авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Оценка работоспособности сепараторов установок комплексной подготовки природного газа и нефти, содержащих сероводород, с применением метода отбора пробы металла

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи






ЗАРЯЕВ МИХАИЛ ЮРЬЕВИЧ

ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ СЕПАРАТОРОВ
УСТАНОВОК КОМПЛЕКСНОЙ ПОДГОТОВКИ ПРИРОДНОГО
ГАЗА И НЕФТИ, СОДЕРЖАЩИХ СЕРОВОДОРОД,
С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА ОТБОРА ПРОБЫ МЕТАЛЛА

Специальность 05.02.13 Машины, агрегаты и процессы

в нефтяной и газовой промышленности


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук







Москва 2011

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе "Системы и технологии обеспечения безопасности. Техдиагностика" – специализированном центре по диагностированию оборудования на объектах сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений и газоперерабатывающих заводов ОАО «Газпром»

Научный руководитель: доктор технических наук

Митрофанов Александр Валентинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Лозовский Владислав Николаевич

кандидат технических наук

Павловский Борис Рафаилович

Ведущая организация: Общество с ограниченной ответственностью

"Газпром добыча Оренбург"

Защита состоится "      "  __________  2011 г. в   _13   часов   30   мин.

на заседании диссертационного совета Д 511.001.02 при ООО "Газпром ВНИИГАЗ" по адресу: 142717, Московская обл., Ленинский район, пос. Развилка, ООО "Газпром ВНИИГАЗ".

С содержанием диссертации можно ознакомиться в библиотеке ООО "Газпром ВНИИГАЗ".

Автореферат разослан "___"   ________   2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук Курганова И.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В составе опасных производственных объектов (ОПО) нефтегазового комплекса России длительное время под высоким давлением рабочих сред эксплуатируются сотни тысяч единиц технологического оборудования (далее оборудования). В их числе десятки тысяч единиц оборудования подверженного воздействию взрыво–, пожаро–, коррозионноопасных и высокотоксичных сред ОПО добычи сероводородсодержащего газа и нефти (далее ДСГН). В соответствии с требованиями промышленной безопасности и по причине выработки проектного срока эксплуатации большая часть этого оборудования подлежит диагностированию, оценке работоспособности и остаточного ресурса по критериям предельного состояния. В условиях длительной эксплуатации оборудования при высоком давлении влажных сероводородсодержащих рабочих сред определяющими при диагностировании и оценке работоспособности становятся параметры и критерии предельного состояния металла элементов оборудования, испытывающего наибольшие напряжения и деформации. Отбор проб металла для лабораторных исследований из таких элементов оборудования до настоящего времени не производился из-за отсутствия методов отбора проб, не влекущих потерю работоспособности оборудования. Отсутствие данных фактических значений параметров и критериев предельного состояния этого металла увеличивает вероятность переоценки прочности и остаточного ресурса. Известные и широко применяемые при диагностировании оборудования методы неразрушающего и повреждающего контроля металла не позволяют оценивать изменение наиболее характерных и чувствительных к воздействию сероводородсодержащей среды параметров и критериев предельного состояния металла. Среди оборудования ДСГН наиболее опасными при разрушении являются сепараторы. Поэтому оценка работоспособности сепараторов установок комплексной подготовки природного газа и нефти, содержащих сероводород, с применением метода отбора пробы металла, не требующего восстановительного ремонта, является актуальной и значимой для обеспечения надежности, безопасности и эффективности эксплуатации ОПО нефтегазовой отрасли.





Работа выполнена в соответствии с «Перечнем приоритетных научно - технических проблем ОАО «Газпром» на 2006 – 2010 годы» включающим создание методов и технологий для повышения эффективности разработки и безопасной эксплуатации оборудования.

Цель работы. Разработка методов оценки работоспособности сепараторов с использованием данных о фактических свойствах высоконагруженного металла для продления срока и обеспечения надежности, безопасности и эффективности эксплуатации объектов добычи сероводородсодержащих газа и нефти.

