Полученные и представленные в табл. 2 и 3 результаты исследований позволяют дополнить недостающие данные диагностического обследования о показателях вариаций параметров формы, дефектов, повреждений и критериев предельного состояния металла.

Для оценок показателей вариаций механических свойств и критериев предельного состояния металла оборудования в случаях, когда в процессе длительной эксплуатации неразрушающими методами обнаружены изменения физико-механических свойств и структуры, влияющие на характеристики прочности и ресурса, был разработан метод отбора легкозаменяемых фрагментов конструкции оборудования, схемы вырезки и изготовления образцов металла для проведения комплекса испытаний на растяжение, ударный изгиб, мало - и многоцикловую усталость, трещиностойкость, лабораторных измерений твердости, спектрального анализа и металлографических исследований. Выполнен комплекс испытаний, проведен анализ их результатов и определены показатели вариации статических механических свойств, ударной вязкости, твердости, характеристик сопротивления усталости и трещиностойкости. Испытания выполнены на образцах, изготовленных из крышки бокового патрубка антипульсационной емкости поршневого компрессора и крышки люка-лаза адсорбера.

На основе анализа данных многократных обследований оборудования и выполненных исследований получен массив данных о базовых (исходных), фактических, нормативных и расчетных физико-механических свойствах и критериях предельного состояния для применяемых марок сталей оборудования. Эти данные содержат сведения о замерах твердости, результатах механических испытаний и исследований физико-механических свойств металла, выполненных за 15-ти летний период при диагностическом обследовании более 1000 единиц различных видов оборудования. Данные включают сведения для более 25 наименований наиболее распространенных применяемых для изготовления элементов оборудования марок сталей сероводородстойкого исполнения: Сталь 20, ASTM А106, ASTM A333Gr6, API Х42 и других.

По результатам выполненных исследований разработаны методические подходы, зависимости, алгоритмы, компьютерные программы обработки результатов измерения и оценки показателей вариаций, накоплен значительный банк данных о показателях вариации значений параметров формы конструкции, дефектов и повреждений, механических свойств и критериев предельного состояния металла элементов оборудования. Результаты исследований показывают, что значения параметров и критериев оценки состояния оборудования имеют исходные и накапливаемые совместные вариации значений. Разработанные методические подходы позволяют получить необходимую информацию о показателях достоверности диагностики и вариациях параметров и критериев оценки состояния для прогнозировании ресурса с учетом их совместных вариаций.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований и обоснования показателей вариаций параметров и критериев прогнозируемого ресурса.

Выполнены расчетно-экспериментальные исследования несущей способности и обоснования показателей вариаций критериев оценки технического состояния. Экспериментальные исследования проводились с применением методов тензо-, термо - и виброизмерений, специальных компьютерных программ сбора и обработки данных. Расчетные исследования несущей способности выполнены с применением нормативных расчетов на прочность, расчетов напряженно-деформированного состояния с применением пакетов компьютерных программ расчета методом конечных элементов, методов и программных средств математического и геометрического моделирования. Анализ опубликованных данных и расчетно-экспериментальных исследований несущей способности – прочности, надежности, живучести - показывает, что значения критериев оценки технического состояния, определяемые из условия исчерпания несущей способности, имеют случайный характер и вариацию значений, обусловленные совместными вариациями значений параметров состояния, эксплуатационных нагрузок и критериев предельного состояния металла. В табл. 4 представлены обобщенные результаты исследований и расчетов показателей вариации расчетной толщины стенки – Sр, используемой в качестве критерия оценки технического состояния при прогнозировании ресурса по механизму коррозионного (эрозионного) изнашивания обечаек газосепаратора. Показатели вариации Sр в табл. 4 определены с учетом совместных вариаций значений: Р - рабочего давления (параметра эксплуатационного нагружения); D - внутреннего диаметра (параметра формы); [s] - допускаемого напряжения (критерия предельного состояния).

Таблица 4 – Показатели вариаций параметров обечаек.

Выполнены расчетно-экспериментальные исследования и обоснования показателей вариаций параметров эксплуатационного нагружения при квазистатическом и циклическом нагружении, а также анализ вариаций параметров нагружения различного нефтегазового оборудования по данным различных литературных источников. В табл. 5 представлены результаты расчетов показателей вариации значений внутреннего рабочего давления - Р в конденсатопроводе.

Таблица 5 – Показатели вариации рабочего давления

Были выполнены аналогичные исследования и проведен анализ вариаций значений параметров эксплуатационной нагруженности при диагностическом обследовании различного оборудования. Результаты исследований показывают, что без учета информации о вариации параметров формы и эксплуатационного нагружения прогнозирование ресурса, например по зависимостям (1) без учета вариаций P и D, приводит к значительным переоценкам продлеваемого ресурса, особенно при значениях измеренной толщины - Sизм близких к Sр и при малых значениях P и D. В результате исследований установлено, что при отсутствии данных о вариациях параметров состояния и ресурса для оценки влияния их вариации на достоверность прогнозирования ресурса для тех параметров - р, для которых задано и выдерживается их номинальное значение - pном, в документации, стандартах, правилах безопасности (ПБ , ПБ .) задано и выдерживается допускаемое относительное ([D],%) предельное отклонение, значения среднего () и СКО () могут быть оценены косвенно на основе полученных эмпирических зависимостей:

