Введение к работе
Актуальность проблемы
На территории нашей страны расположены десятки крупных нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов, тысячи километров нефтегазопроводов. Одной из причин нарушения экологии являются аварии из-за износа технологического оборудования. По экспертной оценке специалистов в настоящее время износ оборудования достигает до 90% и примерно такое же количество оборудования выработало расчетный ресурс.
Обеспечение безопасности возможно при: ликвидации экологически опасных предприятий, замене изношенного оборудования и дальнейшей эксплуатации нефтехимических и химических производств при соблюдении критериев безопасности путем своевременной периодической диагностики и определения остаточного ресурса на базе современных достижений в области материаловедения, аппаратостроения и механики разрушения. Первые два направления в настоящее время не реальны из-за тяжелого экономического положения в стране.
Вопросами оценки остаточного ресурса оборудования в настоящее время занимаются большое количество научно-технических предприятий, что является подтверждением актуальности рассматриваемой проблемы.
В общем случае, оценка остаточного ресурса нефтехимической аппаратуры (сосуды, аппараты и трубопроводы) проводится на основании трудоемких работ по анализу технической документации, функциональной диагностики, экспертного обследования, анализу механизмов повреждений и выявлению определяющих параметров технического состояния, уточнению параметров технического состояния, напряженного состояния и характеристик металла, выбору критериев повреждаемости и др.
В связи с несовершенством средств неразрушающего контроля пока вероятность эксплуатации аппаратуры с недопустимыми дефектами, в том числе и грещиноподобными, достаточно высокая. Распространенным дефектом сборки и :варки элементов нефтехимической аппаратуры является угловатость сварных
соединений, которую следует относить к категории трещиноподобных из-за наличия в ней сингулярности (вершина угловатости). В этом случае, традиционные подходы не позволяют определять напряженное состояние, а следовательно, и ресурс элементов аппаратуры. Все это и предопределило цель настоящей работы.
Цель работы - обеспечение работоспособности выработавшей расчетный ресурс нефтехимической аппаратуры с обнаруженной при диагностике угловатости обечаек путем регламентации научно-обоснованного безопасного срока последующей ее эксплуатации.
Для решения основной цели были сформулированы следующие задачи:
- исследование напряженного состояния обечаек с угловатостью;
-разработка методов расчетной оценки характеристик работоспособности
обечаек с угловатостью в условиях статического и повторно-статического нагружения;
исследование влияния предыстории нагружения на остаточную напряженность и свойства металла в области угловатости;
- разработка критериев оценки и повышения качества нефтехимической
аппаратуры, выработавшей расчетный ресурс.
На защиту выносятся:
методы обеспечения работоспособности выработавшей расчетный ресурс нефтехимической аппаратуры с обнаруженной при диагностике угловатости обечаек, базирующиеся на регламентации безопасного срока последующей эксплуатации и исключения отрицательной роли недопустимых дефектов;
закономерности напряженного состояния обечаек с угловатостью;
- методы расчетной оценки характеристик работоспособности при
статическом и повторно-статическом нагружении;
- закономерности распределения остаточных напряжений в области
угловатости обечаек, возникающих при эксплуатации и испытаниях аппаратуры;
-результаты комплексного исследования процессов старения низколегированных сталей при длительной эксплуатации. Научная новизна:
- впервые установлена взаимосвязь параметров напряженного металла и
угловатости обечаек нефтехимической аппаратуры с учетом особенностей
сингулярности острых угловых переходов;
предложен метод и определены коэффициенты интенсивности напряжений (КИН) в моделях обечаек с угловатостью;
разработаны методы расчета ресурса обечаек с угловатостью, работающих в условиях статического и повторно-статического нагружения;
получены аналитические зависимости для определения остаточной напряженности металла в окрестности угловатости обечаек после разгрузки нагрузок при эксплуатации и испытаниях;
па базе проведенного комплекса механических и металлографических испытаний установлены закономерности охрупчивания и снижения характеристик работоспособности низколегированных аппаратостроительных сталей типа 17ГС при длительной эксплуатации.
Практическая ценность:
разработанные методы оценки ресурса обечаек с угловатостью позволяют давать научно-обоснованные рекомендации по регламентированию сроков эксплуатации, отработавшей расчетный ресурс нефтехимической аппаратуры;
предложенный технологический прием наложения ремонтного валика в область углового перехода, обусловленного угловатостью, позволяет обеспечивать работоспособность аппаратуры в период регламентированного срока последующей эксплуатации;
рекомендации по оценке качества металла, выработавшей расчетный ресурс нефтехимической аппаратуры, согласованы органами Госгортехнадзора РФ и переданы для использования в АО "УНПЗ" и ГП "Салаватнефтемаш".
Апробация работы.
Результаты работы докладывались 1996-1998 г.г. на научно-технических конференциях по проблемам диагностики и оценки остаточного ресурса нефтехимического оборудования, проведенные и УГНТУ.
Диссертация заслушана и рекомендована к защите на семинаре кафедры "Технология нефтяного аппаратостроения".
Работа выполнена в рамках выполнения работ по первому научному направлению Государственной научно-технической программы (ГНТП) "Безопасность" - "Новые методы и критерии обеспечения безопасности рабочих процессов технологий, конструкций, сложных технических систем, людей и окружающей среды в случае возникновения техногенных аварий и катастроф" и, в частности, его проекту 1.5 "Разработка механики катастроф и методов оценки безопасности по критериям механики разрушения и живучести сложных технических систем в поврежденных состояниях" в 1994-1997 г.г.
Публикации.
Основное содержание диссертационной работы опубликовано в двух монографиях, брошюре и шести научно-технических статьях, в том числе центральной печати.
Объем и структура работы.