Основные задачи исследования:

  1. Анализ методов оценки работоспособности сепараторов.
  2. Разработка метода отбора пробы высоконагруженного металла сепараторов.
  3. Исследование зон максимальных напряжений сепараторов.
  4. Апробирование метода отбора пробы металла сепараторов.
  5. Разработка нормативно-методического обеспечения оценки работоспособности сепараторов.

Научная новизна:

Сформулирована новая концепция оценки работоспособности сепараторов, подверженных воздействию сероводородсодержащих рабочих сред, с использованием данных о фактических свойствах высоконагруженного металла их конструктивных элементов. Это позволяет обеспечить продление срока, надежность, безопасность и эффективность эксплуатации сепараторов, выработавших проектный ресурс.

Впервые определены расчетные и экспериментальные параметры напряженно-деформированного состояния сепараторов с измененной при отборе пробы металла формой конструкции, выступающей внутрь части штуцера люка-лаза. Обоснован новый метод оценки параметров формы отбираемой пробы высоконагруженного, контактирующего с рабочей средой металла для определения его ресурсных характеристик при оценке работоспособности сепараторов.

Впервые обоснованы нормативно-методические принципы оценки работоспособности сепараторов с применением предложенного метода отбора пробы металла, не требующего восстановительного ремонта. Получены показатели повышения эффективности эксплуатации сепараторов за счет снижения времени простоя и затрат при оценке работоспособности и ремонте.

На защиту выносятся следующие положения:

– Разработка концепции оценки работоспособности сепараторов, эксплуатируемых в сероводородсодержащих рабочих средах, с использованием данных о фактических свойствах высоконагруженного металла их конструктивных элементов для продления срока и обеспечения надежности, безопасности и эффективности их эксплуатации.

– Расчетное и экспериментальное обоснование параметров напряженно-деформированного состояния сепараторов с измененной при отборе пробы металла формой конструкции выступающей внутрь части штуцера люка-лаза и метод оценки параметров формы отбираемой пробы высоконагруженного, контактирующего с рабочей средой металла для определения его ресурсных характеристик при оценке работоспособности сепараторов.

– Обоснование нормативно-методических принципов оценки работоспособности сепараторов и показателей повышения эффективности их эксплуатации за счет снижения времени простоя и затрат при оценке работоспособности и ремонте.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Практическую значимость результатов работы представляют разработанные способ, приспособление, методика отбора пробы металла для исследований при диагностировании и методика оценки работоспособности сепараторов, позволяющие отобрать пробу высоконагруженного, контактирующего с рабочей средой металла сепараторов для выполнения лабораторных исследований металла и определения параметров технического состояния и критериев предельного состояния таких, как временное сопротивление, предел текучести, относительное удлинение, относительное сужение, ударная вязкость, температура вязко-хрупкого перехода и др., которые при оценке работоспособности и определении срока безопасной эксплуатации по критериям предельного состояния сепараторов, эксплуатируемых в сероводородсодержащих средах, являются наиболее значимыми и определяющими.

Разработанные и апробированные научно-технические решения реализованы в стандартах организации ОАО «Техдиагностика»: «Методика оценки работоспособности сепараторов сероводородсодержащего газа и нефти с применением метода отбора пробы металла штуцерного узла», «Методика отбора пробы металла, не требующего восстановительного ремонта сепараторов газа (конденсата, нефти) сероводородсодержащих месторождений ОАО «Газпром» для механических испытаний при диагностировании» и рекомендована к использованию на объектах ОАО «Газпром».

