Иерархическая система оценки безопасной эксплуатации оборудования для переработки нефти

Чиркова, Алена Геннадиевна

Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)

автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Иерархическая система оценки безопасной эксплуатации оборудования для переработки нефти

доктора технических наук: Чиркова, Алена Геннадиевна
город: Уфа
год: 2005
специальность ВАК РФ: 05.26.03
цена: 450 рублей

Диссертация по безопасности жизнедеятельности человека на тему «Иерархическая система оценки безопасной эксплуатации оборудования для переработки нефти»

Автореферат диссертации по теме "Иерархическая система оценки безопасной эксплуатации оборудования для переработки нефти"

На правах рукописи

ЧИРКОВА АЛЕНА ГЕННАДИЕВНА

ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ

Специальность: 05.26.03 -Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовая отрасль)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Уфа-2005

Работа выполнена на кафедре «Машины и аппараты химических производств» Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный консультант доктор технических наук, профессор

Халимов Андались Гарифович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Зайнуллин Рашит Сибагатович; доктор технических наук Гареев Алексей Габдуллович; доктор технических наук, профессор Абдуллин Рафиль Сайфуллович.

Ведущее предприятие: Институт машиноведения им. А.А.Благонравова

РАН

Защита состоится «21> апреля 2005 года в «10°°» на заседании диссертационного совета Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г.Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н.

М.М. Закирничная

Актуальность проблемы

Обеспечение безопасности функционирования нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий является сложной многофункциональной задачей. Эти предприятия иерархичны по своей структуре и функционируют по схеме: завод - производство - цех — установка — блок, с некоторыми вариациями и общезаводскими структурами. Вся эта схема соединена сетью трубопроводов, которые также можно внести в эту иерархическую схему.

Характерной особенностью процессов переработки нефти являются большие энергетические затраты на разделение нефти на фракции, их облагораживание и доведение до качества товарного продукта. Энергетические затраты распределены по иерархической системе неравномерно и используются не всегда эффективно. Часть энергии, в результате неверных проектных и конструкторских решений, затрачивается на неоправданное деформирование оборудования, что вызывает повышенный локальный износ и накопление повреждений, приводящих в ряде случаев к катастрофическим последствиям.

С другой стороны, углеводородное сырье является потенциально пожа-ро- и взрывоопасным и обладает токсичными свойствами. В нештатных ситуациях могут возникать критические условия для реализации внутренней энергии системы, заключенной в продуктах. При совмещении предельного состояния оборудования и критических условий для среды возникают аварии с большими разрушениями и человеческими жертвами. Такой сценарий реализуется вследствие огромных скоростей высвобождения энергии, что практически делает невозможным какое-либо вмешательство человека и регулирование происходящих процессов.

завода, производства, цеха структуры адаптации неочевидны и требуют специального изучения. Возникновение и функционирование на этих иерархических уровнях структур адаптации связано с пространственным распределением различных веществ, согласованным обменом продуктами, недопущением переработки продуктов с качеством, несоответствующим технологическому регламенту процесса.

Наиболее отчетливо структуры адаптации формируются и действуют на уровне установки и технологического блока, которые представляют собой набор согласованно действующего, с точки зрения конечной цели, оборудования, соединенного трубопроводами. Пространственное деформирование всей технологической системы очевидно в тех случаях, когда имеют место какие-либо нестационарные процессы, например гидродинамические. В таких системах деформирование в макромасштабе одного из аппаратов приводит к перемещению связанных с ним трубопроводов. Такое перемещение может быть квазистатическим и приводить к запасению энергии упругой деформации на локальных участках системы. Могут также реализоваться циклические перемещения, приводящие к накоплению усталостных повреждений.

Федеральный закон №116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» устанавливает стратегические направления создания системы обеспечения промышленной безопасности. Однако для действенной реализации Федерального закона необходимо создание комплексных методов обеспечения безопасности конкретных объектов с учетом специфики производства, действительного износа оборудования, направления реализации вводимой в объекты энергии и иерархичности всей системы в целом.

Цель работы заключается в обеспечении безопасности функционирования предприятий для переработки нефти как иерархических объектов с учетом интегрального параметра опасности, возникающих структур адаптации к внешним нагрузкам, надежности и технического состояния оборудования.

Цель достигается решением следующих задач:

1 Разработать методику расчета интегрального параметра опасности возникновения аварийного разрушения. Оценить распределение интегрального параметра на территории объекта в нормальных условиях и в зонах разрушения различной степени при катастрофическом разрушении опасных производственных объектов для прогнозирования наиболее вероятных направлений развития аварий.

2 Определить иерархию структур адаптации к внешним воздействиям на примере нефтеперерабатывающего завода.

3 Оценить напряженно-деформированное состояние и изменения механических свойств в материале конструкции в реальном времени.

4 Оценить основные механизмы адаптации конструкции к внешнему воздействию на примере трубчатых печей.

5 Установить для конструкционного материала закономерности перехода от адаптивности его структуры к деградации методами мультифрактальной параметризации структуры и оценить предельные состояния.

Научная новизна

1 Введено понятие интегрального параметра опасности оборудования и разработана методика его определения. С использованием данного параметра получены сопоставимые числовые показатели, характеризующие степень опасности конкретного оборудования с точки зрения возможного возникновения аварии и тяжести последствий в результате ее развития. Применение модифицированной геоинформационной системы позволило построить на конкретной территории предприятия, производства, технологической установки изолинии равной опасности и выявить участки наибольшей опасности.

ли. Структуры адаптации, достигающие критических состояний, становятся источниками разрушений.

3 На примере печного агрегата процесса пиролиза углеводородов показано формирование и развитие структур адаптации на уровне агрегата, элементов агрегата, конструкционного материала труб змеевика. Адаптация к внешним воздействиям на уровне змеевика приводит к возникновению концентраторов напряжений в сварных соединениях, потере устойчивости формы труб, формированию квазимногослойной оболочки за счет диффузии и перераспределения углерода и, в итоге, к возникновению трещин различной ориентации.

4 На уровне конструкционного материала механизмы адаптации к внешним воздействиям связаны с фазовыми переходами и реализацией ползучести по механизму Кобла. Мультифрактальный анализ металлографических снимков структуры и рентгенофазовый анализ стали 20Х23Н18 позволил выявить основной механизм деградации, связанный с эволюцией интерметаллидов (в основном сигма фазы), построить диаграмму деградации свойств, позволяющую прогнозировать предельное состояние материала.

5 Для стали 20Х23Н18, работающей в условиях печи пиролиза, обнаружен временной интервал перехода от вязкого разрушения к квазихрупкому и показана информативность параметра скрытой упорядоченности для анализа изломов.

6 Дефекты типа трещин в сварных соединениях образуются вследствие их механической и геометрической неоднородности. Механическая неоднородность обусловлена конкурирующим процессом эволюции интерметаллидов и карбидов в процессе эксплуатации. Геометрическая неоднородность, возникающая при ремонтных работах, на стадии выжига кокса в змеевике становится определяющей при формировании напряженно-деформированного состояния и приводит к раскрытию трещины через 8-10 циклов выжига.

Практическая ценность

Геоинформационная система «ГИС ИнГео» с модулем расширения, позволяющим наносить на территорию опасного производственного объекта изолинии равной опасности, и базой данных по опасным объектам внедрены на нефтеперерабатывающих заводах ОАО «Башнефтехим» (ОАО «БНХ»).

Практические рекомендации по совершенствованию методов ремонта змеевиков печей пиролиза углеводородов, проведения процесса паровыжига кокса, применению силицирования внутренней поверхности труб для защиты от коксообразования приняты для использования на ОАО «Уфаоргсинтез».

Апробация работы

Основное содержание работы докладывалось и обсуждалось на секции «Проблемы нефти и газа» III Конгресса нефтегазопромышленников России (г. Уфа, 2001 г.); 3-й Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования, предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций» (г. Уфа, 2002 г.); 5-ой Всероссийской научно-практической конференции «Инновации в машиностроении» (г. Пенза, 2002г.); 1-ой Всероссийской научной INTERNET-конференции (г. Уфа, 2003г.); Республиканской научно-практической конференции молодых ученых (г. Уфа, 2003 г.); научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «Приволжскнефтепро-вод» (г. Самара, 2001 г.); ежегодных итоговых конференциях отделения технических наук АН РБ (г. Уфа, 2001, 2002, 2003 г.г.); ежегодных научно-технических конференциях УГНТУ (г. Уфа, 1997-2003 г.г.); Международной научно-технической конференции «Прикладная синергетика-И» (г. Уфа, 2004

г.).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 52 работы.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из шести глав, изложена на 308 страницах машинописного текста и проиллюстрирована 195 рисунками и 51 таблицей.

Основное содержание работы

В первой главе предприятие для переработки углеводородного сырья показано как иерархическая система и проанализировано с точки зрения потребления энергии и принятия решений, способствующих достижению цели. Анализ работы этой системы позволяет сделать вывод о том, что часть информационных и энергетических потоков, которые в ней циркулируют, употребляются в силу тех или иных причин не только на достижение основной цели, но и на увеличение риска возникновения техногенных катастроф. Изменяющиеся внешние условия, несовершенство технологий, различный уровень компетентности персонала приводят к тому, что в системе формируются различные уровни адаптации, которые необходимо выявлять и изучать закономерности их формирования и развития.

В работе реализуется иерархическая схема оценки опасности сложной технологической системы, которая показана в таблице 1.

Менеджмент завода может непосредственно влиять на безопасность системы двумя основными путями: выбором сырья с различной коррозионной активностью и изменением рабочих параметров, в т.ч. производительности, которая может быть доведена до ноля в связи с рыночной конъюнктурой. Так называемый остаточный ресурс аппаратов оценивается по факту утонения стенки оболочек вследствие коррозионного воздействия. Механохимические аспекты деформирования оболочек, сварных соединений в достаточно полном объеме изложены в работах Э.М. Гутмана, Р.С. Зайнуллина, И.Г. Абдуллина, А.Г. Га-реева, Р.С. Абдуллина и могут быть использованы при определении опасных производственных объектов.

Нестационарность эксплуатационных нагрузок и возникающие в связи с этим усталостные явления в оборудовании подробно рассмотрены в многочисленных трудах К.В. Фролова, Н.А. Махутова, А.П. Гусенкова, Г.В. Москвитина, Е.М. Морозова и др. Методы оценки нестационарности и уровня накопленных усталостных повреждений, разработанные сотрудниками Института машиноведения РАН для оборудования атомной промышленности, с учетом специфиче-

ских особенностей эксплуатации оборудования для переработки нефти, предложенных Кузеевым И.Р., используются автором для определения опасных объектов и оценки степени деградации конструкционных материалов.

Таблица 1 - Иерархическая схема оценки опасности сложной технологической системы

Иерархический уровень объекта Параметр оценки Количественная оценка

Завод 1 Качество нефти 2 Производительность по нефти 1 Скорость коррозии 2 Изменение во времени отношения проектной производительности к фактической

Технологическая установка Суммарный энергетический потенциал Максимальное значение

Техническое устройство (объект) Интегральный параметр опасности Максимальное значение

Узлы устройства Напряженно- деформированное состояние Предельное состояние

Конструкционный материал Мультифрактальные параметры Характерные значения для видов разрушения

Технологические установки ранжируются по суммарному энергетическому потенциалу продуктов, находящихся в системе. Установки, которые имеют наибольшее значение суммарного энергетического потенциала, требуют к себе повышенного внимания со стороны обслуживающего персонала.

Объектом исследования нами выбрана технологическая установка - основной элемент в структуре завода. Поскольку в уфимской группе заводов находится в эксплуатации более 10 установок первичной переработки нефти (ус-

тановка атмосферно-вакуумная трубчатка (АВТ)), это позволяет проводить сравнительный анализ однотипного оборудования. Поэтому при разработке подхода к определению «опасного производственного объекта» за базовую техническую систему взяты именно установки АВТ. В первой главе показаны технологические схемы нескольких установок топливного варианта АВТ. Принципиально они однотипны, но имеют различия в производительности и компоновке основного оборудования.

В системе обеспечения безопасности принято опасность объекта оценивать его энергетическим потенциалом. Однако при реализации катастрофической аварии на ход событий оказывает влияние не только высвобождение энергии, но и такие факторы, как пожароопасность и токсичность. В то же время техническое состояние объекта также влияет на его потенциальную опасность. Высокая вероятность отказа или полная реализация ресурса увеличивают потенциальную опасность технического устройства. Предлагается определять опасность технического устройства «интегральным параметром опасности», который объединяет параметры взрывоопасности, пожароопасности, токсичности и эксплуатационной надежности

На рисунке 1 показан сценарий развития аварийной ситуации при разгерметизации оборудования и реализация указанных параметров, а на рисунке 2 представлен алгоритм определения интегрального параметра. Интегральный параметр предлагается рассчитывать по формуле

где М, - вес I - го фактора, - факторы.

Целесообразно остановиться на четырех основных факторах

I = М,-Я1 + М2"Ч2 + Мз'Яз + М4-я4;

где коэффициент весомости фактора пожароопасности с учетом компе-

тентности эксперта;

коэффициент весомости фактора взрывоопасности с учетом компетентности эксперта;

коэффициент весомости фактора токсичности с учетом компетентности эксперта;

коэффициент весомости фактора эксплуатационной надежности с учетом компетентности эксперта;

параметр пожарной опасности; параметр взрывоопасности; параметр токсичности; параметр эксплуатационной надежности.

Рисунок 1 - Сценарий развития аварийной ситуации при разгерметизации оборудования

Отдельные показатели опасности, их весовые значения оценивались экспертным путем. Подбор экспертов осуществляли методом «снежного кома», а опрос и обработку результатов методом априорного ранжирования.

