автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Методика оценки ресурса безопасной эксплуатации оборудования химических производств на основе методологии мультифрактальной параметризации

На правах рукописи

АНВАРОВ АМИР ДАМИРОВИЧ

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ РЕСУРСА БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ НА ОСНОВЕ МЕТОДОЛОГИИ МУЛЬТИФРАКТАЛЬНОЙ ПАРАМЕТРИЗАЦИИ

05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (в химической и бнотехнологической отраслях промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань 2006

Работа выполнена в Казанском государственном техническом университете им. А.Н. Туполева

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент Маминов Амир Салехович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Поникаров Сергей Иванович

доктор технических наук, старший научный сотрудник Колмаков Алексей Георгиевич

Ведущая организация:

ОАО «Нижнекамскнефтехим»

Защита состоится « г? » pe.sca.Sj3я 2006 г. в часов на

заседании диссертационного совета Д 212.080.02 в Казанском государственном технологическом университете по адресу: 420015, Казань, ул. К.Маркса, 68 (зал заседаний Ученого Совета)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технологического университета

Автореферат разослан «_££_» 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.С. Сироткин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Согласно статье 13 федерального закона №116 «О промышленной безопасности производственных объектов» экспертизе промышленной безопасности (ЭПБ) подлежат: проектная документация на строительство, расширение .... и ликвидацию опасного производственного объекта (ОПО); технические устройства (ГУ), применяемые на ОПО, здания и сооружения на ОПО; декларация НЕ и иные документы, связанные с эксплуатацией ОПО.

Представленная работа выполнена в контексте ЭПБ технических устройств2, применяемых на химических и других ОПО. ЭПБ технических устройств проводится индивидуально каждой единицы, опасность которой зависит от условий эксплуатации (Р, 1, среда), которые и определяют его группу (от гр. 56 до гр. 1 по ОСТ 26 291).

В настоящее время большая часть ТУ химических производств отработала нормативный ресурс. Дальнейшая эксплуатация такого оборудования возможна только с разрешения органов Росгехнадзора на основании заключений ЭПБ, выполненных экспертной организацией.

В качестве базовой концепции оценки технического состояния ТУ опасных производств используется подход, согласно которому оценка технического состояния ТУ осуществляется по параметрам технического состояния (ПТС). В качестве определяющих ПТС принимают параметры, изменение которых может привести объект в неработоспособное или предельное состояние, то есть к его разрушению или созданию аварийной ситуации.

Одним из важных ПТС является состояние металла ТУ - его механические характеристики, которые под действием технологических (изготовление, транспортировка, монтаж) и эксплуатационных (условия эксплуатации - температура, давление, среда, цикличность) факторов могли измениться относительно своего исходного состояния.

Нормативные документы по экспертному диагностированию технического состояния и определению остаточного срока безопасной эксплуатации оборудования, эксплуатируемого в химической и нефтехимической отраслях промышленности, предписывают при экспертизе, в зависимости от условий эксплуатации,

' Научную консультацию а части экспертизы промышленной безопасности оборудования, эксплуатируемого иа химических производствах, осуществлял доктор технических паук, профессор Булкин Вадим Александрович.

1 Сосуды и аппараты: колонны, реакторы, резервуары, теплообменние аппараты, фильтры, ре-

сиверы и др. технологическое оборудование химических производств.

3

выполнять механические испытания для установления фактических механических характеристик, так как при поверочных расчетах и расчетах остаточного ресурса ТУ, отработавших 20...30 и более лет в «жестких» условиях использовать нормативные значения механических свойств некорректно.

Однако на практике выполнение указанных испытаний на объектах химических и нефтехимических производств невозможны (процессы в основном непрерывны и остановы кратковременны) и не целесообразны, так как вырезки образцов дня испытаний и последующий ремонт наносят вред обследуемому оборудованию (возникают дополнительные напряжения). Поэтому задача поиска информативного способа оценки механических свойств металла без разрушения элемента ТУ весьма актуальна.

Учитывая актуальность вопроса очевидна необходимость разработки методики прогнозирования остаточного ресурса ТУ по изменению механических свойств без его разрушения.

