Повышение надежности трубопроводных коммуникаций технологических установок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.09, кандидат технических наук Греб, Андрей Владимирович

• Греб, Андрей Владимирович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Греб, Андрей Владимирович

Введение

1. Трубопроводные системы технологических установок

1.1. Роль и место трубопроводного транспорта на нефтепере- 7 рабатывающих и нефтехимических заводах

1.2. Техническое состояние внутризаводских коммуникаций и 18 экологические последствия аварий

1.3. Методы расчета на прочность и долговечность трубопро- 25 водов как оболочковых и рамных конструкций

Выводы

2. Классификация трубопроводов по показателям надежности

2.1. Методика сбора и обработки информации для определе- 41 ния показателей надежности

2.2. Основные понятия и показатели надежности

2.3. Анализ и классификация трубопроводных систем по по- 51 казателям надежности

Выводы

3. Влияние характера деформирования аппаратов на техноло- 56 гические трубопроводы (на примере установки замедленного коксования)

3.1. Технология получения нефтяного кокса в реакторах за- 56 медленного коксования

3.2. Анализ деформирования шлемовых трубопроводов

3.3. Оценка долговечности трубопроводов, работающих в ре- 74 жиме циклических нагрузок

Выводы

4. Расчет трубопроводов как пространственных конструкций с 86 учетом энергии упругой деформации

4.1. Анализ напряженно-деформированного и дефектного со- 86 стояния пространственных трубопроводных систем

4.2. Учет энергии упругой деформации

4.3. Разработка методики расчета трубопроводов с учетом 94 энергии упругой деформации реализуемой в условиях нестационарности

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение надежности трубопроводных коммуникаций технологических установок»

Транспортировка углеводородного сырья на различные технологические установки нефтеперерабатывающих предприятий осуществляется, как правило, трубопроводным транспортом. Насыщенность предприятий трубопроводами различна и зависит от характера самого предприятия.

Внутризаводские трубопроводы работают при различных температурах перекачиваемой среды - от отрицательных (холодный аммиак) до +900°С (печи пиролиза). Специфические условия работы режимов эксплуатации трубопроводных коммуникаций, неопределенность напряженного состояния, вызванная сложной схемой воздействия силовых факторов и разнообразием нагрузок, а также неоднотипность конструкций отличает их от других сооружений.

Современное состояние трубопроводных коммуникаций характеризуется как крайне сложное. Физический износ трубопроводов на предприятиях АО «Башнефтехим» приближается к 90%. Уровень технической оснащенности отечественных технологических трубопроводов значительно ниже достигнутого в мировой практике. Не отвечает современным требованиям качество применяемых материалов, металла, а также оснащенность средствами автоматизации.

Эксплуатация такого трубопроводного транспорта создает угрозу функционирования предприятий, повышает риск возникновения аварий. Недостаток оборотных средств на предприятиях не позволяет обновлять существующие коммуникации. В связи с изменением структуры потребления сырья на предприятиях компании «Башнефтехим» учащаются пуски-остановы технологических установок. На фоне этих проблем появляются дефекты, причины образования которых не находят объяснения. К таким дефектам относятся трещины и износ, возникающие в одних и тех же местах. Существует предположение, что дефекты такого рода возникали и ранее, когда установки были загружены на полную мощность и работали в стационарном режиме. Так как износ оборудования и коммуникаций был далек до критического* дефекты без видимых причин возникновения не привлекали к себе пристального внимания. В настоящее время, образующиеся на трубопроводе трещины, пластическая деформация, коррозия, обусловленные нестационарной работой оборудования, неопределенностью напряженного состояния, вызванного сложной схемой воздействия силовых факторов и разнообразием нагрузок, требуют тщательного исследования и изучения, поскольку трубопроводные коммуникации являются транспортерами взрыво- и пожароопасных веществ.

