Идентификация коррозионного состояния трубопроводов на основе агрегированных параметров и моделей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.07, кандидат технических наук Владова, Алла Юрьевна

• Владова, Алла Юрьевна
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Владова, Алла Юрьевна

Введение.

1 Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Значимость и актуальность контроля состояния трубопроводов.

1.2.Современные представления об электрохимической коррозии металлов.

1.3. Техническая диагностика трубопроводов.

2 Агрегированные параметры и модели кинетики коррозионных процессов.

2.1 Классификация параметров кинетики коррозионного процесса.

2.2 Классификация моделей кинетики коррозионного процесса.

2.3 Уравнение энергетического баланса кинетики коррозии.

3 Статистическое исследование рельефности поверхности вырезок трубопроводов.

3.1 Датчики для измерения рельефности.

3.2 Корреляционный анализ параметров рельефности.

3.3 Спектральный анализ параметров рельефности.

4 Идентификация и прогнозирование коррозионного состояния трубопроводов на основе данных внутритрубной инспекции.

4.1 Идентификация коррозионного состояния трубопроводов.

4.2 Прогнозирование коррозионного состояния трубопроводов.

4.2.1 Методика нахождения параметров моделей прогноза.

4.2.2 Методика прогнозирования на основе модели второго порядка с запаздыванием

4.3 Решение задачи прогнозирования на основе уравнения энергетического баланса.

4.4 Разработка программного комплекса для автоматизации моделирования и прогнозирования коррозионного состояния вырезок и участков трубопроводов.

4.5 Результаты идентификации коррозионного состояния трубопроводов, полученные с помощью программного комплекса.

4.6 Автоматизированная система управления надежностью трубопроводов.

5 Эффективность идентификации коррозионного состояния типового участка трубопровода.

5.1 Эффективность функционирования сложной технической системы

5.2 Структурная модель типового участка трубопровода.

5.3 Модели надежности функционирования типового участка.

5.4 Стоимость эксплуатации типового участка и поставка газа.

5.5 Эффективность идентификации коррозионного состояния типового участка трубопровода.

Основные результаты работы и выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Идентификация коррозионного состояния трубопроводов на основе агрегированных параметров и моделей»

Системы трубопроводного транспорта газа составляют основу топливоснабжения страны. Трубопроводы (ТП) относятся к категории энергонапряженных объектов, отказы в которых сопряжены со значительным материальным и экологическим ущербом. Оренбургское газоконденсатное месторождение (ОГКМ) является одним из крупнейших промышленных объектов страны и разрабатывается с 1974 г. Несмотря на существенное снижение количества коррозионных отказов, аварии трубопроводов по этой причине наиболее многочисленны. В современных работах в области анализа и прогнозирования отказов трубопроводов выделены наиболее типичные механизмы отказов, составлены физико-механические и математические модели коррозионных процессов на основе локальных параметров и ретроспективных сведений.

С появлением промышленных образцов внутритрубных дефектоскопов-снарядов стало возможным получение обширной информации о дефектах на протяжении многокилометровых участков ТП. Однако объективный анализ результатов внутритрубной инспекции (ВТИ) затруднен из-за локального характера параметров и моделей.

Научная проблема формулируется следующим образом: несмотря на большой объем данных по отдельным дефектам, идентификация и прогнозирование коррозионного состояния (КС) трубопроводов недостаточно эффективны.

Работа входит в научное направление исследований лаборатории «Надежность» ОГУ и выполнена в соответствии с приоритетным направлением науки и техники № 2728п. п8 от 21.07.96 «Технология обеспечения безопасности продукции, производства и объектов» и постановлением Правительства России от 16.11.96 г. № 1369 по проведению внутритрубной диагностики в 1997-2000 гг. на территориях Уральского региона и Тюменской области.

Целью работы является повышение эффективности идентификации и прогнозирования коррозионного состояния трубопроводов за счет разработки и использования новых агрегированных параметров и моделей рельефности поверхности.