Для реализации данной проблемы видится перспективным установление взаимосвязи механических свойств металла с результатами мультифракталшой параметризации (МФП) цифровых изображений его микроструктуры. Созданная в ИМЕТ им. АА. Байкова РАН в начале 90х годов методология МФП, подробно описанная в трудах А.Г. Колмакова, Г.В. Встовского, нашла широкое применение. МФП является более совершенным видом представления теории фражггалов. Под фракталами принято подразумевать структуру, состоящую из частей, которые, в каком то определенном смысле, подобны целому. Однако понятия самоподобия и масштабной инвариантности, заложенные в основе теории фракталов не могут полностью описать реальные природные структуры. Поэтому возникла так называемая теория МФП, которая благодаря дополнительному математическому анализу позволяет оценивать параметры однородности и упорядоченности, характеризующие меру нарушения самоподобия и отражающие геометрическую неоднородность составляющих изображения.

Однако адаптация метода для установления взаимосвязи мультнфракталь-ных (МФ) параметров с механическими свойствами сталей перлитного класса, требует разработки четкого алгоритма подготовки металлографических изображений к МФ анализу.

Целью работы является разработка методики оценки ресурса безопасной эксплуатации оборудования химических производств на основе методологии мультнфрактальной параметризации.

Для достижения поставленной цели в процессе работы решались следующие задачи:

• адаптация методологии МФП для анализа изображений структур сталей перлитного класса при экспертизе промышленной безопасности оборудования химических производств;

• исследование взаимосвязи МФ параметров с изображениями метшшмрафиче-ской структуры поверхности элементов ТУ химических производств;

• разработка метода оценки уровня механических свойств сталей перлитного класса по МФ параметрам изображений металлографических структур для установления их соответствия требованиям промышленной безопасности;

• апробация разработанного метода и результатов исследований на примере конкретного ТУ при оценке его остаточного ресурса безопасной эксплуатации.

Научная новиша полученных результатов заключается в том, что в диссертации впервые:

- разработана методика оценки ресурса безопасной эксплуатации оборудования химических производств но МФ параметрам металлографической структуры его поверхности. На примере адсорбера производства ДССК (дивинил - стирольпого синтетического каучука), выполнен расчет остаточного ресурса по изменению МФ параметров.

• создан метод оценки уровня механических свойств сталей перлитного класса по МФ параметрам изображений металлографической структуры поверхности металла оборудования химических производств, с целью установления соответствия значений механических свойств требованиям промышленной безопасности;

- разработаны методические рекомендации предварительной подготовки изображений структур к МФ анализу, развиты методические подходы tro обработке полученных результатов и их адаптации к особенностям структуры и механических свойств перлитных сталей, широко используемых для изготовления оборудования химических производств;

- для сталей рассматриваемого класса показана возможность оценки критической температуры хрупкости по МФ параметрам однородности изображений структуры, являющейся одним из определяющих показателей свойств материала оборудования опасных производств, определяющих его безопасную эксплуатацию;

- разработана методика определения величины зерна металла с использованием МФП при металло1рафнческих исследованиях в ходе выполнения экспертизы промышленной безопасности оборудования химических производств; ,

Практическая ценность состоит в том, что разработанные методика и методические рекомендации обеспечивают возможность при проведении экснерти-

зы промышленной безопасности проводить оценку фактических механических свойств металла оборудования химических и нефтехимических производств (СКИ

- синтетического каучука изопренового, изопрена, этилена, ол игом еров, стирола и полиэфирных смол н других) неразрушающим способом, без вырезки образца, исключая потенциальную вероятность снижения безопасности его эксплуатации.

Использование фактических значений механических характеристик повышает объективность результатов поверочных расчетов и расчетов остаточного ресурса безопасной эксплуатации ТУ.

Предлагаемый метод определения величины зерна при металлографических исследованиях металла ТУ в ходе проведения ЭПБ исключает ошибки человеческого фактора, имеющие место при традиционных методах, заключающихся в визуальной идентификации изображений структур, приведенных в ГОСТ.

