Оценка поврежденности колонных аппаратов по данным двухпараметрического контроля тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.09, кандидат технических наук Евдокимов, Геннадий Иванович

• Евдокимов, Геннадий Иванович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Евдокимов, Геннадий Иванович

ВВЕДЕНИЕ

1 ОСОБЕННОСТИ АНАЛИЗА НАДЕЖНОСТИ КОЛОННЫХ АППАРАТОВ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ И НЕФТЕХИМИИ

1.1 Причины отказов и ншсправностей колонн

1.2 Пэвреждаемостъ: проблемы терминологии, интерпретации и оценки

1.3 Пэвреждаемостъ колонн на стадиях жизненного цикла

1.3.1 Повреждаемость колонн при изготовлении

1.3.2 Повреждаемость сталей при эксплуатации

1.4 Методы и средства диагностирования колонн

1.5 Использование информационных технологий при оценке надежности колонн

1.6 Постановка задач исследований

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Анализ повреждаемости колонных аппаратов

21.1 Анализ повреждаемости колонн на стадии изготовления 2.1.2 Анализ повреждаемости колонн при эксплуатации

2.2 Оценка прочностных свойств металла вихретоковым методом

2.3 Списание вихретокового прибора для измерения обобщенного параметра (

2.3.1 Технические характеристики ВТИЭП

2.3.2 Преобразователь

2.3.3 Блок измерения

2.4 Методика идентификации закона распределения результатов замеров обобщенного параметра

2.5 Методика оценки влияния краевого эффекта

2.6 Оценка влияния шероховатости поверхности

2 7 Основные характеристики исследуемых материалов 2.8 Методика проведения металлографических исследований 29 Методика исследования динамики доменных структур 2.10 Проведение лабораторных исследований по оценке поврежденности материалов

2.10.1 Методика проведения испытаний на статическое растяжение

2.10.2 Методика накопления усталостных повреждений

2.11 Выводы

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ КОЛОНН ПРИ СТАТИЧЕСКОМ И МАЛОЦИЮЮВОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ

3.1 Распределение дефектов в колоннах

3.2 Определение размера пятна контакта прибора НГИОП

3.3 Аппроксимация экспфиментапшого закона распределения показаний прибора ЕГГИОП-1 при измерениях обобщенного параметра р

3.4 Влияние шероховатости поверхности на обобщенный параметр (

3.5 Повреждаемость сталей при статическом ншружении

3.5.1 Изменение обобщенного параметра (3 при упругошжггическом деформировании

3.5.2 Влияние деформационного упрочнения на обобщенный параметр р

3.6 ГЪвреждаемосгь сталей при циклическом деформировании

3.7 Выводы

4 ОЦЕНКА ГОВРЕЖДЕННОСТИ КОЛОННОГО АППАРАТА ПРИ ДЕФОРМАДРЮННОМ УПРОЧНЕНИИ МАТЕРИАЛА

4.1 ГЪвреждеЕШОсть конструюдаонных материалов при деформационном упрочнении

4.2 Оценка поврежденности колонного аппарата при двумерном распределении диагностических параметров

4.3 Нэмограммы поврежденности сталей

4.4 Логико-темпоральная модель колонного аппарата

4.4.1 Структурная схема надежности колонного аппарата

4.4.2 Конструкционные элементы зон

4.4.3 Моделирование состояния КЭ средствами TL-лошки

4.5 Методика оценки поврежденности колонных аппаратов

4.6 Выводы 122 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 124 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 126 ПРИЛОЖЕНИЕ А 139 ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка поврежденности колонных аппаратов по данным двухпараметрического контроля»

Обеспечение высокой эксплуатационной надежности технологического оборудования является одной из важнейших задач в комплексе проблем, связанных с развитием нефтеперерабатывагащей и нефтехимической отраслей Росши. Актуальность этой задачи обусловливается как отепифическими особенностями этих сфер материального производства, так и современными тенденциями их развития. К числу отличительных черт нефтепффабатывакацих и нефтехимических производств следует отнести широкое применение в технологических процессах повышенных и криогенных температур; высоких давлений и вакуума; коррозионных, огне- и взрывоопасных сред; токсичных веществ; сложные режимы нагружения технологического оборудования, включающие различные виды и сочетания механических, тепловых и коррозионных нагрузок. Для большинства видов оборудования, используемого в технологических процессах нефтепереработки и нефтехимии, указанные факторы действуют одновременно, приводя к проявлению системного эффекта эмердженшосш [95, 100]. Стохастическая природа внешних воздействий, а в значительной степени и внутренних процессов, протекающих в конструкщюнньзх материалах в условиях эксгазуашции, приводит к труднопрогнозируемым результатам такого проявления. В особо неблагоприятных ситуациях это может привести к значительному экономическому ущербу, нарушению нормальной экологической обстановки на значительных территориях, а иногда и к человеческим жертвам [84].