В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи исследования:

1 Разработать классификации параметров и моделей кинетики коррозионных процессов ТП на основе характеристик рельефности поверхности;

2 Исследовать основные статистические характеристики параметров рельефности натурных образцов (вырезок) ТП;

3 Разработать методику и провести идентификацию и прогнозирование коррозионного состояния участков ТП на основе агрегированных моделей;

4 Разработать программный комплекс для идентификации и прогнозирования коррозионного состояния ТП с помощью современных информационных технологий;

5 По основным характеристикам провести сравнительный анализ эффективности идентификации типового участка ТП с учетом его коррозионного состояния.

Поставленные задачи решались комплексно путем проведения теоретических и экспериментальных исследований с применением современных информационных технологий. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация технологических процессов и производств (в том числе по отраслям)», Владова, Алла Юрьевна

Основные результаты работы и выводы

1 Предложенные на основе разработанных классификаций агрегированные параметры Ыа, Ыц, N2 и модели, более полно характеризуют коррозионное состояние поверхности трубопроводов по сравнению с известными локальными параметрами. Группировка значений параметров рельефности на 4 группы и 12 классов показала, что для трубопроводов ОГКМ наиболее характерными являются 2 группа по Ыа с диапазоном изменения от 0.25-1 мм и 2-3 группы по № с диапазоном от 0.032-4 мм.

2 Созданная на основе внутритрубной инспекции база данных модифицирована и содержит наряду с локальными характеристиками дефектов (глубиной, длиной и шириной) агрегированные глубинные, плоскостные и объемные параметры рельефности трубопроводов.

3 Разработаны датчики на основе: механического щупа с индикатором часового типа, градуированного стержня с микрометрической шкалой и двухканального электронного блока измерения линейных величин для оценки рельефности вырезок трубопроводов, относящихся к разным группам таблицы распределения. Погрешность измерения приспособлений от 3 до 6.7%.

4 Статистическими исследованиями рельефности поверхности вырезок трубопроводов установлено, что шаг дискретизации для вырезок трубопроводов группы 2-3 должен быть не меньше 2.7 см, полупериод колебаний составляет 2.51-2.72 см, частота среза, определяющая верхнюю границу спектра частот дисперсий, равна 2.10-2.53 см*1, частота, при которой спектральная плотность достигает максимума 0.0-1.0 см"1.

5 Предложена оценка коррозионного состояния трубопроводов с помощью созданных агрегированных моделей на: основе параметров рельефности Ыа,

N2 и количества дефектов. Построены зависимости коррозионного состояния по длине трубопроводов, позволяющие выявить потенциально-опасные участки. Найдена зависимость скорости коррозии от коррозионного состояния, описывающаяся моделью обыкновенного дифференциального уравнения первого порядка.

6 Решение задачи прогнозирования путем сопоставления данных о коррозионном состоянии трубопроводов на основе двух инспекций, проведенных через определенный временной интервал, позволило установить, что прогнозная скорость коррозии описывается моделями апериодических звеньев 1 и 2 порядков с запаздыванием. На основе предложенного уравнения энергетического баланса в дифференциальной форме рассчитан коэффициент коррозионной устойчивости металла трубопроводов.

7 Разработан программный комплекс в среде Delphi, позволяющий автоматизировать процесс идентификации и прогнозирования коррозионного состояния трубопроводов и включающий следующие основные модули: идентификацию коррозионного состояния трубопроводов по аддитивной, мультипликативной и комбинированной модели, прогнозирование кинетики коррозионного состояния трубопроводов, моделирование эффективности функционирования трубопроводов.

