Повышение эксплуатационной надёжности портового нефтеналивного комплекса на базе безразборной диагностики и телеметрии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.19, кандидат технических наук Огурцов, Дмитрий Владимирович

• Огурцов, Дмитрий Владимирович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Огурцов, Дмитрий Владимирович

Условные обозначения.

Введение.

0.1 Техническая сущность и актуальность вопроса эксплуатационной надежности портового нефтеналивного комплекса.

0.2 Общая направленность исследований. Цель работы.

ГЛАВА 1 Аналитический обзор технических и организационных методов эксплуатации технологических трубопроводов морских терминалов и бункерного флота.

1.1 Методы организации технической эксплуатации технологических трубопроводов морских терминалов и бункерного флота.

1.2 Методы мониторинга технологических трубопроводов портовых нефтеналивных комплексов.

1.3 Перспективы совершенствования систем мониторинга портовых нефтеналивных комплексов.

1.4 Выводы и постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2 Основы определения устойчивости систем нефтеналивных комплексов в процессе износа.

2.1 Напряжения и деформации в технологических трубопроводах портовых нефтеналивных комплексов.

2.2 Вероятностные модели определения устойчивости технологических систем нефтеналивных комплексов в процессе изнашивания.

2.3 Оценка риска разрушения технологической нефтеналивной системы, портового нефтеналивного комплекса.

2.4 Совместное оценивание устойчивости портовых нефтеналивных комплексов при износе и рабочих процессах.

2.5 Мониторинг остаточного эксплуатационного ресурса портового нефтеналивного комплекса по основным проектным и эксплуатационным параметрам.

2.6 Выводы.

ГЛАВА 3 Определение устойчивости портовых нефтеналивных технологических систем по данным телеметрии.

3.1 Методы определения остаточной прочности и устойчивости трубопроводов портовых нефтеналивных комплексов на базе телеметрии.

3.2 Организация оптимальной фильтрации данных телеметрии.

3.3 Анализ адаптируемых систем мониторинга.

3.4 Выводы.

ГЛАВА 4 Адаптивная обработка информации состояния эксплуатационной надежности портового нефтеналивного комплекса.

4.1 Цифровая фильтрация телеметрической информации.

4.2 Мониторинг технического состояния технологического трубопровода портового нефтеналивного комплекса.

4.3 Организация системы мониторинга и управления портовым нефтеналивным комплексом.

4.4 Системный анализ параметров прочности трубопроводов портового нефтеналивного комплекса.

4.5 Сервисы эксплутационной безопасности и реагирования на аварийный розлив нефти портового нефтеналивного комплекса (пример реализации на базе плана ЛАРН пристани №5 ОАО «НМТП»).

4.6 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эксплуатационной надёжности портового нефтеналивного комплекса на базе безразборной диагностики и телеметрии»

0.1 Техническая сущность и актуальность вопроса эксплуатационной надежности портового нефтеналивного комплекса

В настоящее время мировой энергетический потенциал поддерживается, в основном, за счет углеводородного топлива. Быстро растущее потребление нефти усилило внимание к ее добыче не только на суше, но и в морях и океанах. Практически все морские страны ведут нефтепромысловые работы в море, добывая ежесуточно более 320000 тонн нефти. В прибрежных районах ежегодно бурится около 8000 скважин.

Анализ мирового опыта показывает, что основным видом транспорта, обеспечивающего доставку углеводородного сырья потребителю, является трубопроводный транспорт, включающий портовые нефтеналивные комплексы (морские и речные терминалы), которые обеспечивают перевалку не менее 80% нефти и нефтепродуктов, идущих на экспорт. В перспективе, за счет ввода в действие новых (Приморск, Варандей, Козьмино, НМТ) и реконструкции существующих морских нефтеналивных комплексов (Шесхарис, Туапсе, Находка), уже имеющиеся большие объемы грузооборота по нефти и нефтепродуктам, будут значительно увеличиваться.

Только по Новороссийскому портовому комплексу, в ближайшее время планируется значительное увеличение объемов перевалки, а именно:

• нефтерайон «Шесхарис» НМТП в настоящее время осуществляет погрузку на танкеры 50 млн.т/год, планируется увеличение до 65 млн.т./год в 2012-2013 году, после ввода в эксплуатацию причала 1А и нового технологического тоннеля;

• морской терминал КТК в настоящее время имеет объемы перевалки 35 млн.т./год, до 2015год планируется увеличение объема до 67 млн.т./год

• новороссийский мазутный терминал (НМТ) будет введен в эксплуатацию и в 2012 году - выйдет на проектный объем перевалки 4 млн.т./год мазута.

