Методы оценки вероятности выявления дефектов и повреждений при диагностировании оборудования добычи сероводородсодержащих газа и нефти

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Методы оценки вероятности выявления дефектов и повреждений при диагностировании оборудования добычи сероводородсодержащих газа и нефти

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы в нефтяной и газовой промышленности

Вдовин Алексей Александрович

Москва - 2011

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе "Системы и технологии обеспечения безопасности. Техдиагностика" - специализированном центре по диагностированию оборудования на объектах сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений и газоперерабатывающих заводов ОАО «Газпром»

Научный руководитель: доктор технических наук Митрофанов Александр Валентинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Зорин Евгений Евгеньевич

доктор технических наук, профессор Кушнаренко Владимир Михайлович

Ведущая организация: Общество с ограниченной ответственностью "ВолгоУралНИПИГаз"

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На опасных производственных объектах добычи сероводородсодержащих газа и нефти (ДСГ) более 30 лет эксплуатируются десятки тысяч единиц технологического оборудования. Доля оборудования ДСГ, исчерпавшего установленный проектом срок эксплуатации, приближается к 100%. Законодательными и нормативными документами в области промышленной безопасности возможность продолжения эксплуатации такого оборудования определена условием положительной оценки его технического состояния, безотказности и безопасности на прогнозируемый период эксплуатации. Основу для такой оценки составляют результаты диагностирования. Длительная эксплуатация этого оборудования при воздействии рабочих сред приводит к образованию и развитию дефектов и повреждений, в их числе - сульфидного коррозионного изнашивания и растрескивания металла. Последствиями возникновения и развития этих дефектов и повреждений являются внезапные отказы, разрушения оборудования и аварии с катастрофическими последствиями. Ежегодно на объектах ДСГ выполняется диагностирование технического состояния более 2 000 единиц такого оборудования.

Учитывая, что литературные и экспериментальные данные показывают разброс значений вероятности выявления дефектов оборудования методами диагностирования до 30% и более, возникает неопределённость конечного результата реализации программы диагностирования. То есть при наличии нормированных значений допустимой вероятности отказа оборудования, оценить и обеспечить требуемую вероятность выявления дефектов при реализации программы диагностирования не представляется возможным. В этих условиях исследования и разработка методов обеспечения требуемой вероятности выявления дефектов, безотказности и безопасности эксплуатации оборудования становятся актуальными и значимыми. Актуальность этих исследований повышается по мере накопления оборудованием наработки.

Цель работы.

Разработка методов вероятностной оценки выявления дефектов и повреждений при диагностировании оборудования добычи сероводородсодержащих газа и нефти для обеспечения надёжности эксплуатации.

Основные задачи исследования:

1. Анализ методов диагностирования, результатов выявления дефектов и повреждений, причин снижения безотказности оборудования.

2. Экспериментальные исследования и оценка вероятности выявления дефектов и повреждений оборудования на его образцах, моделях и натурных конструкциях методами диагностирования.

3. Обоснование методов обеспечения требуемых: вероятности выявления дефектов и повреждений; безотказности оборудования при его диагностировании.

4. Разработка методики обоснования выбора состава и методов программы диагностирования оборудования, обеспечивающей требуемую вероятность выявления дефектов, и оценка ее эффективности.

Научная новизна:

Обоснованы параметры, критерии и методы оценки достоверности выявления дефектов и повреждений при диагностировании оборудования. Установлено, что разброс значений вероятностей выявления дефектов и повреждений составляет до 30% и более и приводит к недооценке риска продолжения эксплуатации оборудования из-за наличия невыявленных дефектов и повреждений.

Впервые выполнена экспериментальная оценка значений, факторов и закономерностей изменения вероятности выявления по видам/типам дефектов, наиболее часто встречающихся в узлах и элементах оборудования добычи сероводородсодержащих газа и нефти.

Впервые обоснованы значения и разработаны методы и алгоритмы оценки требуемой вероятности выявления дефектов и повреждений по критериям допустимых вероятности и риска отказа оборудования; методы, показатели, критерии и алгоритмы контроля качества диагностических работ на образцах, моделях и натурных конструкциях оборудования.

Разработаны новые нормативно-методические принципы оценки и обеспечения требуемой вероятности выявления дефектов и повреждений при диагностировании оборудования и качества проведения диагностических работ.

