Разработка методов предупреждения чрезвычайных ситуаций при эксплуатации технологического оборудования объектов добычи и переработки сероводородсодержащего га

4. Дополнительные требования к качеству подготовки поверхности зоны контроля (Ra 0,9 мкм) и величине снимаемого слоя металла элементов оборудования (11,2 мм) для уменьшения погрешности измерения твердости.

При оценке результатов безобразцовых натурных измерений твердости и рассчитанных по выведенным корреляционным зависимостям значений В в составе работ диагностирования оборудования ГКХ за 1998-2004 годы погрешность не превышает 5% и коэффициент вариации составил менее 5%. Для рассчитанных 0,2 погрешность не превышает 9%.

Результаты экспериментальных исследований показали: уточнённые корреляционные зависимости “твердость –В” и “твердость – 0,2” могут быть использованы для определения В и 0,2 сероводородстойких сталей оборудования ГХК. Разброс значений твердости, измеряемой безобразцовым методом, сопоставим с разбросом значений 0,2 и В, взятых из сертификатов на металл и литературных данных.

Разработан и применяется СТП, которым регламентируются дополнительные требования к приборам и технологическим операциям безобразцового контроля твердости, для оценки с доверительной вероятностью от 0,9 и выше изменений твердости, В и 0,2 сероводородстойких сталей оборудования ГХК в процессе длительной эксплуатации.

В шестой главе на основе методик, заложенных в НТД, и развития трудов известных ученых и специалистов: Белостоцкого А.М., Когаева В.П., Махутова Н.А., Москвичева В.В., Серенсена С.В., Харионовского В.В., Хажинского Г.М., Чернявского О.Ф., Шнейдеровича Р.М. и многих других в области исследования прочности и ресурса безопасной эксплуатации конструкций выполнены теоретические и экспериментальные исследования достоверности расчетных методов оценки статической и квазистатической прочности от действия внутреннего давления и ресурса элементов оборудования, имеющих специфические повреждения в виде непроваров сварных швов вварки штуцеров, локального утонения стенки, несплошностей металла. Проведены расчеты методом конечных элементов (МКЭ), стендовые и натурные испытания экспериментальных моделей и натурных конструкций сосудов с дефектами. Результаты проведенных исследований (рисунок 13) показывают, что: МКЭ может с достаточной достоверностью применяться для оценки статической и квазистатической прочности поврежденных элементов оборудования (погрешность в сторону запаса составляет 5–15% в области рабочих и 5–10% в области предельных давлений); непровары сварных швов вварки штуцеров не приводят конструкцию в предельное состояние при условии, что размеры швов удовлетворяют требованиям ГОСТ 5264; причиной достижения предельного состояния элементами оборудования могут служить неблагоприятное конструктивное исполнение, дополнительное нагружение, исчерпание ресурса пластичности металла или наличие на внутренней поверхности стенки начальных поверхностных повреждений металла в зонах достаточно высокой концентрации напряжений и деформаций.

а) б)

а) – экспериментальная модель сосуда; б) - графики расчетных и экспериментальных значений, измеренных относительных деформаций; 1, 2 – расчетные и экспериментальные значения деформаций на поверхности днища соответственно; 3, 4 – расчетные и экспериментальные значения деформаций на поверхности обечайки в зоне врезки штуцеров (между патрубками); 5, 6 – расчетные и экспериментальные значения деформаций для патрубка в зоне врезки штуцеров (зона пересечения патрубка с верхней образующей обечайки)

Рисунок 13 – Результаты исследований прочности элементов оборудования ГХК, имеющих специфические повреждения

Теоретическими исследованиями с использованием нормативных методик, методов статистической теории надежности, авторской концепции управления безопасностью, МКЭ и программных комплексов MathCad, Statistica и др., остаточного ресурса и вероятности достижения предельного состояния V абсорберов Астраханского ГПЗ, подверженных коррозионному изнашиванию, адсорбера и антипульсационной емкости Оренбургского ГПЗ, работающих при циклических нагрузках и в условиях вибрации, установлено наличие тесной корреляционной связи с коэффициентом до –0,9 между lgV и и определена их зависимость (рисунок 14) с учетом качества применяемой программы обследования и условий эксплуатации.

По результатам исследования выполнено обоснование параметров и критериев оценки состояния и безопасности по уровням вероятности Va1Va5 и риска Ra1Ra5 отказа поврежденных элементов оборудования ГХК путем анализа расположения линии зависимости lgV– в областях, разделяющих ось кратно TN на отрезки, соответствующие Va1Va5, относительно областей допустимого и недопустимого значения V по каждому из уровней тяжести последствий отказа С1С5. При этом выведена закономерность и условия, позволившие установить на графике области уровней риска отказа: высокий риск (Rа5) – значения V выше либо равны допустимым значениям (для уровней тяжести последствий С5, С4); риск выше среднего (Rа4) – значения V лежат внутри диапазона допустимых значений либо равны его верхнему значению, а для уровней тяжести последствий С3 - значения V выше либо равны допустимым значениям; средний риск (Rа3) – значения V гарантированно ниже либо равны нижнему значению диапазона допустимых значений; низкий риск (Rа2) – значения V гарантированно ниже диапазона допустимых значений (уровень Ra2 применяется для оценки уровня риска оборудования с тяжестью последствий С3 и ниже); очень низкий риск (Rа1) – значения V гарантированно ниже диапазона допустимых значений, а уровень Vai не менее 2ТN (уровень Ra1 применяется для анализа риска оборудования с тяжестью последствий С2 и C1).