Одной из важнейших проблем портовых нефтеналивных комплексов является обеспечение надежности в течение всего периода их эксплуатации. Сроки эксплуатации большой части портовых нефтеналивных трубопроводных систем измеряются десятками лет в течение которых происходил интенсивный износ и старение их конструкций. Предельные сроки амортизации грузовых магистралей портовых нефтеналивных комплексов по правилам технической эксплуатации составляют 30 лет.

По состоянию на 2009г., около 30% технологических систем портовых нефтеналивных терминалов уже превысили предельные сроки эксплуатации, 37%- подходят к этому ресурсу и только 30%) эксплуатируются в течение 1020 лет. Только в АК «Транснефть» доля эксплуатируемых нефтеналивных комплексов с превышением сроков амортизации составляет более 40% на 2008 год.

К опаснейшим видам повреждений и разрушений элементов технологического нефтеналивного оборудования относится коррозийно-механическое разрушение. Обязательным условием эксплуатации опасных производственных объектов, к которым относятся и портовые нефтеналивные комплексы, является выполнение требований промышленной безопасности, в число которых входит периодическая экспертиза технического состояния оборудования с оценкой эксплуатационной поврежденности и безопасного остаточного ресурса.

0.2 Общая направленность исследований. Цель работы

Техническая эксплуатация портовых нефтеналивных терминалов представляет собой комплексную проблему, включающую решение большого числа разнообразных по характеру задач. Главные задачи связаны с обеспечением эксплуатационной надежности и технологической безопасности всего нефтеналивного комплекса.

Довольно широкий круг вопросов расчета, проектирования и эксплуатации трубопроводного транспорта и нефтеналивных комплексов как в научном, так и в практическом плане рассмотрены и, в определенной степени, решены как зарубежными специалистами (Германия, Великобритания - технологии внутренней диагностики), так и специалистами научных центров России: «Транснефть» - ОАО центр технической диагностики «Диаскан», институтами металлургии и материаловедения им. A.A. Байкова (ИМЕТ), машиноведения (ИМАШ) Российской академии наук и др.

В общем, в области диагностики нефтяных трубопроводных систем проведены достаточно широкие по своему объему изыскательские работы. Однако, до настоящего времени, эта задача так и не решена полностью, что подтверждается происходящими авариями с тяжелейшими экологическими последствиями: разрушение части технологического трубопровода на нефтяном терминале «Шесхарис» ОАО «Новороссийский морской торговый порт» в 1997 году; разливы нефти в Цемесской бухте; взрывы и последующий пожар на нефтяной платформе «Бритиш Петролеум» в Мексиканском заливе с последующей экологической катастрофой - далеко не полный перечень аварий и катастроф.

В связи с изложенным, настоящая диссертационная работа посвящена исследованиям, направленным на совершенствование диагностических операций с целью обеспечения повышения эксплуатационной надёжности портовых нефтеналивных комплексов.

Актуальность исследований определяется необходимостью дальнейшего технического совершенствования технологий и устройств, обеспечивающих безотказную работу портовых нефтеналивных комплексов в течение всего периода эксплуатации.

Объект исследования. Объектом исследования является нефтеналивная система морского портового терминала.

Предмет исследования. Предметом исследования является эксплуатационная надежность морского портового нефтеналивного терминала.

Цель работы. Цель работы состоит в исследовании возможности разработки более эффективных методов, технологий и устройств, обеспечивающих эксплуатационную надежность портовых нефтеналивных комплексов.

В число основных задач исследований входит:

• анализ состояния и аналитический обзор технических и организационных методов эксплуатации портовых нефтеналивных комплексов;

• разработка теоретических основ безразборной диагностики элементов нефтеналивного комплекса;

• разработка методов, технологий и устройств для безразборной диагностики и телеметрии портовых нефтеналивных комплексов.

Научная новизна работы состоит в:

• разработке методики определения остаточного эксплуатационного ресурса элементов портового нефтеналивного комплекса на базе безразборной диагностики;

• разработке математических моделей износа наиболее опасных участков грузовых систем нефтеналивного комплекса;

• разработке универсальной диаграммы для оценки технического состояния элементов портового нефтеналивного комплекса на базе основных проектных и эксплуатационных параметров;

• разработке схемы управления и телеметрии технологических процессов погрузки нефти и нефтепродуктов на суда с учетом требований промышленной безопасности к особо опасным производствам.

