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 температурвысоких давлений и вакуумакоррозионных, огнеи взрывоопасных средтоксичных веществсложные 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 ресурсослабление внимания к вопросам безопасности в связи со сменой форм собственности на многих предприятияхрезкий 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 продукцииэто 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 цельразработка 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 исследованияколонных 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.