Защищаемые положения:

- теоретическое и экспериментальное обоснование параметров, критериев и методов оценки достоверности выявления дефектов и повреждений при диагностировании оборудования;

- расчетно-экспериментальное обоснование: методов оценки, значений и факторов изменения вероятности выявления дефектов и повреждений оборудования на образцах и моделях его конструкции; критериальных значений требуемой вероятности выявления дефектов и повреждений для обеспечения допустимых вероятности и риска отказа оборудования; параметров и методов контроля качества диагностических работ;

- нормативно-методические принципы оценки и обеспечения: требуемой вероятности выявления дефектов и повреждений при диагностировании оборудования; требуемого качества диагностических работ; обоснования выбора состава и методов программы диагностирования оборудования.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Методы оценки, повышения и обеспечения на требуемом уровне значений вероятности выявления дефектов в узлах и элементах оборудования внедрены в ОАО «Техдиагностика» и применяются при диагностировании оборудования ООО «Газпром добыча Оренбург». По результатам внедрения оценены и откорректированы программы диагностирования по видам/типам оборудования, не отвечавших критериям требуемой вероятности выявления дефектов. По откорректированным программам продиагностировано 499 единиц оборудования установок комплексной подготовки газа, выявлено 43 дефекта браковочного уровня. Контроль качества диагностических работ выполняется по обоснованным в работе критериям. Ведётся учёт индивидуальных показателей надёжности специалистов неразрушающего контроля, эти показатели учитываются при распределении работ различной сложности и ответственности. Разработанные и апробированные методы реализованы в СТО-ЭПБ.И-177 «Методика обоснования выбора состава и методов программы диагностирования оборудования добычи сероводородсодержащих газа и нефти по критерию требуемой вероятности выявления дефектов» и используются в учебных процессах подготовки специалистов неразрушающего контроля.

Исследования выполнены в соответствии с п. 3.2 Перечня приоритетных научно-технических проблем ОАО «Газпром» на 2006 - 2010 годы - «Создание методов и технологий для повышения эффективности разработки и безопасной эксплуатации месторождений», отраслевой программой ОАО «Газпром» «Диагностическое обслуживание объектов добычи газа» и «Перечнем научно-технических работ ООО «Газпром добыча Оренбург»».

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на научно-технических конференциях, включая:

- V Международную научно-техническую конференцию «Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред», г. Оренбург, 22-25 ноября 2004 г.;

- VI Международную научно-техническую конференцию «Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред», г. Оренбург, 20-23 ноября 2006 г.;

- V Международную научную конференцию «Прочность и разрушение материалов и конструкций», г. Оренбург, 12-14 марта 2008 г.;

- VII Международную научно-техническую конференцию «Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред», г. Оренбург, 26-29 ноября 2008 г.;

- III Научно-техническую конференцию с международным участием «Основные проблемы освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения», г. Оренбург, 21-22 мая 2009 г.;

- II Научно-практическую конференцию «Безопасность регионов - основа устойчивого развития», г. Иркутск, 19-21 сентября 2009 г.;

- VIII Международную научно-техническую конференцию «Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред», г. Оренбург, 23-26 ноября 2010 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 30 печатных работ из них 6 в изданиях, входящих в "Перечень…" ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения; изложена на 180 страницах; содержит 55 рисунков, 54 таблицы и список использованных источников из 141 наименования.

Условные обозначения и сокращения.

НД - нормативные документы в области промышленной безопасности; ДСГ - объекты добычи сероводородсодержащих газа и нефти; НК - неразрушающий контроль; УК - ультразвуковой контроль; КЭИ - коррозионно-эрозионный износ; ВИР - водородиндуцированное расслоение; СКРН - сульфидное коррозионное растрескивание под напряжением; НСШ - несплошности сварных швов; Р₁₁ - вероятность выявления (выявляемость) дефектов; [Р₁₁] - требуемый уровень вероятности выявления дефектов; Р₁₀ - вероятность пропуска дефектов; [Р₁₀] - допустимый уровень вероятности пропуска дефектов; Х_СИСТ - систематическая погрешность; r - предел повторяемости; R - предел воспроизводимости; U - расширенная неопределённость; ККДР - контроль качества диагностических работ; d - количество производственных заданий, выполненных дефектоскопистом; D - общая периодичность ККДР; W - степень сложности производственного задания; К_Н - коэффициент надежности специалиста НК; N_В - число дефектов, выявленных при переконтроле; N_П - число пропущенных дефектов; N_К - число контролей; К - весовой коэффициент допущенного отклонения (нарушения); f_П.С. - частота достижения предельных состояний дефектными элементами; f_В.Д. - частота выявления дефектов; Х - размер дефекта; H - плотность распределения вероятности существования дефекта; Х_ПР - предельный размер дефекта; Х_МИН -минимальный размер дефекта, подлежащего выявлению; S - площадь отражающей поверхности модели дефекта; h - глубина залегания отражающей поверхности модели дефекта; l - протяженность отражающей поверхности модели дефекта; P_{10 ср.} - средняя вероятность пропуска дефектов; P_{11 ср.} - средняя выявляемость дефектов; _Р (P₁₁) - коэффициент вариации значений выявляемости дефектов.

