Введение к работе
Актуальность темы. На опасных производственных объектах добычи сероводородсодержащих газа и нефти (ДСГ) более 30 лет эксплуатируются десятки тысяч единиц технологического оборудования. Доля оборудования ДСГ, исчерпавшего установленный проектом срок эксплуатации, приближается к 100%. Законодательными и нормативными документами в области промышленной безопасности возможность продолжения эксплуатации такого оборудования определена условием положительной оценки его технического состояния, безотказности и безопасности на прогнозируемый период эксплуатации. Основу для такой оценки составляют результаты диагностирования. Длительная эксплуатация этого оборудования при воздействии рабочих сред приводит к образованию и развитию дефектов и повреждений, в их числе – сульфидного коррозионного изнашивания и растрескивания металла. Последствиями возникновения и развития этих дефектов и повреждений являются внезапные отказы, разрушения оборудования и аварии с катастрофическими последствиями. Ежегодно на объектах ДСГ выполняется диагностирование технического состояния более 2 000 единиц такого оборудования.
Учитывая, что литературные и экспериментальные данные показывают разброс значений вероятности выявления дефектов оборудования методами диагностирования до 30% и более, возникает неопределённость конечного результата реализации программы диагностирования. То есть при наличии нормированных значений допустимой вероятности отказа оборудования, оценить и обеспечить требуемую вероятность выявления дефектов при реализации программы диагностирования не представляется возможным. В этих условиях исследования и разработка методов обеспечения требуемой вероятности выявления дефектов, безотказности и безопасности эксплуатации оборудования становятся актуальными и значимыми. Актуальность этих исследований повышается по мере накопления оборудованием наработки.
Цель работы.
Разработка методов вероятностной оценки выявления дефектов и повреждений при диагностировании оборудования добычи сероводородсодержащих газа и нефти для обеспечения надёжности эксплуатации.
Основные задачи исследования:
1. Анализ методов диагностирования, результатов выявления дефектов и повреждений, причин снижения безотказности оборудования.
2. Экспериментальные исследования и оценка вероятности выявления дефектов и повреждений оборудования на его образцах, моделях и натурных конструкциях методами диагностирования.
3. Обоснование методов обеспечения требуемых: вероятности выявления дефектов и повреждений; безотказности оборудования при его диагностировании.
4. Разработка методики обоснования выбора состава и методов программы диагностирования оборудования, обеспечивающей требуемую вероятность выявления дефектов, и оценка ее эффективности.
Научная новизна:
Обоснованы параметры, критерии и методы оценки достоверности выявления дефектов и повреждений при диагностировании оборудования. Установлено, что разброс значений вероятностей выявления дефектов и повреждений составляет до 30% и более и приводит к недооценке риска продолжения эксплуатации оборудования из-за наличия невыявленных дефектов и повреждений.
Впервые выполнена экспериментальная оценка значений, факторов и закономерностей изменения вероятности выявления по видам/типам дефектов, наиболее часто встречающихся в узлах и элементах оборудования добычи сероводородсодержащих газа и нефти.
Впервые обоснованы значения и разработаны методы и алгоритмы оценки требуемой вероятности выявления дефектов и повреждений по критериям допустимых вероятности и риска отказа оборудования; методы, показатели, критерии и алгоритмы контроля качества диагностических работ на образцах, моделях и натурных конструкциях оборудования.
Разработаны новые нормативно-методические принципы оценки и обеспечения требуемой вероятности выявления дефектов и повреждений при диагностировании оборудования и качества проведения диагностических работ.