Рисунок 2 - Алгоритм определения интегрального параметра Реализация применения интегрального параметра предлагается в двух направлениях. Первый путь реализации связан с применением геоинформационных систем (ГИС). За основу взято ГИС «ИнГео» и к нему разработан модуль расширения «Анализ зон разрушения опасных производственных объектов», запатентованный в установленном порядке. Модуль решает следующие задачи: воспринимает объекты цифровой карты; анализирует смысловую информацию, характеризующую каждый объект карты, например, интегральный параметр опасности; анализирует площадь цифровой карты; дает перечень объектов; соединяет изолиниями объекты карты, характеризующиеся равными параметрами опасности; обрисовывает цифровое поле опасности. На рисунке 3 показан вариант реализации модуля, когда на карту установки наносится сетка, в узлах которой обозначается интегральный параметр опасности.

Рисунок 3 - Изолинии с равными значениями интегрального параметра (колонна К-6 и емкость Е-15 технологической установки) На рисунке 4 в качестве примера показаны значения факторов опасности и интегрального параметра для печного оборудования технологических установок. Реализованный подход к оценке потенциальной опасности позволяет получить числовое значение, которое ранжирует самое разнообразное оборудование.

Рисунок 4- Значения факторов опасности и интегрального параметра для печного оборудования

Второй путь реализации связан с анализом гипотетических зон разрушения при реализации аварий. Стандартная методика определения зон разрушения при взрыве технологического оборудования в совокупности с интегральным параметром опасности позволяет оценить возможные сценарии развития ситуации. Последовательно моделируется взрыв всех видов оборудования и производится ранжирование по следующим показателям: интегральный параметр, суммарный интегральный параметр в зоне полных разрушений (зона Ю), суммарный интегральный параметр в зоне сильных разрушений (зона Я2), суммарный интегральный параметр в этих двух зонах в совокупности. В результате ранжирования определяется ряд наиболее опасных объектов по убыванию оцениваемого параметра и выявляется наиболее вероятный кандидат для распространения катастрофического разрушения. Этим вопросам посвящается глава 2. Для примера в таблице 2 показаны результаты ранжирования оборудования по показателю суммарного интегрального параметра в зоне полных разрушений.

Анализ различных технологических установок показывает, что нагревательные печи относятся к группе наиболее опасных видов оборудования. Тем более, что это единственный вид оборудования, где реализуется открытое пламя. Из всей совокупности нагревательных и реакционных печей в наиболее жестких условиях работают пиролизные печи.

Таблица 2 - Результаты ранжирования оборудования по показателю суммарного интегрального параметра в зоне полных разрушений Я1

АВТ-3 АВТ-2 АВТ-4

Наименование оборудования Интегральный параметр в зоне полных разрушений Ш Наименование оборудования Интегральный параметр в зоне полных разрушений Я1 Наименование оборудования Интегральный параметр в зоне полных разрушений Ю

1 2 3 4 5 6

К-1 14,949 П-1 10,872 - 7,549

Продолжение таблицы 2

Поэтому в дальнейшем будем рассматривать блок пиролиза установки для получения этилена. В работе показана технологическая схема блока пиролиза углеводородов и общий вид печи пиролиза.

По разработанной методике поиска опасных объектов исследована установка получения этилена. Некоторые результаты показаны в таблице 3, из которой видно, какие виды оборудования для рассматриваемой установки требуют наибольшего внимания при эксплуатации.

Таблица 3 - Ранжирование оборудования по суммарному коэффициенту для

зоны полного разрушения

Аппарат номер апп. Энергопотенциал, кДж Ю, м 112, м Интегральный параметр аппарата Интегральный параметр поШ Интегральный параметр по 112 Интегральный параметр поЮ, К2

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Емкость 1а 4.46Е+08 59,6 87,8 0,474 6,897 0,873 7,770

Емкость 16 4,46ЕН)8 59,5 87,7 0,379 6,897 0,873 7,770

Продолжение таблицы 3

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Колонна 309 1,05Е+09 83,5 123,0 1,501 6,674 3,231 9,905

Колонна 302 1,00Е+09 82,0 120,9 1,132 6,674 3,447 10,121

Колонна 240/2 4,23Е+08 58,2 85,7 0,429 6,674 0,000 6,674

Сборник 201 1,83Е+08 37,9 55,8 0,273 6,674 0,000 6,674

Колонна 240 4,23Е+08 58,2 85,7 0,429 6,418 0,257 6,674

Отстойник 238 1,43Е+08 32,7 48,3 0,313 6,246 0,429 6,674

Отстойник 238а 1,43Е+08 32,7 48,2 0,313 5,817 0,857 6,674

Колонна 246 1.58Е+08 34,7 51,1 0,315 5,670 1,004 6,674

Колонна 4а 1Д6Е+08 28,8 42,5 0,272 5,471 0,947 6,418

Сепаратор 316 1.90Е+08 38,7 57,1 0,257 4,736 1,510 6,246

Осушители 13/3 1,04Е+08 26,8 39,5 0,440 3,917 1,994 5,911

Колонна 14 1,64Е+08 35,4 52,1 0,337 3,637 2,934 6,571

Осушители 13/2 1,04Е+08 26,8 39,5 0,440 3,617 1,199 4,816

Сепаратор 249 5.94Е+07 18,7 27,5 0,227 3,541 1,930 5,471

Осушители 13/1 1.04Е+08 26,8 39,5 0,440 3,317 0,600 3,917

Промывная колонна 207 4,89Е+07 16,5 24,3 0,200 3,018 1,445 4,463

Таким образом, разработана и реализована для реальной технологической системы методика определения опасного объекта. Для каждого из таких объектов необходимо определить возможные механизмы адаптации к внешним нагрузкам. Проблемы адаптационных механизмов рассмотрены в работах B.C. Ивановой и ее учеников. Подход, развитый в этих работах, послужил основой для наших разработок. Этим вопросам посвящена третья глава.

На начальном этапе для наиболее опасных объектов необходимо рассчитать показатели надежности элементов. Поскольку показатели надежности необходимо установить для элементов каждого агрегата, то расчет проводили по методике для оперирования малой выборкой.

Как было обосновано выше, отработка методики выявления механизмов адаптации на уровне агрегата проводилась на примере печи пиролиза углеводородов. Анализ показал, что наиболее опасные дефекты возникают в змеевике печи. На рисунке 5 показаны некоторые характерные дефекты: общая и локальная потеря устойчивости формы, трещины в кольцевом и меридианальном сечениях.

Были рассчитаны и построены зависимости вероятностей безотказной работы змеевиков, в результате чего обнаружилось, что все печи можно разделить на две группы: те, у которых при 50-ти процентной вероятности безотказной работы наработка составляет около 1500 суток, и те, у которых наработка около 2000 суток, как это показано на рисунке 6. Такой результат объясняется различными условиями работы отдельных труб. На рисунках 7-10 представлена наработка на отказ труб и двойников (калачей) сравниваемых змеевиков. Эти результаты показывают существенную неравномерность распределения отказов.

Рассматриваются две основные причины выхода из строя труб змеевиков. Первая причина связана с накоплением повреждений в области сварных соединений, которые характеризуются геометрической неоднородностью. Вторая причина связана с явлением коксоотложения на внутренней поверхности труб

змеевиков Последнее обстоятельство оказывает двоякое воздействие на змеевик

а) фрагмент труб в зоне сварного шва с трещиной

б) необратимая пластическая деформация формы трубы

Г " ■ >'

в) труба с отдулиной

г) пластически деформированная труба с трещиной в сварном шве

д) пластически деформированная труба с продольной трещиной Рисунок 5 - Дефектные трубы

I змеевик печи ]

Рисунок 6 - Вероятность безотказной работы змеевиков печей (условное обозначение П-3 и П-4) с двумя характерными распределениями.

Рисунок 7 - Наработка на отказ труб печи П-3

Рисунок 8 - Наработка на отказ калачей печи П-3

Рисунок 9 - Наработка на отказ труб печи П-4

Рисунок 10 - Наработка на отказ калачей печи П-4

Коксоотложение создает неравномерное температурное поле в оболочке труб и способствует внедрению углерода в металл, что, в свою очередь, изменяет механические характеристики конструкционного материала. С другой стороны, периодически необходимо выжигать кокс, так как кокс ухудшает теплопередачу в зону пиролиза и изменяет условия протекания реакций. Процесс выжига кокса при определенных условиях происходит с образованием фронта горения. Прохождение фронта горения через участки с геометрической неоднородностью может быть причиной возникновения трещин.

Замеры толщин стенок труб позволили рассчитать остаточный ресурс змеевиков исследуемых печей. Значения ресурса существенно отличаются в результате неравномерного износа труб, так, например, скорость утонения труб в пределах одного змеевика варьируется от 4,7 до 10 раз.

При поиске механизмов адаптации на уровне элемента конструкции -змеевика на начальной стадии оценивали напряженно-деформированное состояние цельной конструкции. Использовали программу «Старт», в которой задавались реальная геометрия змеевика, рабочие условия и температуры по отдельным трубам. Температуры замеряли в условиях эксплуатации по каждой отдельной трубе в тех зонах, которые были доступны при использовании пирометра. Поскольку в программе «Старт» имеются ограничения по температуре труб, некоторые значения температур приходилось принимать в соответствии с регламентом на эксплуатацию. Даже при таких заниженных данных по температуре, напряжения в отдельных трубах превышали предел текучести. Поэтому в дальнейшем для расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) применяли безмоментную и моментную теории расчета оболочек и программный комплекс (ПК) «ANSYS», который основан на методе конечных элементов. Задачи по расчету напряженно-деформированного состояния конструкции в целом и ее отдельных узлов решали в упругой и упруго-пластической постановке, а также с учетом ползучести.

Уточненные расчеты с учетом реальной несимметричности расчетных схем производили с помощью ПК «ANSYS». На первом этапе моделировали

змеевик как цельную конструкцию и получили реальное распределение эквивалентных напряжений по трубам змеевика печи в начальный момент времени. Расчеты показали, что последние 7 труб работают в условиях пластических деформаций. Полученные данные хорошо согласуются с результатами экспериментальных наблюдений. Как показывает практика, последние трубы гораздо чаще выходят из строя.

При последующей наработке картина напряженно-деформированного состояния изменяется. Зоны пластических деформаций располагаются непосредственно вблизи калачей, что позволяет реализовать механизм адаптации к внешним нагрузкам, связанный с общей потерей устойчивости труб в результате возникновения пластических шарниров в зоне приварки калачей.

Оценка реальных рабочих условий функционирования змеевика и напряженно-деформированного состояния в материале труб позволила уточнить параметры процесса ползучести с применением деформационной карты. Важным результатом является то, что реальная скорость ползучести, определенная по деформационной карте, оказалась на три порядка выше той, которая принята при проектировочных расчетах. Для полученной области деформирования характерен механизм ползучести, связанный с диффузией вакансий по границам зерен (механизм Кобла). Таким образом, показано, что процесс ползучести является существенным механизмом адаптации к внешним нагрузкам.

Введение в расчетную схему змеевика специфических свойств сварных соединений показало существенное перераспределение напряженно-деформированного состояния, что указывает на возможность реализации механизмов адаптации через эти узлы. Расчеты показали, что приближение ремонтных сварных соединений к зоне приварки калачей может совместить участки с максимумом пластических деформаций, реализующихся в сварных швах, с максимальными деформациями ползучести. Изучение напряженно-деформированного состояния змеевика позволило установить, что механизмы

адаптации к внешним нагрузкам связаны с геометрическими и физическими неоднородностями конструкции.

Четвертая глава посвящена исследованию механизмов адаптации в узлах конструкции с геометрическими неоднородностями на различных стадиях технологического процесса. Геометрические неоднородности возникают при потере устойчивости формы труб и при ремонтных заменах дефектных участков труб. Изучение сварных соединений показало, что геометрические дефекты возникают вследствие разнотолщинности свариваемых труб и в результате смещения их осей при сопряжении.

Классификация дефектов, связанных с изменением формы печных труб в процессе эксплуатации, позволила разработать несколько расчетных схем для оценки напряженно-деформированного состояния в осесимметричной постановке и получить решения методами моментной теории расчета для длинных и коротких оболочек. Расчеты показывают, что деформирование оболочек в дефектных областях происходит в упругопластической области.

Дальнейшие исследования проводили на конечно-элементных моделях в среде ПК «ANSYS». На рисунке 11 показано распределение эквивалентных напряжений в сварном соединении разнотолщинных труб. В зоне термического влияния (ЗТВ) со стороны «новой трубы» с большей толщиной стенки напряжения выше, чем в ЗТВ со стороны более тонкой трубы. При этом приращение эквивалентных напряжений линейно зависит от разности толщин и достигает при разности 4 мм величины условного предела текучести материала 20Х23Н18 при температуре процесса пиролиза (рисунок 12).

Сваривание разнотолщинных труб приводит к смещению осей, поскольку при ремонтной сварке трубы прихватываются по верхней образующей. Моделировали несимметричное соединение с различной величиной смещения осей. Расчеты показывали сложный характер распределения напряжений в зоне сопряжения. Это видно, например, из данных рисунка 13, где приведено распределение эквивалентных напряжений в сечениях зон термического влияния со

стороны «новой» трубы при смешении осей на 1 мм. Возрастание величины смещения приводит к увеличению концентрации напряжений, а поскольку уровень этих напряжений велик, то необходимо предотвращать смещение. Это можно сделать, применив специальное устройство, которое разработано под руководством автора и передано для использования в производственных условиях.

а. МПа

Рисунок 11 - Распределение эквивалентных напряжений при сваривании «старой» и «новой» трубы

50--.

0 12 3 4

Рисунок 12 - Приращение эквивалентных напряжений а в точке максимум в зависимости от разности толщин Особые условия возникают в геометрически неоднородных сварных соединениях при паровоздушном выжиге кокса. Как указывалось выше, возмож-

ное прохождение фронта горения через дефектное соединение может инициировать возникновение температурных напряжений.