Научная достоверность и обоснованность результатов, представленных в данной работе, состоят в том, что все теоретические исследования, проектные разработки, практические реализации и внедрения основаны на базе известных аналитических средств, теорем, методов анализа, апробированы натурными и стендовыми испытаниями, статистикой измерений.

Практическая ценность диссертации состоит в разработке конкретного научно-методического аппарата, включающего в себя совокупность методов и моделей, позволяющих на базе безразборной диагностики дать оценку технического состояния нефтепровода, спрогнозировать запас остаточного ресурса и выработать предложения по дальнейшей его безопасной эксплуатации.

Реализация работы. Научные результаты диссертационной работы рекомендованы к внедрению в Новороссийском филиале Морского Регистра Судоходства РФ (№185-018-20/2941 от 30.05.2011г.), а также внедрены в ФГУ ГМЦ «Южморгеология».

На защиту выносятся следующие научные положения диссертации: • методика определения остаточного эксплуатационного ресурса элементов портового нефтеналивного комплекса на базе безразборной диагностики;

• Математические модели оценки технического состояния и эксплуатационного ресурса наиболее опасных участков нефтеналивного комплекса;

• универсальная диаграмма для оценки технического состояния элементов портового нефтеналивного комплекса на базе основных проектных и эксплуатационных параметров;

• Методика управления рабочим давлением в технологических трубопроводах морских терминалов и грузовых систем флота на основе данных телеметрии.

Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертации докладывались на международных, всероссийских и региональных научных конференциях, опубликованы в 8 научных работах, из них в изданиях по перечню ВАК - одна.

Заключение диссертации по теме «Эксплуатация водного транспорта, судовождение», Огурцов, Дмитрий Владимирович

4.6 Выводы

Адаптивная четырёхуровневая АСУ портовых нефтеналивных терминалов, являющаяся составной частью глобальной системы мониторинга интермодальных перевозок, реализуется в аппаратном и программном виде:

- на уровне телеметрии применением волоконно-оптических датчиков состояния нефтеналивных технологических трубопроводов;

- на уровне управления - АСУ портовым технологическим комплексом нефтеналивных операций, за счёт регулировки рабочего давления;

- на уровне контроля применением сетевых технологий контроля технологических процессов нефтеналивного комплекса.

Рассмотренные факторы, влияющие на безопасность портовых нефтеналивных комплексов, позволили определить параметры оптимальных фильтров в адаптивных системах мониторинга всей технологической системы.

Заключение

В результате выполнения диссертационной работы получены следующие научные результаты.

1. На основании исследования остаточного эксплуатационного ресурса вышедших из строя технологических трубопроводов портового нефтеналивного комплекса выявлены участки подверженные наиболее интенсивному износу. Впервые обращено более пристальное внимание на коррозийно-абразивный износ нижней части грузового трубопровода, так называемый «ручейковый» износ. Как показали исследования остаточного эксплуатационного ресурса, «ручейковый» износ можно отнести к опасным с точки зрения износа трубопровода.

2. Разработана методика определения остаточного эксплуатационного ресурса элементов портового нефтеналивного комплекса на базе безразбороной диагностики.

3. Разработаны математические модели оценки эксплуатационного ресурса наиболее опасных участков портового нефтеналивного комплекса.

4. Разработаны диаграммы мониторинга остаточного эксплуатационного ресурса портового нефтеналивного комплекса по основным проектным и эксплуатационным параметрам, что позволяет выполнять предварительную оценку технического состояния технологических трубопроводов и, как следствие, всего нефтеналивного комплекса не прибегая к другим видам диагностики и телеметрии.

5. Разработано устройство позволяющее осуществлять мониторинг толщины стенки действующего трубопровода по измеренным напряжениям в теле трубопровода.

6. Разработана методика и схема управления рабочим давлением в технологических трубопроводах портового нефтеналивного комплекса на основе данных телеметрии.

Автор

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Огурцов, Дмитрий Владимирович, 2011 год

1. РД 153-39.4-035-99 «Правила технической диагностики магистральных нефтепроводов внутритрубными инспекционными снарядами».

2. Москвичёв В.В., Черняев А.П., Готовко С.А. Комплексный анализ коррозийно-механических повреждений и разрушений элементов технологического оборудования. Ж., Безопасность труда в промышленности. №11. www.safety.ru

3. Купершмидт Я. А., Маргулева В. У., Рыжакова И. Н. Многоканальная кодо-импульсная система телеизмерений. Сер. «Передовой научно-технический и производственный опыт», вып. 12. М.: ГОСИНТИ. 1962 г.