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 выполнен анализ причин снижения безотказности, выявляемости дефектов при диагностировании технического состояния оборудования ДСГ. Рассмотрен опыт эксплуатации; результаты исследований статистики, причин и тяжести последствий имевших место отказов и аварий; требования, условия и методы обеспечения промышленной безопасности при эксплуатации оборудования. Показано, что частота с учётом тяжести последствий имевших место отказов и аварий превышает допустимый уровень. Причиной аварий служат отказы, а основной причиной отказов оборудования служат дефекты его элементов. Виды дефектов, приведшие к отказам оборудования, имеют следующее распределение: коррозионные повреждения поверхности стенки - 44%, несплошности основного металла - 36%, несплошности сварных швов - 18%, отклонения структурно-механических свойств - 2%. По результатам диагностирования 661 единицы оборудования за последние 10 лет выявлено: коррозионных повреждений поверхности стенки 1043 ед., несплошностей основного металла - 68 ед., несплошностей сварных швов 592 ед. Входной контроль (диагностирование) нового оборудования показывает наличие так называемых исходных дефектов в его узлах и элементах - из 36 проконтролированных новых сепараторов в 16 были выявлены недопустимые дефекты сварных швов.

Литературные и экспериментальные данные о выявляемости наиболее применяемыми ультразвуковыми методами контроля характерных для оборудования ДСГ дефектов сплошности основного металла и сварных швов показывают разброс значений вероятности их выявления от 30% и выше, что свидетельствует о недостаточной выявляемости дефектов применяемыми методами и эффективности диагностирования оборудования.

Решению задачи повышения выявляемости дефектов при диагностировании оборудования опасных производственных объектов посвящены исследования многих известных учёных и специалистов. В их числе В.В. Болотин, В.Н. Волченко, А.Ф. Гетман, Е.Е. Зорин, Ю.Н. Козин, Н.Н. Коновалов, А.С. Коробцов, В.М. Кушнаренко, В.Н. Лозовский, В.Ф. Лукьянов, Н.А. Махутов, А.В. Митрофанов, В.В. Харионовский, А.М. Шелихов и многие другие. Для повышения выявляемости дефектов предложены и применяются: комплекс методов диагностирования - применение для выявления определённого вида дефектов и повреждений двух и более методов контроля с различными физическими основами; дублирование контроля несколькими независимыми операторами - дефектоскопистами; совершенствование методик контроля, приборов и принадлежностей и некоторые другие.

По результатам выполненного анализа установлены причины и следствия недостаточной выявляемости дефектов при диагностировании оборудования. Причинами недостаточной выявляемости дефектов служат: отрицательное влияние человеческого фактора; недостатки методик; недостатки (ограниченные возможности) приборов; ограничения применимости методов; разброс значений характеристик дефектов. Причинами накопления дефектов и, как следствие, повышение вероятности отказа служат: ошибки проектирования, изготовления, монтажа, эксплуатации; кинетика повреждаемости и длительность эксплуатации. Следствием накопления и недостаточной выявляемости дефектов является снижение эффективности диагностирования, переоценка несущей способности, запасов прочности, срока (ресурса) безопасной эксплуатации, уровня безотказности и безопасности и недооценка вероятности отказа, что для эксплуатирующих такое оборудование организаций, окружающей среды, персонала и населения представляет повышенную опасность в виде отказов и аварий и ущерба от их последствий. В этих условиях для обеспечения: уровня безопасности, т.е. риска менее допустимого; безотказности более требуемой; вероятности (частоты) отказа менее допустимой необходимо заблаговременно выявлять дефекты оборудования с вероятностью выявления не ниже требуемой.

Выполнен обзор методов диагностирования и оценки выявляемости дефектов натурных конструкций, образцов и моделей оборудования ДСГ. Сделано предположение, что обеспечение требуемой выявляемости дефектов, точности оценки поврежденности, безотказности и безопасности оборудования на прогнозируемый период эксплуатации становится возможным за счёт применения комплексных экспериментальных моделей оборудования в виде совокупности экспериментальных образцов - моделей узлов и элементов оборудования с заложенными в них моделями дефектов. Проведения экспериментальных исследований закономерностей, причин и факторов недостаточной выявляемости дефектов и эффективности применяемых программ диагностирования. Обоснования критериев, разработки и внедрения технических решений и методики выбора методов и разработки программ диагностирования, повышения и обеспечения требуемого уровня выявляемости дефектов при диагностировании. Установлено, что образцовый метод может служить основой для постановки и решения научной задачи исследования зависимости вероятности выявления дефектов в узлах и элементах оборудования от основных, определяющих её значения, причин и факторов, и разработки технических решений её повышения.

Во второй главе представлены результаты решения задачи экспериментальных исследований и оценки выявляемости методами диагностирования наиболее характерных для оборудования ДСГ дефектов. На основе анализа требований и условий НД в области НК оборудования ДСГ, результатов исследований других авторов разработана математическая модель зависимости вероятности выявления дефектов - P₁₁ от параметров контроля, характеристик дефектов и свойств контролепригодности объекта контроля:

, (1)

где n - число параметров контроля; m - число характеристик дефекта; k - число свойств объекта контроля, характеризующих его контролепригодность; a₁ … a_n - параметры контроля; b₁ … b_m - характеристики дефекта; c₁ … c_k - свойства объекта контроля; A_i (a_i), B_j (b_j), C_y (c_y) - функции выявляемости дефекта, зависящие от параметров контроля, характеристик дефекта и свойств объекта контроля соответственно. Для обеспечения возможности экспериментальной оценки P₁₁ выполнено:

Разделение функции вероятности выявления дефектов по элементам оборудования:

, (2)

где D - тип элемента.