8 Определена эффективность идентификации типового участка трубопроводов на основе трех наиболее существенных характеристик: надежности функционирования, величины поставки газа и стоимости эксплуатации с учетом стоимостей внутритрубной инспекции и программного комплекса. Результаты расчетов показывают, что эффективность функционирования ТП с учетом их коррозионного состояния на основе агрегированных моделей, возрастает более, чем на 10 %.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Владова, Алла Юрьевна, 2000 год

1. Айвазян С. А., Енюков И. С., Мешалкин JI. Д. Прикладная статистика: Основы моделирования и первичная обработка данных. -М.: Финансы и статистика, 1983.-471 с.

2. Амосов А. А., Дубинский Ю. А., Копченова Н. В. Вычислительные методы для инженеров. -М.: Высш. шк., 1994. -544 с.

3. Аскользин П. А. Коррозия и защита металла теплоэнергетического оборудования. -М.: Энергоиздат, 1982. -304 с.

4. Атлас дефектов стали. -М.: Металлургия, 1979. -188 с.

5. Багоцкий В, С. Основы электрохимии. -М.: Химия, 1988. -420 с.

6. Байхельт Ф., Франкен П. Надежность и техническое обслуживание. Математический подход. М.: Радио и связь. 1988. - 392 с.

7. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. -М.: Мир, 1989. -540 с.

8. Болотин В. В. Применение методов теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. -М.: Стройиздат, 1971. -245 с.

9. Болотин В. В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. -М.: Машиностроение, 1984.

10. Борель Э. Вероятность и достоверность. -М.: Наука, 1964. -119 с.

11. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике. М.: Наука, 1965.-561 с.

12. Бугай Д. Е., Гетманский М. Д., Фаритов А. Т., Рябухина В. Н. Прогнозирование коррозионного разрушения нефтепромысловых трубопроводов. -М.: ВНИИОЭНГ, 1989. -58 с.

13. Веников В. А. Теория подобия и моделирования. М.: Высш. шк., 1976. -470 с.

14. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. - 560 с.

15. Вентцель Е. С., Овчаров Л. А. Теория случайных процессов ее инженерные приложения. -М.: Наука, 1991. 375 с.

16. Вигнер Е. Этюды о симметрии. -М.: Мир, 1971. -318 с.

17. Владов Ю. Р. Автоматизированный логико-вероятностный расчет надежности: Лабораторный практикум. -Оренбург: ОГУ, 1999. -42 с.

18. Владов Ю. Р., Владова А. Ю. Автоматизированный синтез дискретных автоматов //Тезисы докладов Российской НТК "Концепция развития и высокие технологии проектирования и ремонта транспортных средств в условиях постиндустриальной экономики", 1997. -с.

19. Владов Ю. Р., Владова А. Ю. Моделирование коррозионной поверхности трубопроводов // Тезисы докладов Российской НТК «Прогрессивные методы эксплуатации и ремонта транспортных средств». -Оренбург: ОГУ, 1999. -с. 89-92.

20. Владова А. Ю. Автоматизированный программный комплекс моделирования и прогнозирования коррозионного состояния трубопроводов. Информ. листок №50-124-00. -Оренбург: ЦНТИ, 2000. -2 с.

21. Владова А. Ю. Кушнаренко В. М. Статистический анализ коррозионной поверхности // Тезисы докладов региональной НТК «Современныетехнологии в энергетике, электронике и информатике». -Оренбург: ОГУ, 1999. с.104- 106.

22. Владова А. Ю. Модель связи системных и локальных параметров // Тезисы докладов всероссийской научной молодежной конференции «Стратегия природопользования и сохранения биоразнообразия в XXI веке». -Оренбург: ОГУ, 1999. с. 28

23. Владова А. Ю. Обоснование математической модели коррозионного процесса в трубопроводах // Тезисы докладов региональной НТК «Современные технологии в энергетике, электронике и информатике». -Оренбург: ОГУ, 1999. с.88 89.

24. Владова А. Ю., Тарасов В. Н. Разработка компьютерной системы моделирования САУ в среде Delphi // Тезисы докладов региональной НТК «Современные технологии в энергетике, электронике и информатике». -Оренбург: ОГУ, 1998. с.

