Введение к работе
Актуальность работы
Вопросы обеспечения безопасности потенциально опасных объектов магистрального транспорта в настоящее время стали чрезвычайно острыми и актуальными. При этом наиболее реальным направлением решения указанных вопросов было и остается установление технического состояния нефтегазового оборудования на основе применения современных методов неразрушающего контроля и оценки остаточного ресурса с регламентацией срока его последующей безопасной эксплуатации.
В связи с этим разработка научно-методических основ для оценки остаточного ресурса нефтегазового оборудования, гарантирующего безопасность его эксплуатации, является чрезвычайно актуальной. Следует иметь в виду, что большинство объектов нефтегазового комплекса работают за пределами проектного ресурса.
Крупнейшие природные и техногенные аварии последних лет выявили необходимость углубления исследований в области теории безопасности и катастроф, а также прикладных разработок по обеспечению промышленной и экологической безопасности.
В последнее время в целях реализации основ национальной политики в области обеспечения безопасности был принят ряд государственных научно-технических программ и постановлений по обеспечению безопасности населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных аварий и катастроф. В этих материалах декларируется принципиально новый подход, заключающийся в необходимости реального обеспечения безопасности потенциально опасных объектов, в частности на базе новых критериев оценки их остаточного ресурса и др.
Важным фактором, существенно влияющим на безопасность эксплуатации оборудования, является механохимическая коррозия конструктивных элементов с несплошностями.
Объектом настоящего исследования являются технологические (металлургические), конструктивные (полости между поверхностями конструктивных элементов и накладными элементами) и эксплуатационные несплошности.
Особую роль в обеспечении безопасности и работоспособности конструктивных элементов с различными несплошностями при их эксплуатации играет своевременный ремонт с оценкой остаточного ресурса.
Наиболее сложные проблемы при оценке остаточного ресурса создают различные комбинации несплошностей в конструктивных элементах.
Работа выполнялась в соответствии с координационными планами Минхиммаша по проблеме «Технологическое обеспечение качества изготовления нефтегазохимической аппаратуры» (1989-1990 гг.), с Государственной научно-технической программой Академии наук Республики Башкортостан «Проблемы машиностроения, конструкционных материалов и технологий» по направлению 6.2 «Надежность и безопасность технических систем в нефтегазохимическом комплексе», а также в ходе решения комплексной научно-технической программы Минвуза РСФСР «Нефть и газ Западной Сибири» и в рамках реализации подпрограммы Федеральной целевой научно-технической программы «Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф» – ФЦНТП ПП «Безопасность» (2000-2007 гг.).
Цель работы – обеспечение безопасности эксплуатации конструктивных элементов нефтегазового оборудования (сосудов, аппаратов и трубопроводов) с несплошностями различного происхождения и их комбинациями на базе расчетного определения его остаточного ресурса и применения ряда конструкторско-технологических решений по совершенствованию технологий ремонта.
Основные задачи работы:
- исследование и разработка методов оценки остаточного ресурса конструктивных элементов с металлургическими несплошностями;
- оценка напряженного и предельного состояний и остаточного ресурса конструктивных элементов с конструктивными несплошностями;
- прогнозирование безопасного срока эксплуатации конструктивных элементов с эксплуатационными несплошностями различных конфигураций и комбинаций;
- разработка технологии ремонта оборудования с несплошностями, находящегося под избыточным давлением;
- усовершенствование технологии аварийного ремонта технологических трубопроводов с применением усилительных накладок;
- повышение ресурса усилительных накладок, применяемых для ремонта оборудования;
- натурные испытания и внедрение основных предложенных научно-технических решений по обеспечению безопасности оборудования с несплошностями различного происхождения.
Методы решения поставленных задач
Основные характеристики безопасности оборудования и трубопроводов, в том числе и остаточный ресурс, определялись с использованием апробированных подходов механики разрушения, теории пластичности и упругости, сопротивления материалов, надежности и безопасности сложных технических систем.
Разработанные методы повышения характеристик безопасности элементов оборудования базировались на современных достижениях в области технологий ремонта, сварки, металловедения.
Научная новизна
1. Базируясь на основных положениях теории упругости и пластичности и механики разрушения, установлены и описаны основные закономерности влияния технологических, конструктивных и эксплуатационных несплошностей и их сочетаний на остаточный ресурс элементов оборудования при длительном статическом и циклическом нагружениях с учетом механохимической коррозии и деформационного старения металла.
2. Разработаны и научно обоснованы методы прогнозирования безопасного срока эксплуатации конструктивных элементов оборудования с несплошностями различного происхождения и их комбинациями.
3. Разработаны и апробированы новые конструкции образцов для оценки несущей способности конструктивных элементов оборудования с несплошностями различного происхождения, для которых дана теоретическая оценка коэффициентов интенсивности напряжений (КИН).
4. Научно обоснована целесообразность применения накладных элементов с отбортованными (закругленными) патрубками и усилительными торцевыми участками.
5. На основе результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований предложены новые технические решения по повышению остаточного ресурса элементов оборудования с несплошностями различного происхождения.
На защиту выносятся:
1. Методы оценки и повышения остаточного ресурса оборудования с несплошностями различного происхождения.
2. Закономерности и аналитические зависимости для определения напряженного и предельного состояний оборудования с несплошностями.
3. Новые конструкции образцов для оценки несущей способности оборудования с несплошностями.
4. Накладные элементы повышенной работоспособности.
5. Нормативные материалы по оценке и обеспечению остаточного ресурса оборудования с несплошностями.
Практическая ценность результатов работы
1. Разработанные методы определения и повышения остаточного ресурса нефтегазового оборудования с несплошностями позволяют обеспечивать и продлевать безопасные сроки его эксплуатации.
2. Предложенные конструкции образцов более адекватно отвечают условиям работы элементов оборудования с несплошностями различного происхождения.
3. Для изготовления накладных элементов с отбортованными (закругленными) патрубками разработаны рабочие чертежи и изготовлена штамповая оснастка. Штамповая оснастка успешно прошла промышленные испытания в ОАО «Салаватнефтемаш».
4. Основные результаты работы использованы при разработке стандартов предприятия, инструкций и методических рекомендаций по оценке и повышению остаточного ресурса конструктивных элементов с несплошностями. Часть из указанных нормативных материалов согласована компетентными надзорными органами.
Апробация работы
Основные результаты исследований, представленные в работе, докладывались на:
- научных семинарах «Работоспособность и технологичность нефтепромыслового оборудования и трубопроводов» (г. Салават, апрель 2005, 2006 и 2007 гг.);
- научно-техническом семинаре «Механика механохимического разрушения» (г. Уфа, ГУП «ИПТЭР», 2007 г.);
- на научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» в рамках VII Конгресса нефтегазопромышленников России (г. Уфа, май 2007 г.).
Диссертационная работа заслушана и рекомендована к защите на расширенном научно-методическом совете отдела № 27 ГУП «ИПТЭР» (14 февраля 2008 г.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 49 научных трудах, в том числе в 6 монографиях и 10 ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем работы
