для управления уровнем безопасности эксплуатации оборудования ГХК по критериям риска и вероятности отказа разработана, обоснована и внедрена представленная на рисунке 16 принципиальная схема замкнутого цикла движения информационного потока базы данных в процессе подконтрольной эксплуатации поврежденных элементов оборудования по результатам обследования, принятия и исполнения технических решений снижения уровня риска отказа и условий безопасности при эксплуатации до следующего обследования, ремонта, замены.

Рисунок 15 - Схема систематизации исходных и аналитических данных состояния оборудования ГХК

Рисунок 16 - Принципиальная схема замкнутого цикла движения информационного потока в процессе подконтрольной эксплуатации поврежденных элементов оборудования ГХК

Разработаны и введены в действие основные НД технологического комплекса и системы, представленные в разделе "Практическая ценность и реализация результатов работы". В основу этих документов заложены: результаты исследований, накопленный опыт и систематизированные результаты диагностических и профилактических работ, длительное (с 1992 года) время и систематически выполняемых в соответствии с требованиями первоначально разработанного НД "Дополнительные требования по контролю за состоянием металла технологического оборудования и трубопроводов при эксплуатации предприятий добывающих, перерабатывающих и транспортирующих природный газ и газовый конденсат, содержащих сероводород. ДТС 1-92" (утв. ГГК "Газпром" 03.06.1992 г., согл. Госгортехнадзором России 01.06.1992 г.). В целях совершенствования нормативного обеспечения разработан ряд документов уровня предприятия - СТП, инструкции, регламенты и другие определяющие дополнительные и специальные требования по видам работ и НК элементов оборудования ГХК. Вышеуказанные НД дополнены новыми разделами и программами работ, в соответствии с возрастающими государственными требованиями промышленной безопасности эксплуатации ОПО, в том числе РД 03_418.

В восьмой главе представлены результаты внедрения концепции, создания и развития научно-технической базы исследований и оптимизации методов предупреждения ЧС при эксплуатации оборудования ГХК.

Результаты внедрения концепции при эксплуатации оборудования ГХК представлены на примере сосудов, работающих под давлением, по которым накоплен значительный массив данных (рисунок 17). Результаты прогнозирования состояния сосудов на длительную перспективу показывают, что применение методов предупреждения ЧС при эксплуатации сосудов ОГХК позволяет их эксплуатировать до 2030 года и поддерживать требуемый уровень безопасности при своевременном планировании обследований, ремонтов и замен.

...

Подобные документы

  • Комплексная разработка инструкции по технической эксплуатации полиграфического оборудования на примере машины для автоматического изготовления всех типов флексографских печатных пластин "DuPont-Cyrel". Инструкции по выяснению и устранению ошибок.

    контрольная работа [29,9 K], добавлен 18.12.2013

  • Разработка инструкции по технической эксплуатации полиграфического оборудования. Характеристика машины "Bobst SP Evoline 102-E". Характерные отказы в работе и методы их устранения. Смазка цепного привода таскалок. Утилизация отходов, меры спасения.

    контрольная работа [725,5 K], добавлен 15.12.2013

  • Описание основных способов добычи нефти. Характеристика оборудования для эксплуатации нефтяных скважин фонтанным способом: арматура, запорные и регулирующие устройства, фланцевые соединения. Особенности и принцип действия газлифтной эксплуатации скважин.

    реферат [8,7 M], добавлен 17.05.2012

  • Особенности изготовления тонкостенных труб. Состав оборудования стана. Расчет калибровки и энергосиловых параметров. Назначение детали в узле, анализ ее технологичности. Трудоемкость изготовления конструкции. Защита производства в чрезвычайных ситуациях.

    дипломная работа [1,3 M], добавлен 26.10.2014

  • Вычерчивание эскизов деталей оборудования, узлов аппаратов, подлежащих восстановления. Изучение методов контроля за работой оборудования. Изучение правил эксплуатации, остановки и проведения ремонтных работ. Выбор способа восстановления деталей.

    реферат [31,9 K], добавлен 24.12.2014

  • Добыча нефти и газа. Определение параметров характеристики оборудования, необходимых для условий эксплуатации. Расчёты на прочность деталей. Реакции опор от натяжения цепи. Транспортировка, монтаж, техническое обслуживание и ремонт оборудования.