25. Владова А. Ю., Владов Ю. Р. Модель автоматизированной системы управления надежностью трубопроводов // Тезисы докладов Российской НТК «Прогрессивные методы эксплуатации и ремонта транспортных средств». -Оренбург: ОГУ, 1999. -с. 256-259.

26. Владова А. Ю., Владов Ю. Р. и др. Моделирование и синтез дискретных систем управления и контроля технологическими потоками //Тезисы докладов Российской НТК-Оренбург: ОГУ, 1996. -с. 121-124.

27. Гафаров Н. А., Гончаров А. А., Кушнаренко В. М. Коррозия и защита оборудования сероводородосодержащих нефтегазовых месторождений. Под ред. Кушнаренко В. М. -М.: Недра, 1998.-437 с.

28. Герасимович А. И. Математическая статистика. -Минск.: Выш. шк., 1983.279 с.

29. Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.: Высш. шк., 1999. <•() с.

30. Голубев А. И., Кадыров М. X. Прогнозирование углекислотной коррозии оборудования на газовых и газоконденсатных месторождениях. Коррозия в нефтедобывающей промышл., № 6 1968, с. 19-24.

31. Гольденберг И. 3. Математическая модель местного коррозионного изнашивания трубопроводов, транспортирующих естественные электролиты. Коррозия и защита металлов. -Сб.научн.тр. - Калининград: Изд-во Калининградского ун-та, 1983.-с. 77-84.

32. Гутман Э. М. Механохимия металлов и защита от коррозии М.: Металлургия, 1981.-271с.

33. Дантеманн Дж., Мишел Д., Тейлор Дж. Программирование в среде Delphi. -К.: DiaSoft Ltd., 1995. -595 с.

34. Дарахвелидзе П. Г., Марков Е. П. Delphi среда визуального программирования - СПб.: BfiV, 1996.

35. Дж. К. Тиен Достижения науки о коррозии и технология защиты от нее. -М.: Металлургия, 1985.

36. Дж. Холл, Дж. Уатт Современные численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений: Пер. с англ. М.: «Мир», 1979.-312 с.

37. Джонс Дж. К. Методы проектирования. -М.: Мир, 1986. -326 с.

38. Дитрих Я. Проектирование и конструирование: Системный подход. -М.: Мир, 1981.-456 с.

39. Дружинин Г. В. Надежность автоматизированных производственных систем. -М.: ЭАИ, 1986. -480 с.

40. Дунин-Барковский И. В., Карташова А. Н. Измерения и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности. М.: Машиностроение. 1978.

41. Жук Н. П. Курс теории коррозии и защиты металлов. -М.: Металлургия. 1976.-472 с.

42. Залкинд Ц. И., Колотыркин я. М. Непрерывный контроль коррозии работающего оборудования /Итоги науки и техники. Серия «Коррозия и защита от коррозии»/. -М.: ВИНИТИ, 1981, т. 8, с. 181 -216.

43. Ильичев А. В. Эффективность проектируемой техники: основы анализа. -М.: Машиностр., 1991. -336 с.

44. Конопка Р. Создание оригинальных компонент в среде Delphi. К.: «ДиаСофт», 1996.-512 с.

45. Коррозия: Справ, изд. /Под ред. Шрайера JL Л. -М.: Металлургия, 1981. -632 с.

46. Красовский А. А. Оптимальные алгоритмы в задаче идентификации с адаптивной моделью. АиТ, 1976, № 12.-е. 75-82.

47. Кузин JL Т. Основы кибернетики. -М.: Энергия, 1979. -584 с.

48. Кузьмак А. Е., Кожеуров А. В., Чебан Э. А. Методы и средства контроля коррозии нефтегазового оборудования в условиях эксплуатации. Обзорная инф. Сер. ХМ-9. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1985.

49. Куропаткин П. В. Теория автоматического управления. -М.: Высш. шк., 1973.-528 с.