Рисунок 13 - Распределение эквивалентных напряжений по сечению трубы в зоне термического влияния со стороны «новой» трубы при смещении осей на 1 мм Моделирование с помощью метода конечных элементов прохождения фронта горения позволило рассмотреть различные возможные варианты этого явления и рассчитать напряжения. Моделировали прохождение фронта горения кокса как со стороны более тонкой трубы, так и со стороны более толстой. На рисунке 14 показан наиболее опасный пример распределения напряжений в дефектном сварном соединении при прохождении фронта со стороны более тонкой трубы. Даже при смещении осей на 1 мм максимальные напряжения существенно превышают предел прочности материала. Расчеты показывают, с одной стороны, что мгновенного разрушения не происходит только за счет кратковременности пиковых напряжений (несколько секунд), с другой - модельное соединение разрушается после 10 циклов нагружения. Это подтверждается практикой эксплуатации пиролизных печей. Для улучшения ситуации предлагается увеличивать температуру предварительного разогрева труб.

Рисунок 14 -Распределение эквивалентных напряжений при проведении паровыжига со стороны «старой» трубы На рисунке 15 показано, что двукратное увеличение температуры предварительного нагрева приводит к аналогичному снижению эквивалентных напряжений

Рисунок 15 - Зависимость эквивалентных напряжений от предварительного нагрева трубы При локализации отложения кокса на небольшой площади возникают специфические дефекты, которые показаны на рисунке 16 Локальные дефекты сферического типа отличаются резким уменьшением толщины стенки

(т=2256 ч> 6 (т=4872 ч)

Рисунок 16 - Локальные дефекты геометрии трубчатого змеевика печи пиролиза Установлена следующая последовательность эвотюции дефекта образование язвы на внутренней поверхности трубы -» утонение стенки со стороны внутренней поверхности потеря устойчивости формы Травление в поперечном сечении образца с дефектом обнаружило квазимногослойную сферическую оболочку, в которой не наблюдается изначальная аустенитная структура Рент-генофазный анализ показал обильное содержание карбида никеля в Измеренные остаточные напряжения рентгеновским методом дали следующие значения на границе дефекта сжимающие напряжения составляют в

самом дефекте растягивающие напряжения - 9,5 кг/мм2 НДС в зоне локального дефекта моделировали с помощью метода конечных элементов с учетом реальной геометрии и физико-механических свойств На рисунке 17 показано распределение деформаций в зоне дефекта и схема расположения пластических шарниров Такое расположение пластических шарниров объясняет механизм возникновения дефектов

00202л 004901 00778 010659 С1Эе'й

Рисунок 17- Распределение деформаций и расположение пластических шарниров (П) в зоне локального дефекта В пятой главе рассматриваются механизмы адаптации к внешним условиям, связанные с физической неоднородностью материала труб змеевика печи Физическая неоднородность возникает в трубах змеевика в результате диффузионного перераспределения углерода по толщине стенки. По наружной поверхности труб происходит выгорание углерода и образование поровой структуры, а по внутренней поверхности наблюдается интенсивная диффузия углерода из зоны контакта с коксом. Эти два процесса во времени формируют квазимногослойную оболочку, которая по своим свойствам существенно может отличаться от первоначальной.

Расчеты показывают (таблицы 4 и 5), что модуль упругости пористого слоя после эксплуатации металла более 105 часов может уменьшиться в 1,3 раза В то же время происходит уменьшение коэффициента линейного расширения науглероженного слоя. Такое изменение физических характеристик может создать напряжения в стенке трубы отличающиеся от рабочих параметров

Таблица 4 - Определение модуля упругости пористого слоя (Е„)

^—— 2256 ч 4872 ч 5605 ч 7929 ч 11082 ч

V,, (объемная доля пористого слоя) 0,0035 0,0142 0,0717 0,0834 0,1337

Е„, МПа 1,4 1,37 1,21 1,17 1,03

Таблица 5 - Изменение коэффициента линейного расширения науглероженного слоя (с^) в зависимости от объемной доли карбидов в нем

V* (объемная доля карбидов) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,42 (образец 11082 ч)

а», 10'6*1/°С 17,054 16,25 15,356 14,570 14,330

Методом конечных элементов смоделирована квазимногослойная оболочка с различными физическими параметрами слоев. Некоторые результаты показаны в таблице 6. Анализ этих данных позволяет сделать вывод, что с увеличением толщины карбидного слоя (при постоянной доле карбидов) напряжения в нем падают, а напряжения в основном металле повышаются. Например, в трубе, эксплуатировавшейся 11082 ч, на границе раздела слоев коэффициент концентрации напряжений составляет 2,68 и науглероженный слой «растягивается» основным металлом.

Можно сделать вывод, что с увеличением объемной доли карбидов в на-углероженном слое (при постоянной его толщине) напряжения растут по всей толщине стенки трубы.

Обобщенно можно сказать, что влияние науглероженного слоя на напряженно-деформированное состояние змеевика имеет сложный характер и зависит как от толщины науглероженного слоя, так и от объемной доли карбидов в нем. Существенную роль при этом играет разница коэффициентов линейного расширения стали и карбидов.

Таблица 6 - Изменения напряжений в науглероженном змеевике от толщины науглероженного слоя при постоянной объемной доле карбидов в нем

(с^=14,33 10"6*1/°С)

Толщина науглероженного слоя, мм Эквивалентные напряжения (по энергетической теории прочности), МПа

Науглероженный слой Основной металл

0,5 787 57

1,0 730 114

1,5 672 171

2,0 614 230

С увеличением объема пор в пористом слое с течением времени этот слой оказывается в сжатом состоянии по отношению к основному металлу. При этом на границе слоев коэффициент концентрации напряжений через достигает величины 1,35.

Отложение кокса на внутренней поверхности труб по нескольким причинам оказывается неравномерным, что приводит к дополнительному неравномерному распределению напряжений в оболочке. Вычислительный эксперимент подтвердил этот эффект и позволил получить его цифровое выражение. На рисунке 18 и таблице 7 показаны: максимальные эквивалентные напряжения при различных случаях отложения кокса, зависимость эквивалентных напряжений от толщины кокса. В зонах локального отложения кокса деформации происходят в упругопластической области.

Структура феррита, обладая магнитными свойствами, позволяет проводить раннее диагностирование дефектных зон, для реализации которого в работе предлагается прибор с условным названием «Локализатор» (глава 6).

Таблица 7 - Максимальные эквивалентные напряжения при различных случаях отложения кокса

Характер отложения кокса при толщине 8 = 5 мм Максимальные эквивалентные напряжения, <гтах, МПа

1/16 часть трубы 400

1/4 часть трубы 370

по кольцу трубы 251

вдоль нижней части трубы 370

50-----I— .-1- ч-1- - -.

1 1 I

О .]-1-1-,--I-,-1-1-,-1

1 2 3 4 5 6

Толщина кокса, мм

Рисунок 18 - Зависимость эквивалентных напряжений от толщины кокса Высокая температура, неравномерное распределение напряжений и деформаций, реализация ползучести и перераспределение углерода делают неизбежным фазовые переходы и изменение механических характеристик конструкционного материала. Отобранная представительная проба металла, проработавшего различное время в условиях змеевика печи пиролиза, позволила получить временные зависимости механических характеристик (рисунок 19, 20).

Сто г МПа

100 т т но

\ (и 358

282

сгв, МПа

о 2000 ихш бооо вооо юооо яоао

а)

Т, ч

6М 600

16//

\ / * №

\ 604

тоооо 1/тп

Т, ч

о гая <,000 то б)

Рисунок 19 - Зависимости изменения прочностных характеристик стали 20Х23Н18 от продолжительности эксплуатации: а) условного предела текучести Оог, б) предела прочности ств

5Р. %

27 Л Л

N N

\ «да

2000 июо ыт ¡000 ЮООО ШЮО

а)

"Т, ч

ВО '

ю-

62 « 4 \ 56

ч \ (

\ /

(6 \

"С

Т, ч

о 2000 1,000 6000 еооо ВООО ,2000 б)

Рисунок 20 - Зависимости изменения пластических характеристик стали 20Х23Н18 от продолжительности эксплуатации-а) относительного удлинения 5р б) относительного сужения

Из зависимостей, представленных на рисунках 19 и 20, следует, что в интервале работы 0-2256 ч. прочностные и пластические свойства стали снижаются, при дальнейшей эксплуатации одновременно происходит упрочнение и ох-рупчивание.

Кроме этого, зависимости изменения прочностных и пластических свойств имеют разный характер, что говорит о сложном влиянии эволюции структуры стали на изменение механических свойств.

Аналогичные исследования проведены для металла сварных соединений. Наблюдается существенное снижение прочности сварных швов по сравнению с основным металлом для идентичных сроков эксплуатации. Заметное различие в пластических свойствах наступает только на уровне 11000 часов эксплуатации. Такое положение характерно для группы аустенитных сталей, в которую входит сталь 20Х23Н18.

На порядок меньше значения ударной вязкости металла шва по сравнению с основным металлом, которая не превышает значения 0,1 МДж/см2. Для образца металла, проработавшего 11000 ч, ударную вязкость не удалось определить, поскольку образец рассыпался при изготовлении.

Сварной шов формируют в два прохода. Нижний шов преимущественно имел аустенитную структуру с вкраплениями а-фазы. Верхний шов изначально содержал более 35% карбида хрома (СггзСб) и около 10% феррита.

Структура нижнего шва через 5605 часов изменилась в сторону уменьшения аустенита, увеличения содержания (Г-фазы. Появились точечные включения карбидов хрома. Металл верхнего шва также изменился: наблюдается распад феррита с образованием дополнительного количества аустенита.

При 7929 часах работы металл шва претерпел существенное изменение. Наблюдается образование а-фазы в верхнем шве в виде протяженных нитей, в нижнем - в виде скоплений. При этом имеет место растворение карбидов. Дальнейшее изменение структуры происходит в направлении растворения

ст- фазы и выделения карбидов хрома. Карбиды выделяются в виде крупных полос в верхнем шве и в виде мелкой сетки эвтектики в нижнем.

В околошовной зоне также а-фаза идентифицируется в образцах с наработкой 7929 часов. Отличительной особенностью в этом случае является то, что карбиды не растворяются и располагаются внутри зерен аустенита во все увеличивающемся количестве. При наработке 11082 часа мелкая сетка карбидов в околошовной зоне содержит трещины различной конфигурации.

В отличие от изменения структуры основного металла, где основную роль в изменении свойств играет эволюция интерметаллидов, в сварном шве преобладающую роль играет структура карбидов. Характер изменения структуры шва и околошовной зоны объясняет экстремальный характер изменения предела прочности и условного предела текучести, а также резкое снижение ударной вязкости. Необходимо отметить также, что образование карбидов происходит на фоне диффузии углерода с внутренней поверхности трубы из зоны контакта с коксом.

Деградационные процессы в конструкционном материале тесно связаны с механизмами адаптации к внешним нагрузкам. В условиях ремонта, когда приходится заменять дефектные участки на катушки из новой трубы, образуются сварные соединения из трубы в состоянии поставки и трубы, проработавшей определенный срок в условиях печи пиролиза. Представляет интерес определение механических параметров различных зон такого соединения как в нормальных условиях, так и при высокой температуре, характерной для процесса пиролиза. Создание такого сварного соединения предопределяет неравные начальные условия на следующий временной отрезок эксплуатации.

Были изготовлены сварные соединения, которые представляли собой сопряжение новых труб и труб, бывших различное время в эксплуатации, из которых вырезались образцы для определения механических характеристик.

Результаты исследований показывают существенную гетерогенность свойств материала в области сварных соединений. Это, в свою очередь, увеличивает вероятность разрушения металла на фоне геометрической неоднородности.

Изменение механических свойств конструкционного материала во времени указывает на интенсивную реализацию механизмов адаптации на уровне структуры. Металлографический и рентгенофазный анализ позволили установить, что свойства основного металла определяются эволюцией интерметалли-дов, в основном сигма-фазой, а свойства сварных соединений - эволюцией карбидов. На рисунке 21 показаны металлографические снимки изменяющейся зе-ренной структуры стали, на которых отслеживается характер распределения сигма-фазы.

Однако по этим данным невозможно детально проследить развитие и реализацию механизмов адаптации к внешним нагрузкам на структурном уровне. В последнее время для этих целей успешно используется мультифракталь-ный подход, развитый в работах B.C. Ивановой, Г.В. Встовского, В.Ф. Терентьева, А.Г. Колмакова, А.А. Оксогоева.

Многолетний опыт численного мультифрактального анализа изображений структур самой различной природы показывает его эффективность при анализехкрытых процессов в металлах и сплавах, т.е. таких процессов, которые нельзя наблюдать непосредственно, но при этом они существенно влияют на характеристики изучаемых систем. Результатом мультифрактального анализа являются определение взаимосвязанных функций и расчет на их основе

основных параметров Реньи.

В реальных физических системах самоподобие структур при больших масштабах, характерное для фракталов (монофракталов), не реализуется. В таких случаях используют понятие о мультифракталах. Мультифрактальный подход представляет собой фрактальную меру как взаимосвязанную фрактальными подмножествами, изменяющимися по степенному закону с различными показателями. Изучаемое множество является структурно- однородным и содержит подмножества с неодинаковой фрактальной размерностью (чем и обусловлено

название «мультифрактал») В материаловедении уже давно оперируют фрак тальными объектами ансамблем дислокационных структур, скотений микротрещин, частиц второй фазы, пористыми и аморфными средами и т д

Рисунок 21 - Микроструктура стали 20Х23Н18, х1700

Для мультифрактального анализа структур использовали программу MFRDrom, любезно предоставленную д.ф.-м.н. Встовским Г.В.

