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

Рисунок 17 – Диаграммы распределения сосудов ГХК: а) – по количеству обследований; б) – по прогнозу ресурса работы на длительную перспективу

На примере предприятия "Техдиагностика" показаны разработанные и внедренные технические решения управления качеством и достоверностью, материально-техническим, нормативным, методическим и метрологическим обеспечением исследований, разработок и работ по мониторингу состояния и коррекции безопасности эксплуатации оборудования ГХК. Исследования и разработки основаны на применении наукоемких технологий и программ подготовки специалистов и научных работников, объединенных одной целью – своевременного выявления, оценки "опасности" элементов оборудования, имеющих отклонения ПТС, и принятия адекватных предупредительных мер.

Повышение эффективности управляющих воздействий по коррекции безопасности и мониторингу состояния оборудования осуществляется за счет оптимизации методов, объемов и периодичности обследований путем классификации оборудования и его элементов по уровням риска отказа и концентрации средств и усилий на фактически опасных элементах, а также применения профилактических мер, наилучшим образом снижающих вероятность и риск отказа поврежденных элементов – области 2 и 3 зависимости =f(KIi) (рисунок 18).

Результаты оптимизации методов, объемов и сроков обследований оборудования, полученные на примере анализа данных обследований сосудов установки 2У70 ОГПЗ, показали возможность перераспределения до 50% сил и средств, используемых на поддержание безопасности эксплуатации оборудования, с элементов оборудования, имеющих низкие и очень низкие уровни риска отказа, на элементы с высоким, выше среднего и средним уровнем риска отказа и, соответственно, повышения уровня безопасности эксплуатации этого оборудования.

Преимущества применения разработанных концепции и методов управления безопасностью и предупреждения ЧС при эксплуатации оборудования ГХК в сравнении с известными методами поддержания безопасного состояния технологического оборудования ОПО заключаются: в применении дифференцированных по уровням риска отказа элементов оборудования управляющих воздействий по коррекции их безопасности и мониторингу состояния; в простоте и достоверности методов установления уровней риска и вероятности отказа элементов оборудования; в системном понижении риска и вероятности отказа элементов оборудования за счет раннего обнаружения повреждений, своевременного планирования и исполнения профилактических мер и восстановления надежности и долговечности эксплуатации поврежденных элементов оборудования; в повышении эффективности мер по поддержанию безопасного состояния оборудования путем распределения их соответственно уровням риска отказа поврежденных элементов оборудования.

1 – область значений > 2TN совокупности НОЭ, не подлежащих ТО и ОО; 2 - область TN совокупности ПОЭ, подлежащих ТО; 3 - область TN ПОЭ, подлежащих ТО, ПК или ремонту; 4 - область TN ПОЭ, подлежащих ремонту (замене) по результатам ТО; 5 – область Ra5, Ra4 ПОЭ, подлежащих определению TV; 6 – область Ra4 ЭО, подлежащих определению TV по решению менеджмента объекта; 7 – область Ra4, Ra3, Ra2, Ra1 ЭО, подлежащих определению детерминированными методами

Рисунок 18 – Схема оптимизации методов, объемов, сроков обследования и коррекции () состояния элементов оборудования ГХК по критериям [V] и TN

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Определены задачи, поставлены эксперименты, выполнены исследования, разработаны, апробированы и внедрены технические решения проблемы повышения безопасности и предупреждения ЧС при эксплуатации оборудования ГХК. В том числе:

1. Установлено, что:

– причины отказов и ЧС при эксплуатации оборудования ГХК имеют системный многофакторный характер;

• основной причиной ЧС являются отказы элементов оборудования;
• причины отказов элементов оборудования заключаются в специфическом воздействии рабочих сред на металл оборудования, дефектах металла, браке сварки, ошибках в выборе материалов и конструкций, недостаточной эффективности применявшейся системы обеспечения безопасности эксплуатации оборудования;

– фактическая частота и тяжесть последствий имевших место отказов при эксплуатации оборудования ГХК значительно превышают допустимые.