Разработанные метод и рекомендации, наряду со стандартными используются в ПИ «Союзхи мпромпроект» КГТУ при экспертном диагностировании оборудования на ОАО «Ннжнекамскнефтехим». На защиту выносятся:

- методика оценки ресурса безопасной эксплуатации оборудования химических производств из сталей перлитного класса на основе методологии МФП;

- методика оценки механических характеристик сталей перлитного класса по результатам МФП при определении остаточного ресурса оборудования химических производств;

- методические рекомендации по подготовке образцов к МФ анализу с целью обеспечения объективности результатов МФП при экспертизе промышленной безопасности оборудования опасных производств;

- рекомендации по использованию МФП для определения величины зерна металла при экспертизе промышленной безопасности объектов химических производств (взамен визуальной оценки по ГОСТ 5639);

• рекомендации по возможности применения МФП для оценки параметра критической температуры хрупкости — важной характеристики при экспертизе промышленной безопасности аппаратов, эксплуатируемых в условиях высоких температур и давлений или побывавших в области влияния огня.

Личный вклад соискателя в представленных к защите материалах состоит в идее использования методологии МФП в области промышленной безопасности, в проведении исследований, обработки данных, обобщении результатов, подготовке статей, докладов, отчетов. Совместно с к.т.н. доцентом Мамнновым A.C.,

б

докторами Булкиным В.А., Колмаковым А.Г. и Встовским Г.В. проводилось обсуждение и обобщение результатов.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации представлены и обсуждены на всероссийских н международных конференциях: 18-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» (Казань, КВАКУ, 2006), Всероссийской студенческой научно-технической конференции «Интенсификация тепло-массообменных процессов, промышленная безопасность и экология» (Казань, КГТУ, 2005), Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Сварка и контроль-2004» (Пермь, 2004), Международной научно-технической конференции «Сварка — XXI век. Славяновкне чтения» (Липецк, 2004), XIV, Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, экология» (Казань, КВАКУ, 2002), Международной научно-технической конференции «Композиционные материалы в авиастроении и народном хозяйстве» (Казань, 2001).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 13 публикациях, из них - 4 статьи, опубликованные в научных журналах, 9 тезисов докладов.

Объем н структура работы. Диссертационная работа изложена на 153 страницах, содержит 52 рисунка и 15 таблиц. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы (157 наименований).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе представлен литературный обзор по методам диагностирования состояния материала и оценки остаточного ресурса технических устройств объектов промышленной безопасности. По результатам литературного анализа установлены виды предельных состояний металла. Проанализированы рекомендуемые способы определения предельных состояний и выявлены их достоинства и недостатки. Выявлены новые и перспективные способы анализа структуры и свойств материалов. Па основании проведенного анализа литературных данных сформулированы задачи диссертационной работы.

Вторая глава содержит постановку задачи, описание объектов исследования, а также методы и методики экспериментальных исследований и обработки данных. О&ьектсшы исследования служили сталь марки 09Г2С, широко используе-

7

мая при изготовлении оборудования химических и нефтехимических производств, а также изображения шкал металлографических ГОСТов (5639, 5640, 8233), используемых для количественного анализа структур металла.

]1 качестве дополнительных объектов исследования использовали металл действующих ТУ, а также результаты механических испытаний и изображения , микроструктуры сталей перлитного класса других исследователей.

Основные результаты работы получены с использованием широкого набора методов исследования: стандартных методов механических испытаний, металлографических исследований, метода МФП изображений с применением программы МФ анализа МНШгот, разработанной Г.В. Встовским.

. 3. Особенности подготовки металлографических структур к мультнфракталыюму анализу при экспертизе промышленной . безопасности оборудования химических производств

Глава посвящена исследованию особенностей МФ обработки микроструктур металла и созданию методических рекомендаций подготовки изображений структур к МФ анализу. Проанализированы и выявлены причины возможных несоответствий в результатах МФП изображений, заключающиеся в особенностях приютовлення изображения металлографической структуры, цифровой фотосъемки и редактирования полученных изображений.