Влияние указанных факторов на надежность оборудования усугубляется современным состоянием нефтеперерабатывающего и нефтехимического комплекса страны Для него характерны значительная доля потенциально опасных объектов, исчфпавших проектный ресурс; ослабление внимания к вопросам безопасности в связи со сменой форм собственности на многих предприятиях; резкий рост числа техногенных аварий. В условиях, когда на территории страны сосредоточено около 3000 химических производств и объектов повышенной опасности и накоплено околю 1012 смертельных токсодоз химической природам подобное положение становится угрозой национальной безопасности России. Осознание этого факта привело к разработке Государственной научно-технической программы «Безопасность населения и народнохтяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф» (ГНГП «Безопасность»), реализация которой создаст предпосылки для существенного снижения потерь от аварий и катастроф [78].

Актуальность проблемы надежности нефтеперерабатьвакяцего и нефтехимического оборудования, во многом, определяется тенденциями развития указанных отраслей. Ориентация на углубление переработки нефтяного сырья, вызванная сложившейся ситуацией в нефтедобыче и на рынке сбыта нефтепродуктов, предполагает интенсивное наращивание мощностей процессов деструктивной и вторичной переработки нефти, а следовательно, ужесточение условий эксжлуатацйи оборудования, усложнение технологических установок, удлинение технологических цепочек [58]. Рост мощностей характерен и для нефтехимических производств.

Современное производство по переработке нефтяного сырья или выпуску нефтехимической продукции- это чрезвычайно сложная иерархическая система, надежность которой обусловливается надежностью ее сфуктурных составляющих [43,80]. Функционирование подобного технического объекта происходит в соответствии с законами так называемых больших систем, одним из фундаментальных свойств которых является специфическое реагирование в определенных состояниях (бифуркационных точках) на внешние воздействия. Поведение системы в окрестности бифуркационной точки может быть описано на основе принципа синергизма Согласно этому принципу в критической области даже незначительное внешнее воздействие может привести к тому, что система выйдет из положения неустойчивого равновесия и резко изменит свое состояние [45, 93, 119].

Для технического объекта в качестве окрестности бифуркационной точки можно рассматривать, например, его предотказовое состояние, вызванное ггротеаЕсакжцими в объекте деградшлдонными процессами и накоплением в нем повреждений. При достижении некоторой (критической) степени повреж-денности происходит отказ, т. е. резкий переход из одного состояния (работоспособность) в другое (неработоспособность). Сочетание уникальности многих объектов нефтепереработки и нефтехими с их жесткой технологической зависимостью и невозможностью в раде случаев резервирования делает проблему обеспечения высокой отказоустойчивости нефттерерабатывающетхэ и нефтехимического оборудования особенно актуальной. Как чрезвычайно важную часть этой проблемы необходимо рассматривать задачу анализа и адекватной оценки текущего состояния оборудования, в том числе и оценки его функциональной надежности.

В настоящей работе поставлена цель- разработка методики оценки повреждеяносш колонных аппаратов нефтепереработки и нефтехимии.

Поставленная цель потребовала решения сшедующих задач:

- анализа распределения дефектов по узлам колонных аппаратов;

- выбора критериев повреждеяносш конструкционных материалов, применяемых при изготовлении колонн;

- разработки приборного обеспечения неразрушающего контроля колонн;

- исследования процессов, связанных с повреждаемостью материалов при статическом и малоцикловом деформировании;

- разработки методики оценки поврежденности конструкционных материалов на основе решстрации физических явлений и процессов, предшествующих появлению дефектов типа несплошностей;

Настоящая работа состоит из четырех глав. В первой главе приведен обзор отечественных и зарубежных источников, касающихся вопросов надежности как всего оборудования нефтепферабатывающих и нефтехимических производств, так и оборудования, являющегося объектом исследования- колонных аппаратов. Рассмотрены методы и средства диагностирования колонн, выявлены основные тенденции их развития в данной проблемной области.

Во второй главе приведены Хфактеристики исследуемых объектов (колонн и конструкционных материалов) и описание инструментальных средств и методик, в том числе оригинальных, исследования поврежденносш материалов.

В третьей главе приведены результаты анализа распределения дефектов в колонных аппаратах на стадиях изготовления и эксплуатации, что позволило выявить зоны с повышенной вероятностью возникновения трещиноподобных дефектов. Представлены результаты исследований поврежденносш сталей по механизму деформационного упрочнения при статическом и циклическом наг-гружении.

Четвертая глава посвящена разработке диагностической модели для оценки поврежденносш материалов с помощью двухпараметрического нераз-рушающего контроля. Разработан алгоритм оценки поврежденносш колонного аппарата на базе представления конструкции колонны в виде конечного множества конструктивных элементов. Предложен способ описания многоэлемешной дискретной модели колонны с помощью формализмов темпоральной шейки.

Работа выполнена на комплексной кафедре «Машины и аппараты химических производств» Уфимского государственного нефтяного технического университета В связи с этим автор искренне признателен своему научному руководителю доктору технических наук, профессору И Р. Кузееву за постановку задач исотедований и постоянную помощь в работе.

Основная часть экспериментов проведена на кафедре «Оборудование предприятий нефтехимии и нефтепереработки» Сагаватского филиала Уфимского государственного нефтяного технического университета Автор выражает благодарность директору филиала, профессору КЬмайлову Р. Б. за содействие в проведении исследований.

Автор признателен кандидату технических наук, доценту Захарову Н М за постоянное сотрудничество в организации и проведении теоретических и экшфиментальных исследований, а также в обсуждении их результатов. Весьма существенной была роль кандидата технических наук, доцента Баширова 9