2. Разработаны и апробированы:
   • концепция и методы управления безопасностью, предупреждения ЧС при эксплуатации оборудования ГХК и поддержания на допустимом уровне вероятности отказа конструктивных элементов и оборудования в целом, заключающаяся в классификации всего множества единиц оборудования по уровням риска отказа и применении дифференцированных, соответствующих риску управляющих воздействий по коррекции безопасности и мониторингу состояния. Концепция реализована в виде технологического комплекса по мониторингу состояния, профилактике отказов и системы предупреждения ЧС при эксплуатации оборудования на объектах ГХК;
   • модель анализа состояния, прогнозирования ресурса и планирования обследований оборудования по критериям риска и вероятности отказа на основе данных обследования состояния, оценки нагруженности, установления механизмов и скорости изменения параметров состояния, остаточного ресурса работы, уровней тяжести последствий, вероятности и риска отказа, сроков и условий эксплуатации до следующего обследования, ремонта или замены.

3. Теоретически обоснованы и разработаны: принцип обеспечения требуемого уровня качества программ обследования элементов оборудования ГХК; критерии допустимой вероятности необнаружения заданных параметров дефектов; модель выбора и обоснования поэлементного качества программы обследования оборудования в зависимости от уровня риска и тяжести последствий отказа.

4. Обоснованы и подтверждены результатами исследований и практикой применения специальные методические и технические решения, обеспечивающие адаптацию ультразвукового метода контроля и достоверность идентификации специфических повреждений и СМС металла элементов оборудования ГХК. В результате исследований:

– установлено, что для получения модели дефекта типа ВИР, максимально адекватной реальному, настройка ультразвуковой аппаратуры должна производиться на строго определенную – более высокую, чем принято в ГОСТ 22727, чувствительность. По результатам исследований разработан и внедрен стандарт предприятия СТП ТД 4У-99 "Таблицы основных параметров контроля. Методы ультразвуковые". Проведен контроль и заменено более 2000 м трубопроводов 720 мм, поврежденных особо опасными, ступенчатыми ВИР;

– разработан и внедрен стандарт предприятия СТП ТД 5У-99 "Контроль угловых и тавровых сварных соединений. Методы ультразвуковые", учитывающий особенности УЗК сварных швов вварки штуцеров сосудов, и расширяющий перечень контролепригодных штуцерных узлов по сравнению с приведенным в ОСТ 26-2044. По результатам контроля сварных швов, ранее считавшихся неконтролепригодными, выявлено более 1000 дефектов сосудов, из них устранено более 500 дефектов, за остальными ведется мониторинг состояния;

– экспериментально подтверждена возможность применения приборов безобразцового измерения твердости для определения предела прочности и предела текучести металла элементов оборудования ГХК на основе экспериментально уточненных и апробированных зависимостях "твердость – предел прочности" и "твердость – предел текучести" по типам шкал измерения, применяемых в приборах. Погрешность при этом не превышает 5% и 9% соответственно, что вполне приемлемо для контроля изменения СМС металла в процессе длительной эксплуатации оборудования. Неразрушающий контроль предела прочности и предела текучести металла элементов оборудования ГХК по твердости наряду с металлографией включен в целевые программы работ для мониторинга возможной деградации СМС металла оборудования, длительное время находящегося под воздействием сероводородсодержащих сред.

5. Расчетными, стендовыми и натурными исследованиями прочности экспериментальных моделей и натурных конструкций сосудов с дефектами установлено, 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.

По результатам анализа, с использованием нормативных методик и программных комплексов, зависимости значений остаточного ресурса и вероятности достижения предельного состояния V элементов оборудования, имеющих износ внутренней поверхности стенки, и оборудования, подверженного циклическим и вибрационным нагрузкам, установлены зависимости, параметры и критерии:

– зависимость lgV от с коэффициентом корреляции до – 0,9;

– области уровней риска отказа Ra1Ra5 по критериям допустимой вероятности отказа [V], уровней вероятности Va1Va5 и тяжести последствий С1С5 отказа элементов оборудования и определены их параметры;

– границы значений , кратные TN, т.е. TN, 2TN, 3TN, 4TN, уровней вероятности отказа элементов оборудования ГХК Va1 Va5 в качестве критериев для определения уровней риска отказа Rа1 Rа5 этих элементов для различных уровней тяжести последствий С1 С5 возможного их отказа и соответствующие им области значений вероятности отказа поврежденных элементов оборудования;

– распределение Rаi=f(Vai, Ci), как матрица полуколичественного анализа риска отказа, для планирования на его основе обследований и мер по поддержанию допустимого уровня безопасности эксплуатации поврежденных элементов оборудования ГХК.

6. Разработан и внедрен метод активного снижения уровня техногенного риска при эксплуатации оборудования ГХК путем применения компьютерных технологий и базы данных технологического комплекса по мониторингу состояния и профилактике отказов оборудования и обоснования технических решений, эффективно снижающих уровень риска и вероятность отказа элементов оборудования и оптимизирующих объемы и сроки проведения диагностических и профилактических работ.