Опыт применения мультифрактального формализма для анализа структур в материалах (микроструктура, структура изломов и др.) показал информативность следующих мультифрактальных показателей структуры: Do, Di, D2, Dq, f4, Дф получаемых при мультифрактальной параметризации:

1 Do — размерность Хаусдорфа-Безиковича, характеризующая однородный фрактал. Его значение определяют по максимальному значению f(a), что соответствует Dq при q=0;

2 Di - информационная размерность, характеризующая скорость роста количества информации при 1-» 0, ее определяют по тангенсу угла наклона касательной к кривой что соответствует

3 D2 - корреляционная размерность, характеризующая вероятность найти в одной и той же ячейке покрытия две точки множества, она определяется значением Dq при q=2;

4 D+00 и D.c - экстремальные значения Dq, отвечающие степени разреженности мультифрактального множества;

5 степень однородности f«, »fq, q»l. Чем больше foo^fq, тем более однородна структура для канонических спектров, для псевдоспектров зависимость противоположная.

На рисунках 22, 23 показаны результаты исследования, которые оформлены в виде зависимостей мультифрактальных параметров от времени эксплуатации. Совместный анализ зависимостей Di= f(x), Dq» = f(x), с1фтш/ёфтах=Г(т),

позволил выделить следующие характерные стадии адаптации структуры к росту длительности эксплуатации.

Стадия I - распад твердого раствора с выделением карбидов и интерме-таллидов в теле зерен. На этой стадии, являющейся стадией зарождения фаз, не зависит от длительности эксплуатации вплоть до ~

отношение

5000 часов, при этом показатель скрытой упорядоченности структуры (Ля») растет с ростом т вплоть до ~ 5 000 часов.

Характерные стадии адаптации структуры стали 20Х23Н18 на различных этапах эксплуатационного воздействия, выявленные путем испытаний на ударную вязкость, согласуются с характером изменения Ая» = ^х) (рисунок 24).

Стадия II - выделение карбидов и интерметаллидов на границах зерен и их рост. Это приводит к увеличению (1фтш/ с!фтах, ё3т|П/ (13шах, Б] и Бя> с ростом т, но степень скрытой упорядоченности Ая* при этом снижается (рисунок 23)

Рисунок 22 - Изменение Б^а) и Оя» (б) с ростом длительности эксплуатации стали

д Q*

OA 0.30,2 0.1 О

? i

1 7 "* 1 —■— 5

У / 1

/ 1 \ /Ух /// w

1 —i—

13 хЮ.ч

Рисунок 23 - Зависимость показателя упорядоченности фрактальной структуры (Ля«) от длительности эксплуатации стали

КСЦМДх/м'

1.2•

0,8 0,6

OA 0,2

Kj 1 i ! !

V < j/ Ill" III IV

4I 6,

4 Л ——- -—С

31 'vA Ж ) 1

V U.5 хЮ. Ч

Рисунок 24 - Характерные стадии адаптации структуры стали 20Х23Н18

Стадия III - рост фаз на границах зерен, приводящий к росту ёф™"/ с1фтах= f(j) и d.,™"/ d.,1™* =f(t) и, как следствие, к снижению Aq= f(x).

Стадия IV - потеря функции границы зерна как буферной зоны, представления о которой введено И.Р. Кузеевым с сотрудниками.

Таким образом, стадии I - III отвечают стадиям обратимой повреждаемости, а IV - стадии необратимой повреждаемости (стадии деградации структуры).

Этот вывод подтверждается данными по изменению ударной вязкости с ростом т.

Но более убедительные результаты были получены при анализе механизмов адаптации структуры стали на различных стадиях, полученные с использо-

ванием фрактальных механизмов адаптации структуры к внешним воздействиям, предложенные Ивановой B.C. Диаграмма адаптации построена с учетом связи критических значений D*q« для различных сред, в которых происходит перестройка фрактальной структуры, линейной связи между Aq» и Dq. и критических значений Aq»min = 0,17 и q»max = 0,84, ограничивающих эту связь. Для канонического спектра значений обобщенных энтропии (размерностей) Реньи она представлена на рисунке 25 с нанесенными точками (1-6), отвечающими различным срокам службы стали.

Рисунок 25 - Тестирование механизмов адаптации структуры стали 20Х23Н18 после службы различной длительности на стадии обратимой повреждаемости с использованием фрактальной карты (Иванова B.C.) отвечающих: КУ - квазиупругой деформации, УП - упруго-пластической, П - пла-стиской, ПК - перколя-ции, Р - рекристаллизации.

Можно видеть, что все точки, отвечающие Дq^ и ск^» при различных длительностях эксплуатации, попали в зону обратимой повреждаемости. При этом реализовывались следующие механизмы адаптации: квазиупругая деформация (точки 1, 2, 4, 5, 6) и упругопластическая (точка 3), причем точка 3 отвечает стадии II - выпадению фаз по границам зерен. Переход от стадии II к стадии III, т.е. к росту фаз на границах зерен, вызывает снижение пластичности межзерен-

ного поверхностного слоя. Это приводит к реализации квазиупругого механизма адаптации структуры к внешнему воздействию, как и в исходном состоянии (точка 1).

Таким образом, для изучаемой стали 20Х23Н18, которая работала в условиях печи пиролиза длительное время, получены мультифрактальные характеристики, которые позволили выявить основные стадии изменения структуры и построить диаграммы деформирования.

В шестой главе показаны конкретные пути повышения безопасности оборудования. Обобщение результатов расчета напряженно-деформированного состояния змеевика печи пиролиза позволило получить коэффициенты концентрации напряжений в различных узлах труб с различными дефектами, которые позволяют более точно рассчитывать остаточный ресурс объекта.

Разработана конструкция оригинального приспособления, которая дает возможность избежать при ремонтных сварочных работах возникновение геометрического дефекта типа «смещение осей» сопрягаемых труб.

Рассмотрена возможность пассивирования внутренней поверхности труб кремнием, для снижения адгезии кокса к поверхности металла и вероятности диффузии углерода из зоны контакта.

В заключении показан обобщенный алгоритм иерархической системы поиска опасных производственных объектов и механизмов адаптации к внешним нагрузкам (рисунок 26).

Рисунок 26 - Обобщенный алгоритм иерархической системы поиска опасных производственных объектов и механизмов адаптации к внешним нагрузкам

Общие выводы

1 Предприятия для переработки нефти рассмотрены как иерархические системы, которые воспринимают вводимую в систему энергию и разделяют ее на производительную, направленную на достижение цели, и непроизводительную, которая стремится реализоваться через структуры адаптации к внешним условиям, имеющимся на каждом из иерархических уровней организации. Часть энергии расходуется на создание новой поверхности, которая в виде трещин является источником аварийных ситуаций.

2 Разработан алгоритм определения опасного производственного объекта, который позволяет получить числовое значение опасности и произвести ранжирование оборудования технологической установки по степени опасности. Введено понятие «интегральный параметр опасности», которое учитывает по-жароопасность, взрывоопасность, токсичность среды и параметр надежности оборудования для оценки потенциальной опасности каждого объекта технологической установки. С использованием интегрального параметра опасности оборудования, привязанного к реальной технологической системе с помощью геоинформационной системы, рассчитаны наиболее опасные с точки зрения возникновения аварий аппараты.

3 Показаны механизмы формирования структур адаптации на уровне агрегата, в качестве которого рассмотрены пиролизные печи. Измерение реальных силовых и температурных воздействий на змеевик печи позволило рассчитать распределение напряжений в трубах и обнаружить наиболее нагруженные элементы, что коррелирует с данными по вероятности безотказной работы элементов змеевика.

змеевика с учетом локальных отложений кокса. Показан механизм образования точечных дефектов потери устойчивости формы, связанный с изменением фазового состава стали и образованием пластических шарниров. Разработаны реальные рекомендации, позволяющие снизить уровень напряжений в конструкции.

5 Обнаружен полиэкстремальный характер изменения механических свойств стали 20Х23Н18 при функционировании в условиях трубчатого змеевика печи пиролиза углеводородов в реальном времени, который связан с адаптацией к внешним воздействиям. Экспериментально подтверждено наличие трех механизмов адаптации, связанных с фазовыми переходами и эволюцией распределения сигма-фазы, с ползучестью по механизму Кобла и образованием квазимногослойной оболочки. Произведена количественная оценка реализации механизмов адаптации и показаны характерные временные интервалы превалирующего их действия.

6 Показано, что дефекты типа трещин в сварных соединениях образуются вследствие их механической и геометрической неоднородности на фоне конкурирующих процессов эволюции распределения сигма-фазы и карбидов различного состава. Обоснованы максимально возможные отбраковочные размеры по остаточной толщине труб и показана недопустимость смещения осей сопрягаемых при ремонте труб. Показано, что расположение ремонтных сварных швов вблизи калачей может приводить к образованию пластических шарниров. Разработано и передано для использования на ОАО «Уфаоргсинтез» устройство, применение которого при ремонте исключает смещение осей свариваемых труб.

7 Обнаружено явление локального намагничивания немагнитной стали 20Х23Н18 в процессе эксплуатации в условиях печи пиролиза. Показано, что намагниченные участки являются местами возникновения трещин. Этот эффект использован для раннего диагностирования возникающих трещин. Создан диагностический прибор для обнаружения намагниченных зон и передан для испытания на ОАО «Уфаоргсинтез».

8 Изучено распределение механических характеристик в зонах сварных соединений труб с различной наработкой. Количественные значения относительного удлинения и ударной вязкости в материале сварного шва на порядок меньше, чем для основного металла, что указывает на возможность хрупкого разрушения в сварном шве. Созданы модельные сварные соединения новых труб и труб с различной наработкой в условиях печи пиролиза и определены механические характеристики различных зон сварных соединений, в том числе при характерной температуре процесса пиролиза.

9 Впервые для изучения механизмов изменения свойств стали в процессе работы в условиях печи процесса пиролиза углеводородов применен мультиф-рактальный анализ микроструктуры конструкционного материала. Получены зависимости изменения мультифрактальных характеристик во времени и тесто -вые диаграммы, которые позволяют оценить время начала необратимой деградации структуры.

Основные публикации по теме диссертации:

1. Стагьи в журналах в соответствии с перечнем ВАК РФ

1.1. Закирничная М.М., Чиркова А.Г., Кузеев И.Р. Изменение структуры и свойств металла труб змеевиков печей пиролиза в процессе эксплуатации//Изв. ВУЗов « Нефть и газ».-1998.-№2.-С. 87-92.

1.2. Чиркова А.Г., Ковалев Е.М., Вахапова Г.М. Оценка потенциальной опасности технологических установок для переработки углеводородного сырья при прогнозировании возможных аварий//Нефтегазовое дело.-2003.-№ 1.- С. 317-325.

1.3. Чиркова А.Г., Симарчук А.С., Кинев С.А. Определение напряженно-деформированного состояния сварных соединений//Механика композиционных материалов и конструкций.- 2003.-Т.9.- №2.- С.250-255.

1.4. Чиркова А.Г. Повреждение металла труб змеевиков печей пироли-за//Изв.ВУЗов «Нефть и газ».-2003.- №5.- С. 112-117.

1.5. Чиркова А.Г., Авдеева Л.Г., Симарчук А.С., Кинев С.А. Деформирование сварных соединений труб печей пиролиза//Башкирский химический жур-нал.-2003.-Т. 10.-№ 1.- С. 20-21.

1.6. Чиркова А.Г., Хаерланамова Е.А., Кузеев И.Р. Образование квазимногослойных оболочек при эксплуатации труб змеевика печи пиролиза углево-

дородов // Механика композиционных материалов и конструкций.- 2004.- Т. 10.-№2.-С. 153-156.

1.7. Чиркова А.Г., Вахапова Г.М., Симарчук А.С., Кинев СА Совершенствование расчетной методики при оценке остаточного ресурса печных агрега-тов//Безопасность жизнедеятельности.-2004.-№8.-С. 15-17.

1.8. Симарчук А.С., Чиркова А.Г., Мухаметшин P.P. О возникновении локальных дефектов в трубчатом змеевике печей пиролиза//Механика композиционных материалов и конструкций.-2004.-Т.10.-№3.- С. 341-346.

1.9. Чиркова А.Г. Механизмы адаптации к внешним нагрузкам стали 20Х23Н18 в трубах печей пиролиза//3аводская лаборатория.-2004.-Т.70.-№11.-С. 37-42.

1.10. Идрисов В.Р., Вахапова Г.М., Чиркова А.Г. Модуль расширения ГИС «ИнГео»: Анализ зон разрушения опасных производственных объектов. -Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2002611204//Официальный бюллетень Российского агентства по патентам и товарным знакам «Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологи интегральных микросхем».- 2002.-№4.- С.41

2. Монографии

2.1. Чиркова А.Г., Куликов Д.В., Баязитов М.И., Кузеев И.Р. Высокотемпературные процессы и аппараты переработки углеводородного сырья. - Уфа: Гилем, 1999,- 343 с.

2.2. Чиркова А.Г., Баязитов М.И. Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 1999.- 172 с.

2.3. Чиркова А.Г., Авдеева Л.Г., Симарчук А.С. Фрактальный анализ эволюции адаптации структуры стали 20Х23Н18 к условиям эксплуатации в печах пиролиза углеводородов.-СПб.: Недра, 2004.-88 с.

2.4. Чиркова А. Г. Опасный производственный объект технологической системы: методы определения опасности и оценки технического состояния.-Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004.- 133 с.

3.Статьи в сборниках трудов

3.1. Кузеев И.Р., Закирничная М.М., Чиркова А.Г., Ткаченко О.И. Влияние углерода на формирование неоднородности структуры металла/В кн.: Техника на пороге XXI века: Сб. научных трудов.- Уфа: Гилем, 1999.- С. 141-152.

3.2. Чиркова А.Г., Баязитов М.И. Расчет напряжений в трубах змеевиков нагревательных печей нефтепереработки/Там же.- С.86.