    дипломная работа [241,8 K], добавлен 09.01.2014

  • Разработка план-графика ремонта и осмотра технологического оборудования. Расчет трудоемкости ремонтных работ, штатов мастерской. Расчет и подбор ремонтно-технологического оборудования. Заработная плата работников. Разработка технологического процесса.

    курсовая работа [604,4 K], добавлен 02.02.2013

  • Характеристика технологического оборудования, описание процесса переработки резины. Расчет режимного и эффективного фонда работы оборудования. Требования безопасности при эксплуатации установок. Характеристика опасных и вредных производственных факторов.

    курсовая работа [80,0 K], добавлен 02.01.2012

  • Технологическая схема производства, сравнительная характеристика оборудования. Назначение, устройство и принцип действия оборудования, которое входит в технологическую линию. Правила эксплуатации и техники безопасности. Выполнение расчетов оборудования.

    курсовая работа [2,8 M], добавлен 01.12.2009

  • Выбор и расчет необходимого технологического оборудования для участков автопредприятия: комбинированный роликовый стенд для определения тяговых и тормозных качеств автомобиля; установка для мойки автомобилей, оборудование для диагностики и ремонта.

    контрольная работа [841,0 K], добавлен 15.11.2010

  • Понятие и характеристика методов неразрушающего контроля при проведении мониторинга технического состояния изделий, их разновидности и отличительные черты. Физические методы неразрушающего контроля сварных соединений, определение их эффективности.

    курсовая работа [588,2 K], добавлен 14.04.2009

  • Изучение классификации методов осушки природных газов. Состав основного технологического оборудования и механизм работы установок подготовки газа методом абсорбционной и адсорбционной осушки. Анализ инновационного теплофизического метода осушки газа.

    доклад [1,1 M], добавлен 09.03.2016

  • Расчет бурового наземного и подземного оборудования при глубинно-насосной штанговой эксплуатации. Выбор типоразмера станка-качалки и диаметра плунжера насоса, конструкции колонны штанг и расчет их на выносливость. Правила эксплуатации станка-качалки.

    контрольная работа [81,8 K], добавлен 07.10.2008

  • Обоснование ассортимента и способа производства сыра. Разработка схемы технологического процесса переработки сырья. Подбор и расчет технологического оборудования. Компоновочное решение производственного корпуса. Нормализация и пастеризация молока.

    курсовая работа [198,8 K], добавлен 19.11.2014

  • Специфика применяющихся в настоящее время методов неразрушающих испытаний, разработка, перспективы применения новых методов неразрушающего контроля. Сущность ряда методик физических неразрушающих исследований, обработка результатов, практическое значение.

    книга [10,0 M], добавлен 06.03.2010

  • Причины износа и разрушения деталей в практике эксплуатации полиграфических машин и оборудования. Ведомость дефектов деталей, технологический процесс их ремонта. Анализ методов ремонта деталей, обоснование их выбора. Расчет ремонтного размера деталей.

    курсовая работа [2,3 M], добавлен 10.06.2015

  • Принципы и закономерности технической эксплуатации оборудования автотранспортного предприятия, определение потребности в нем. Механизация производственных процессов. Классификация технологического оборудования и требования, предъявляемые к нему.

    дипломная работа [1,9 M], добавлен 28.12.2010

  • Назначение, условия эксплуатации стальной детали "Опора". Разработка технологии изготовления отливки. Выбор оборудования для изготовления форм и стержней, материалов и смесей. Разработка конструкции модельно-опочной оснастки, технологии плавки и заливки.

    курсовая работа [367,7 K], добавлен 01.07.2015

  • Меры и оборудование для предупреждения попадания флюидов и попутного нефтяного газа в окружающую среду. Оборудование для предупреждения открытых фонтанов. Комплексы управления скважинными клапанами-отсекателями. Охрана труда и окружающей среды скважин.

    дипломная работа [906,7 K], добавлен 27.02.2009

  • Обоснование выбора моделей изделия и описание их внешнего вида, спецификация деталей кроя. Выбор методов обработки и оборудования для изготовления заданного вида изделия. Разработка структуры технологического процесса, составление справочника операций.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 01.04.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.