Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы по теме исследования. Цель и постановка задачи на исследование . 10
1.1. Состояние проблемы и обзор литературных источников 10
1.2. Объект исследования 28
1.3. Цели и задачи исследования 29
Глава 2 Системный анализ оценки надежности трубопроводов 32
2.1. Методы оценки надежности нефтепромысловых трубопроводов 32
2.1.1. Классификация методов расчета ресурса оборудования 32
2.1.2. Модель «нагрузка — несущая способность» при независимых между собой нагрузке и несущей способности 38
2.1.3. Модель «нагрузка — несущая способность» при наличии корреляции между нагрузкой и несущей способностью...39
2.1.4. Обобщенная модель «нагрузка - несущая способность» 41
2.1.5. Расчет надежности нефтяных промысловых трубопроводов как распределенной системы 43
2.2. Выбор параметров модели прогнозирования ресурса 46
2.3. Расчет показателей надежности 47
2.4. Выводы по второй главе 52
Глава 3 Обработка статистических данных несущей способности и действующих нагрузок по данным многолетней эксплуатации в условиях севера Западной Сибири 53
3.1. Анализ числовых характеристик статистических данных толщинометрии 53
3.1.1. Постановка задачи определения характеристик несущей способности 53
3.1.2. Характеристика статистических данных 53
3.1.4. Расчет числовых характеристик 54
3.1.4. Изменение числовых характеристик во времени эксплуатации 59
3.2. Физические предпосылки выбора вида математических моделей и статистическое определение значений их параметров для описания процессов деградации конструкционных материалов .65
3.2.1. Физические предпосылки выбора вида математических моделей для описания процессов деградации материалов .65
3.2.2. Определение параметров моделей усталости 67
3.2.3. Анализ результатов расчета моделей изменения несущей способности нефтяных промысловых трубопроводов 73
3.3. Исследование вида и параметров законов распределения несущей способности 75
3.3.1. Влияние вида закона распределения на параметры надежности 75
3.3.2. Определение вида закона распределения 76
3.3.3. Анализ разделения выборок по виду закона распределения 80
3.4. Анализ действующих нагрузок 83
3.5. Выводы по третьей главе 88
Глава 4 Расчет показателей надежности 92
4.1. Нормальный закон распределения несущей способности. 92
4.2. Экспоненциальный закон распределения несущей способности 123
4.3. Адекватность полученных результатов 131
4.4. База данных по толщинометрии 132
4.5. Методика расчета характеристик надежности НПТ 134
4.6. Выводы по четвертой главе 135
Заключение .140
Список литературы 146
Приложение 1 157
- Состояние проблемы и обзор литературных источников
- Классификация методов расчета ресурса оборудования
- Изменение числовых характеристик во времени эксплуатации
- Экспоненциальный закон распределения несущей способности
Введение к работе
Актуальность темы. Развитие в 60-90 гг. XX века трубопроводного транспорта как удобного и дешевого вида транспорта нефти и нефтепродуктов привело к созданию разветвленной сети трубопроводов, которая задействована по всему процессу добычи, обработки и распределения сырой нефти и нефтепродуктов. Однако одновременно с расширением сети остро проявились проблемы обеспечения надежности трубопроводов. Многочисленные аварии приводят как к огромным экономическим потерям, так и к экологическим катастрофам в местах разливов нефти.
По данным гостехнадзора в период с 1991 по 1994 годы на объектах магистрального трубопроводного транспорта произошло 199 аварий, втом числе 138 аварий на газопроводах и 61 авария на трубопроводах, транспортирующих нефть, нефтепродукты и конденсат. За период с 1992 по 1996-й годы на газопроводах РАО «Газпром» произошло примерно 177000 отказов или 35400 отказов каждый год при общей протяженности -150 тысяч км: В 1999 году на магистральных газопроводах произошло 26 аварий. В 2003 г. на территории ХМАО зарегистрировано 1350 аварий на нефтепроводах. Основной причиной по-прежнему является старение продуктопроводов, отсутствие средств на проведение капитальных ремонтов. В результате аварий в 1999 году эмиссии природного газа составили порядка 100 млн. м3. В нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях на первое место выходят проблемы ликвидации аварийных разливов нефти при её транспортировке и хранении, рекультивация замазученных земель, утилизация нефтешламов и ликвидация нефтешламовых амбаров.