50. Кухлинг X. Справочник по физике -М.: Мир, 1982. -520 с.

51. Кушнаренко В. М., Владов Ю. Р., Стеклов О. И. Оценка эффективности технических систем, контактирующих с коррозионными средами-М.:1992 г.

52. Кушнаренко В.М., Нургалиев Д.М., Гончаров А.А. Положение об экспертной технической диагностике ТП -Оренбург «Газпром», ОГУ, 1997. -33с.

53. Легезин Н. Е. Прогнозирование углекислотной коррозии металлов в атмосферных условиях. -М.: Коррозия нефтегазовой промышленности, № 6, 1968.

54. Лурье А. Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов. -Л.: Колос, 1970.-376 с.

55. Львовский Е. Н. Статистические методы построения эмпирических формул. -М.:Высш. шк., 1988. 239 с.

56. Мазур И. И., Иванцов О. М., Молдаванов О. И. Конструктивная надежность и экологическая безопасность трубопроводов. М.: Недра. 1990.

57. Макаров И. М., Менский Б. М. Линейные автоматические системы. —М.: Машиностроение, 1977.-464 с.

58. Маннапов Р. Г. Оценка надежности химического и нефтяного оборудования -М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1988. -35 с.

59. Марков А. А. Моделирование информационно-вычислительных процессов. -М.: Изд. МГТУ, 1999.-360 с.

60. Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. -М.: Мир, 1973. -344 с.

61. Методика прогнозирования остаточного ресурса нефтезаводских трубопроводов, сосудов, аппаратов и технологических блоков установок подготовки нефти, подвергающихся коррозии. -М.:МИНТОПЭНЕРГО, -1993.-88 с.

62. Моделирование на ЗВМ дефектов в металле. -Л.: Наука, 1990.

63. Надежность технических систем /Ю. К. Беляев, В. А. Богатырев, В. В. Болотин и др.; под ред. И. А. Ушакова. -М.: Радио и связь, 1985. -608 с.

64. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. —М.: Высш. шк., 1975.-496 с.

65. Нетушил А. В., Балтрушевич А. В., Бурляев В. В., Кузин Р. Е., Александровский Н. М. Теория автоматического управления: Нелинейные системы управления при случайных воздействиях. -М.: Высш. шк., 1983. -432 с.

66. Нургалиев Д. М., Ахметов В. Н., Кушнаренко В. М., Щепинов Д. Н. Контроль коррозионного состояния соединительных трубопроводов. -Газовая промышленность №6,1998. -с. 25-28.

67. Овчинников И. Г., Сабитов X. А. Моделирование и прогнозирование коррозионных процессов. -Деп. ВИНИТИ, 1982, №1342-82.

68. Основы автоматического управления. /Под ред. Пугачева В. С. -М.: Наука, 1974.-720 с.

69. Оузье Д., Гробман С., Батсон С. Delphi 2. Освой самостоятельно. -М.: Восточная книжная компания, 1997. -624 с.

70. Оценка надежности химического и нефтяного оборудования при поверхностном разрушении. РД 26.10-87, Метод указания. -М.: 1987.

71. Павловский Б.Р. Экспертиза по проблеме ресурса соединений ТП, транспортирующего влажный сероводородосодержащий газ. -М.: ВНИИНЕФТЕМАШ, 1994. 39с.

72. Платонов В. М. Математическое моделирование физических процессов нефтехимии-М: 1972.

73. Рапопорт Э. Я. Оптимизация процессов индукционного нагрева металла. -М.:Металлургия, 1993. -279 с.

74. Рей У. Методы управления технологическими процессами. -М.: Мир, 1983. -368 с.

75. Руководство по анализу результатов внутритрубной инспекции и оценке опасности дефектов ВРД 39-1.10-001-99-М. :ОАО «Газпром», ВНИИГАЗ, ИРЦ Газпром 1999.-¡ 7с.