Разработана схема замкнутого цикла информационного потока базы данных по результатам обследования, принятия и исполнения технических решений профилактики отказов и условий безопасности для подконтрольной эксплуатации поврежденных элементов оборудования по критериям риска и вероятности отказа.

7. Разработаны, апробированы и введены в действие НТД, определяющие функционирование технологического комплекса по мониторингу состояния, профилактике отказов и системы предупреждения ЧС при эксплуатации оборудования ГХК.

8. Создана и развивается научно-техническая база по разработке, апробации, внедрению и применению технических и технологических решений технологического комплекса и системы предупреждения ЧС при эксплуатации оборудования ГХК:

– сформированы уникальные диагностические и исследовательские возможности приборного оснащения;

– разработана, апробирована и применяется система подготовки специалистов, повышения их квалификации и специализации по особым правилам, процедурам и навыкам диагностирования, оценки прочности, ресурса, вероятности и риска отказа оборудования ГХК;

– сформированы условия и выполняются научные и экспериментальные исследования, направленные на повышение достоверности оценки ПТС элементов оборудования, имеющих специфические дефекты;

– созданы производственные мощности, обеспечивающие качественное выполнение требуемых объемов диагностических работ в короткие сроки остановов технологических объектов ГХК на регламентные и ремонтные работы.

9. Концепция и методы управления безопасностью и предупреждения ЧС при эксплуатации оборудования ГХК внедрены на ОПО Оренбургского и Астраханского ГХК и обеспечивают предупреждение ЧС путем мониторинга состояния, оценки безопасности, планирования и выполнения профилактических мер по снижению вероятности и риска отказа и продления, тем самым, сроков эксплуатации оборудования на длительную перспективу при требуемом уровне безопасности.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Митрофанов А.В. Организация диагностирования оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих рабочих сред на Оренбургском газоконденсатном месторождении // 4-я Международная деловая встреча "Диагностика-93" (Доклады и сообщения). (Ялта, апрель 1994 г.). - Москва, 1994. - С.138-140.

2. Митрофанов А.В., Гафаров Н.А., Киченко Б.В. Эксплуатация и диагностирование трубопроводов и оборудования на объектах нефтяной и газовой промышленности // Безопасность труда в промышленности.-1996. - №10. - С.46-48.

3. О роли диагностических предприятий в решении вопросов безопасной эксплуатации производств и охраны окружающей среды (на примере деятельности ОАО "Техдианостика" / Митрофанов А.В., Сапун А.А., Савин А.П., Киченко Б.В. // 1-я Всероссийская конференция по проблемам предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций на объектах нефтегазового комплекса (тезисы докладов). г. Оренбург, 16 сентября 1998 года. - С.20-23.

4. Проблемы и особенности дефектоскопии адаптеров фонтанных арматур скважин Оренбургского НГКМ, изготовленных из материала "Уранус-50" / Митрофанов А.В., Филатов И.Ф., Сапун А.А., Киченко Б.В. // Дефектоскопия. – 1999. – №10. – С.48-58.

5. Митрофанов А.В., Сапун А.А., Киченко Б.В. Некоторые аспекты технического диагностирования технологического оборудования и трубопроводов предприятия "Оренбурггазпром" // Международная конференция "Анализ диагностических работ на объектах предприятия "Оренбурггазпром" и перспективы их совершенствования", 23-27 февраля 1999 г. – г.Оренбург, 1999. – С.57-63.

6. Митрофанов А.В., Киченко С.Б. Расчет остаточного ресурса сосудов, работающих под давлением // Безопасность труда в промышленности. – 1999. – №12. – С.26-28.

7. Оценка остаточной работоспособности поврежденных коррозией трубопроводов с помощью "критерия B31G" / Гафаров Н.А., Тычкин И.А., Митрофанов А.В., Киченко С.Б. // Безопасность труда в промышленности. – 2000. – №3. – С.47-50.

8. Митрофанов А.В. О деятельности ОАО "Техдиагностика" по техническому диагностированию оборудования предприятия "Оренбурггазпром" // Международная конференция "Анализ диагностических работ на объектах предприятия "Оренбурггазпром" и перспективы их совершенствования", 23-27 февраля 1999 г. – г. Оренбург, 1999. – С.13-21.