В 1999 году общее количество разрывов на внутрипромысло-вых трубопроводах составило 27408 (в 1998 году - 28523), в том числе по причине коррозии - 26373 (96,2 процента). На внутри-промысловых нефтепроводах произошло 19227 разрывов (19331 -в 1998 году), из них по причине коррозии 18524 (96,4 процента). Большое экологическое воздействие на природу оказывает разлившаяся нефть при авариях на промысловых и магистральных нефтепроводах, ежегодные потери которой составляют более 3 млн. т.
Таким образом, возникает необходимость обеспечения экономически эффективной эксплуатации нефтяных промысловых трубопроводов (НПТ) согласно заданному уровню безопасности; который зависит от надежности.
Гм'л.г'/.т.чЛ
саму»;* f Л/)
Целью работы является системный-физико-статистический анализ надежности НПТдля принятия решений, направленных на повышение экономической эффективности и экологической безопасности и. их реализации при эксплуатации (на примере НПТ нефтегазодобывающего управления (НГДУ) «Фёдоровскнефть» («ФН»)).
В основу исследования положены методы теории надежности, теории случайных процессов, математической статистики и прикладного системного анализа.
Научная новизна работы состоит в следующем:
а) показана возможность применения модели «нагрузка - не
сущая способность» для расчета надежности нефтепромысловых
трубопроводов;
б) впервые систематизированы статистические данные о па
раметрах несущей способности НПТ при эксплуатации за более
чем пятнадцатилетний период в условиях болотистой местности
Севера Западной Сибири;
в) впервые выполнен" системный качественный и количествен
ный анализ надежности НПТ НГДУ «Фёдоровскнефть», эксплуа
тируемых на наиболее типовом месторождении Севера Западной
Сибири;
г) создана база данных об измерениях и изменениях толщины
стенки НПТ, ускоряющая расчет показателей надежности.
Практическая значимость работы заключается втом, что:
а) для конкретной номенклатуры НПТ НГДУ «Фёдоровск
нефть» рекомендованы методика и алгоритмы сбора, накопле
ния, передачи и обработки информации о работоспособности
трубопроводных систем от кустов скважин до узловых резервуар-
ных парков, дожимных насосных станций и цехов подготовки и
перекачки нефти;
б) созданная база данных позволяет классифицировать пара
метр несущей способности - толщину стенки НПТ - по условиям
эксплуатации, номенклатуре НПТ, сроку работы, производить
расчеты параметров моделей изменения несущей способности с
учетом перечисленных особенностей, а также производить диаг
ностику текущего состояния, прогнозировать надежность НПТ,
предоставлять рекомендации по повышению надежности;
в) разработаны методы расчета надежности нефтепромысло
вых трубопроводов на основе физико-статистической модели тео
рии надежности, позволяющие оперативно проводить анализ тех
нического состояния систем перекачки нефти;
г) построены графики и вычислены значения показателей надежности для НПТ одного из цехов добычи нефти и газа НГДУ «Фёдоровскнефть» ОАО «Сургутнефтегаз».
Основные положения, выдвигаемые автором на защиту:
а) разработанная методика определения характеристик на
дежности нефтепромысловых трубопроводов на основе физико-
статистической модели «нагрузка - несущая способность»;
б) числовые характеристики данных ультразвукового контроля
толщины стенки НПТ, модели изменения числовых характеристик
несущей способности НПТ во времени;
в) виды законов распределения несущей способности в сече
нии случайного процесса утонения стенки трубы;
г) физико-статистическая методика системного анализа на
дежности НПТ в условиях болотистой местности Севера Запад
ной Сибири;
д) характеристики надежности большой номенклатуры НПТ в
специфических условиях сбора и перекачки нефти.
Личный вклад автора в работу. Автор непосредственно участвовал в качестве исполнителя на всех этапах проведенных исследований, включая постановку задачи, анализ литературы по проблеме, сбор исходных данных, обработку статистического материала, разработку математических моделей и расчет их параметров, написание программного обеспечения, обобщение и интерпретацию результатов.