4. Золотухин Е., Михальцов Э., Старшинов А., Стратула В., Чейдо Г. Модернизация АСУ ТП магистральных нефтепроводов. Современные технологии автоматизации. М.: «СТА - пресс». №4 1997г.

5. Благодарный А., Зензин А., Михальцов Э., Петков А., Чейдо Г. Программируемая информационно-управляющая система инструмент создания АСУ ТП ТРО магистральных нефтепроводов. www.neftegazl 1997 4

6. Под ред. Вакара К. Б. Акустическая эмиссия и её применение для неразрушающего контроля в атомной энергетике. М.: Атомиздат.1980.

7. Грешников В. А., Дробот Ю. В. Акустическая эмиссия. М.: Изд-во Стандартов. 1976.

8. Рыжов Д. М. Опыт реализации автоматизированной системы управления технологическими процессами территориально распределённых объектов. М.: Сети и системы связи №12(132). 2005.

9. Харальд Крайдл, Геральд Куприс. Интеллектуальный датчик давления с интерфейсом LIN. Отделение Motorola Semiconductor, Мюнхен, ФРГ. М.: Электронные компоненты №7.2003.

10. Елисеев А. Н. Сеть сбора данных и управления на базе многофункциональных криптозащищённых радиосенсоров. М.: Современная электроника №1.2006.

11. Питер Морриси. Реализация технологии BPL- М.: Сети и системы связи №12 (132). 2005.

12. Попов В. В. Проблемы развития крупных портов России. М: РосКонсульт, 2000. - 592с

13. Комплексная система технического обслуживания и ремонта судов. Основное руководство. РД 31.20.50 87. - М.: В/О «Мортехинформреклама», 1988. -220с

14. МАРПОЛ Приложение I «Правила предотвращения загрязнения нефтью» и МАРПОЛ Приложение II - «Правила предотвращения загрязнения вредными жидкими веществами, перевозимыми наливом» = MARPOL Annex I «Régulation for the Prévention of Pollution by Oil» and

15. MARPOL Annex II «Regulation for the Control of Pollution by Noxious Liquid Substances in Bulk». СПб, ЗАО ЦНИИМФ, 2006. - 528c.

16. Кодекс торгового мореплавания Российской Федерации. Официальное издание М.: Библиотечка «Российской газеты», 1999. - 192с.

17. Руководство по техническому наблюдению за судами в эксплуатации. Часть II, Техническое наблюдение за судами в эксплуатации в соответствии с правилами регистра, раздел 1-30. СПб. Российский морской регистр судоходства, 2004. 322с.

18. Правила технической эксплуатации судовых технических средств и конструкций. РДЗ 1.21.30-97. Л.: ЗАО «ЦНИИМФ», 1997. - 342с.

19. Громаков Ю. А., Голяницкий И. А., Шевцов В. А. Оптимальная обработка радиосигналов большими системами. М.: Эко-Трендз, 2004.-260 с.:ил.

20. Кловский Д. Д., Сойфер В. А. Обработка пространственно-временных сигналов (в каналах передачи информации). -М.: «Связь», 1976208 с. с ил.

21. Горнак А. М. Коммутаторы Ethernet третьего уровня. М.: Технологии и средства связи №1 (46) 2005.

22. Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение. -М.: Мир, 1984.

23. Ефремов JI. В. Практика инженерного анализа надёжности судовой техники. Д.: Судостроение, 1980.

24. Голуб Е. С., Мадорский Е. 3., Розенберг Г. Ш. Диагностирование судовых технических средств: Справочник. М.: Транспорт, 1993. - 150с.

25. Башуров Б. П., Носенко Е. С., Шарик В. В. О стратегии технического обслуживания и ремонта вспомогательного оборудования энергетических установок судовых транспортных средств. Изв. ВУЗов «Машиностроение», 2004, №11, с.29 35.

26. Моек Е., Штрикерт X. Техническая диагностика судовых машин и механизмов: пер. с нем. JI. Судостроение, 1986.

27. Егоров Г. В. Минимизация влияния судоходства на окружающую среду с использованием метода формальной оценки безопасности // Сб. научн. трудов Украинского государственного морского технического университета №5(377).- Николаев: УГМТУ, 2001.

28. Решетов Н. А. Формальная оценка безопасности судна // Науч.-техн. Сб. Российского морского регистра судоходства. Вып. 20. Часть 1-СПб.: Российский морской регистр судоходства. 1997.

