Содержание к диссертации
Введение 5
Глава 1. Анализ вопроса повышения эксплуатационной надежности резервуаров и возможности
совершенствования ТОР 9
1.1. Основные положения надежности резервуарных конструкций 9
1.2. Анализ классических стратегий технического обслуживания и ремонта 18
1.3. Возможные стратегии технического обслуживания и ремонта РВС 23
1.4. О возможности использования стратегии технического обслуживания и ремонта резервуаров по состоянию 27
1.5. Анализ проблем, решаемых в рамках задачи аттестации технического состояния РВС.
Постановка задач исследования 33
Глава 2. Усталостное разрушение конструкции резервуара 39
2.1. Кинетическая диаграмма усталостного разрушения 41
2.2. Стабильное развитие трещин 44
2.3. Влияние разброса входных параметров на расчетную величину остаточного ресурса РВС 48
2.3.1. Анализ влияния геометрии трещины
и схемы нагружения 52
2.3.2. Анализ чувствительности функции N = vitt,t o,\tr,aT,VL\ к изменению ее параметров t0, f, о, V , от, R 56
2.3.3. Анализ результатов и выводы 68
2.4. Диаграмма живучести 80
Выводы по второй главе 84
Глава 3. Построение модели функции распределения усталостного ресурса РВС 86
3.1. Исследование процесса нагружения резервуаров 86
3.2. Обработка осциллограмм уровня заполнения стальных вертикальных резервуаров 96
3.2.1. Выявление аномальных значений 91
3.2.2. Выделение последовательностей экстремумов и приведение процесса к эквивалентному отнулевому 99
3.2.3. Определение закона распределения размахов процесса нагружения 104
3.3. Методика формирования функции распределения усталостного ресурса резервуара по результатам наблюдений за уровнем заполнения 120
Выводы по третьей главе 133
Глава 4. Разработка стратегии ТОР РВС, основанной на прогнозе индивидуального остаточного ресурса 134
4.1. Моделирование технического обслуживания и ремонтов стальных вертикальных резервуаров на основании прогноза ИОР 134
4.1.1. Определение оптимального межремонтного периода 138
4.1.2. Обслуживание РВС на межремонтном периоде 151
4.2. Методика оценки технического состояния и расчета параметров ТОР вертикальных стальных резервуаров 158
4.2.1. Расчет номинальных напряжений в стенке РВС 160
4.2.2. Учет влияния осадок основания 160
4.2.3. Прогнозирование индивидуального остаточного ресурса и определение сроков ТОР 164
4.2.4. Заключение о техническом состоянии РВС 170
Выводы по четвертой главе 172
Основные выводы и рекомендации 173
Литература 175
Приложения 184
Введение к работе
Резервуарные парки являются одним из главных и в то же время самым слабым звеном в цепи нефтеснабжения. На основании анализа и расчетов, выполненных по нашей стране, установлено, что на 1 т добываемой или перерабатываемой нефти в среднем требуется 0,4 м3 резерву-арной емкости, что не отражается на практике /91/. По данным компании Транснефть постоянно находятся в ремонте почти 20 % резервуаров системы трубопроводного транспорта нефти. С целью обеспечения безаварийной эксплуатации оставшийся резервуарный парк эксплуатируется с ограничением уровня заполнения, в среднем, на 15%. Все это приводит к использованию только около 70% имеющейся в отрасли емкости резервуарного парка, что существенно снижает эффективность работы /97/.
К тому же, число отказов в резервуарных парках, в том числе и аварийных, на несколько порядков выше отказов прочих элементов системы трубопроводного транспорта. Низкая надежность связана, в первую очередь, с тем, что подавляющее большинство вертикальных стальных резервуаров (РВС) эксплуатируются дольше назначенного ресурса, равного 20 25 годам. Например, в системе Госкомнефтепродукта около 3000 РВС находятся в эксплуатации более 50 лет, около 1000 резервуаров имеют срок службы от 40 до 50 лет и свыше 4500 РВС эксплуатируются более 20 лет.
Требуемое количество и надежность действующих резервуарных емкостей определяет бесперебойность в нефтеснабжении страны. Недостаточная надежность резервуаров может привести к большим затратам трудовых и материальньк ресурсов, человеческим жертвам, а также к ущербу от недопоставок нефти. А в условиях низкой резервуарной обеспеченности особенно необходимо добиваться надежной и эффективной работы резервуарных парков, повышать безотказность каждого отдельного резервуара. Эти требования и определили направление исследований по повышению эксплуатационной надежности вертикальных стальных резервуаров, которые нашли наибольшее применение в отечественном резервуаростроении.