3.3. Чиркова А.Г., Денисов В.Д., Хафизов Ф.Ш., Кузеев М.И. Моделирование процесса деформирования реактора установки замедленного коксования/Мировое сообщество: проблемы и пути решения: Сб.научн. статей.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2000.- № 6.- С. 107-109.

3.4. Чиркова А.Г., Куликов Д.В. Модель изменения мерности субстан- -ции/Мировое сообщество: проблемы и пути решения: Сб. научн. статей.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2000.- № 3.- С. 92-105.

3.5. Чиркова А.Г., Кузеев И.Р., Закирничная М.М., Авдеева Л.Г. Многофункциональная роль углерода в формировании свойств сталей/Технологические проблемы развития машиностроения в Башкортостане: Сб. научн. трудов.- Уфа: Гилем, 2001.- С. 15-32.

3.6. Чиркова А.Г., Авдеева Л.Г., Кинев С.А Механизм накопления повреждения в трубах змеевиков печей для проведения пиролиза углеводородов/Мировое сообщество: проблемы и пути решения: Сб. научн. статей.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2001.- №11.

3.7. Чиркова А.Г., Кузеев И.Р., Кузеев М.И. О необходимости учета стадии накопления повреждений при диагностировании оборудования для переработки углеводородных сред/Проблемы промышленной безопасности в системе магистрального трубопроводного транспорта: Материалы IX Всероссийского семинара-совещания.- Уфа: ГУЛ Уфимский полиграфкомбинат, 2001.- С.221-237.

3.8. Кузеев И.Р., Закирничная М.М., Чиркова А.Г., Кинев С.А., Авдеева Л.Г., Симарчук А.С. Деформирование оболочковых конструкций с геометрическими и физическими неоднородностями в силовом и температурном полях/Машиностроение, конструкционные материалы и технологии. Сб. научн. трудов: Сб. научн. трудов.- Уфа: Гилем, 2002.- С.36-50.

3.9.Чиркова А.Г., Бессарабова Е.В. Закономерности процесса накопления повреждений в высоколегированной стали 12Х18Н10Т в условиях нагревательных печей/Мировое сообщество: проблемы и пути решения: Сб. науч. статей.-Уфа: Изд-во УГНТУ, 2002.- № 12.- С.74-78.

3.10. Хаерланамова Е.А., Чиркова А.Г., Кузеев И.Р. Науглероживание металла в условиях пиролиза жидких углеводородов/Там же.- С.79-84.

3.11. Чиркова А.Г. Структуры адаптации при деформировании конструкций/Мировое сообщество: проблемы и пути решения: Сб. науч. статей.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2002.- № 12.- С. 118-124.

3.12. Чиркова А.Г., Рубцов А.В. Механические свойства сварных соединений с различным уровнем накопленных повреждений/Мировое сообщество: проблемы и пути решения: Сб. науч. статей.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2003.- № 13.-С.12-22.

3.В.Чиркова А.Г., Симаков В.Н. Надежность печей для пиролиза углеводородов/Там же.- С.23-30.

3.14. Чиркова А.Г., Хисаева З.Ф. Особенности силицирования металла печных змеевиков/Мировое сообщество: проблемы и пути решения: Сб.

науч. статей.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2003.- № 14.- С. 64-69.

3.15. Чиркова А.Г. О возникновении локальных дефектов в трубчатом змеевике печей пиролиза/Там же.- С. 143-145.

3.16. Чиркова АТ., Авдеева Л.Г., Симарчук А.С., Кинев С.А, Рубцов А.В., Кузеев И.Р. Изучение механизмов возникновения трещин в зоне сварных соединений печных труб/Инновационные проблемы развития машиностроения в Башкортостане: Сб. научн. трудов.- Уфа: Гилем, 2003.- С. 94-109.

3.17. Чиркова А.Г., Симарчук А.С. Проблемы расчета змеевиков печей пиролиза с учетом реальных условий их работы/Новоселовские чтения: Сб. на-учн. трудов. Вып. 2- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004.- С.254-265.

3.18. Ковалев Е.М., Чиркова А.Г., Вахапова Г.М. Потенциальная опасность ОПО. Методика оценки/Вопросы безопасности объектов нефтегазового комплекса: Сб. науч. трудов: - М.: ЦИЭКС, 2004.- С.50-57.

3.19. Чиркова А.Г., Авдеева Л.Г., Оксогоев А.А. Анализ адаптивности структуры стали 20Х23Н18 к необратимой повреждаемости в условиях эксплуатации в качестве материала труб змеевиков печей пиролиза углеводородов/Прикладная синергетика- 2: Сб. научн. трудов.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004. -Т.2.-С.15-21.

4.В материалах конференций

4.1. Чиркова А. Г., Хуснияров М.Х. Разработка методов расчета напряжений, возникающих при паровоздушном выжиге в трубчатом змеевике/Материалы XXXXVИ-й научн.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 1996.- С. 155-156.

4.2. Затолокин СВ., Лысюк В.В., Хуснияров М.Х., Чиркова А.Г. Программное обеспечение термодиагностики печей пиролиза/Материалы II Всероссийской научн.-техн. конф. «Техническая диагностика, промышленная и экологическая безопасность».- Уфа: Изд-во УНГТУ, 1996.- С. 69-71.

4.3. Хуснияров М.Х., Чиркова А.Г. Определение напряженного состояния пирозмеевика при коксоотложении/Там же.- С. 122.

4.4. Чиркова А.Г., Затолокин СВ. Оценка технического состояния стационарных приборов контроля температуры печей по результатам измерений ИК-термометром/Там же.- С. 45-46.

4.5. Чиркова А.Г. Расчет напряжений, возникающих в трубчатом змеевике при паровоздушном выжиге/Материалы XXXXVИ-й научн.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 1996.- С. 154-155.

4.6. Закирничная М.М., Чиркова А.Г., Худяков М.А. Результаты исследования змеевиков печей пиролиза/51-я Межвузовская студенческая научная конференция - Москва: ГАНГ, 1997.- Сб.

4.7. Мингазов К.Р., Хуснияров М.Х., Чиркова А.Г., Закирничная М.М., Диффузионное насыщение углеродом поверхности труб печей пиролиза/Там же.-С31.

4.8. Чиркова А.Г., Авдеева Л.Г. О влиянии коксоотложения и паровоздушного способа очистки на структуру стали труб пирозмеевиковЯИ Конгресс

нефтепромышленников России. Секция Н «Проблемы нефти и газа»: Сб. научн. трудов.- Уфа: Изд-во Реактив, 2001.- С. 291-293.

4.9. Чиркова А.Г., Волкова Е.А. Механизм разрушения печных труб/Там же.-С. 313-314.

4.10. Чиркова А.Г., Кузеев И.Р., Кузеев М.И. О необходимости учета стадии накопления повреждений при диагностировании оборудования для переработки углеводородных сред/Проблемы промышленной безопасности в системе магистрального трубопроводного транспорта: Материалы IX Всероссийского семинара-совещания.- Уфа: ГУЛ Уфимский полиграфкомбинат, 2001.- С.221-237.

4.11. Чиркова А.Г., Авдеева Л.Г. Причины появления магнитных свойств у парамагнитной стали 20Х23Н18/Материалы специализированной конференции и семинара «Промышленная экология», Уфа, 30-31 января 2002.- С- 66.

4.12. Чиркова А.Г., Кинев С А., Авдеева Л.Г. О возможности проведения диагностики труб змеевиков печей пиролиза. Третья Всероссийская научн.-прак. конф. «Проблемы прогнозирования, предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций», Уфа, 24-25 января 2002- С- 173.

4.13. Чиркова А.Г., Вахапова Г.М. Интегральный критерий опасности промышленного объекта/Материалы конференции «Промышленная экология», семинар «Международные стандарты качества ISO серии 9001 и 14000» - Уфа, 2002.- С. 64.

4.14. Чиркова А.Г., Авдеева Л. Г. Причины появления магнитных свойств у парамагнитной стали 20Х23Н18/Там же.- С. 66.

4.15. Чиркова А.Г., Симарчук А.С. Масштабные факторы при определении напряженного состояния протяженных оболочковых конструкций/Там же.-С.69.

4.16. Чиркова А.Г., Симарчук А.С. Влияние различных факторов на напряженно-деформированное состояние оболочек/Интеграция науки и высшего образования в области био- и органической химии и механики многофазных систем: Материалы I Всероссийской научной INTERNET - конференции.- Уфа: Изд-во Реактив, 2002.- С. 60-61.

4.17. Хаерланамова Е.А., Чиркова А.Г. Определение фрактальной размерности границы раздела квазислоев в трубах печей пиролиза/Там же.- С.61-62.

4.18. Чиркова А.Г., Магсумова Л.С., Бессарабова Е.В. Механические характеристики высоколегированной стали 10Х23Н18 змеевика печей пиролиза/Материалы 54-й научн.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых: Сб. тез. док.: Ч.1.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2003. - С. 231-232.

4.19. Чиркова А.Г., Исхаков Э.Р., Вахапова Г.М,-распределение обращающихся опасных веществ на объектах ОАО «Уфанеф'тех^м^^Там же.-С. 252253. | 1 J

* * % »

> « t ^ . ь V А

Подписано в печать 09 03 2005 Бумага офсетная Формат,60х§41/1 (£ / Печать трафаретная Усл-печ. л 2 0 Уч-изд л 1,8 Тираж 100 ак? За^рзДл Типография DISETAN г Уфа, прорпеку Октября, 133 ^

Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Чиркова, Алена Геннадиевна

Введение

Глава 1 Потенциальная опасность предприятий для переработки углеводородного сырья как иерархических систем

1.1 Государственное регулирование риска

1.2 Опасность, характеризующая эксплуатацию технологических установок нефтеперерабатывающих заводов

1.3 Методики расчета отдельных параметров, характеризующих опасность установок НПЗ

1.4 Эксплуатационная надежность оборудования

1.5 Интегральный параметр опасности оборудования

1.6 Создание геоинформационной системы опасного производственного объекта

Введение 2005 год, диссертация по безопасности жизнедеятельности человека, Чиркова, Алена Геннадиевна

Актуальность проблемы

Обеспечение безопасности функционирования нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий является сложной многофункциональной задачей. Эти предприятия иерархичны по своей структуре и функционируют по схеме: завод - производство — цех - установка - блок, с некоторыми вариациями и общезаводскими структурами. Вся эта схема соединена сетыо трубопроводов, которые также можно внести в эту иерархическую схему.

Характерной особенностью процессов переработки нефти является большие энергетические затраты на разделение нефти на фракции, их облагораживание и доведения до качества товарного продукта. Энергетические затраты распределены по иерархической системе неравномерно и используются не всегда эффективно. Часть энергии, в результате неверных проектных и конструкторских решений, затрачивается на неоправданное деформирование оборудования, что вызывает повышенный локальный износ и накопление повреждений, приводящих в ряде случаев к катастрофическим последствиям.

С другой стороны, углеводородное сырье является потенциально по-жаро- и взрывоопасным и обладает токсичными свойствами. В нештатных ситуациях могут возникать критические условия для реализации внутренней энергии системы, заключенной в продуктах. При совмещении предельного состояния оборудования и критических условий для среды, возникают аварии с большими разрушениями и человеческими жертвами. Такой сценарий реализуется вследствие огромных скоростей высвобождения энергии, что практически делает невозможным какое-либо вмешательство человека и регулирование происходящих процессов.

Следующим обстоятельством, которое необходимо учитывать при обеспечении безопасности функционирования технологических систем, является то, что при поступлении в систему энергии извне, она стремится всеми доступными средствами к диссипации энергии. При этом фиксируются различные иерархические структуры адаптации системы к внешним воздействиям. На уровне завода, производства, цеха структуры адаптации неочевидны и требуют специального изучения. Возникновение и функционирование на этих иерархических уровнях структур адаптации связано с пространственным распределением различных веществ, согласованным обменом продуктами, недопущением переработки продуктов с качеством, несоответствующим технологическому регламенту процесса.

Федеральный закон №116-ФЗ « О промышленной безопасности опасных производственных объектов» устанавливает стратегические направления создания системы обеспечения промышленной безопасности. Однако для действенной реализации Федерального закона необходимо создание комплексных методов обеспечения безопасности конкретных объектов с учетом специфики производства, действительного износа оборудования, направления реализации вводимой в объекты энергии и иерархичности всей системы в целом.

Цель достигается решением следующих задач:

1 разработать методику расчета интегрального параметра опасности возникновения аварийного разрушения. Оценить распределение параметра на территории объекта в нормальных условиях и в зонах разрушения различной степени при катастрофическом разрушении опасных производственных объектов для прогнозирования наиболее вероятных направлений развития аварий;

2 определить иерархию структур адаптации к внешним воздействиям на примере нефтеперерабатывающего завода;

3 оценить НДС и изменения механических свойств в материале конструкции в реальном времени;

4 оценить основные механизмы адаптации конструкции к внешнему воздействию на примере трубчатых печей;

5 установить для конструкционного материала закономерности перехода от адаптивности его структуры к деградации методами мультифракталь-ной параметризации структуры и оценить предельные состояния.

Научная новизна.

1 Введено понятие интегрального параметра опасности оборудования и разработана методика его определения, с использованием которого получены сопоставимые числовые показатели, характеризующие степень опасности конкретного оборудования с точки зрения возможного возникновения аварии и тяжести последствий в результате ее развития. Применение модифицированной геоинформационной системы позволило построить на конкретной территории предприятия, производства, технологической установки изолинии равной опасности и выявить участки наибольшей опасности.

2 Показано, что при эксплуатации сложных технических систем возникают структуры адаптации к внешним воздействиям, которые носят иерархический характер и служат для реализации излишков энергии, поступающей в систему и квалифицированно не используемых для основной систему и квалифицированно не используемых для основной технологической цели. Структуры адаптации, достигающие критических состояний, становятся источниками разрушений.