29. Евенко В. И., Егоров Г. В., Сергеев А. А., Гришкин В. В. Обоснование повышенных требований регистра к судам со знаками ЭКО и ЭКО ПРОЕКТ в символе класса // Научно-технический сборник. СПб.: Российский Морской Регистр Судоходства. Вып.30. 2007.

30. Жадобин Н. Е. Магнитоупругие преобразователи в судовой автоматике-JI.: Судостроение. 1985.

31. Жадобин Н. Е., Крылов А. П., Малышев В. А. Элементы и функциональные устройства судовой автоматики. СПб.: Элмор.1998.

32. Дон Мориссон. Волоконно-оптические датчики контроля коррозии трубопроводов. М.:Электронные компоненты №11. 2008.

33. Хамов А. Беспроводные решения Smart Wireless от компании Emerson Process Management для автоматизации технологических процессов. -М.: «СТА-ПРЕСС». №4. 2008.

34. Мочалов Р., Пастухов А., Худов А., Язев А. Автоматизация эстакады налива жидкого аммиака в железнодорожные цистерны. М.: «СТА-ПРЕСС». №4. 2008.

35. Румб В. К., Медведев В. В., Серов А. В. Основы расчёта остаточной долговечности деталей судовых ДВС. // Научно-технический сборник. СПб.: Российский Морской Регистр Судоходства. Вып.30. 2007.

36. Иванов А. 3., Круг Г. К., Филаретов Г. Ф. Статистические методы в инженерных исследованиях-М.: Издательство МЭИ. 1976.

37. Железнов И. Г. Сложные технические системы (оценка характеристик). Учебное пособие для тех. Вузов М.: Высшая школа. 1984.

38. Ллойд Д. К, Липов М. Надежность организация исследования, методы, математический аппарат. 1964. 685с.

39. Лидбеттер М., Линдгрен Г., Ротсен X. Экстремумы случайных последовательностей и процессов. 1989. 392с.

40. API 610 Centrifugal Pumps For Petroleum, Heavy Duty Chemical, And Gas Industry Services. 8th Edition. - 1995.

41. Randal, R. В., A new method of modelling gear faults, Journal of Mechanical Design, Vol.104, 1982. c259- 267.

42. Aatola,S., R. Leskinen, Cepstrum Analysis Predicts Gearbox Failure, Noise Control Engineering Journal, March-April 1990, Vol 34(2), 53 59c.

43. Lloyd's List. March 24 1999. Stress monitoring systems give false sense of security.

44. Алексеев E. P., Чеснокова О. В. Решение задач вычислительной математики в пакетах Mathcad 12, MATLAB 7, Maple 9. Серия: Самоучитель. М.: НТ Пресс, 2006. 496с.

45. Гандер В., Гржебичек И. Решение задач в научных вычислениях с применением Maple и MATLAB. М.: Вассамедиа, 2005. 520с.

46. Говорухин В., Цибулин В. Компьютер в математическом исследовании. Учебный курс. СПб.: Питер. 2001.

47. Дьяконов В. П. Maple 9.5/10 в математике, физике и образовании -М.: СОЛОН-Пресс. 2006.

48. Дьяконов В. Вейвлеты. От теории к практике. М.: Солон-Р, 2002.

49. Новиков И. Я., Протасов В. Ю., Скопина М. А., Теория всплесков. -М.: ФИЗМАТ ЛИТ. 2006.

50. Сборник инструкций по браковочным показателям всех видов смазочных и гидравлических масел, применяемых на судах морского флота. ЯКУТ. 12-001-97. СПб. ЦНИИМФ, 1997 г.

51. Межведомственная научно-практическая конференция «Диагностика 2007»: Сборник докладов / Техническое управление ВМФ РФ, ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова. СПб., 2008. 216 с.:ил.

52. Отес Р., Эноксон JI. Прикладной анализ временных рядов. М.: Мир, 1982.

53. Огурцов Д.В. Модернизация АСУ ТП ТРО магистральными трубопроводами. Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовка кадров на Юге России VIII региональная НТК. Новороссийск. МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова. 2008. Сборник трудов.

54. Огурцов Д.В., Бачище A.B. О проблемах безопасности трубопроводного транспорта. Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовка кадров на Юге России VIII региональная НТК. Новороссийск. МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова. 2008. Сборник трудов.

55. ПБ03-585-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов. Сер.ОЗ.- Вып.25. - М.: НТЦ «Промышленная безопасность», 2004. - 148с.