- значения логарифма вероятности наступления предельного состояния; - линия регрессии, описывающая связь логарифма вероятности V наступления предельного состояния и расчетного значения остаточного ресурса

Рисунок 14 – График зависимости вероятности наступления предельного состояния V от расчетных значений остаточного ресурса и области уровней риска отказа элементов оборудования ГХК в зависимости от уровней тяжести последствий Ci и вероятности отказа Vai

Анализ полученного распределения Rаi=f(Vai, Ci) показывает: для группы элементов оборудования, относящихся к Ra5, обоснованно условие принятия и исполнения технических решений профилактики отказов и планирования обследований на основе определения времени достижения вероятностью отказа верхнего допустимого значения с использованием уточненных данных по нагруженности и несущей способности элементов; для групп элементов, относящихся к Ra4, такой метод планирования обследований возможен по решению соответствующих инженерных служб эксплуатирующего предприятия; для группы элементов оборудования, относящихся к Ra4, Ra3, Ra2, Ra1, планирование обследований и мер по поддержанию безопасного состояния может основываться на результатах расчета остаточного ресурса детерминированными методами, которые в этих случаях дают приемлемый результат, что подтверждается принятыми критериями вероятности наступления отказа; использование уровней вероятности отказа Va1 Va5 в качестве критериев для определения уровней риска отказа Rа1 Rа5 элементов оборудования ГХК в зависимости от уровней тяжести последствий С1 С5 возможного отказа оборудования является приемлемым и обосновывается полученным и представленным на графике
lgV– распределением областей уровней риска отказа и соответствующими им значениями вероятности отказа поврежденных элементов оборудования.

Распределение Rаi=f(Vai, Ci) положено в основу полуколичественного анализа уровня риска и вероятности отказа и планирования по его результатам обследований и мер поддержания допустимого уровня безопасности эксплуатации поврежденных элементов оборудования ГХК.

В седьмой главе представлены результаты разработки информационно-аналитического и нормативного обеспечения технологического комплекса по мониторингу состояния и профилактике отказов и системы предупреждения ЧС при эксплуатации оборудования ГХК.

Компьютерная база данных о состоянии оборудования (БДО) разработана и внедрена на предприятии "Техдиагностика" для накопления, хранения, систематизации и анализа диагностической информации. В БДО предусмотрена структура хранения и запросов по любому сочетанию сведений: названию, технологическому номеру-индексу, регистрационному номеру, заводскому номеру, рабочей среде и другим данным по оборудованию, а также показателей нагрузок, ПТС, механизмов повреждений, уровней тяжести последствий, вероятности и риска отказа, сроков эксплуатации до очередного обследования, ремонта или замены (рисунок 15).

Для управления уровнем безопасности эксплуатации оборудования ГХК по критериям риска и вероятности отказа разработана, обоснована и внедрена представленная на рисунке 16 принципиальная схема замкнутого цикла движения информационного потока базы данных в процессе подконтрольной эксплуатации поврежденных элементов оборудования по результатам обследования, принятия и исполнения технических решений снижения уровня риска отказа и условий безопасности при эксплуатации до следующего обследования, ремонта, замены.

Рисунок 15 – Схема систематизации исходных и аналитических данных состояния
оборудования ГХК

Рисунок 16 – Принципиальная схема замкнутого цикла движения информационного потока в процессе подконтрольной эксплуатации поврежденных элементов оборудования ГХК

Разработаны и введены в действие основные НД технологического комплекса и системы, представленные в разделе "Практическая ценность и реализация результатов работы". В основу этих документов заложены: результаты исследований, накопленный опыт и систематизированные результаты диагностических и профилактических работ, длительное (с 1992 года) время и систематически выполняемых в соответствии с требованиями первоначально разработанного НД "Дополнительные требования по контролю за состоянием металла технологического оборудования и трубопроводов при эксплуатации предприятий добывающих, перерабатывающих и транспортирующих природный газ и газовый конденсат, содержащих сероводород. ДТС 1-92" (утв. ГГК "Газпром" 03.06.1992 г., согл. Госгортехнадзором России 01.06.1992 г.). В целях совершенствования нормативного обеспечения разработан ряд документов уровня предприятия – СТП, инструкции, регламенты и другие определяющие дополнительные и специальные требования по видам работ и НК элементов оборудования ГХК. Вышеуказанные НД дополнены новыми разделами и программами работ, в соответствии с возрастающими государственными требованиями промышленной безопасности эксплуатации ОПО, в том числе РД 03418.

В восьмой главе представлены результаты внедрения концепции, создания и развития научно-технической базы исследований и оптимизации методов предупреждения ЧС при эксплуатации оборудования ГХК.

Результаты внедрения концепции при эксплуатации оборудования ГХК представлены на примере сосудов, работающих под давлением, по которым накоплен значительный массив данных (рисунок 17). Результаты прогнозирования состояния сосудов на длительную перспективу показывают, что применение методов предупреждения ЧС при эксплуатации сосудов ОГХК позволяет их эксплуатировать до 2030 года и поддерживать требуемый уровень безопасности при своевременном планировании обследований, ремонтов и замен.