3 На примере печного агрегата процесса пиролиза углеводородов показано формирование и развитие структур адаптации на уровне агрегата, элементов агрегата, конструкционного материала труб змеевика. Адаптация к внешним воздействиям на уровне змеевика приводит к возникновению концентраторов напряжений в сварных соединениях, потери устойчивости формы труб, локальных участков потери устойчивости формы, формированию квазимногослойной оболочки за счет диффузии и перераспределения углерода и в итоге к возникновению трещин различной ориентации.

4 На уровне конструкционного материала механизмы адаптации к внешним воздействиям связаны с фазовыми переходами и реализацией ползучести по механизму Кобла. Мультифрактальный анализ металлографических снимков структуры и рентгенофазовый анализ стали 20Х23Н18, позволил выявить основной механизм деградации, связанный с эволюцией интер-металлидов (в основном сигма фазы), построить диаграмму деградации свойств, позволяющую прогнозировать предельное состояние материала.

6 Дефекты типа трещин в сварных соединениях образуются вследствие их механической и геометрической неоднородности. Механическая неоднородность обусловлена конкурирующим процессом эволюции интерметалли-дов и карбидов в процессе эксплуатации. Геометрическая неоднородность, возникающая при ремонтных работах, на стадии выжига кокса в змеевике становится определяющей при формировании НДС и приводит к раскрытию трещины через 8-10 циклов выжига.

Практическая ценность

Под руководством автора защищено пять диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук Вахаповой Г.М., Авдеевой Л.Г., Хаерланамовой Е.А., Киневым С.А., Симарчук A.C. Автор выражает благодарность им за совместную работу.

Автор также выражает благодарность научному консультанту д.т.н., профессору Халимову А.Г. и заведующему кафедрой МАХП д.т.н., профессору Кузееву И.Р. за помощь при выполнении диссертационной работы.

Заключение диссертация на тему "Иерархическая система оценки безопасной эксплуатации оборудования для переработки нефти"

Общие выводы

4 Доказано существование трех механизмов диссипации энергии в трубах змеевика печи пиролиза углеводородов, связанных с геометрической и физической неоднородностью сварных соединений, с общей и локальной потерей устойчивости формы. С помощью МКЭ рассчитаны уровни напряжений в узлах-концентраторах в реальных условиях технологического процесса и в условиях паровыжига кокса. Рассчитано напряженно-деформированное состояние труб змеевика с учетом локальных отложений кокса. Показан механизм образования точечных дефектов потери устойчивости формы, связанный с изменением фазового состава стали и образованием пластических шарниров. Разработаны реальные рекомендации, позволяющие снизить уровень напряжений в конструкции.

9 Впервые для изучения механизмов изменения свойств стали в процессе работы в условиях печи процесса пиролиза углеводородов применен мультиф-рактальный анализ микроструктуры конструкционного материала. Получены зависимости изменения мультифрактальных характеристик во времени и тестовые диаграммы, которые позволяют оценить время начала необратимой деградации структуры.

Заключение

В пятой главе показаны результаты исследования механизмов адаптации к внешним нагрузкам на уровне конструкционного материала. Отбор представительной пробы металла труб змеевика печи пиролиза позволил изучить изменение механических характеристик стали 20Х23Н18 во времени. Получены полиэкстремальные зависимости таких характеристик как предел прочности, предел текучести, относительное сужение и относительное удлинение от вре мени эксплуатации. Через 12000 часов эксплуатации предел прочности и условный предел текучести восстанавливают свои значения, однако пластические свойства не восстанавливаются, на что указывает снижение относительных сужения и растяжения образцов. Это подтверждается и характером изменения ударной вязкости в процессе эксплуатации материала. Характер изменения механических характеристик во времени такой же и для металла сварных швов. Однако пластические характеристики имеют значения на порядок меньшие для коэффициента относительного удлинения, а коэффициент относительного сужения не удалось определить из-за отсутствия на образцах шейки.

Для выяснения характера распределения механических характеристик в сварных соединениях с различной наработкой труб изготовлены и исследованы модельные сварные соединения. Показана существенная неоднородность соединений по механическим свойствам.

Рассмотрено возникновение квазимногослойных оболочек в результате диффузионного насыщения углеродом внутренних слоев и обеднения им наружных слоев в результате выгорания. С помощью МКЭ показано распределение напряжений в квазимногослойной оболочке, которое объясняет механизм износа поверхности труб. Определена фрактальная размерность границ квазислоев.

Смоделировано НДС труб с неравномерным отложением кокса на внутренней поверхности. Получены коэффициенты концентрации напряжений для различных случаев отложения кокса.

С применением метода мультифрактальной параметризации показан механизм деградации структуры металла. Определяющее значение имеет эволюция интерметаллидов. Впервые для стали 20Х23Н18 получены диаграммы деградации и определены предельные состояния.

Глава 6 Повышение безопасности эксплуатации опасных производственных объектов

6.1 Оценка коэффициентов концентрации напряжений

Геометрические и физические концентраторы напряжений существенно снижают долговечность оболочковой конструкции и увеличивают вероятность хрупкого разрушения /1-5/. Поэтому для прогнозирования поведения конструкции при сложном нагружении необходимо количественно оценить концентрацию напряжений. Проведенные исследования с помощью МКЭ позволяют это сделать.

В таблице 6.1 показаны коэффициенты концентрации напряжений в сварном соединении при различной толщине сопрягаемых труб.

Библиография Чиркова, Алена Геннадиевна, диссертация по теме Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)

1. Белов С.В. Безопасность жизнедеятельности — наука о выживании в техносфере/ВИНИТИ. Проблемы безопасности в чрезвычайных ситуациях. № 1, 1996.

2. Шахраманьян М. А. и др. Комплексная оценка риска от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. Безопасность жизнедеятельности. №12. 2001

3. Shakhramanjyan М. A., Nigmetov G.M., Larionov V. I., Nikolaev А. V., Frolova N.I., Sushchev S.P., Ugarov A.N. Advanced procedures for risk assessment and management in Russia. Int.J.Risk Assessment and management. Volume 2. Nos.3/4.2001.

4. Белов С.В., Ильницкая А.В., Козьяков А.Ф. и др. Безопасность жизнедеятельности: учебник для вузов/Под. общ. ред. С.В. Белова. М.: Высшая школа. 1999.

5. Акимов В.П. «О федеральной целевой программе «Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2005 года»», Мир и безопасность. № 5 2000.

6. Постановление Кабинета Министров Республики Башкортостан «О республиканской целевой программе «Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Республике Башкортостан до 2005 года»».

7. Федеральный закон «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» от 21.12. 94 №68-ФЗ.

8. Онищенко В.Я. Управление технологическим риском. Безопасность труда в промышленности. М.: 1996 вып. №12.с 29-31.

9. Лисанов М.В. Анализ риска в управлении промышленной безопасностью опасных производственных объектов нефтегазового комплекса.- Автореферат дисс. на соиск. уч.степ. докт. техн. наук.-М.,2002.

10. Хуснияров М.Х. Разработка и применение методов анализа риска эксплуатации оборудования технологических установок нефтепереработки. -Дисс. на соиск. уч. степени докт. техн наук. Уфа: УГНТУ, 2001.

11. Ибрагимов И.Г. Принципы обеспечения работоспособности агрегатов нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств с использованием экспертных систем. Уфа: Изд-во УГНТУ, 1996. - 49 с.

12. Гутман Э.М. Механохимия металлов и защита от коррозии. М.: Металлургия, 1981.-271 с.

13. Зайнуллин P.C. Обеспечение работоспособности оборудования в условиях механохимической повреждаемости. Уфа: Изд-во МНТЦ «БЭСТС», 1997.- 426 с.

14. Абдуллин И.Г., Гареев А.Г., Худяков М.А. Анализ стадий зарождения и развития малоцикловой коррозионной усталости металла магистральных нефтепроводов. Трубопроводный транспорт нефти.-1999, №6, с.31-34.

15. Абдуллин И.Г., Гареев А.Г., Мостовой A.B. Диагностика коррозионного растрескивания трубопроводов. Уфа: Гилем, 2003.- 99 с.

16. Греб A.B. Повышение надежности трубопроводных коммуникаций технологических установок. Автореферат дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук, Уфа, УГНТУ, 1999.

17. Закиров O.A., Шаталина М.А., Греб A.B., Габбасова А.Х. Расчет трубопроводов как пространственных конструкций с учетом энергии упругой деформации. Уфа: Изд-во УГНТУ, 1999. - 34 с.

18. Габбасова А.Х. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук, Уфа, УГНТУ.

19. Дулясова М.В. Обеспечение безотказной работы технологических установок НПЗ с учетом влияния профессиональных качеств производственного персонала.- Автореферат дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук, Уфа, 1999.

20. Управление риском: Риск. Устойчивое развитие. Синергетика.- М.: Наука, 2000.-431 с.

21. Куликов Д.В. Структурная иерархия нефтяных пеков. Автореферат дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук, Уфа, УГНТУ, 1998.

22. Методические рекомендации по идентификации опасных производственных объектов магистральных нефтепродуктопроводов. РД-08-303-99.

23. Методические рекомендации по идентификации опасных производственных объектов. М.: НТЦ «Промышленная безопасность», 2003.

24. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий. Под ред. Кочетова К.Е., Котляревского В.А., Забегаева A.B. Книга 2, М.: Издательство Ассоциации строительных ВУЗов, 1996 г. с. 6, 19, 179, 183.

25. Методика оценки последствий аварий на пожаро-, взрывоопасных объектах. М.:1994.

26. НПБ 105-95 Определение категорий помещений и зданий по взры-вопожарной и пожарной опасности. М.: ГУГПС МВД России. 1996.

27. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопас-ных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. ПБ 09-540-03. М.: ПИО ОБТ, 2003.

28. Вахапова Г.М. Оценка потенциальной опасности объектов технологических установок по интегральному параметру при прогнозировании аварийных ситуаций. Дисс. канд. техн. наук. Уфа: УГНТУ, 2002.

29. Методические указания по проведению анализа риска опасных промышленных объектов. РД 03-418-01 . М.: 2001.

30. Зубова А.Ф. Надежность машин и аппаратов химических производств. JL: Машиностроение, 1978. С. 215.

31. Шаталина М.А. Экономическая оценка повышения надежности функционирования технических систем, дисс. канд. тех. наук. Уфа,: УГНТУ, 2000.- С. 114.

32. Орлов А.И. Экспертные оценки/Заводская лаборатория, №11, 1995.

33. Новак Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. М.: Машиностроение, 1980 г.

34. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий. Под ред. Котляревского В.А., Забегаева A.B. Книга 5, М.: Изд-во Ассоциации строительных ВУЗов, 2001г. С.6-8, 13, 37, 49.

35. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий. Под ред. Котляревского В.А., Забегаева A.B. Книга 3, М.: Издательство Ассоциации строительных ВУЗов, 1998г. С. 106-113, 182,374.

36. Директива Европейского сообщества от 24 июня 1982 года № 82/501 ЕЭС по предотвращению крупных промышленных аварий (Директива Севезо).

37. Закон Республики Башкортостан «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» от 14.03.96 №26-з.

38. Конвенция о трансграничном воздействии промышленных аварий от 17.03.1992. ООН. 1992.

39. Федеральный закон «О промышленной безопасности производственных объектов» от 21.07.97 №116-ФЗ. Собрание законодательства Российской Федерации, 1997, № 30. с. 3588.

40. Иванова B.C., Баланкин A.C., Бунин И.Ж., Оксогоев A.A. Синергетика и фракталы в материаловедении.- М.: Наука, 1994. 383 с.

41. Иванова B.C. Разрушение материалов.- М.: Металлургия, 1979.166 с.

42. Иванова B.C., Кузеев И.Р., Закирничная М.М. Синергетика и фракталы. Универсальность механического поведения материалов.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 1998.-363 с.

43. Абагян A.A., Бакиров М.Б., Камышников О.Г. и др. Опыт продления срока службы энергоблоков с РУ ВВЭР-440 первого поколения. «Заводская лаборатория. Диагностика материалов», №10, 2003, том 69.- с.49-56.

44. Панин В.Е., Лихачев В.А., Гриняев Ю.В. Структурные уровни деформации твердых тел. Новосибирск: Наука, 1985.- С.

45. Гриняев Ю.В., Чертова Н.В. Динамическая теория дефектов и ползучесть твердых тел. Письма в ЖТФ, 2000, том 26, вып. 16. С.57-62.

46. Криштал М.М. К анализу кривых растяжения с прерывистой текучестью. «Заводская лаборатория. Диагностика материалов», 2002, №10, том 68. С. 52-58.

47. Ипькаев Р.И., Пужин В.Т., Учаев А.Я. и др. Временные закономерности процесса динамического разрушения металлов, обусловленные иерархическими свойствами диссипативных структур каскада центров разрушения.- ДАН, 2003, том 393, №3, с.326-331.

48. Исаев С.А., Леонтьев А.И., Баранов П.А., Пышный И.А., Усачев А.Е. Численный анализ вихревой интенсификации теплообмена в канале спакетом глубоких сферических лунок на одной из стенок. ДАН, 2002, №5, том 386, с.621-623.

49. Чиркова А.Г., Идрисов В.Г., Вахапова Г.М. Модуль расширения к геоинформационной системе Ингео «Анализ зон разрушения опасных производственных объектов».

50. Чиркова А.Г., Ковалев Е.М., Вахапова Г.М. Методика оценки потенциальной опасности. Мировое сообщество: проблемы и пути решения: Сб. науч. ст.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2003.- № 14.- С. 118-124.

51. Чиркова А.Г., Ковалев Е.М., Вахапова Г.М. Оценка потенциальной опасности технологических установок для переработки углеводородного сырья при прогнозировании возможных аварий. Нефтегазовое дело.- № 1.2003,- С.- 317-325.