Апробация работы. Основные результаты работы опубликованы в статьях [1-5], материалы диссертации докладывались на ежегодных научно технических семинарах кафедры ИВТ Сургутского государственного университета в 2002-2003 гг., на III окружной конференции молодых ученых Ханты-Мансийского автономного округа «Наука и инновации Ханты-Мансийского автономного округа» (г. Сургут, 29-30 ноября 2002 г.), на открытой окружной конференции молодых ученых «Наука и инновации XXI века» (г. Сургут, 27-28 ноября 2003 г.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырехглав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы: 219 страниц, в том числе 156 страниц основного текста, 77 рисунков, 29 таблиц, 2 приложения и список использованной литературы из 90 наименований.
Состояние проблемы и обзор литературных источников
Нефтяные промысловые трубопроводы (НПТ) представляют собой сложные инженерно-технические сооружения (системы), к которым предъявляются высокие требования [13]: по надежности и безопасности в течение всего срока эксплуатации; по использованию на действующих и вновь строящихся системах как известных, так и новых технологий; Обеспечение этих требований при эксплуатации НПТ представляет собой трудную организационно-техническую проблему. Основными причинами высокой аварийности нефтегазопроводов являются [40, 57,22, 37, 74, 81]: агрессивность и обводненность перекачиваемого продукта; высоким содержанием механических примесей; скоростью движения и структурой потока газожидкостной смеси; низкая коррозионная стойкость отечественных труб из углеродистых сталей; отсутствие на заводах участков по нанесению противокоррозионных покрытий на внутренних и наружных стенках труб; сложившаяся система технического обслуживания и ремонта после отказа; неоптимальная структура системы нефтесбора. Косвенной причиной можно назвать отсутствие надежной нормативной базы [41]: наработок по сортаменту и легирующим добавкам трубопроводных сталей и как следствие отсутствие конкретных ТУ, ГОСТов; нормативно-технической и руководящей документации по организации планово - предупредительных ремонтов НПТ и т.п. Функционирование системы нефтепроводов происходит при воздействии разнообразных возмущений и её нельзя рассматривать в отрыве от системы добычи и системы транспортировки углеводородного сырья. К таким возмущениям относятся: отказы линейной части нефтепроводов; текущие и капитальные ремонты; колебания уровней добычи нефти; техногенные изменения окружающей среды. По данным управления по надзору в нефтяной и газовой промышленности Госгортехнадзора России, основными техническими причинами аварий для трубопроводного транспорта являются [79]: Повреждения в результате внешних (случайных) воздействий — 33%. Брак, допущенный при проектировании и монтаже — 24%. Брак, допущенный в заводских условиях производства труб -17%. Наружная коррозия — 20%. Нарушение регламента эксплуатации - 6%. С этими данными согласуются данные других исследований [74, 82, 83, 86] для систем магистральных трубопроводов. Данные причины справедливы для магистральных нефтепроводов. НПТ транспортируют агрессивные нефтепромысловые жидкости с высоким содержанием воды и механических примесей, наличием газовой фазы. Поэтому главной причиной отказов НПТ являются коррозионные разрушения. Потери металла в нефтедобывающей промышленности по разным оценкам составляют 30-40% массы металла, вводимого в эксплуатацию. Скорость коррозии при газлифтном способе добычи нефти и пробковом режиме движения газожидкостной смеси достигает 10 мм/год, по данным Тюменской нефтяной компании (ТНК) [40]. В [37] автор указывает в качестве причин аварий трубопроводов на севере Республики Коми, севере Тюменской области и др. территориях паводки и половодья, эрозионные и оползневые процессы, просадка и морозное пучение грунтов, но основной причиной аварий (от 60 до 97 % случаев) указывается внешняя и внутренняя коррозия. Как показывает статистический анализ утечек нефти на нефтепроводах Западной Европы за 15 лет, проведенный группой управления нефтепровода ассоциации CONCAME, 35% аварий произошло по причине коррозии труб, при этом количество потерянной нефти составило 14% [64]. В отчете по обследованию Трансаляскинской системы трубопроводов на предмет наличия утечек также говорится о большой доле коррозии среди причин отказов [83]. Среди обследованных трубопроводов низкого давления, транспортирующих сырую нефть (в т.