Применение методик при диагностировании и оценке работоспособности сепараторов ДСГН позволяет повысить безопасность и эффективность их эксплуатации за счет предупреждения возможных отказов и простоев во внеплановом ремонте.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на научно-технических конференциях и семинарах, включая:

– VII Международную научно-техническую конференцию «Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред», г. Оренбург, 26-29 ноября 2008 г.;

– III Молодежную научно-техническую конференцию «Основные проблемы поиска, освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения», г. Оренбург, 20 ноября 2009 г.;

– научный семинар кафедры прикладной механики, динамики и прочности машин Южно-уральского государственного университета, г. Челябинск, 31 мая 2010 г.;

– заседание научно-технического совета ОАО «ВНИИНЕФТЕМАШ», г. Москва, 04 июня 2010 г;

– Техническое совещание главных инженеров газодобывающих обществ ОАО «Газпром» «Ознакомление с опытом проведения диагностических работ на объектах ООО «Газпром добыча Оренбург»», г. Оренбург, 18 августа 2010 г.;

– VIII Международную научно-техническую конференцию «Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред», г. Оренбург, 24-26 ноября 2010 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ из них 4 в изданиях, входящих в "Перечень…" ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения; изложена на 178 страницах; содержит 87 рисунков, 38 таблицы и список использованных источников из 164 наименований.

Условные обозначения и сокращения.

ДСГН – объекты добычи сероводородсодержащего газа и нефти; УКПГ – установка комплексной подготовки газа; ПОУ – потенциально-опасный участок; НТД – нормативно техническая документация; ПКД – проектно-конструкторская документация; ПТС - параметр технического состояния; ПС – предельное состояние; ЭПБ – экспертиза промышленной безопасности; [Р] – максимально допустимое расчетное давление; Рраб – рабочее давление; t – «резерв» металла выступающей внутрь части патрубка штуцера; l3 – исполнительная длина внутренней части штуцера; l3пр – принятая длина внутренней части штуцера; р – расчетное давление; lр – ширина зоны укрепления отверстия; Dp – расчетный диаметр обечайки; 1 – коэффициент прочности сварного шва штуцера; dр – расчетный диаметр отверстия для штуцера; dор – расчетный диаметр отверстия, не требующего укрепления; d – внутренний диаметр штуцера; р – коэффициент прочности сварного шва обечайки; l1р – расчетная длина внешней части штуцера, участвующая в укреплении; [] – допускаемое напряжение для металла обечайки; s3 – исполнительная толщина внутренней части штуцера; 3 – отношение допускаемых напряжений для внутренней части штуцера; s – исполнительная толщина обечайки; s1 – исполнительная толщина штуцера; 1 – отношение допускаемых напряжений для штуцера и обечайки; НДС – напряженно деформированное состояние; Ra – шероховатость поверхности; ЭМС – экспериментальная модель сепаратора; Рг.и – давление гидроиспытания; экв – эквивалентные напряжения; L – длина пробы; Nп - количество проб металла; l3р – расчетная длина внутренней части штуцера, участвующая в укреплении; V – средняя скорость резания; G – нагрузка на станок; Т – температура в зоне резания; {Q} – эксплуатационная нагруженность; {F} – эксплуатационные и внешние нагрузки и воздействия; N – количество циклов нагружения; – время эксплуатации (наработка); Т – предел текучести; в – предел прочности; К1с – критический коэффициент интенсивности напряжений; nТ, nв, nк – коэффициенты запаса.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулированы цель и задачи исследования, положения, выносимые на защиту, научная новизна, практическая значимость и реализация результатов исследования.

В первой главе рассмотрена проблема оценки работоспособности сепараторов при их диагностировании, исследований и мониторинга ресурсных характеристик высоконагруженного, контактирующего с рабочей средой металла конструктивных элементов. Выполнен анализ опасности (риска) и сроков эксплуатации оборудования УКПГ. Установлено, что по классификации РД 03-418 одним из наиболее опасных видов оборудования УКПГ являются сепараторы. К настоящему времени наработка сепараторов УКПГ превысила проектный срок эксплуатации. Требования и условия промышленной безопасности при эксплуатации опасных производственных объектов допускают продолжение эксплуатации таких сепараторов только при положительных результатах технического диагностирования, оценки работоспособности и ресурса по критериям предельного состояния. В этих условиях при техническом диагностировании и оценке работоспособности сепараторов одним из основных становится контроль параметров, свойств и структуры металла ПОУ.