ВЬхАчтвх FE: Canon

Рис, 1. Исходное изображение с максимальным значением черного и белого (0/2Í5)

4s «i 133 leo зга

ИНГвНСИКОСТЬ

Рис.2. 3-х мерный вид графиков зависимостей упорядочен-

НОСТЬ-И11ТСПСИВНОСТЬ-Н|ГГС11СНВНОСТЬ.

Установлено, что изменения оттенков изображения существенно отражается на результатах МФП. Для исследования воздействия оттенков, исследованию подвергли условную «исходную» структуру, изображенную на рисунке 1. Для нее

был проведен перебор всех возможных комбинаций. В результате анализа выявлено важное свойство, согласно которому, изображения, у которых один из оттенков принимает максимальное значение (максимально черный ~ О или максимально белый - 255) имеют одинаковые значения показателей упорядоченности (0|-Рюо) (рис.2.) и одинаковые значения параметров однородности (Рд») (рис.3).

Помимо рассмотренных выше причин несоответствия результатов МФ анализа, разброс результатов могут вызвать различная плотность сканирования и фотографирования изображений структур, кроме тот, различные результаты МФ параметров имеют одинаковые изображения разной кратности,

В работе предлагаются меры по учету выявленных отклонений, заключающиеся н МФ анализе на минимальных значениях спектров кривых.

Таким образом, в результате проведенных исследований были установлены причины возможных рассогласований результатов МФ анализа и предложены рекомендации по их исключению и учету.

4. Использование методологии мультифрикталыюй параметризации при металлографических исследованиях металла оборудования объектов промышленной безопасности

Глава посвящена разработке принципов использования МФП для создания средств автоматизированного контроля величины зерна при металлографических исследованиях состояния металла в ходе экспертизы промышлешюй безопасности оборудования ОПО.

В настоящее время все более проявляется необходимость замены методики визуальной оценки микроструктуры металлов автоматизированным контролем, основанном на строгой количественной характеристике структур каждого типа. Перспектива в реализации данной альтернативы видится в использовании метода МФП.

Дли шиш>срждслия ирацдиъости предположений проведены исследования па изображениях 1 эталонной шкалы определения величины зерна сталей и спла-1Ю11 но 1 XX Л' 5639 предварительно отредактированных и соответствии с рекомендациями глады 3.1'ззмср изображений - 512x512 пикселей. Корреляция была найдена на iicciviociieicijJax при 100% охвате площади изображений при параметрах if-<200, генерация мери - - но белым пикселям.

Па оспою рсгрсссиопнот анализа результатов МФГ1 изображений были пол учены уравнения зависимости балла зерна металла от параметров упорядоченности (1)1-1)200) - уравнение 1 и однородности (F200) ~ уравнение 2. у.- -9793,9-ж* ■■ 6304,1-ШЯ.4 ■ х'-173,1-jr-0,566 (1)

jn>- 34W9791S-X4 •-5193,2067268-Jt5 - 4618,0667466 ■ -11824JS.216595 • х5 -

■•2267НМЗЗИ.>*' -23135^2468557'*-9818y>Gl7367 (2)

Полученные ураннепии иришдны для определения балла зерна по фотографиям структур, )> которых выикиены 'только границы зерен, однако в случае наличия дошшиитеиыпдх структурных составляющих, перетравленной структуры или наоборот, педосшгочио выявленных >раииц зерен, результаты МФ анализа искажаются и необходимо предусматривать меры по их учету. Такие возможности при анализе представляет способ взаимного учета МФ параметров в комплексе с количеством пикселей черною цвета (рис.4). Зависимости были получены также при взаимном учете параметров однородное™ и упорядоченности. Для экспресс-oitciiKH качостма структуры металла па рисунках приведены 3 области, представленные псблашприитной (I), промежуточной (II) и благоприятной (111) структурой.

МЬ1 АнАЧОНИИ CII«KT|>Olt

Метод внедрен и успешно используется наряду со стандартным в ПИ «Союзхимпромпроект» К1ТУ при металлофафических исследованиях, в ходе экспертного диагностирования ТУ на объектах промышленной безопасности.