Разделение функции вероятности (2) для каждого сочетания метод, методика, средство и параметры контроля:

, (3)

Основываясь на (3) в рамках настоящего исследования была поставлена и решена задача экспериментального определения зависимости:

дефект диагностирование сероводородсодержащий

, (4)

где S - площадь, т.е. одна из характеристик дефекта; B(S) - функция влияния характеристики дефекта S на вероятность выявления дефекта.

Анализ последствий недобраковки и перебраковки при НК оборудования ДСГ позволил установить, что при условии переконтроля тяжесть последствий перебраковки можно приравнять к нулю в сравнении с тяжестью последствий недобраковки, т.е. пропуска дефекта ведущего к аварии. В этом случае вероятность выявления - Р₁₁ определяется выражением P₁₁ = 1 - Р₁₀, где, в соответствии с известными подходами, вероятность пропуска - Р₁₀ определяется отношением числа пропущенных дефектов к общему числу дефектов либо количества нерезультативных контролей к общему числу контролей.

Обоснованы, разработаны и изготовлены экспериментальные образцы - модели узлов и элементов, совокупность которых составляет модель единицы оборудования ДСГ - теплообменника газ/газ. В их числе: образец №1 - состоящий из семи фрагментов размером 500Ч500 мм вырезанных из обечайки теплообменника 900Ч22 мм; образец №2 - размером 500Ч500 мм - стыковое сварное соединение обечаек и днищ 900Ч22 мм, включая перекрестье; образец №3 - угловое сварное соединение штуцера 273Ч25 мм с обечайкой (днищем) 900Ч22 мм.

По результатам анализа распределения видов/типов дефектов, выявляемых при диагностировании оборудования ДСГ в его узлах и элементах, обоснованы, разработаны и реализованы модели наиболее характерных для оборудования дефектов и способы включения их в экспериментальные образцы. Основные из моделей дефектов показаны на рисунке 1. В их числе, КЭИ в виде общего равномерного износа путём выполнения вышлифовок - 7 ед., глубиной - h = 18 ч 21,5 мм; КЭИ в виде язв и питтингов путём засверловки - 11 ед., h = 16 ч 21,5 мм; ВИР путём фрезеровки плоскодонных отражателей - 21 ед., площадью - S = 3 ч 510 мм², h = 7 ч 18 мм; СКРН путём выполнения уголковых отражателей, общеизвестных под термином «зарубка» - 6 ед., S = 2 ч 21 мм²; НСШ путём заложения тугоплавких вставок, позволяющих получить несплавления - 21 ед., S = 1,5 21,0 мм², протяжённостью - l = 4 14 мм.

Выполнен анализ требований и условий НД к НК и контролепригодности узлов и элементов оборудования ДСГ. Установлено, что наиболее приемлемыми методами НК образцов - моделей узлов и элементов оборудования и, в их числе, теплообменника являются методы УК. Обоснованы и разработаны технические требования к их УК, обеспечивающие воспроизводимость и сравнимость результатов. Эксперименты выполнены с привлечением десяти дефектоскопистов УК ОАО «Техдиагностика» второго уровня квалификации по ПБ 03_440 «Правила аттестации персонала в области неразрушающего контроля». По результатам эксперимента рассчитаны значения вероятности пропуска и вероятности выявления для каждого вида/типа дефектов (таблица 1) и для каждого из дефектоскопистов (рисунок 2).

Рисунок 1 - Эскизы моделей дефектов: a - КЭИ, ВИР, СКРН; б - НСШ

Таблица 1 - Количественные показатели Р_{10 ср.} и Р_{11 ср.} по видам/типам дефектов оборудования ДСГ

Вид дефекта	P10 ср.	P11 ср.	p(P11)
ВИР	0,04	0,96	0,05
СКРН	0,17	0,83	0,22
КЭИ	0,58	0,42	0,28
НСШ	0,46	0,54	0,37

Рисунок 2 - Количественные показатели Р₁₀ и Р₁₁ в зависимости от стажа работы дефектоскописта

В соответствии с техническим заданием и ГОСТ Р 5725-1 «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 1. Основные положения и определения», по результатам эксперимента получены значения ряда дополнительных показателей достоверности результатов УК образцов №№1 и 3, в их числе: систематическая погрешность - Х_СИСТ, предел повторяемости - r, предел воспроизводимости - R, расширенная неопределённость - U.

По результатам экспериментальной оценки значений P₁₁, Х_СИСТ, r, R, U установлены отклонения (ошибки), допущенные дефектоскопистами в параметрах УК, служащие базой данных для факторного анализа причин и закономерностей изменения вероятности выявления дефектов.

По результатам исследования, работ известных учёных и специалистов в области НК разработана, представленная на рисунке 3, модель образцового метода оценки и повышения вероятности выявления дефектов оборудования ДСГ. Модель также позволяет выполнять оценку значений P₁₁, Х_СИСТ, r, R, U результатов НК.