52. Ковалев Е.М., Чиркова А.Г., Вахапова Г.М. Потенциальная опасность ОПО. Методика оценки.- Сб. науч.тр.: Вопросы безопасности объектов нефтегазового комплекса.- М.: ЦИЭКС, 2004.- С.50-57.

53. Динамика и прочность водо-водяных энергетических реакто-ров/Н.А. Махутов, Ю.Г. Драгунов, К.В. Фролов и др.; Отв. Ред. H.A. Маху-тов. М.: Наука, 2004. - 440 с.

54. Несущая способность парогенераторов водо-водяных энергетических реакторов/Н.А. Махутов, Ю.Г. Драгунов, К.В. Фролов и др. М.: Наука, 2003.-440 с.

55. Махутов H.A., Воробьев А.З., Гаденин М.М. и др. Прочность конструкций при малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1983. - 270 с.

56. Трещиностойкость и механические свойства конструкционных материалов технических систем/В.В. Москвичев, H.A. Махутов, А.П. Черняев и др. Новосибирск: Наука, 2002 .- 334 с.

57. Махутов H.A. Усталость металлов в широком диапазоне числа циклов.- Заводская лаборатория. Диагностика материалов, №4, 2004, том 70, с.37-41.

58. Махутов H.A. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность .- М.: Машиностроение, 1981.-271 с.

59. Гусенков А.П., Котов П.И. Длительная и неизотермическая малоцикловая прочность элементов конструкций.- М.: Машиностроение, 1988.264 с.

60. Кузеев И.Р. Совершенствование технологии и повышение долговечности реакционных аппаратов термодеструктивных процессов переработки углеводородного сырья/Дис. на соиск. уч. степ. докт. техн. наук.- Уфа: У НИ, 1987.

61. Список использованных источников к главе 2

62. Пиролиз углеводородного сырья/Мухина Т.Н., Барабанов H.JL, Ба-баш С.Е. и др. М.: Химия,1987.- 240 с.

63. Ентус Н.Р., Шарихин В.В. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М: Химия, 1987.-304 с.

64. Ванчухина Л.И. Эффективность повышения надежности оборудования в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Диссертация на соиск. уч. степ. канд. эконом наук, Уфа: УГНТУ, 1995, 135 с.

65. Ванчухина Л.И., Родионова Л.Н., Шайнурова A.A. Организационно-экономическое обеспечение надежности функционирования промышленных систем. Уфа: Изд-во Фонда содействия развитию научных исследований, 1997.- 180 с.

66. Мовсум-заде М.Э., Ванчухина Л.И., Лейберт Т.Б., Шаталина М.А. Стратегия поведения предприятия в условиях рыночной экономики.- Уфа: Государственное издательство научно-технической литературы «Реактив», 2001.- 175 с.

67. Ванчухина Л.И., Шаталина М.А. Моделирование оценки эффективности технических решений.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 1997.- 58 с.

68. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии.- М.: Химия, 1985.- С.

69. Кафаров В.В., Мешалкин В.П. Анализ и синтез химико-технологических систем.- М.: Химия, 1991.- С.

70. Кафаров В.В., Мешалкин В.П., Перов В.Л. Математические основы автоматизированного проектирования химических производств.- М.: Химия, 1979.

71. Общий вид печи типа ГС. ООО "НЕФТЕХИММАШ-ТТО" http://www.mtu-net.ru/tto/gs.htm

72. РД 26-02-80-88. Змеевики сварные для трубчатых печей. Требования к проектированию, изготовлению и поставке.- М.: ВНИИнефтемаш, 1995.- 64 с.

73. Высекерски А.Г., Фишер Г., Шилмоллер K.M. Уменьшение коксо-образования в трубах печей олефиновых установок//Нефтегазовые технологии.- 1999, №3.- С. 82-84.

74. Кузеев И.Р., Баязитов М.И., Куликов Д.В., Чиркова А.Г. Высокотемпературные процессы и аппараты для переработки углеводородного сырья.- Уфа: Гилем, 1999.- 325 с.

75. Towfighi J., Niaei A., Karimzadeh R. Simulation Reactions and Coke Deposition in Industrial LPG Cracking Furnace. // http://www.modares.ac.ir.

76. Дьяков В.Г., Левтонова Н.М., Медведев Ю.С. Эксплуатация материалов в углеводородных средах М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1983.- 53 с.

77. Хисаева З.Ф. Повышение стойкости металла печных труб к коксо-отложению силицированием поверхности.- Дисс. на соиск. уч. степ. канд. наук.- Уфа, УГНТУ, 2003.- 112 с.

78. Берлин М.А. Износ основных элементов трубчатых печей.- М.:/ Недра, 1964.-325 с.

79. Барлоу Р., Прошан Ф. Статистическая теория надежности и испытания на безотказность/Пер. с анг. Ушакова И.А.- М.: Наука, 1985.-582 с.

80. Гнеденко Б.В. О статистических методах в теории надежности.- М.: МАТИ, 1969.- 129 с.

81. Баязитов М.И. Оценка поврежденности печных труб в условиях эксплуатации.- В кн.: Проблемы машиноведения, конструкционных материалов и технологий. Уфа: Изд-во «Гилем», 1997.- с.203-210.

82. Чиркова А.Г. Снижение повреждений в металле труб печей пиролиза в процессе паро-воздушного выжига.- Дисс. на соиск. уч. степ. кан. техн. наук, Уфа: УГНТУ, 1998, 137 с.

83. Чиркова А.Г., Хуснияров М.Х. Надежность работы печей пиролиза. Сборник тезисов и научных статей УГНТУ. - Уфа, 1997 - С. 85.

84. Чиркова А.Г. , Куликов Д.В., Баязитов М.И., Кузеев И.Р. Высокотемпературные процессы и аппараты переработки углеводородного сырья. Монография, Изд-во Уфа: Гилем, 1999.- 343 с.

85. Чиркова А.Г., Ковалев Е.М., Вахапова Г.М. Методика оценки потенциальной опасности. Мировое сообщество: проблемы и пути решения: Сб.науч.ст.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2003.- № 14.- С. 118-124.

86. Чиркова А.Г., Ковалев Е.М., Вахапова Г.М. Оценка потенциальной опасности технологических установок для переработки углеводородного сырья при прогнозировании возможных аварий. Нефтегазовое дело.- № 1.-2003.-С.-317-325.

87. Ковалев Е.М., Чиркова А.Г., Вахапова Г.М. Потенциальная опасность ОПО. Методика оценки.- Сб. науч.тр.: Вопросы безопасности объектов нефтегазового комплекса.- М.: ЦИЭКС, 2004.- С.50-57.

88. Динамика и прочность водо-водяных энергетических реакто-ров/Н.А. Махутов, Ю.Г. Драгунов, К.В. Фролов и др.; Отв. Ред. H.A. Маху-тов. М.: Наука, 2004. - 440 с.

89. Несущая способность парогенераторов водо-водяных энергетических реакторов/Н.А. Махутов, Ю.Г. Драгунов, К.В. Фролов и др. М.: Наука, 2003.-440 с.

90. Махутов H.A., Воробьев А.З., Гаденин М.М. и др. Прочность конструкций при малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1983. - 270 с.

91. Трещиностойкость и механические свойства конструкционных материалов технических систем/В.В. Москвичев, H.A. Махутов, А.П. Черняев и др. Новосибирск: Наука, 2002 .- 334 с.

92. Махутов H.A. Усталость металлов в широком диапазоне числа циклов.- Заводская лаборатория. Диагностика материалов, №4, 2004, том 70, с.37-41.

93. Махутов H.A., Бурак М.И., Гаденин М.М. и др. Механика малоциклового разрушения. М.: Наука, 1986.- 254 с.

94. Махутов H.A., Воробьев А.З., Гаденин М.М. и др. Прочность конструкций при малоцикловом нагружении.- М.: Наука, 1983.- 271 с.

95. Махутов H.A., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность. М.: Машиностроение, 1985. - 224 с.

96. Шарнина Г.С. Обеспечение безопасной эксплуатации и долговечности длительно эксплуатируемых нефте- и нефтепродуктопроводов.- Дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук, Уфа: УГНТУ, 2003, 147 с.

97. Гимаев Р.Н., Кузеев И.Р., Абызгильдин Ю.М. Нефтяной кокс.- М.: Химия, 1992.-80с.

98. Повышение прочности сварных конструкций для Севера/Слепцов О.И., Михайлов В.Е., Петушков В.Г. и др.- Новосибирск: Наука. Сиб. Отделение, 1989.- 223 с.

99. Кузеев И.Р. Совершенствование технологии и повышение долговечности реакционных аппаратов термодеструктивных процессов переработки углеводородного сырья. Дисс. на соиск. уч. степ. докт. техн. наук, Уфа: Уфимский нефтяной институт, 1987.

100. Туляков Г.А. Термическая усталость в теплоэнергетике.- М.6 Машиностроение, 1978.- 292 с.

101. Кретинин М.В., Кузеев И.Р., Грибанов A.B. и др. Исследование температурных полей в оболочке коксовых камер. Химическое и нефтяное машиностроение, 1985, №7, с. 18-20.

102. Шанявский A.A. Безопасное разрушение элементов авиаконструкций. Синергетика в инженерных расчетах. Уфа: Монография, 2003. — 803 с.

103. Shu-Ho D. International Journal if Pressure Vessels and Piping.- 78 (2001) P.515-520.

104. Список использованных источников к главе 3

105. Чиркова А.Г., Симаков В.Н. Надежность печей для пиролиза углеводородов. Мировое сообщество: проблемы и пути решения: Сб.науч.ст.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2003.- № 13.- С.23-30.

106. Ильюшин A.A. Пластичность. М.: Изд-во АН СССР, 1962.

107. Качанов Л.МИ. Основы теории пластичности. М.: Наука, 1969.

108. Малинин H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести. Учебник для студентов вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1975.-400 с.

109. Мавлютов P.P. Концентрация напряжений в элементах конструкций. — М.: Наука, 1996.-240 с.

110. Биргер И.А. Метод дополнительных деформаций в задачах теории пластичности//ИЗВ. АН СССР. ОТН. Механика и машиностроение. 1963. -№ 1.

111. Цыбенко A.C., Идесман A.B. Алгоритм решения задачи неизотермической термопластичности на основе метода конечных элементов//Проблемы прочности. 1983. № 6. С. 38-42.

112. Мухина Т.Н., Барабанов Н.Л., Бабаш С.Е. и др. Пиролиз углеводородного сырья.- М.: Химия, 1987.- С.95-136.

113. Шарихин В.В., Ентус Н.Р. Трубчатые печи нефтепереработки инефте-химии,- М.: Химия, 2000.- С. 392.

114. Степанов A.B. Производство низших олефинов.- Киев: Наукова думка, 1978.-С. 286.

115. Хаерланамова Е.В. Совершенствование методов расчета и конструирования элементов печей пиролиза/Диссертация на соиск. уч. ст. к. т. н.Уфа: УГНТУ, 2003.

116. Кинев С.А. Обеспечение безопасной эксплуатации змеевика печи пиролиза углеводородов как сварной конструкции/Диссертация на соиск. уч. ст. к. т. н.- Уфа: УГНТУ, 2003.

117. Чиркова А.Г., Хуснияров М.Х. Разработка методов расчета напряжений, возникающих при паро-воздушном выжиге в трубчатом змеевике. Материалы XXXXVII-й научно-технической конференции

118. Хуснияров М.Х., Чиркова А.Г. Определение напряженного состояния пирозмеевика при коксоотложении. Материалы II Всероссийской научно-технической конференции «Техническая диагностика, промышленная и экологическая безопасность».- Уфа: УНГТУ, 1996.- С. 122.

119. Чиркова А.Г. Расчет напряжений, возникающих в трубчатом змеевике при паро-воздушном выжиге. Материалы XXXXVII-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Уфа: УГНТУ, 1996.- С. 154-155.

120. Чиркова А.Г. Расчет напряжений в трубе с учетом длины локального перегрева. Сборник тезисов и научных статей Уфа. Изд-во УГНТУ, 1997 - С. 94.

121. Яровиков А.Б., Чиркова А.Г. Дефекты труб змеевика печей пиролиза. Материалы 48-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Уфа. Изд-во УГНТУ, 1997 - С. 130.

122. Мингазов K.P., Закирничная М.М., Чиркова А.Г. Влияние диффузии углерода на механические характеристики стали 20Х23Н18. Материалы 48-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. -Уфа, УГНТУ.-С. 147.

123. Закирничная М.М., Чиркова А.Г., Кузеев И.Р. Изменение структуры и свойств металла труб змеевиков печей пиролиза в процессе эксплуатации. Нефть и газ.- Тюмень, 1998.- №2.- С. 87-92.

124. Фрост Г. Дж., Эшби М.Ф. Карты механизмов деформации. Челябинск: Металлургия, 1989. -131 с.

125. Чиркова А.Г., Авдеева Л.Г., Симарчук A.C. Фрактальный анализ эволюции адаптации структуры стали 20Х23Н18 к условиям эксплуатации в печах пиролиза углеводородов. СПб.: Недра, 2004.- 88 с.

126. Победря Б.Е. Численные методы в теории упругости и пластичности. М.: Издательство Московского университета, 1981. 343 с.

127. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975.511с.

128. Корнишин М.С., Паймушин В.Н., Снигирев В.Ф. Вычислительная геометрия в задачах механики оболочек. М.: Наука, 1989. 208 с.

129. Захаров М.Н., Лукьянов В.А. Прочность сосудов и трубопроводов с дефектами стенок в нефтегазовых производствах. М.: ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2000. - 216 с.

130. Список использованных источников к главе 4

131. Канторович З.Б. Основы расчета химических машин и аппаратов. -М: МАШГИЗ, i960.- 740 с.

132. Методические указания. Расчеты прочности элементов конструкций при малоцикловом нагружении/Проблемы прочности, долговечности и надежности продукции машиностроения. Москва, 1987.- 42 с.

