Введение к работе
Актуальность темы. Трубопроводы относятся к категории промышленных объектов, отказы которых сопряжены со значительными материальным и экологическим ущербами. Многие трубопроводы эксплуатируются с превышением проектного срока службы. Увеличивающаяся продолжительность эксплуатации и износ трубопроводов актуализируют проблему идентификации их технического состояния (ТС).
В известных работах в области идентификации технического состояния трубопроводов выделены типичные механизмы отказов, составлены физико-механические и математические модели процессов на основе локальных параметров. В то же время такие модели недостаточно полно отражают реальную величину и интенсивность изменения технического состояния на многокилометровых участках или всего трубопровода в целом.
Современные методы неразрушающего контроля, в том числе внутритрубное диагностирование (ВТД), позволяют получать обширную диагностическую информацию о дефектности линейной части трубопроводов. Однако, невозможно использовать существующие методы обработки данных из-за потери связи моделей технического состояния с местоположением повреждений. Объективный анализ результатов дефектоскопии с применением локальных методов затруднен из-за большой размерности задачи. Применение методов аналитической идентификации технического состояния трубопроводов на основе агрегированных моделей позволяет существенно сократить размерность задачи и затраты материальных и временных ресурсов на проведение технического диагностирования, обслуживания и ремонтов.
Однако, аналитическая идентификация технического состояния трубопроводов требует результатов разновременных ВТД, разнесенных друг от друга на 5-7 лет, поэтому возникает проблема совмещения одноименных участков для повышения объективности идентификации ТС трубопроводов. Кроме того, значимой составляющей трубопровода является запорная арматура (ЗА), идентификация ТС которой невозможна с применением существующих методов для линейной части. Поэтому в работе рассмотрены трубопроводные системы (ТПС) как совокупность линейной части и запорной арматуры. Трубопроводные системы целесообразно рассматривать, разбив на три группы: газопроводы, конденсатопроводы и нефтепроводы, отличительными характеристиками которых являются плотность среды, диаметр и толщина трубы, проектное давление.
Для большей эффективности функционирования ТПС данные по повреждениям, полученные при проведении дополнительных обследований, необходимо учитывать вместе с основной диагностической информацией. Также при прогнозировании технического состояния ТПС с дефектами геометрии необходимо учитывать реальные условия нагружения трубопроводов.
Работа входит в научное направление исследований лаборатории «Надежность» Оренбургского государственного университета и выполнена в рамках госбюджетной НИР №ГР 01200606123 «Агрегированные модели и методы аналитической идентификации технического состояния промышленных
(д
объектов».
Цель работы - повышение эффективности функционирования отработавших нормативный срок трубопроводных систем за счет идентификации технического состояния линейной части и запорной арматуры.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
-
разработка метода идентификации технического состояния ТПС на основе агрегирования информации;
-
построение агрегированных моделей технического состояния ТПС;
-
определение корреляционных, идентификационных и прогнозных моделей технического состояния ТПС;
-
нахождение структурного решения автоматизированной системы управления техническим состоянием ТПС;
-
оценка эффективности функционирования ТПС с проведением идентификации технического состояния.
Объект исследования. Техническое состояние линейной части и запорной арматуры ТПС, транспортирующих сероводородсодержащие среды на этапе превышения нормативного срока службы.
Предмет исследования. Идентификация технического состояния трубопроводных систем.
Методы исследования. Поставленные задачи решены с использованием следующих теорий и методов: идентификации, автоматического управления, оценки надежности и эффективности, вероятности, математической статистики и моделирования, теории графов, информационных технологий, диагностирования.
Научную новизну представляют:
-
метод идентификации технического состояния ТПС с совмещением одноименных участков коррозионных повреждений линейной части для разновременных внутритрубных диагностирований;
-
корреляционные, идентификационные и прогнозные модели технического состояния ТПС;
-
вероятностная модель технического состояния запорной арматуры;
-
структурное решение построения автоматизированной системы управления техническим состоянием ТПС.
Практическая значимость работы. Разработанный метод идентификации технического состояния ТПС позволяет проранжировать трубопроводы по степени опасности и запланировать работы по диагностике, техобслуживанию и ремонту. Программные модули интегрированы в производственный процесс и успешно используются на предприятии ООО «Газпром добыча Оренбург»:
-
модуль «Expertiza ТР» (Свидетельство №2005612442, per. 19.09.2005) -при мониторинге технического состояния трубопроводов;
-
модуль «Armatura» (Свидетельство №2005612773, per. 26.10.2005) - для идентификации технического состояния запорной арматуры;
-
модуль «СТО» (Свидетельство №2007613342, per. 8.08.2007) - при оценке потенциальной опасности и остаточного ресурса трубопроводов с нетрещиноподобными дефектами;
-
основные положения метода идентификации и прогнозирования
остаточного ресурса трубопроводов вошли в СТО Газпром 0-03-22-2008 «Стандарт организации по технической и безопасной эксплуатации газопроводов неочищенного сероводородсодержащего газа и конденсатопроводов нестабильного конденсата». На защиту выносятся:
- метод идентификации технического состояния ТПС с совмещением
участков коррозионных повреждений;
результаты исследования корреляционных, идентификационных и прогнозных моделей технического состояния линейной части ТПС;
оценка технического состояния запорной арматуры на основе вероятностной модели;
- структурное решение построения АСУ техническим состоянием ТПС.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации
представлялись и были одобрены на международной научно-технической конференции «Техническое диагностирование оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред» (Оренбург, 2000), Ш всероссийской научно-технической конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (Орск, 2002), VI Российской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в транспортных системах» (Оренбург, 2003), V международной научной конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (Оренбург, 2008), VII международной научно-практической конференции «Образовательные научные и инженерные приложения в среде Lab View и технологии National Instruments» - 2008 (Москва, 2008).
Получен диплом лауреата конкурса научно-исследовательских работ молодых ученых и специалистов Оренбуржья за разработку методов оценки остаточного ресурса оборудования и трубопроводов (2002 г.), диплом III степени областного конкурса научно-исследовательских работ молодых ученых и специалистов за разработку методики идентификации ТС запорной арматуры трубопроводов на основе вероятностной модели (2006 г.), диплом лауреата областной выставки НТТМ за автоматизацию процесса идентификации технического состояния трубопроводов (2008 г.). Разработанные метод идентификации технического состояния ТПС и программные модули апробированы и использованы при продлении срока эксплуатации трубопроводов Управления по эксплуатации соединительных продуктопроводов ООО «Газпром добыча Оренбург».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 1 статья в журнале из перечня ведущих рецензируемых журналов ВАК, 1 патент РФ на изобретение и 3 свидетельства на программные средства.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, основных результатов и выводов, списка использованных источников из 126 наименований, содержит 161 страницу машинописного текста, включая 42 рисунка, 41 таблицу, 5 приложений.
Автор благодарит за помощь и полезные советы при подготовке работы Кушнаренко В.М., Чиркова Ю.А., Щепинова Д.Н., Агишева В.Н.