Рисунок 3 - Модель образцового метода оценки и повышения вероятности выявления дефектов оборудования ДСГ

В третьей главе для разработки методов обеспечения требуемого уровня вероятности выявления дефектов выполнены: анализ факторов и закономерностей изменения вероятности выявления дефектов; разработка методов снижения отрицательного влияния человеческого фактора; обоснование методического подхода определения значений требуемого уровня вероятности выявления дефектов и алгоритма выбора методов программы диагностирования, обеспечивающей вероятность выявления дефектов более требуемой. По данным экспериментально установленных отклонений (ошибок), допущенных дефектоскопистами, от оптимальных параметров НК, снижающих значения вероятности выявления дефектов и повышающих вероятность пропуска дефектов, выполнен их факторный анализ, выделены и сгруппированы наиболее значимые из них. На основе анализа требований соответствующих нормативных документов, разработаны технические решения по документированию и формализации процессов их выполнения и контроля, позволяющие снизить вероятность проявления отрицательного влияния человеческого фактора при выборе и настройке параметров НК.

По данным других авторов и результатов контроля качества диагностических работ установлено, что отрицательное влияние человеческого фактора в причинах недостаточной выявляемости дефектов методами НК может составлять до 80%. Одними из основных методов снижения отрицательного влияния человеческого фактора являются применение диагностических приборов с функциями автоматизированной регистрации настроек, процессов и результатов НК и контроля качества диагностических работ. В части приборов в последние годы их развитие осуществляется изготовителями достаточно успешно. Для повышения эффективности контроля качества диагностических работ обоснованы показатели: коэффициент надёжности специалиста НК - К_Н; число пропущенных дефектов - N_П; число дефектов, выявленных при переконтроле - N_В; количество производственных заданий, выполненных дефектоскопистом - d; общая периодичность контроля качества диагностических работ - D; степень сложности производственного задания - W, методики их определения и критерии оценки. Разработаны алгоритм и информационная система обоснования контроля качества диагностических работ, оценки и повышения коэффициента надёжности специалистов НК, рисунок 4.

Решение о проведении контроля качества диагностических работ определяется неравенством:

(5)

Раздел реализации системы обоснования контроля качества диагностических работ включен в СТО-НК.И-177. На начальном этапе внедрения системы контроля качества диагностических работ значение коэффициентов надёжности для всех специалистов принято равным 1. Затем по результатам контроля качества диагностических работ каждому из специалистов определяется величина изменения его коэффициента надёжности - :

(6)

Система обоснования контроля качества диагностических работ также служит для мотивации специалистов, имеющих коэффициент надёжности меньше единицы, к повышению уровня знаний и навыков. В СТО-НК.И-177 определены условия и процедуры их самоподготовки с использованием образцов-моделей узлов и элементов оборудования ДСГ.

Рисунок 4 - Блок - схема алгоритма обоснования ККДР, оценки и повышения К_Н специалистов НК

Для обоснования методического подхода определения критериальных значений требуемого уровня вероятности выявления дефектов - [P₁₁] элементов оборудования ДСГ рассмотрены классические зависимости вероятности выявления дефектов от размеров дефектов - P₁₁(X) и плотности вероятности существования дефектов H от их размеров - H(X); показано, что плотность вероятности существования дефектов, определяющих предельное состояние элементов (предельных дефектов) - H(X_ПР) значительно ниже плотности вероятности существования минимальных, подлежащих выявлению дефектов (минимальных дефектов) - H(X_МИН), в свою очередь, выявляемость предельных дефектов - P₁₁(X_ПР) значительно выше выявляемости минимальных дефектов - Р₁₁(Х_МИН). Отношение этих плотностей вероятностей могут быть выражены через отношения фактических частот: выявления предельных дефектов - f_П.С. и количества выявленных дефектов - f_В.Д.. Этим же отношением может быть выражено отношение допустимой вероятности отказа - [V_ОТК] к допустимой вероятности пропуска дефектов - [P₁₀]. С учётом этого составлено равенство:

(7)

С учётом подстановки Р₁₁ = 1 - Р₁₀ получено выражение для расчёта величины требуемого уровня вероятности выявления дефектов:

(8)

Используя значения f_П.С. и f_В.Д., рассчитанные по данным диагностирования оборудования ДСГ за 2008-2010 годы, литературные данные значений допустимого (приемлемого) уровня вероятности отказа, выражение (8) рассчитаны значения требуемого уровня вероятности выявления дефектов для узлов и элементов исследуемого теплообменника газ/газ. Результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты расчета значений [Р₁₁] в узлах и элементах исследуемого теплообменника газ/газ

Наименование узла / элемента	[Vотк]	[P11уз]
Основной металл и сварные швы обечаек, днищ	10-4	0,92
Основные технологические штуцерные узлы Dy 100 мм	10-2	0,87
Вспомогательные и контрольные штуцерные узлы Dy < 100 мм	10-1	0,74

Для выбора наиболее приемлемых по критерию Р₁₁ [Р₁₁] сочетаний метод-методика НК (включая средства НК) и методов повышения выявляемости дефектов с минимальными подлежащими определению параметрами обоснован метод матриц.