9. Сапун А.А., Митрофанов А.В., Павловский Б.Р. Обеспечение качества и достоверности диагностических работ, проводимых ОАО "Техдиагностика" на объектах предприятия "Оренбурггазпром" // Международная конференция "Анализ диагностических работ на объектах предприятия "Оренбурггазпром" и перспективы их совершенствования", 23-27 февраля 1999 г. – г. Оренбург, 1999. – С.29-32.

10 Комментарии к Положению о диагностировании / Дадонов Ю.А., Гафаров Н.А., Митрофанов А.В., Киченко Б.В. // Безопасность труда в промышленности. – 2000. – №6. – С.50-52.

11. Обеспечение безопасного состояния ДКС ОАО "Оренбурггазпром", подверженного воздействию сероводородсодержащих сред / Гафаров Н.А., Изотов А.В., Митрофанов А.В., Киченко Б.В. // 3-я Международная конференция "Энергодиагностика и Condition Monitoring", Нижний Новгород, сентябрь 2000 г. (Сборник трудов). - Том 2, часть II. - М.: ООО "ИРЦ Газпром". - С.101 - 107.

12. Митрофанов А.В., Киченко С.Б. Сравнение результатов расчета остаточного ресурса резервуара с поверхностными коррозионными дефектами // Безопасность труда в промышленности. - 2001. - №7. - С.27-28.

13. Митрофанов А.В., Киченко С.Б. Расчет остаточного ресурса трубопроводов, эксплуатирующихся на объектах "Оренбурггазпром"// Безопасность труда в промышленности. – 2001. – №3. – С.30-32.

14. Методические основы проведения поверочных расчетов на прочность сосудов и трубопроводов, работающих под давлением / Павловский Б.Р., Митрофанов А.В., Вольфсон Б.С., Полозов В.А. // Материалы международной научно-технической конференции "Техническое диагностирование оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред", 20-24 ноября 2000 г. – г. Оренбург, 2001. – С.150-154.

15. Митрофанов А.В., Полозов В.А. Поверочные расчеты на прочность в процессе эксплуатации сосудов и трубопроводов, работающих под давлением // Материалы международной научно-технической конференции "Техническое диагностирование оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред", 20-24 ноября 2000 г. – г. Оренбург, 2001. – С.155-165.

16. Программы для расчета остаточной прочности трубопроводов, поврежденных язвенной коррозией, на основе различных модификаций "критерия B31G" / Киченко С.Б., Гафаров Н.А., Митрофанов А.В., Киченко Б.В. // Материалы международной научно-технической конференции "Техническое диагностирование оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред", 20-24 ноября 2000 г. – г. Оренбург, 2001. – С.179-189.

17. Митрофанов А.В. Система предупреждения аварий и ЧС при эксплуатации оборудования на объектах добычи и переработки сероводородсодержащего газа // 4я Международная научно-техническая конференция "Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред". – Оренбург, 18-22 ноября 2002 г. – г. Оренбург, 2002. - С.34-41.

18. Совершенствование комплекса диагностических работ по обеспечению надежности эксплуатации оборудования ООО "Оренбурггазпром" / Гафаров Н.А., Гончаров А.А., Яхин Р.М., Митрофанов А.В., Киченко Б.В. // 4-я Международная научно-техническая конференция "Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред". – Оренбург, 18-22 ноября 2002 г. – г. Оренбург, 2002. - С.5-14.

19. Митрофанов А.В., Полозов В.А., Барышов С.Н. О развитии методов и средств контроля деградации механических свойств металла оборудования, подверженного длительному воздействию сероводородсодержащих сред // 4-я Международная научно-техническая конференция "Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред". – Оренбург, 18-22 ноября 2002 г. – Оренбург, 2002. - С.154-167.

20. Митрофанов А.В. Предупреждение техногенных аварий и чрезвычайных ситуаций на производственных объектах добычи и переработки сероводородсодержащего газа // Безопасность труда в промышленности. – Безопасность труда в промышленности. – 2004. – №1. – С.35-37.

21. Митрофанов А.В. Результаты реализации системы по предупреждению техногенных аварий и ЧС на производственных объектах добычи и переработки сероводородсодержащего газа // Безопасность труда в промышленности. – 2004. – №6. – С.55-57.

22. Митрофанов А.В. Современный подход к планированию технического обследования оборудования на объектах нефтяной и газовой промышленности. – М., Недра, 2004. – 186 с.

23. Митрофанов А.В. Расчетно-экспериментальная проверка прочности штуцерных узлов сосудов и аппаратов, име