Учитывая сложную ситуацию на производстве, необходим такой подход, который позволил бы обеспечить работоспособность и безопасность имеющихся на сегодняшний день внутризаводских коммуникаций. Выше изложенное обусловило выбор темы диссертационной работы.

Цель работы:

На основании исследования режимов эксплуатации коммуникаций разработать методику повышения эксплуатационной надежности трубопроводов.

Задачи исследований:

1. Определить характер поведения технологических трубопроводов с учетом нестационарной работы технологического оборудования.

2. Провести анализ влияния гидродинамических условий потоков на выход из строя сопряженных трубопроводных коммуникаций в реальных условиях эксплуатации.

3. Разработать методику исследования трубопроводных коммуникаций с учетом влияния распределения энергии упругой деформации на прирост трещин. 6

4. Разработать рекомендации для практической реализации результатов исследований.

Научная новизна:

1. Впервые установлена взаимосвязь гидродинамической нестационарности работы реакторов с механизмом деформации трубопроводных коммуникаций и объяснена природа возникновения дефектов.

2. Для трубопроводных коммуникаций показано, что проектирование трубопроводов без учета распределения энергии упругой деформации может привести к реализации этой энергии при пусках и остановах в виде прироста трещины.

Разработанная автором методика принята для внедрения на АО «Уфаоргсинтез».

По теме диссертации опубликовано 5 работ (общим объемом 5,75 печатных листов). Основные положения доложены на международных научно-технических конференциях (г. Уфа).

Диссертация состоит из введения, 4 разделов, выводов, списка использованной литературы, приложений. Общий объем работы: 132 страницы, 16 таблиц, 22 рисунка.

Заключение диссертации по теме «Машины и агрегаты нефтеперерабатывающих и химических производств», Греб, Андрей Владимирович

Общие выводы

1. Исследования показали, что при эксплуатации технологических установок нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий могут иметь место, как минимум, два нестационарных изменения напряженного состояния трубопроводных коммуникаций за счет:

-неучтенного при проектировании пространственного движения сопряженных аппаратов;

-высоких уровней накопленной энергии упругой деформации, реализуемой при пусках-остановах вследствие нестабильности загрузки сырьем или ремонтах.

2. Обнаружено, что при эксплуатации реакционный аппарат УЗК за счет случайного характера движения высокотемпературной струи сырья, испытывает сложное пространственное движение не только в вертикальной, но и в горизонтальной плоскости, что не позволяет использовать стандартный проектировочный расчет и для сопряженных с аппаратами трубопроводов. Причем за цикл коксования таких отклонений может быть до 100 тыс.

3. Предложена классификация трубопроводов по наработке до отказа, позволяющая определить трубопроводы, требующие к себе пристального внимания.

4. При анализе работы трубопроводов выявлены случаи периодического возникновения дефектов, которые невозможно объяснить с помощью расчетных схем принятых при проектировании. Для объяснения выдвинута гипотеза об участии энергии упругой деформации трубопровода как пространственной структуры, развития дефектов в результате высвобождения ее при остановах. При этом получено расчетное уравнение, позволяющее прогнозировать рост трещины.

5. На основе исследований напряженно-деформированного и дефектного состояния пространственных трубопроводных систем разработана ме

107 тодика расчета долговечности трубопроводов с учетом энергии упругой деформации, реализуемой в условиях нестационарной работы технологического оборудования.

6. Для исследованных в работе трубопроводов разработаны рекомендации по повышению эксплуатационной надежности, которые использованы при ремонтно-восстановительных работах на зоне №4 АО «Башнефтехим».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Греб, Андрей Владимирович, 1999 год

1. Харитонов В.А. Оценка надежности и экономического риска в трубопроводных системах. // Газовая промышленность, 1997, № 2, - с. 13-16.

2. Лещенко A.C. О диагностике, расчете и прогнозировании прочности труб и сварных конструкций. // Нефтяное хозяйство, 1994, № 8, - с. 50 - 52.