Для матрицы значения вероятности выявления дефектов по каждому возможному сочетанию метод - методика НК определяются экспериментально с использованием образцового метода. Значения Р_11КОМПЛ - комплекса из двух сочетаний метод-методика определяются выражением:

Р_11КОМПЛ = 1-(1-Р_11(а))Ч(1-Р_11(б)) (9)

Значения Р_11ДУБЛ - двух дублирующих независимых контролей комплекса определяются выражением:

Р_11ДУБЛ = 1-(1-Р_11КОМПЛ)² (10)

Матрицы значений Р₁₁, Р_11КОМПЛ и Р_11ДУБЛ строятся для всех узлов и элементов и всех возможных видов/типов дефектов с минимальными подлежащими определению параметрами. Для выбранного теплообменника газ/газ это КЭИ, ВИР, СКРН, НСШ.

Для реализации выбора методов программы диагностирования по критериям требуемого уровня вероятности выявления дефектов разработан алгоритм. Блок-схема алгоритма представлена на рисунке 5.



Рисунок 5 - Блок-схема алгоритма выбора методов программы диагностирования

Алгоритм позволяет обосновать состав и последовательность работ и оценить значения вероятности выявления дефектов программы диагностирования оборудования ДСГ. Результат реализации алгоритма по узлам и элементам теплообменника газ/газ для УК приведён в таблице 3. Коэффициент вариации значений выявляемости определен для доверительной вероятности 0,95.

Таблица 3 - Результаты оценки значений и соответствия критерию [P₁₁] программы диагностирования для УК теплообменника газ/газ

Узел / элемент	Значения и коэффициенты вариации (Р) значений Р11 по видам дефектов / обоснованное сочетание методов	[P11]	Обеспечение P11 [P11]
	КЭИ	ВИР	СКРН, НСШ
Основной металл обечаек и днищ	0,98 (Р= 0.02) _______________________ один метод-методика	0,98 (Р= 0.02) ____________________ один метод-методика	не встречается	0,92	обеспечено
Сварные швы обечаек и днищ	0,98 (Р= 0.02) _______________________ один метод-методика	не встречается	0,98 (Р= 0.03) _______________________ дублирование 2мя операторами	0,92	обеспечено
Основные технологические штуцерные узлы Dу 100 мм	не встречается	не встречается	0,98 (Р= 0.04) _______________________ комбинация 2х методов-методик	0,87	обеспечено
Вспомогательные штуцерные узлы Dy < 100 мм	не встречается	не встречается	0,83 (Р= 0.03) _______________________ один метод-методика	0,74	обеспечено

Полученные превышения значений Р₁₁ над [Р₁₁] обеспечивают уверенное выявление указанных в таблице 3 дефектов с учётом разброса значений Р₁₁.

В четвертой главе представлена методика обоснования выбора состава и методов программы диагностирования оборудования ДСГ по критерию требуемой вероятности выявления дефектов, в которую включено краткое описание причин и факторов снижения выявляемости дефектов и методы ее повышения.

В методике описан порядок оценки и оптимизации программы диагностирования. Методика содержит конструкции и технические требования для изготовления образцов - моделей узлов и элементов оборудования и моделей специфических для этого оборудования дефектов и повреждений; методику и алгоритм обоснования критериальных значений требуемой выявляемости дефектов и необходимые для их определения справочные данные: таблицы категорирования узлов и элементов оборудования по уровням тяжести последствий отказа и предельные значения вероятности отказа. В методику включены технические задания и требования экспериментальной оценки выявляемости дефектов с применением образцов - моделей узлов и элементов оборудования; методам НК и методикам контроля; обеспечения независимости результатов контроля; параметрам настройки дефектоскопических приборов; оформления, обработки и анализа результатов контроля.

Методика содержит алгоритм и описание последовательности работ по обоснованию выбора состава и методов программы диагностирования, выбора и включения в программу диагностирования методов повышения и обеспечения требуемой выявляемости по видам / типам дефектов каждого из образцов - моделей узлов и элементов диагностируемого оборудования. Оформления матриц значений показателя вероятности выявления дефектов, их последующего анализа и оптимизации программы диагностирования. После формирования программы диагностирования методикой предусмотрен повторный контроль и оценка фактических значений вероятности выявления дефектов методами, методиками, средствами и параметрами НК, включенными в программу диагностирования. В случае получения результатов, не удовлетворяющих критерию требуемого уровня вероятности выявления дефектов, внесение и проверку результативности соответствующих изменений в программе диагностирования. Конечным результатом применения методики является оценка и обеспечение соответствия значений вероятности выявления дефектов критериям требуемого уровня вероятности выявления дефектов для всех узлов и элементов диагностируемого по этой программе оборудования и предполагаемых в них дефектов с минимальными, подлежащими выявлению, параметрами.