133. Пономарев С.Д. и др. Расчеты на прочность в машиностроении. Т. 13.- М.: Машгиз, 1956.- 884 е.; 1958.- 974 е.; 1959.- 1118 с.

134. Ентус Н.Р., Шарихин В.В. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.: Химия, 1987.-304 с.

135. Пимштейн П.Г. Жукова В.Н., Мордина Г.М. Исследование температурных полей и напряжений в зоне соединения штуцера и оболочки. «Химическое и нефегазовое машиностроение» 2002, №11.

136. Ботвина JI.P., Махутов H.A., Пермяков В.Н. Безопасность магистральных и технологических трубопроводов: влияние расслоений на их работоспособность. Нефть, газ и бизнес, №1, 2002, с.41-46.

137. Кузеев И.Р. , Куликов Д.В., Баязитов М.И., Чиркова А.Г Высокотемпературные процессы и аппараты переработки углеводородного сырья. Монография, Изд-во Уфа: Гил ем, 1999.- 343 с.

138. Кузеев И.Р. Совершенствование технологии и повышение долговечности реакционных аппаратов термодеструктивных процессов переработки углеводородного сырья/Диссертация на соиск. уч. ст. док. тех. наук.- Уфа: УНИ, 1987.

139. Закирничная М.М., Чиркова А.Г., Кузеев И.Р. Изменение структуры и свойств металла труб змеевиков печей пиролиза в процессе эксплуатации. Изв. ВУЗов « Нефть и газ».- Тюмень, 1998.- №2.- С. 87-92.

140. Закирничная М.М. Образование фуллеренов в углеродистых сталях и чугунах при кристаллизации и термических воздействиях.- Уфа: Гилем, 2002.-180 с.

141. Стеклов О.И., Митин А.П., Ефименко JI.A., Митин A.C. Влияние среды на сопротивление разрушению сварных соединений и основного металла.- Химическое и нефтегазовое машиностроение, №6, 2000, с.53-55.

142. Трубчатые печи. Каталог. М.: ЦНИИТИнефтемаш, 1998.

143. Лоскутов C.B., Яценко В.К., Павленко Д.В. О рентгенодефракто-метрическом методе контроля упругих параметров приповерхностного слоя металлов. «Заводская лаборатория. Диагностика материалов», №9, 2003, том 69, с. 39-41.

144. Мухина Т.Н., Барабанов Н.Л., Бабаш С.Е. и др. Пиролиз углеводородного сырья. М.: Химия, 1987.- С.95-136.

145. Смидович E.B. Технология переработки нефти и газа. М.: Химия, 1968.-С. 246.

146. Хаерланамова Е.А. Совершенствование методов расчета и конструирования элементов печей пиролиза/Диссертация на соиск. уч. ст. кан. тех. наук.- Уфа: УГНТУ, 2003.

147. Лебедев H.H. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза.- М.: Химия, 1981.- С. 35 44.

148. Гуревич И.Л. Технология переработки нефти и газа.- М.: Химия, 1972.-С. 187.

149. Шарихин В.В., Ентус Н.Р. Трубчатые печи нефтепереработки инефтехимии.- М.: Химия, 2000.- С. 392.

150. Дьяков В.Г. и др. Эксплуатация материалов в углеводородных средах печей пиролиза. М., 1983. 53 с.

151. Симарчук A.C. Совершенствование метода расчета змеевика печи пиролиза с учетом локальных концентраторов напряжений/Диссертация на соиск. уч. ст. кан. тех. наук.- Уфа: УГНТУ, 2004.

152. Список использованных источников к главе 5

153. Земзин В.Н. Жаропрочность сварных соединений. Л.: Машиностроение, 1972 . - 272 с.

154. Авдеева Л.Г. Изменение структуры и механических свойств аусте-нитной стали 20Х23Н18 в условиях пиролиза углеводородов. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. - Уфа, 2003.

155. Никулин С.А. Два варианта потери устойчивости течения при растяжении и пластичность сплавов. Физика металлов и металловедение, том 81, выпуск 3, март 1996.- С. 142-156.

156. Орлов A.B., Орлов В.Л. Самоорганизация вакансионных пор в металле. Труды Международной конференции «Байкальские чтения - 2»,

157. Улан-Удэ Томск: Изд-во Томского государственного университета, 2002, с.343-344.

158. Паршин A.M. Структура, прочность и радиационная повреждаемость коррозионностойких сталей и сплавов. Челябинск: Металлургия, 1988. -656 с.

159. Паршин A.M., Неклюдов И.М., Камышанченко Н., Пряхин E.H. Структура и свойства сплавов. — М.: Металлургия, 1993. 318 с.

160. Паршин A.M. Тихонов А.Н., Бондаренко Г.Г., Криворук М.И. Предотвращение преждевременных разрушений формированием определенной структуры,- Металлы, №5, 1999, с.87-92.

161. Одесский П.Д. О деградации свойств сталей для металлических конструкций.- «Заводская лаборатория. Диагностика материалов», №10, 2003, том 69, с.41-49.

162. Кабанов Б.С., Пигрова Г.Д., Седов В.М. Использование фазового анализа для диагностики структурного состояния металла в процессе эксплуатации. Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2002, №10,с.41-43.

163. Лысенко H.A., Кудин В.В., Клочихин В.Г., Цвирко Э.И. Жаропрочные никелевые сплавы, модифицированные гафнием и цирконием.- Металловедение и термическая обработка металлов, №12, 1999, с. 22-27.

164. Паршин A.M. Структура, прочность и радиационная повреждаемость коррозионно-стойких сталей и сплавов. Челябинск: металлургия, 1988.-С. 14-30, 132-140, 164-176,254-264,356-368,593-643.

165. Гуляев А.П. Металловедение: Учебник для вузов.- М.: Металлургия, 1977.- С. 449-470, 483-497, 540-556.

166. Металловедение и термическая обработка стали/Под ред. M.JI. Бернштейна, А.Г. Рахштадта. Т 1.2- М.: Металлургия, 1991.- С. 47-114, 199208.

167. Металловедение и термическая обработка стали./Под ред. M.JI. Бернштейна, А.Г. Рахштадта. Т 1.1- М.: Металлургия, 1991.- С. 7-272.

168. Гуляев А.П. Металловедение: Учебник для вузов.- М.: Металлургия, 1977.- С. 624.

169. Металловедение, сталь/Пер. с нем. И.М. Копьева, В.А. Федоровича, под ред. д.т.н. O.A. Банных.- М.: Наука, 1982,- С. 240.

170. Паршин A.M. Структура, прочность и радиационная повреждаемость коррозионно-стойких сталей и сплавов.- Челябинск: Металлургия, 1998.- С. 816.

171. Дьяков В.Г. и др. Эксплуатация материалов в углеводородных средах печей пиролиза. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1983.- С. 53.

172. Силицирование металлов и сплавов. Под общ. ред. Ляховича Л. С.Минск: Изд-во "Наука и техника", 1972 280 с.

173. Удовицкий В. И. Антифрикционное пористое силицирование углеродистых сталей-М.: Машиностроение, 1977.- 192 с.

174. Ордина З.Г. Диффузия кремния в хромистую сталь//Металловедение и термическая обработка металлов 1968 - № 6 - С. 23.

175. Bakhshi S.R., Salehi М., Ashrafizadesh F. The effect of siliconizing and Borosiliconizing Processes on Microstructure and Morphology of Carbon Steel Surface Layers//Esteghlal Journal of Engineering 2002 - V. 17, № 2 - P. 1-4.

176. Кидин И.Н., Андрюшкевич В.И., Волков В.А., Холин A.C. Электро-химико-термическая обработка металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1978.-320 с.

177. Freddi A., Veschi D., Bandini M. and Giovani G. Design of experiments to investigate residual stresses and fatigue life improvement by a surface treatment//Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures.- 1997 — V.20, № 8 P. 1147-1157.

178. Баязитов M.И., Кузеев И.Р. О механизме коксообразования на внутренней поверхности печных труб/Нефть и газ, Уфа, 1996.

179. Иванова B.C., Курзина Е.Г. Мультифрактальная параметризация микроструктуры немагнитных сталей Mn-Ni-Cu-V после старения с целыо выявления эффекта синергизма легирования.- Металлы, №2, 1999.- С.59-67.

180. Божокин C.B., Паршин Д.А. Фракталы и мультифракталы.- Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика».- 2001.- С. 128.

181. Встовский Г.В. Фрактальная параметризация структур в металлах и сплавах: дис. д-ра физ.-мат. наук. Москва: 2001.- С. 255.

182. Встовский Г.В. Элементы информационной физики. М.: РИЦ МГИУ, 2002, С.257.

183. Иванова B.C., Кузеев И.Р., Закирничная М.М. Синергетика и фракталы. Универсальность механического поведения материалов.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 1998.- С77-140.

184. Иванова B.C., Курзина Е.Г. Мультифрактальная параметризация микроструктуры немагнитных сталей Mn-Ni-Cu-V после старения с целью выявления эффекта синергизма легирования.- Металлы, №2, 1999.- С.59-67.

185. Колмаков А.Г., Головин Ю.И., Терентьев В.Ф., Бакиров М.Б. Методы определения твердости металлических материалов,- Воронеж, 2000.- С. 68-70.

186. Семенов Б.И., Агибалов С.Н., Колмаков А.Г. Описание структуры литого алюмоматричного композита с использованием метода мультифрак-тального анализа. Материаловедение, 1999, № 5.- С. 25-31.

187. Встовский Г.В., Колмаков А.Г. Анализ влияния поверхностей обработки на структуру статических изломов малолегированного молибдена с помощью мультифрактального формализма. Физика и химия обработки материалов. 1995, №6.- С. 66-82.

188. Иванова B.C., Оксогоев A.A., Закирничная М.М., Пруцков М.Е. Оптимизация структуры машиностроительных материалов//Металлургия, Ма-шинстроения. 2002, №6 (9) С. 18-23.

189. Кузеев И.Р., Самигуллин Г.Х., Куликов Д.В., Закирничная М.М., Мекалова Н.В. Сложные системы в природе и технике.- Уфа: изд-во УГНТУ, 1997.- 225 С.

190. Гиббс. Дж. Термодинамика. Статическая механика. М.: Наука, 1982.

191. Список использованных источников к главе 6

192. Махутов H.A., Воробьев А.З., Гаденин М.М. и др. Прочность конструкций при малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1983. - 270 с.

193. Чиркова А.Г. , Куликов Д.В., Баязитов М.И., Кузеев И.Р. Высокотемпературные процессы и аппараты переработки углеводородного сырья. Монография, Изд-во Уфа: Гилем, 1999.- 343 с.

194. Кинев С.А. Обеспечение безопасной эксплуатации змеевика печи пиролиза углеводородов как сварной конструкции/Диссертация на соиск. уч. ст. к. т. н.- Уфа: УГНТУ, 2003.

195. Симарчук A.C. Совершенствование метода расчета змеевика печи пиролиза с учетом локальных концентраторов напряжений/Диссертация на соиск. уч. ст. кан. тех. наук.- Уфа: УГНТУ, 2004.

196. Стеклов О.И., Митин А.П., Ефименко JI.A., Митин A.C. Влияние среды на сопротивление разрушению сварных соединений и основного металла.- Химическое и нефтегазовое машиностроение, №6, 2000, с.53-55.

197. Хаерланамова E.B. Совершенствование методов расчета и конструирования элементов печей пиролиза/Диссертация на соиск. уч. ст. к. т. н.Уфа: УГНТУ, 2003.

198. Федер Е. Фракталы.- М.: Мир.- 1991, С. 254.

199. Паршин A.M. Структура, прочность и радиационная повреждаемость коррозионно-стойких сталей и сплавов.- Челябинск: Металлургия, 1998.- С. 816.

200. Паршин A.M. Структура, прочность и радиационная повреждаемость коррозионностойких сталей и сплавов. Челябинск: Металлургия, 1988. -656 с.

201. Иванова B.C. Разрушение материалов.- М.: Металлургия, 1979.- 166с.

202. Чиркова А.Г. Снижение повреждений в металле труб печей пиролиза в процессе паровоздушного выжига / Диссертация на соиск. уч. ст. к. т. н.Уфа: УГНТУ, 1998.

203. Закирничная М.М., Чиркова А.Г., Кузеев И.Р. Изменение структуры и свойств металла труб змеевиков печей пиролиза в процессе эксплуатации. Нефть и газ.- Тюмень, 1998.- №2.- С. 87-92.

204. Паршин A.M., Неклюдов И.М., Камышанченко Н., Пряхин E.H. Структура и свойства сплавов. М.: Металлургия, 1993. - 318 с.

205. Freddi A., Veschi D., Bandini М. and Giovani G. Design of experiments to investigate residual stresses and fatigue life improvement by a surface treatment//Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures.- 1997-V.20, № 8- P. 1147-1157.

206. Силицирование металлов и сплавов. Под общ. ред. Ляховича Л. С.Минск: Изд-во "Наука и техника", 1972 280 с.

207. Удовицкий В. И. Антифрикционное пористое силицирование углеродистых сталей.-М.: Машиностроение, 1977.- 192 с.

208. Ордина З.Г. Диффузия кремния в хромистую сталь//Металловедение и термическая обработка металлов 1968 - № 6 - С. 23.

209. Bakhshi S.R., Salehi М., Ashrafizadesh F. The effect of siliconizing and Borosiliconizing Processes on Microstructure and Morphology of Carbon Steel Surface Layers//Esteghlal Journal of Engineering 2002 - V. 17, № 2 — P. 1-4.

210. Хисаева З.Ф. Повышение стойкости металла печных труб к коксо-отложению силицированием поверхности.- Дисс. на соиск. уч. степ. канд. наук.- Уфа, УГНТУ, 2003.- 112 с.

Похожие работы

Безопасность жизнедеятельности человека
05.26.00