3. Алан К. Коатес, Васильев Г.Г., Кленин В.И. Современные технологии для мониторинга и восстановления трубопроводов. // Нефтяное хозяйство, 1994, №4,-с. 65 -68.

4. Добрынин С.Л., Гриценко И.Ф., Генералов A.B., Меняйло В.И., Аль-дебенев В.Н. Диагностика: Система диагностики промысловых трубопроводов. // Нефтяное хозяйство, 1993, № 6, - с. 44 - 46.

5. Оценка сопротивляемости сварного нефтегазового оборудования коррозионно-механическому разрушению. Стеклов О.И., Зорин Е.Е., Бодри-хин Е.Е., Воробьева P.A. // М.: ВНИИОЭНГ. Сер. «Борьба с коррозией и защита окружающей среды», 1989, - 50 с.

6. Воробьева P.A., Кротова М.В., Баклаженко В.Д., Вахрушева Л.П. Оценка диагностики магистральных нефтегазопроводов. // Газовая промышленность, 1995,-№ 10, - с. 6 - 8.

7. Черняев К.В. Роль и задачи диагностики нефтепроводов России. // Газовая промышленность,. -.1995, № 8, с. 41 - 43.

8. Фролов Д. Российские трубные заводы пострадали больше других. // Рынок нефтегазового оборудования, 1997, № 1, - с. 34 - 37.

9. Уильям Ф. Маршал, Разработка плана эффективного ремонта трубопроводов. // Нефтегазовые технологии, 1997, № 2, - с. 29 - 33.

10. Дуэйн С. Трейси. Влияние отслоения изоляции трубопровода на катодную защиту. // Нефтяные технологии, 1997, № 3, - с. 41 - 45.

11. Нащубский В.А., Чепурский В.Н., Черняев К.В. Автоматизированная экспертно техническая система диагностики магистральных трубопроводов. // Трубопроводный транспорт нефти, 1994, - № 11, - с. 5 - 10.

12. Бусыгин Г.Н., Захаров М.Н., Лукьянов В.А., Пудяков B.JI. Оценка работоспособности участков нефтепродуктопроводов с дефектами труб. // Транспорт и хранение нефтепродуктов, 1997, № 7, - с. 14 - 18.

13. Дунчевская С.В. Гидроакустическое обследование подводных переходов трубопроводов. // Газовая промышленность, 1994, № 3, - с. 13 - 14.

14. Степаненко А.И. Современные методы диагностики трубопроводов и оборудования. // Газовая промышленность, 1996, № 3 - 4, - с. 57 - 58.

15. Слуцков С. Надежность трубопроводов задача общая. // Рынок нефтегазового оборудования, - 1997, - № 1, - с. 38 - 39.

16. Елисеев A.A. ОРКО современное решение проблем тампонирования трубопроводов. // Рынок нефтегазового оборудования, - 1997, - № 5, - с. 63.

17. Томас Г.Х., Шпингарн Дж.Р. Ультразвуковое определение прочности диффузионной связи. Обзор достижений в области НК. Тр. 10-й ежегодной конференции. Пер. ВЦП № М-33040. Лондон, Нью-Йорк, Санта Крус, -1984,-Т.ЗВ,-с. 1243 - 1250.

18. Даниэль И.М., Шрамм С.В., Либер Т. Контролирование усталостных повреждений в композиционных материалах методом ультразвукового отображения. Материалы Evalution. Пер. ВПЦ № М 20898. - 1981, - Т. 39, -№ 8, - с. 834-839.

19. Казакевич М.И., Любин А.Е. Проектирование металлических конструкций надземных промышленных трубопроводов. Киев: Буд1вельник, -1980,- 144 с.

20. Батенчук А.Н. Изготовление и монтаж технологических трубопроводов. Москва: Стройиздат, - 1971, - 304 с.

21. Греб A.B., Шаталина М.А., Закиров O.A. Надежность внутризаводских трубопроводов // Материалы XXXXVIII-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Уфа: Изд-во УГНТУ, 1997.