Для минимизации отрицательного влияния человеческого фактора на показатели выявляемости дефектов в методике предусмотрен алгоритм обоснования контроля качества диагностических работ и оценки коэффициента надёжности специалиста НК. Обоснованы показатели и критерии отбора случаев выполнения выборочного контроля качества диагностических работ, приведены методы их расчета. Предусмотрены меры мотивации специалистов НК к самостоятельному повышению знаний и навыков, для этого разработаны и изготовлены учебные и контрольные образцы - модели узлов и элементов оборудования и методические материалы.

В методике также предусмотрен порядок документирования и контроля правильности выбора и применения ряда параметров настройки приборов УК, обоснованные в главе 3 настоящего исследования.

Применение методики показало, что включенные согласно рекомендаций НД в программы диагностирования оборудования методы и объемы НК не обеспечивают требуемую выявляемость дефектов сварных швов обечаек, днищ и основных технологических штуцеров оборудования ДСГ. Программы технического диагностирования оборудования в части проведения НК указанных сварных швов были переработаны. В соответствии с методикой выполнена оптимизация программ и повторная оценка выявляемости дефектов сварных швов. Результаты оценки, на примере исследуемого теплообменника, показывают, что риск отказа элементов теплообменника с наиболее высоким уровнем тяжести последствий (днищ и обечаек) снижен на 73%, риск отказа основных технологических штуцерных узлов снижен на 60% и риск отказа вспомогательных и контрольных штуцерных узлов снижен на 11%. Среднее значение величины снижения риска отказа - 48%.

Методика внедрена в ОАО «Техдиагностика» и применяется при диагностировании оборудования ООО «Газпром добыча Оренбург». Количественный анализ дефектов, выявленных при использовании в 2010 году новых программ технического диагностирования в сравнении с результатами прошлых лет показал увеличение относительного числа выявляемых дефектов сварных швов с 18% до 30%. Рост количества выявляемых дефектов сварных швов свидетельствует об эффективности применения новых программ диагностирования.

Анализ результатов применения в 2009 - 2010 годах информационной системы контроля качества диагностических работ, (алгоритм представлен на рисунке 4) показал снижение относительного числа выявляемых недостатков в результатах диагностирования и рост показателей надежности специалистов НК.

Расчет эффективности применения представленных в настоящем исследовании разработок и технических решений повышения выявляемости дефектов оборудования на объектах ООО "Газпром добыча Оренбург" показывает, что годовой экономический эффект за 2010 год составляет 7,85 млн. рублей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе анализа методов диагностирования, результатов выявления дефектов и повреждений, причин снижения безотказности оборудования ДСГ показано, что причинами отказов и аварий при его эксплуатации служат невыявленные дефекты его узлов и элементов.

Установлено, что разброс значений вероятностей выявления дефектов и повреждений составляет до 30% и более. Причинами недостаточной выявляемости дефектов служат отрицательное влияние человеческого фактора, недостатки методик, ограниченные возможности приборов, накопление и разброс значений характеристик дефектов. Следствием этого является снижение эффективности диагностирования, переоценка несущей способности, запасов прочности, срока (ресурса) безопасной эксплуатации, уровня безотказности и безопасности и недооценка вероятности отказа эксплуатируемого оборудования.

2. Для проведения теоретических и экспериментальных исследований выявляемости дефектов и повреждений оборудования ДСГ обоснованы и разработаны: модель образцового метода оценки и повышения выявляемости дефектов применяемыми методами НК и других показателей достоверности результатов реализации программы диагностирования; математическая модель обоснования экспериментальной оценки значений вероятности выявления дефектов; экспериментальные модели оборудования ДСГ в виде совокупности экспериментальных образцов-моделей его узлов и элементов, технические требования и задания их УК в эксперименте; модели и способы закладки в экспериментальные образцы дефектов наиболее часто встречающихся в элементах оборудования.

3. По результатам расчетно-экспериментальных исследований выполнена оценка значений, факторов и закономерностей изменения вероятности выявления по видам/типам дефектов, наиболее часто встречающихся в узлах и элементах оборудования ДСГ, разработаны технические решения по документированию и формализации процессов выбора и настройки параметров УК, позволяющие снизить вероятность ошибки оператора (дефектоскописта) и повысить значения вероятности выявления дефектов.

Для снижения отрицательного влияния человеческого фактора на показатель вероятности выявления дефектов обоснованы показатели, критерии, алгоритм и информационная система обоснования и реализации контроля качества диагностических работ, позволяющие повысить коэффициент надёжности специалистов НК и обеспечить мотивацию повышения навыков специалистов НК, обладающих низким коэффициентом надёжности.

Для обеспечения требуемых вероятности выявления дефектов и безотказности оборудования ДСГ обоснованы и разработаны: методический подход к определению значений требуемого уровня вероятности выявления дефектов по узлам и элементам оборудования для наиболее часто встречающихся в них дефектами с подлежащими определению параметрами; алгоритм выбора методов программы диагностирования и оценки ее соответствия критериальным значениям вероятности выявления дефектов путем применения экспериментальных образцов-моделей конструктивных элементов диагностируемого оборудования ДСГ с дефектами.