ч. промысловых) в Калифорнии с января 1993 по декабрь 1995 на предмет утечек представлены данные исследования 496 миль трубопроводов. В качестве причин утечек указываются внешняя (60% случаев) и внутренняя (20%) коррозия, дефекты при строительстве (10%), механические повреждения при эксплуатации (10%). На прочность трубопроводов влияют силовые и температурные нагрузки, а также химический состав нефти и скорость коррозии [4, 54]. Теория расчета трубопровода как стержневой конструкции, сосуда давления или тонкой круговой оболочки исследована достаточно глубоко и подробно освещена в литературе [1, 3, 58, 70, 75, 77 и др.]. При расчете трубопровода, действующие на него нагрузки определяются в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85 [69]. Эти нагрузки делятся на: силовые нагружения - внутреннее давление среды, собственная масса трубопровода и обустройства, вес транспортируемого продукта, давление (масса) грунта, гидростатическое давление воды, снеговая, ветровая и гололёдная нагрузки, нагрузки, возникающие при испытаниях и пропуске очистных устройств; деформационные нагружения - температурные воздействия, воздействия предварительного напряжения трубопровода (упругий изгиб, растяжка компенсаторов и т.д.), воздействия неравномерных деформаций грунта (растрескивание от воздействия низких температур, селевые потоки и оползни, деформации земной поверхности в районах горных выработок и карстовых районах, посадки, пучение, термокарстовые процессы), сейсмические воздействия.
Классификация методов расчета ресурса оборудования
Как было указано ранее, в настоящее время существует небольшое число методик оценки ресурса промысловых трубопроводов. Но в теории надежности известны глубоко проработанные методы расчета ресурса различного оборудования. Их можно классифицировать следующим образом (рис.2.1):
Методы оценки остаточного ресурса на основе анализа интенсивности отказов как функции времени (по X характеристикам) реализуют статистический подход классической теории надежности [2]. Решение данной задачи зависит от типа устройства, наличия данных по эксплуатации аналогичных систем. Например, для тепломеханического оборудования АЭС отказ - событие весьма редкое вследствие высокой надежности [42]. Задача нахождения интенсивности отказов X нефтепромыслового оборудования может быть решена анализом статистических данных по отказам трубопроводов [31 - 36].
Изучение изменений в материалах оборудования на основе глубокого проникновения в природу протекающих процессов износа привело к появлению обширного класса методов механики разрушения. Модели механики разрушения используют аналитические зависимости, связывающие время до разрушения конструкционного материала элементов с параметрами физико-химических процессов в материале и характеристиками материала и нагружения.
Непременными условиями успешного решения задачи в условиях трещинообразования должны быть знание зависимости скорости роста трещины как функции времени и эксплуатационных факторов, а также наличие аналитического выражения распределения трещин по глубине и длине материала трубопровода (сосуда давления) [48]. Получаемые исследователями характеристики надежности могут вызывать сомнения, т.к. преодоление указанных трудностей связано с экспериментальными и статистическими проблемами. В недостатки детерминированных методов следует зачислить отсутствие учета случайных изменений в конструкционных материалах. Кроме того, опыт применения методик на практике показал, что отличительной чертой моделей механики разрушения является чрезвычайно заниженные оценки ресурса.
Подход механики линейного суммирования повреждений состоит в вероятностном подходе к описанию процессов накопления повреждений. 4. Наконец, последняя группа - семейство физико-статистических моделей надежности. Теоретические основы этого комбинированного подхода заложены А.С.Прониковым [55], Б.С.Сотсковым [72], В.А.Острейковским [43, 45, 49]. Основной принцип подхода заключается в разработке параметрических методов прогноза возможных изменений в элементе, узле, оборудовании в целом на основе изучения физики процессов старения с их стохастической природой. База такой разработки - построение логических связей, где формализуется процесс получения закона распределения отказов, и его вероятностные характеристики могут быть спрогнозированы до наступления отказов.