Основываясь на работах известных ученых в области оценки состояния металла оборудования, прочности, оценки работоспособности и ресурса металлических конструкций по критериям предельного состояния: Л.Р. Ботвиной М.М. Гаденина, В.М. Горицкого, Е.Е. Зорина, В.М. Кушнаренко, В.Н. Лозовского, Н.А. Махутова, Б.Р. Павловского, О.И. Стеклова, Г.М. Ханжинского, В.В. Харионовского, О.Ф. Чернявского, А.О. Чернявского, собственных исследованиях и требованиях действующих НТД выполнен анализ наиболее применяемых неразрушающих, повреждающих и разрушающих подходов и методов контроля и исследования параметров, свойств и структуры металла элементов оборудования, их достоинств, недостатков и возможности применения. Сделан вывод, что имеют актуальность подходы и методы, обеспечивающие получение достаточного количества металла из наиболее нагруженных элементов оборудования, для его лабораторных исследований и испытаний.

Практика диагностирования и оценки работоспособности оборудования показывает наличие проблемы выполнения лабораторных исследований металла из наиболее нагруженных элементов. Эта проблема характеризуется тем, что после отбора проб металла этих элементов требуется проведение дорогостоящего и длительного восстановительного ремонта оборудования. По этой причине до настоящего времени отбор проб и лабораторные исследования металла сепараторов не проводились.

Вместе с тем по мере накопления наработки и, как следствие, накопления поврежденности металла и возможных отклонений его ПТС и критериев ПС необходимость, актуальность и значимость исследований и мониторинга определяющих ПТС и критериев ПС металла ПОУ сепараторов продолжает возрастать.

Выполнен анализ указанной проблемы, опыта оценки работоспособности и условий эксплуатации сепараторов. Сформулирована концепция: в условиях «падающей» добычи природного газа и снижающегося по этой причине рабочего давления сепараторов, имеется возможность обосновать и отобрать некоторое количество «запаса» (пробу) высоконагруженного, контактирующего с рабочей средой металла штуцерных узлов люков-лазов, выполнить лабораторные исследования этого металла и определить его фактические характеристики необходимые и достаточные для достоверной оценки работоспособности, надежности и безопасности сепараторов. Отбор такой пробы металла не потребует проведения последующего восстановительного ремонта сепаратора.

Во второй главе выполнены исследования геометрической формы и нагруженности конструкций, обоснованы зоны максимальных напряжений и разработан метод отбора пробы высоконагруженного металла сепараторов. Сепараторы изготовлены по трём техпроектам ГП 1022.01, 02, 03, патрубки штуцеров люков-лазов Dy 450 мм выступают внутрь на 50, 70 и 30 мм соответственно.

Путём выполнения итерационных расчётов на прочность укрепления штуцеров люков-лазов сепараторов по ГОСТ Р 52857 при условии [Р]=Рраб установлен «резерв» металла (t) выступающих внутрь частей патрубков по каждому техпроекту – 10, 14 и 6 мм соответственно. Для уменьшения трудоёмкости таких расчётов на основе ГОСТ Р 52857 выведена формула (1) для расчета t:

, (1)

где: ; .

Анализ условий эксплуатации показал, что в связи со снижением пластового давления месторождения газа, рабочее давление в сепараторах снижается. Данные снижающегося рабочего давления сепараторов по годам эксплуатации приведены в таблице рисунка 1а.

Индекс сепаратора,
номер УКПГ
Годы
1992 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010
С-502В,
УКПГ-3
Значения Рраб (МПа) 6,95 6,7 6,3 5 4 3 2,5 2,3 2,2
С-302В,
УКПГ-8
6,95 6,7 6,7 6,3 5 4 3 2,5 2,5
С-303В
УКПГ-12
6,95 6,7 6,3 5 4 3 2,5 2,2 1,3


Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.