76. Сейдж Э. И., Мелса Дж. JI. Идентификация систем управления. -М.:Наука, 1974.

77. Смирнов Н. В., Дунин-Барковский И. В. Курс теории вероятностей и математической статистики. -М.: Наука, 1965. -512 с.

78. Смит Д. М. Математическое и цифровое моделирование для инженеров и исследователей-М.: Машиностроение, 1980.-271 с.

79. Сотсков Б. С. Основы теории и расчета надежности элементов и устройств автоматики и вычислягельной техники. М.: Высшая школа. 1970. - 270 с.

80. Справочник по теории автоматического управления /Под ред. А. А. Красовского. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. -712 с.

81. Стромберг А. Г., Семченко Д. П. Физическая химия. -М.: Высш. шк., 1988. -496 с.

82. Тойберт П. Оценка точности результатов измерений. -М.: Энергоатомиздат, 1988. -88 с.

83. Томашов Н. Д., Жук Н. П., Титов В. А., Веденеева М. А. Лабораторные работы по коррозии и защите металла. -М.: Металлургия, 1971, 280 с.

84. Томашов Н. Д., Чернова Г. П. Теория коррозии и коррозионно-стойкие сплавы.-М.: Металлургия, 1986.

85. Туррот П., Брент Г., Багдазиан Р., Тендон С. Супербиблия Delphi 3. К: «ДиаСофт», 1997. - 848 с.

86. Туфанов Д. Г. Коррозионная стойкость нержавеющих сталей, сплавов и чистых металлов. -М.: Металлургия, 1990. -320 с.

87. Тюрин Ю. Н., Макаров А. А. Статистический анализ данных на компьютере /Под ред. В. Э. Фигурнова -М.: ИНФРА -М, 1998. -528 с.90Улиг Г. Г., Реви Р. У. Коррозия и борьба с ней. Введение в коррозионную науку и технику. -JL: Химия, 1989. -456 с.

88. Уэллс Э., Харшбаргер С. Microsoft Exel 97. Библиотека разработчика. -М.: Русская Ред., 1998. 536с.

89. Федоров А. Г. Delphi 2.0 для всех М.: ТОО фирма «КомпьютерПресс», 1997. - 464 с.

90. Хусу А. П., Витенберг ГО. Р., Пальмов В. А. Шероховатость поверхностей (теоретико-вероятностный подход). -М.: Наука, 1975. -344 с.

91. Цикерман JI. я. Диагностика коррозии трубопроводов с применением ЭВМ. М.: Недра. 1977.

92. Цикерман JL Я. Долгосрочный прогноз опасности грунтовой коррозии металлов М:Недра, 1965. -175 с.112

93. Шамбадаль П. Развитие и приложения понятия энтропии. -М.: Наука, 1967. -278 с.

94. Щепинов Д. Н. Автоматизация диагностирования трубопроводов, транспортирующих сероводородосодержащие среды. Автореферат канд., диссерт.-Оренбург: ОГУ, 1998.

95. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления. -М.: Мир, 1975.

96. Энциклопедия кибернетики. -К.: Главная редакция УСЭ, 1974. т.1 -607 е., т.2-619 с.

97. ANSI/ASME В 31G-1984. Manual for Determining the Remaining Strength of Corroded Pipelines. -ASME. New York.

98. Material and geometry factors controlling the failure of corrosion defects in piping. "Asme publ. PVP", том 350 the USA, 1997.

99. Marvin С/ W/ Determining the strength of Corroded Pipe. //Materials protection and Performance. -1972. -V. 11 .-P. 34-40.

100. Nakasugi H., Matsudn IT. Development of new dine-Pipe Steels for Sour Gas Servis //Nippon Steel Techn. rep. -1979 @14.- P.66-78.

101. TM-01-77 NASE Stan dart. Test Method. Testing of Metals for Resistance to sulfide Stress Cracking at Ambient Temperatures Appraved. -1977. -July.-P.l-8.