Среди указанных моделей для решения задачи продления срока службы труб, подвергающихся воздействию эрозионно-коррозионного износа, нужно выделить класс моделей «нагрузка - несущая способность» (ННС) [49, 47]. Идея моделей заключается в следующем. На любой объект в процессе эксплуатации воздействует комплекс внешних и внутренних факторов, которые можно представить в виде векторного случайного процесса S(t), зависящего от времени. В дальнейшем эти факторы будем называть нагрузкой. К ним относятся внутреннее давление жидкости, рабочая температура и состав транспортируемой жидкости, вибрации, удары, электрические процессы и т.д. Под воздействием комплекса нагрузок в материалах оборудования протекают процессы старения, коррозии, эрозии, износа и другие. Свойство объекта воспринимать нагрузки и противостоять им называется несущей способностью, которая также является векторным случайным процессом R(t).
Изменение числовых характеристик во времени эксплуатации
Пять выборок, имеющие объем статистики более 100: НПТ 273 х 6 мм срок эксплуатации 5 лет - 102 замера, НПТ 219 х 7 мм срок эксплуатации 1 » год - 128 замеров, НПТ 219 х 6 мм срок эксплуатации 12 лет - 101 замер, НПТ 168 х 12 мм срок эксплуатации 6 лет - 132 замера, НПТ 159 х 7 мм срок эксплуатации 14 лет- 117 замеров. Анализ этих наиболее представительных выборок показывает, что они делятся на две группы. К первой относятся выборки с большим коэффициентом вариации: НПТ 273 х 6 мм (А5 = 52,01 %) и НПТ 219 х 6 мм (А = 46,78 %). Они характеризуются тем, что тип потока жидкости в трубопроводах и ламинарный, и турбулентный - и отличаются малым значением математического ожидания и большим — среднеквадратического отклонения. Другие три выборки имеют малый коэффициент вариации (от 4,86 % до 7,87 %), сходный режим работы трубопровода, но выделяются малым значением 0 и большим значением nig. Числовые характеристики. Изменение характеристик во времени. Коэффициент вариации 46 выборок из 85 не превышает 10 %. Это означает, что закон распределения случайной величины - толщины стенки трубы б, более половины выборок не противоречит нормальному закону распределения. Коэффициент вариации как функция от времени в большинстве случаев представляет возрастающую функцию - для 10 НПТ из 18 данный параметр увеличивается с течением времени. Так, для НПТ 530 х 7,5 мм — с 6,77 до 49,91 %, для 426 х 7 мм - с 5,96% до 65,97%, для 325 х 6 мм - с 10,30 до 41,72 %, для 273 х 6 мм - с 2,07 до 60,40 %, для 219 х 7 мм - с 7,87 до 58,41 %, для 219 х 6 мм - с 2,39 до 46,78 %, для 219 х 5 мм - с 4,03 до 73,18 %, для 159 х 5 мм - с 8,16 до 40,87 %, для 114 х 8 мм - с 8,54 до 12,15 %, для 114 х 5 мм — с 3,26 до 9,76 %. Необходимо отметить, что ни в одном из указанных случаев значения экспериментальной функции A$(t) не увеличиваются монотонно. Колебания значений относительно тренда вызываются различными причинами: недостаточным объемом выборки, различиями в режиме работы трубопровода. Для десяти трубопроводов данной группы увеличение коэффициента вариации со временем является результатом уменьшения математического ожидания mg и одновременным возрастанием среднеквадратического отклонения as. Для З НПТ из 18 коэффициент вариации колеблется около некоторого постоянного значения в процессе эксплуатации. Такими НПТ являются 159 х 7 мм - А5 = 5...14 %, 159 х 6 мм - А5 = 5,9...9,4 %, 114 х 9 мм - А5 = 5,21...5,81 % Данное явление можно объяснить тем, что условия работы этих участков таковы, что уменьшение во времени математического ожидания толщины стенки компенсируется одновременным уменьшением величины среднеквадратического отклонения, что в результате приводит к эффекту постоянства коэффициента вариации. Для некоторых НПТ наблюдается уменьшение коэффициента вариации со временем: для 273 х 20 мм величина Аз изменяется от 3,22 до 1,33 %, 273 х 7 мм - от 14,28 до 11,67 %, 168 х 12 мм - от 10,60 до 4,86 %. Надо отметить, что эти трубопроводы имеют очень ограниченную статистику по срокам эксплуатации. Очевидно, что при дальнейших наблюдениях статистика трубопроводов последних двух групп НПТ проявит себя таким образом, что их можно будет отнести к какой-либо из первых двух групп. Для всех НПТ математическое ожидание толщины трубопроводов уменьшается с течением времени. Следует отметить, что скорость уменьшения толщины зависит от условий эксплуатации трубопроводов: наземный или болото. Так, для НПТ 273 х 6 мм для срока эксплуатации 10 лет в условиях болот средняя толщина составляет 4,22 мм, для нормальных условий - 4,37 мм; для НПТ 219x5 мм эти величины для срока эксплуатации 2 года составляют 3,62 и 5,13 мм соответственно, для НПТ 159 х 5 мм на 4-м году - 2,95 и 4,74 мм, для НПТ 426 х 7 мм для 11 лет - 3,55 и 3,44 мм. В последнем случае противоречие результатов предыдущим примерам объясняется тем, что замеры производились на участках трубопроводов с интенсивной внешней коррозией, что уравнивает условия работы НПТ.