Защищаемые положения:
– теоретическое и экспериментальное обоснование параметров, критериев и методов оценки достоверности выявления дефектов и повреждений при диагностировании оборудования;
– расчетно-экспериментальное обоснование: методов оценки, значений и факторов изменения вероятности выявления дефектов и повреждений оборудования на образцах и моделях его конструкции; критериальных значений требуемой вероятности выявления дефектов и повреждений для обеспечения допустимых вероятности и риска отказа оборудования; параметров и методов контроля качества диагностических работ;
– нормативно-методические принципы оценки и обеспечения: требуемой вероятности выявления дефектов и повреждений при диагностировании оборудования; требуемого качества диагностических работ; обоснования выбора состава и методов программы диагностирования оборудования.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Методы оценки, повышения и обеспечения на требуемом уровне значений вероятности выявления дефектов в узлах и элементах оборудования внедрены в ОАО «Техдиагностика» и применяются при диагностировании оборудования ООО «Газпром добыча Оренбург». По результатам внедрения оценены и откорректированы программы диагностирования по видам/типам оборудования, не отвечавших критериям требуемой вероятности выявления дефектов. По откорректированным программам продиагностировано 499 единиц оборудования установок комплексной подготовки газа, выявлено 43 дефекта браковочного уровня. Контроль качества диагностических работ выполняется по обоснованным в работе критериям. Ведётся учёт индивидуальных показателей надёжности специалистов неразрушающего контроля, эти показатели учитываются при распределении работ различной сложности и ответственности. Разработанные и апробированные методы реализованы в СТО-ЭПБ.И-177 «Методика обоснования выбора состава и методов программы диагностирования оборудования добычи сероводородсодержащих газа и нефти по критерию требуемой вероятности выявления дефектов» и используются в учебных процессах подготовки специалистов неразрушающего контроля.
Исследования выполнены в соответствии с п. 3.2 Перечня приоритетных научно-технических проблем ОАО «Газпром» на 2006 – 2010 годы – «Создание методов и технологий для повышения эффективности разработки и безопасной эксплуатации месторождений», отраслевой программой ОАО «Газпром» «Диагностическое обслуживание объектов добычи газа» и «Перечнем научно-технических работ ООО «Газпром добыча Оренбург»».
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на научно-технических конференциях, включая:
– V Международную научно-техническую конференцию «Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред», г. Оренбург, 22-25 ноября 2004 г.;
– VI Международную научно-техническую конференцию «Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред», г. Оренбург, 20-23 ноября 2006 г.;
– V Международную научную конференцию «Прочность и разрушение материалов и конструкций», г. Оренбург, 12-14 марта 2008 г.;
– VII Международную научно-техническую конференцию «Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред», г. Оренбург, 26-29 ноября 2008 г.;
– III Научно-техническую конференцию с международным участием «Основные проблемы освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения», г. Оренбург, 21-22 мая 2009 г.;
– II Научно-практическую конференцию «Безопасность регионов – основа устойчивого развития», г. Иркутск, 19-21 сентября 2009 г.;
– VIII Международную научно-техническую конференцию «Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред», г. Оренбург, 23-26 ноября 2010 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 30 печатных работ из них 6 в изданиях, входящих в "Перечень…" ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения; изложена на 180 страницах; содержит 55 рисунков, 54 таблицы и список использованных источников из 141 наименования.
Условные обозначения и сокращения.
НД – нормативные документы в области промышленной безопасности; ДСГ – объекты добычи сероводородсодержащих газа и нефти; НК – неразрушающий контроль; УК – ультразвуковой контроль; КЭИ – коррозионно-эрозионный износ; ВИР – водородиндуцированное расслоение; СКРН – сульфидное коррозионное растрескивание под напряжением; НСШ – несплошности сварных швов; Р11 – вероятность выявления (выявляемость) дефектов; [Р11] – требуемый уровень вероятности выявления дефектов; Р10 – вероятность пропуска дефектов; [Р10] – допустимый уровень вероятности пропуска дефектов; ХСИСТ – систематическая погрешность; r – предел повторяемости; R – предел воспроизводимости; U – расширенная неопределённость; ККДР – контроль качества диагностических работ; d – количество производственных заданий, выполненных дефектоскопистом; D – общая периодичность ККДР; W – степень сложности производственного задания; КН – коэффициент надежности специалиста НК; NВ – число дефектов, выявленных при переконтроле; NП – число пропущенных дефектов; NК – число контролей; К – весовой коэффициент допущенного отклонения (нарушения); fП.С. – частота достижения предельных состояний дефектными элементами; fВ.Д. – частота выявления дефектов; Х – размер дефекта; H – плотность распределения вероятности существования дефекта; ХПР – предельный размер дефекта; ХМИН –минимальный размер дефекта, подлежащего выявлению; S – площадь отражающей поверхности модели дефекта; h – глубина залегания отражающей поверхности модели дефекта; l – протяженность отражающей поверхности модели дефекта; P10 ср. – средняя вероятность пропуска дефектов; P11 ср. – средняя выявляемость дефектов; Р (P11) – коэффициент вариации значений выявляемости дефектов.