22. Хохлов Н.Ф., Киселев A.B. Исследование прочности труб разной технологии производства при воздействии повторных нагрузок внутреннего давления. М: ВНИИОЭНГ. Сер. «Транспорт и хранение нефти», Вып. 4, -1988.

23. Волский М.И., Галюк В.Х., Хохлов Н.Ф. и др. Вопросы прочности магистральных нефтепроводов. М.: ВНГШОЭНГ. Сер. «Транспорт и хранение нефти нефтепродуктов»; Вып. 10, - 1984, - 68 с.

24. Фокин М.Ф. Прогнозирование аварийности магистральных нефтепроводов. М.: ВНИИОЭНГ. Сер. «Транспорт и хранение нефти нефтепродуктов»; Вып. 3, 1983, - С. 3 - 4.

25. Гумеров А.Г. и др. Влияние дефектов на малоцикловую усталость металла труб нефтепроводов. М.: ВНИИОЭНГ. Сер. «Транспорт и хранение нефти нефтепродуктов»; Вып. 3, 1983, - 59 с.

26. Чеботарев А.Г., Быкова Т.Л. Надежность работы трубопроводов при воздействиях динамических нагрузок. / Материалы XXXXVII-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Том 1. -Уфа.: УГНТУ, 1996, - 176 с.

27. Чеботарев А.Г., Быкова T.JI. Повышение надежности линейной части трубопроводов. / Материалы XXXXVII-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Том 1. Уфа.: УГНТУ, - 1996, -с. 77-78.

28. Шаталина М.А., Лысюк Л.В., Закиров O.A. База данных по трубопроводным системам. / Техническая диагностика, промышленная и экологическая безопасность: Материалы II-й Всероссийской научно-технической конференции. Уфа.: УГНТУ, - 1996, - с. 126.

29. Байков И.Р. Диагностирование и регулирование гидродинамических характеристик нефтегазопроводов / Диссертация доктора технических наук: 05.15.13. Уфа: УГНТУ, - 1995, - 378 с.

30. Гарипов A.M. Повышение эффективности и надежности эксплуатации разветвленных нефтепродуктопроводов. / Автореферат диссертации кандидата технических наук: 05.15.13. Уфа.: УНИ, - 1990, - 24 с.

31. Бард В.Л., Кузин A.B. Предупреждение аварий в нефтеперерабатывающих и нефтехимических производствах. М.: Химия, - 1984, - 248 е., ил.

32. Иванцов О.М. Надежность и безопасность магистральных трубопроводов России. // Трубопроводный транспорт нефти, 1997, №10, с. 26-31.

33. Джексон JT. Новые технологии и будущее диагностики трубопроводов. // Трубопроводный транспорт нефти, 1997, №10, с. 32-38.

34. Дик Н. Измерение степени коррозии трубопроводов и других сооружений в удаленных и труднодоступных зонах. // Трубопроводный транспорт нефти, 1997, №11, с. 43-44.

35. Абдуллин И.Г. Дисс. на соиск. уч. степени д.т.н. Уфа: УНИ.

36. Розенштейн И.М. Аварии и надежность стальных резервуаров. М.: Недра, 1995. 253 с.

37. Панин В.Е., Гриняев Ю.В., Данилов В.И. и др. Структурные уровни пластической деформации разрушения. Новосибирск: Наука, 1990. - 258 с.

38. Иванова B.C., Кузеев И.Р., Закирничная М.М. Синергетика и фракталы. Универсальность механического поведения материалов. Уфа: Изд-во УГНТУ, 1998.-363 с.

39. Ромейко В. Концепция проекта федерального закона «О трубопроводном транспорте». Обоснование необходимости разработки проекта Закона. / Трубопроводы и экология, №4, - 1998.- с. 4-5.

40. Прогрессивные методы испытаний на надежность трубопроводных материалов и конструкций. // Строительство магистральных трубопроводов. М.: ИИЦ ВНИИПК техоргнефтегазстроя. - 1990. - Вып. №2, - с. 3-4, 15, 17.