Величина среднеквадратического отклонения как функция от времени для 13 НПТ из 18 возрастает. Это свидетельствует, что разброс статистических данных толщины труб увеличивается в процессе эксплуатации. Остальные пять выборок: 273 х 20 мм, 273 х 7 мм, 168 х 12 мм, 325 х 8 мм и 273 х 5 мм - отличаются от первой группы по тем же причинам, по каким они отличаются и по поведению функции коэффициента вариации во времени.
Значения коэффициентов асимметрии и эксцесса различны для разных НПТ. Коэффициент асимметрии в большинстве случаев является величиной положительной и меньше 1 по модулю, а коэффициент эксцесса является величиной отрицательной и больше 1 по модулю. Следовательно, большинство выборок представляет собой незначительно скошенное вправо плосковершинное распределение, что также свидетельствует о приемлемости описания закона распределения толщины стенки нормальным законом распределения в сечении случайного процесса.
Условия эксплуатации. Существует связь между режимом работы, условиями эксплуатации НПТ и числовыми характеристиками его статистики. Участки трубопроводов с интенсивной внешней коррозией отличаются по сравнению с участками, не подверженными интенсивной коррозии, меньшим математическим ожиданием толщины, а также большей величиной среднеквадратического отклонения и, как следствие, коэффициентом вариации 30 % и более (НПТ 426 х 7; 325 х 6; 273 х 6; 219 х 6 мм).
Экспоненциальный закон распределения несущей способности
Увеличение коэффициентов вариации является результатом усложнения условий эксплуатации НПТ. Таким образом, можно сделать вывод о том, что для сложных условий эксплуатации выигрыш от использования более прочных конструкционных материалов больше, чем для нормальных условий эксплуатации.
Для Gro g разница меньше. Это подтверждается графиками изменения ВБР и данными таблиц, но тенденции, указанные выше, сохраняются. 2. Более прочный материал НПТ дает большую среднюю наработку до отказа. Это подтверждается данными расчетов, приведенных в табл. 4.7. Сравнение показывает, что выигрыш GTcp не зависит от коэффициента вариации нагрузки As, практически не зависит от коэффициента вариации НС AR, но зависит от типа конструкционного материала трубопровода. Для НПТ 530 х 7,5 мм величина GTcp составляет 5,8 % при сравнении сталей Ст-20 и Ст-10, и 7 % при сравнении сталей СтЗСП и Ст-10 для линейной модели изменения математического ожидания НС mR(t); для экспоненциальной модели mR(t) эти величины составляют 10 % и 12 % соответственно. Следовательно, применение сталей Ст-20 и СтЗСП вместо стали марки Ст-10 даст от 5 % до 12 % увеличения средней наработки до отказа, что свидетельствует о более надежной работе НПТ. 3. Величина выигрыша по условной наработке Gri}=l совпадает с величиной выигрыша по средней наработке до отказа GTcp. Это следует из данных табл. 4.6 и 4.7. Например, для НПТ 530 х 7,5 мм при сравнении сталей Ст-20 и Ст-10 и линейной модели mR(t) GTr}=l= 5,76 %, GT = 5,82...6,05 %, при экспоненциальной модели mR(t): GT х= 10,03 %, GTcp= 10,03...10,14 %. Это утверждение верно и для других случаев. Следовательно, зная разницу по времени Тп=х между различными конструкционными материалами, можно прогнозировать разницу в средней наработке до отказа трубопровода. 