; . (3)

Результаты выполненных исследований показывают, что величина наработки оборудования по истечении исходного ресурса имеет вариацию значений за счет разницы между календарной (ТК) продолжительностью эксплуатации и варьируемыми значениями времени простоев (tпр) на проведение ремонта, ревизий, технического обслуживания, диагностического обследования за рассматриваемый период эксплуатации. Отсутствие информации о tпр приводит к тому, что прогнозирование ресурса, например по зависимостям (1), с учетом наработки, равной ТК с момента пуска до проведения диагностического обследования без вычета tпр, приводит к переоценке продлеваемого ресурса. Информация о наработке в годах, часах, циклах, пусках-остановках с момента пуска в эксплуатацию и до проведения диагностического обследования, используемая при прогнозировании ресурса, как правило, должна документироваться и определяться при анализе технической документации. Результаты исследований показывают, что в ряде случаев документируемые источники информации о tпр конкретного оборудования являются неполными, либо могут вообще отсутствовать.

В работе выполнена оценка показателей вариации наработки на основе анализа данных годовых планов-графиков и данных о фактических периодах остановок на ремонт, ревизии, техническое обслуживание, диагностическое обследование, экспертизу промышленной безопасности технологических установок, цехов и трубопроводов ряда объектов добычи и переработки сероводородсодержащих нефти и газа за 6-ти летний период их эксплуатации. Установлено, что годовое время простоя технологических установок, цехов и эксплуатируемого в их составе оборудования имеет вариацию значений. В табл. 6 представлены результаты анализа среднего количества (Nср) (по градации 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 суток) фактического годового времени - tпр, приходящихся на один год эксплуатации.

Таблица 6 – Количество и время простоев технологических установок,
цехов и оборудования, приходящихся на один год эксплуатации

Вычетом tпр из ТК получена фактическая наработка оборудования и оценены показатели вариации ее значений. Доказано, что с учетом полученных результатов исследования, например, за 30-ти летний календарный период эксплуатации фактическая наработка оборудования может варьироваться в пределах от 26 до 28,4 лет. По результатам исследований установлено, что при отсутствии документируемых данных о tпр для оценки влияния вариации значений текущей наработки - tн на достоверность прогнозирования ресурса величины среднего () и СКО () tн могут быть оценены косвенно по величине ТК на основе полученных эмпирических зависимостей:

; . (4)

Анализ результатов многократных диагностических обследований показывает, что значения параметров кинетики повреждаемости – скорости накопления дефектов и повреждений - имеют вариацию значений. По мере увеличения срока эксплуатации оборудования вариация значений параметров кинетики повреждаемости увеличивается. В табл. 7 представлены результаты расчетов показателей вариации значений скорости (с) коррозионного изнашивания конструктивных элементов газосепараторов за 30-ти летний период эксплуатации. Результаты исследований показывают, что вариация параметров кинетики (скорости) повреждаемости приводит к тому, что параметры зависимостей h(t) временного изменения параметров состояния также имеют вариацию значений, а без учета вариации значений параметров зависимостей h(t) прогнозирование ресурса с использованием ДВ-модели (рис. 1 а) приводит к значительным переоценкам продлеваемого ресурса, особенно при малых значениях скорости накопления повреждений.

Таблица 7 – Показатели вариации скорости коррозионного изнашивания.

Представленные в табл. 4-7 результаты исследований позволяют дополнить недостающие данные диагностического обследования о показателях вариаций параметров эксплуатационного нагружения, кинетики повреждаемости и наработки.

По результатам выполненных исследований ресурса было доказано, что с учетом вариаций комплекса параметров состояния и ресурса - параметров формы конструкции, дефектов и повреждений, критериев предельного состояния металла, параметров эксплуатационного нагружения, кинетики повреждаемости и наработки – значения прогнозируемого ресурса - t также имеют вариацию. В табл. 8 представлены результаты обоснования и расчетов показателей вариации ресурса фонтанных арматур скважин.

Таблица 8 – Показатели вариации ресурса элементов фонтанных арматур.

Результатами анализа данных диагностики и прогнозирования ресурса при диагностических обследованиях оборудования было установлено, что вариации значений параметров состояния и ресурса приводят не только к погрешности их оценки, но и приводят к значительным вариациям и погрешностям (D) прогнозирования ресурса. В табл. 9 представлены результаты анализа D по результатам прогнозирования ресурса - t элементов сосуда по механизму коррозионного изнашиванию стенки по зависимостям (1).

Таблица 9 - Показатели достоверности прогнозируемого ресурса.

Значения t (табл. 9) получены при варьируемых значениях измеренной толщины стенки - Sизм и детерминированных значениях: наработки с начала эксплуатации до обследования – tн=20 лет; исполнительной толщины стенки - 10 мм; плюсового допуска к толщине – 0,5; расчетной (предельной) толщины стенки – 4,5 мм; нормируемой относительной ошибки контроля Sизм – 0,1.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5