41. Зверьков Б.В., Костовецкий Д.Л., Кац Ш.Н. и др. Расчет и конструирование трубопроводов: Справочное пособие. Л.: Машиностроение. -1979.-246 с, ил.

42. Рудомино Б.В., Ремжин Ю.Н. Проектирование трубопроводов тепловых электростанций. Л.: «Энергия», 1970.

43. Тепловые и атомные электрические станции: Справочник / Под редакцией В.А. Григорьева. М.: Энергоатомиздат, - 1989, - 608 с.

44. Походенко H.T. Брондз Б.И. Получение и обработка нефтяного кокса. М.: Химия, 1986. - 312 с.

45. Бакиев A.B., Кузеев И.Р., Мухин В.Н., Самохин Ю.Н. Оценка остаточного ресурса деформированных биметаллических реакторов коксования: Учебное пособие. Уфа: УНИ, 1990. - 116 с.

46. Гимаев Р.Н., Кузеев И.Р., Абызгильдин Ю.М. Нефтяной кокс: Учебное пособие для рабочего образования. М.: Химия, 1992. - 80 с.

47. Колпаков Л.Г. Насосы нефтеперекачивающих станций (кавитация, режимы работы, регулирование). Уфа: УНИ, - 1982. - 89 с.

48. Колпаков Л.Г. Насосы нефтеперекачивающих станций (уплотнения, техническая эксплуатация). Уфа: УНИ, 1983. - 108 с.

49. Gaube Е. Schwingungserscheinungen in Chemieanlagen. Chem. - Ing. - Tech. - 1984. V.56. №5. S.343-350.

50. Ваганов А.И., Гайдабура И.П., Голубов С.П. Виброакустическая диагностика химико-технологических и теплотехнических объектов. М.: НИИТЭХИМ, - №5, 1990. (Обзор, информ. Сер. «Актуальные вопросы химической науки и технологии и охраны окружающей среды»)

51. Титов В.А. Монтаж оборудования насосных и компрессорных станций. М.: Недра, - 1979, 152 с.

52. Капов Ю.В., Дворянцева Л.А. Защита от шума и вибрации на предприятиях химической промышленности. М.: Химия, 1991, - 120 с.

53. Мякшин В.Н. Борьба с шумом и вибрацией на предприятиях пищевой промышленности. Киев: Техника, 1985. 142 с.

54. Тарасов В.П. Безопасная эксплуатация насосов и компрессоров в химической и нефтеперерабатывающей промышленности. М.: Химия, 1985 -64 с.

55. Варсанофьев В.Д., Кольман-Иванов Э.Э. Вибрационная техника в химической промышленности. М.: Химия, 1985, 240 с.

56. Эксплуатация и ремонт технологических трубопроводов под давлением до 10,0 МПа /Нормат произвол, изд. М.: Химия, - 1988, - 288 с.

57. Указания по расчету на прочность и вибрацию технологических стальных трубопроводов РТМ 38.001-94 М., ВНИПИНЕФТЬ, 1994 г.

58. Зайнуллин P.C. Обеспечение работоспособности оборудования в условиях механохимической повреждаемости, Уфа:МИБ СТС, 1997

59. Магалиф В.Я. Расчет пространственных трубопроводов на прочность с применением вычислительных машин. Серия «Опыт проектирования нефтеперерабатывающих и нефтехимических преприятий, М.: ЦНИИТЭНеф-техим,», 1967

60. Магалиф В.Я., Якобсон JI.C. Расчеты трубопроводов на вычислительных машинах. М. Энергия, 1969.

61. Магалиф В.Я. Программа расчета трубопроводов на вычислительных машинах. Методы и техника современного проектирования, 1970, N6.

62. Магалиф В.Я., Шапиро Е.Е. Компенсирующая способность трубопровода с учетом сил трения на скользящих опорах. М. "Строительство трубопроводов", 1975, N1.