В случае ситуации, в которой находятся РВС системы трубопроводного транспорта, теория надежности сооружений предлагает два варианта решений /49, 92/, в зависимости от ответственности сооружения (степени тяжести последствий катастрофического отказа конструкции):
1. для ответственных сооружений рекомендуется демонтаж с последующей заменой;
2. для обычных сооружений рекомендуется эксплуатация до аварийного отказа (отказа, после которого восстановление либо невозможно, либо нецелесообразно).
Резервуары относятся к ответственным сооружениям /10, 46, 90/. Но замена столь огромного числа РВС в сроки, которые бы позволили не снижать эффективность системы трубопроводного транспорта, задача на сегодня нереальная. В настоящее время существует острейший дефицит качественного листового металла, отсутствует эффективная технология сооружения РВС большой вместимости.
Второй путь также неприемлем, т. к. он приведет к увеличению доли катастрофических отказов, что связано не только с серьезными негативными экономическими и экологическими последствиями, но и с риском для жизни обслуживающего персонала.
Выход из данной ситуации один: продлить срок службы существующих РВС, но без катастрофических последствий. Каким образом? Очевидно, своевременно восстанавливая работоспособность и создавая условия для замедления процессов старения. Для этих целей существует техническое обслуживание и ремонт (ТОР). Существующая на практике система технического обслуживания и ремонта вертикальных стальных резервуаров не позволяет эксплуатировать РВС до отказа или предотказного состояния /46, 84, 85, 88/. При сложившемся подходе к ТОР невозможно достаточно точно предсказать необходимость в ремонте того или иного конструктивного элемента резервуара.
Основное значение для оценки потери конструкцией работоспособности имеет изучение законов старения, которые раскрывают физическую сущность необратимых изменений, происходящих в металле. Законы старения, оценивающие степень повреждения материала в функции времени, являются основой для решения задач надежности /6, 86, 92/. Они позволяют прогнозировать ход процесса старения, оценивать возможные его реализации и выявлять наиболее существенные факторы, влияющие на интенсивность процесса.
Методы установления потребности в ремонте данного элемента или узла конструкции открывают возможность проведения ремонта по техническому состоянию резервуара, когда объемы и содержание ремонтных работ каждый раз устанавливаются или корректируются в соответствии с действительными потребностями. Чем достовернее и полнее информация об элементах и узлах эксплуатируемой конструкции, тем больше возможностей для использования надежности, заложенной при конструировании машины. Система ремонта должна в максимальной степени отвечать реальной потребности машины в восстановлении ее работоспособности.
Предлагаемую концепцию можно реализовать только используя индивидуальный подход к каждому резервуару, производя индивидуальное прогнозирование технического состояния каждого конкретного экземпляра. Это возможно при наличии эффективных моделей расчета индивидуального остаточного ресурса (ИОР) РВС, моделей учитывающих всю информацию о резервуаре. Под остаточным ресурсом ре зервуара понимается наработка (продолжительность эксплуатации) до отказа - это время достижения предельного значения любой из величины, определяющей показатели качества данного изделия. Или ИОР - это время, по истечении которого в данном резервуаре накопившиеся повреждения приведут к отказу, после которого необходимо будет восстановление работоспособности (проведение ремонта) или списание РВС. При наличии моделей оценки ИОР можно будет произвести аттестацию технического состояния всех РВС, что позволит выяснить возможности каждого резервуара и разбить резервуарныи парк на группы по степени риска аварии. Проанализируя имеющуюся информацию можно рассчитать необходимое количество трудовых и материальных ресурсов для обеспечения необходимого уровня надежности резервуарного парка, а также разработать реальные планы мероприятий по ремонту и восстановлению.
В связи с вышеизложенным, основной целью данной работы является разработка методики планирования мероприятий по техническому обслуживанию и ремонту резервуаров, использующей стратегию эксплуатации РВС по прогнозируемой величине индивидуального остаточного ресурса.
Основными задачами исследования являются:
• построение и изучение математической модели, позволяющей оценить индивидуальный остаточный ресурс резервуара по скорости роста усталостных трещин; исследование вопроса о чувствительности моде ли к входным величинам и анализ выходных параметров;
• разработка методики анализа характера нагружения резервуаров с целью получения количественных характеристик процесса заполнения-опорожнения;
• построение модели функции распределения усталостного ресурса РВС;
• разработка стратегии ТОР РВС на основании прогноза индивидуального остаточного ресурса резервуара.