4. Разработан нормативный документ - стандарт предприятия СТО_ЭПБ.И_177 «Методика обоснования выбора состава и методов программы диагностирования оборудования добычи сероводородсодержащих газа и нефти по критерию требуемой вероятности выявления дефектов», позволяющий применить полученные разработки в практике диагностирования оборудования ДСГ и, при этом, обеспечить требуемую вероятность выявления его дефектов и повреждений, повысить качество диагностических работ, выполнить обоснование выбора и экспериментальную проверку состава и методов программ диагностирования по критериям требуемой выявляемости дефектов с учётом разброса значений выявляемости.

5. Разработки апробированы и внедрены в производство. По результатам их практического применения обоснованы новые программы диагностирования, по которым выполнено диагностирование 499 единиц оборудования ДСГ предприятия ООО «Газпром добыча Оренбург». По результатам диагностирования выявлено 43 дефекта браковочного уровня.

По результатам внедрения разработок в 2010 году за счёт предупреждения возможных отказов, внеплановых остановок и простоев оборудования получен положительный экономический эффект 7,85 млн. рублей.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ

1. Особенности повреждения и неразрушающего контроля адаптеров фонтанных арматур скважин производственного газопромыслового управления ООО «Оренбурггазпром» / Гафаров Н.А., Митрофанов А.В., Вдовин А.А. и др. // Защита от коррозии и охрана окружающей среды. - 1999. - №6. - С. 2 - 7.

2. Вдовин А.А., Ломанцов В.А. К проблеме обеспечения достоверности результатов работ по оценке технического состояния и ресурса оборудования и трубопроводов опасных производственных объектов ГХК // Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред: Материалы V международной научно-технической конференции, г. Оренбург (Самородово) 22_25 ноября 2004 г. - Оренбург: изд-во ООО «Агенства «Пресса», 2004. - С. 249 - 252.

3. О методах оценки безопасности при обследовании трубопроводов транспортирующих углеводороды / Митрофанов А.В., Барышов С.Н., Вдовин А.А. // Обеспечение промышленной и экологической безопасности трубопроводного транспорта углеводородов: Материалы II научно-технической конференции, г. Оренбург (ДКиС «Газовик») 15_16 февраля 2007 г. - Оренбург: изд-во ИПК «Газпромпечать», 2008. - С. 78 - 91

4. Вдовин А.А. Методический подход к оценке достоверности диагностирования технологического оборудования объектов добычи сероводородсодержащего газа, конденсата, нефти // Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред: Материалы VII международной научно-технической конференции, г. Оренбург (Самородово) 26_29 ноября 2008 г. - Оренбург: изд-во ООО «Агентство «Пресса», 2008. - С. 275 - 278.

5. Вдовин А.А., Митрофанов А.В. Методы повышения эффективности диагностирования технологического оборудования объектов добычи сероводородсодержащего газа, конденсата, нефти // Нефтепромысловое дело. - 2009. - №8. - С. 65 - 67.

6. Вдовин А.А., Митрофанов А.В. Человеческий фактор в эффективности диагностирования технологического оборудования объектов добычи сероводородсодержащего газа, конденсата, нефти // Нефтепромысловое дело. - 2009. - №8. - С. 67 - 70.

7. Обоснование критериев оценки повреждённости шлейфовых трубопроводов по результатам диагностирования / Пастухов С.В., Вдовин А.А., Ломанцов В.А., Кравцов А.В., Егоров С.В. // Нефтепромысловое дело. - 2009. - №10. - С. 5 - 11.

8. Вдовин А.А. Формализация и автоматизация решения задачи периодического контроля качества работ по диагностированию оборудования объектов добычи сероводородсодержащего газа // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. - 2009. - №8. - С. 6 - 10.

9. Экспериментальные исследования выявляемости и достоверности контроля дефектов и повреждений оборудования объектов добычи сероводородсодержащих газа, конденсата, нефти / Вдовин А.А., Барыльченко О.А., Лисовский О.Н., Шишов В.А. // Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред: Материалы VIII международной научно-технической конференции, г. Оренбург (Самородово) 23_26 ноября 2010 г. - Оренбург: изд-во ИПК «Газпромпечать», 2011. - С. 34 - 42.

10. Митрофанов А.В., Вдовин А.А. Образцовый метод вероятностной оценки выявляемости дефектов оборудования добычи сероводородсодержащего газа, конденсата, нефти // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. - 2011. - №6. - С. 7-11.

11. Митрофанов А.В., Вдовин А.А. Вероятностная оценка выявляемости дефектов и эффективности программ диагностирования оборудования добычи сероводородсодержащего газа, конденсата, нефти // Нефтепромысловое дело. - 2011. - №7. - С. 47-51.

Размещено на Allbest.ru

...