63. Котлы стационарные и трубопроводы пара и горячей воды. ОСТ 108.031.08-85 ОСТ 108.031.10-85. Нормы расчета на прочность.

64. Расчет трубопроводов энергетических установок на прочность. РТМ 24.038.08-72. Изменение N1 к РТМ 24.038.08-72.

65. СНИП 2.05.06-85, Магистральные трубопроводы. ЦИТП ГОССТРОЯ СССР, 1985.

66. Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов для горючих, токсичных и сжиженных газов (ПУГ/69) М., 1969.

67. Выбор упругих опор для трубопроводов тепловых и атомных электростанций. РТМ 24.038.12-72, Министерство тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения. 1973.

68. ОСТ 108.764.01-80. Пружины винтовые цилиндрические для подвесок трубопроводов ТЭС и АЭС. Конструкция, размеры и технические требования. НПО ЦКТИ. 1981.

69. Программа расчета прочности и жесткости трубопроводов (СТАРТ) М, ЦНИИПРОЕКТ, 1986, (Межотраслевой фонд алгоритмов и программ автоматизированных систем в строительстве; выпуск 1-225-1).

70. Аварии на трубопроводном транспорте: По материалам МЧС России / Трубопроводы и экология № 4 1998 с. 27

71. Сиратори М., Миеси Т., Мацусита X. Вычислительная механика разрушения: Пер. с японск. -М.: Мир, 1986. 334 е., ил.

72. Партон В.З. Механика разрушения: От теории к практике. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. - 240 с.

73. Проников A.C. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978.592 с.

74. Морозов Техническая механика разрушения

75. Сырицин Т.А. Надежность гидро- и пневмопривода. М.: Машиностроение, 1981.-216 с.

76. Технологические трубопроводы промышленных предприятий. / Та-вастшерна Р.И., Бесман А.И. и др. М.: Стройиздат, 1991. - 655 с.

77. Проблемы эффективности на трубопроводном транспорте. Под ред. Игудина P.B. М: Междунар. инж. академ., 1993. - 143 с.

78. Сигаева М.Г., Шумилов Г.А., Князькин И.И. Автоматизация процесса замедленного коксования. // Автоматизация и контрольно-измерительные приборы в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.: ЦНИИТЭнефтехим, - 1989, - №1, - 76 с.

79. Кузеев И.Р. Дисс. на соиск. уч. степени д.т.н. Уфа: УНИ, 1987.

80. Капур К. Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем. М.: Мир, 1980.-604 п.

81. Сигаева М.Г., Шумилов Г.А., Князькин И.И. и др. Исследования отклонения реактора замедленного коксования от вертикальной оси. // Нефтепереработка и нефтехимия: НТИС. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1986. - № 10, - с. 27-30.

82. Методические указания. Расчеты прочности элементов конструкций при малоцикловом нагружении.- М., 1987.- 44 с.

83. Сигаева М.Г., Шумилов Г.А., Князькин И.И. и др. Исследования отклонения реактора замедленного коксования от вертикальной оси. // Нефтепереработка и нефтехимия: НТИС. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1986. - № 10, - с. 27-30.

84. Методические указания. Расчеты прочности элементов конструкций при малоцикловом нагружении.- М., 1987.- 44 с.

85. ГОСТ 27751-88. Надежность строительных конструкций и оснований. 1989.

86. ГОСТ 17526-72. Оценка надежности изделий. Первичная форма учета наработок, повреждений и отказов изделий. 1973.

87. ГОСТ 19490-74. Виды отказов изделий. Перечень оценок показателей надежности. Формы учета и методы оценки эксплуатационной информации о надежности изделий. 1974.117

88. ГОСТ 20857-75. Порядок сбора и учета инфорхмации о надежности изделий. 1975.

89. ГОСТ 17509-72. Способы статистической обработки информации о надежности изделий. 1972.118