4. Показатели надежности ухудшаются при увеличении разброса факторов нагрузки и параметров НС. Анализ зависимости ВБР от коэффициента вариации НС AR при постоянстве коэффициента вариации нагрузки As (рис. 4.3 - 4.8) показывает, что график ВБР при увеличении AR становится более пологим, изменение ВБР начинается раньше. В табл. 4.2 видно, что для линейной модели mR(t) НПТ 530 х 7,5 мм (величина Т0 9999і характеризующая начало изменения вероятности безотказной работы равна 12,5, 9,3 и 2,96 лет для AR = 5 %, 10 % и 15 % соответственно (As = 5 %). При использовании экспоненциальной модели niR(t) ТйШ9 = 14,1, 9,59 и 2,84 года соответственно при равенстве других параметров. Следовательно, чем больше разброс параметра НС — толщины стенки НПТ, тем меньше ВБР для фиксированного момента времени или меньше время достижения заданного уровня ВБР. Также значение ВБР зависит от марки стали трубопровода. Например, величина Г0 9999 равна 11 лет для стали Ст-10, 12,01 года - для стали Ст-20 и 12,56 лет — для стали СтЗСП (см. рис. 4.5: НПТ 530 х 7,5 мм, линейная модель mR(t), AR = 5 %, As = 10 %). Анализ зависимости ВБР от коэффициента вариации нагрузки As при постоянстве коэффициента вариации НС AR (рис. 4.9 - 4.10) показывает, что график ВБР при увеличении As становится более пологим, изменение ВБР начинается раньше. 5. Величины коэффициентов вариации НС AR и нагрузки As не влияют на среднюю наработку до отказа TCF. Тср зависит от марки материала трубопровода и модели изменения математического ожидания mR(t) (табл. 4.2-4.11). Например, для НПТ 159 х 5 мм средняя наработка до отказа равна для стали Ст-20 и линейной модели mR(t) 37,68 года при AR = 5 %, 37,63 года 137 при AR = 10 %, 37,55 года - при AR = 15 %, Для экспоненциальной модели (Ст-20) эти величины будут соответственно равны 67,45, 67,33 и 67,11 года. 6. Наибольший интерес представляют данные расчетов ВБР при As = 10 %, так как именно такой коэффициент вариации имеет фактор нагрузки внутреннее давление исследуемых НПТ. При учете иных факторов: напряженного состояния, воздействия грунта, деятельности СВБ, температуры и т.п. величина As может отличаться в большую сторону. Поэтому на рисунках, иллюстрирующих графики ВБР при постоянстве коэффициента вариации НС AR приведены кривые ВБР при As = 30 %. 7. Существует зависимость показателей надежности от типа НПТ. Данные табл. 4.2, 4.3, 4.8 - 4.11 показывают, что чем больше наружный диаметр трубы, тем хуже показатели надежности при прочих равных условиях. Например, средняя наработка до отказа труб, изготовленных из стали марки Ст-20 при коэффициентах вариации As = 10 %, AR = 15 % и линейной модели mR(t) равна 16,13 года для НПТ 530 х 7,5 мм, 24,3 года для НПТ 273 х 6 мм и 37,55 года для НПТ 159 х 5 мм. Для экспоненциальной модели значения будут соответственно равны 21,18, 34,78 и 67,11 года. Этот факт объясняется тем, что при прочих равных условиях минимально допустимая толщина стенки НПТ, определяемая по формулам (2.37) - (2.40), зависит только от диаметра трубы. Следовательно, чем больше диаметр, тем больше минимально допустимая толщина стенки. Во-вторых, скорость коррозии больше для трубопроводов большего диаметра, чем для трубопроводов меньшего диаметра (табл. 3.2). 8. Сравнение результатов расчета показателей надежности для нормального и экспоненциального законов распределения несущей способности fR (при fs - НЗР) показывает следующее.