14)0.4, Характер нлиянмя темны* зерен на 'лтчеция параметра однородное™ iijm минимальных значениях cucifiptm

2 2.25 i.e 2.73 з 3.25 F200

Авторы работы убеждены, что, применяя данную методику можно параметризироють любые металлографические шкалы, что невозможно никакими другими существующими способами.

ю

5. Возможности методологии мультифрактальиой параметризации н оценке ресурса безопасной эксплуатации оборудования химических и нефтехимических произведет** Глава посвящена испытаниям и исследованиям но реализации исполыюнания методологии МФП для оценки состояния металла оборудования химических производств из сталей перлитного класса при их обследовании с цслыо установления возможности и остаточного ресурса его дальнейшей эксплуатации, Рассматривается возможность использования МФП как неразрушающего метода экснрсес-oi icnitu механических свойств, позволяющего дополнить возможности традиционных методов. Для сталей рассматриваемого класса показана возможное«. определения критической температуры хрупкости по МФ параметрам однородности изображений структуры, являющейся одним из определяющих показателей материала оборудования опасных производств, определяющих его безопасную укеилузтаншо.

Для проверки чувствительности МФ парам строп изображений струюуры металла к его механическим свойствам из темилета стали 091 "2С были нодгтовлены комплекты стандартных образцов для испытаний па растяжение и ударную imtcocrih Дня провоцирования изменений механических свойств и.структуры, обра.тм для механических испытаний были подвергнуты пяти вариантам термической обработки:

1. Полный отжиг — (Т-930±10 °С в соляной ванне; выдержка 50-60 мин; охлаждение с печью до 100 °С затем на воздухе)

2. Закалка в масло — (Т-930± 10 °С в соляной ванне; выдержка 5 мин; охлаждение в масле (t=20-30°C) время выдержки -10 мин)

3. Закалка в щелочи — (Т-930±10сС в соляной ванне; выдержка 5 мин; охлаждение » щелочной ванне (1=350 ±5 °С) время выдержки -15-20 мип)

4. Закалка в воде - (T-93fctl0 °С в соляной ванне; выдержка 5 мип; охлаждение и воде (t=20-40 °С) время выдержки -10 мнп)^ имитирует быстрое охлаждение металла при тушении водой пожара па оборудовании опасных производств.

5. Нормализация - (T-93QtH0 °С в соляной ванне; выдержка 5 мип; охлаждение па воздухе)

Для образцов 2-5 дополнительно проведен низкий отпуск. На поверхности образцов на ударную вязкость изготовили металлО! рафичеекие микрошлифы. Процесс подготовки шлифов заключался в многократном иши^ювании Н полировании образцов с последующим травлением и 5% рас-пюре ажт'юй кислоты в этиловом спирте. Полученные структуры были сфсжпрафиропаны цнфропмм фотоаппаратом Pentax Optio 550 при увеличении xlOO, х200, х400 микроскопа MUM-1K.

и

Используя оптические возможности фотоаппарата, фотографирование проводили дополнительно при увеличении х250, х500, к1000 н х2000 крат. Предварительная подготовка изображений осуществлялась в соответствии с методикой, описанной в 3 главе. Из фотографий предварительно подготовили изображения размером 300x300 и 600x600 пикселей. Все изображения были проанализированы программой MFRDram. Генерацию меры проводили по белым пикселям, q=200. Корреляцию получили на нссндоснсктрах при 100% площади покрытия изображения.

♦ HXWTfttuuHinUi О0|>№1

а н'лр^^и pcicph}«p i itajnipdlnu« rowil (12х1мф) X ЛштмоИ 1фокнтТМО-обраят1.1(спш20)

31 90 , 21 ' 20 19 ID 1 0

2.1

3.1

ъл

у - -25,44Gx +93,215 R1 - 0,9305

l'xc.S. Зависимость параметра однородности от значений агносигелыкно удлинения при увеличении х250

э.« з,< з,г з

2,6

2,2 2

На.

о«ио я >1000 a »MOO

ft

ли

1 1 №

Рис.7. Гистограмма распределения значений параметра однородности в зависимости от структуры и увеличения иаоОражсвия

* ИмцмчинениыИ оЯракц (тсрмвоОрвСотка) □ lltai»»* рмераувр (OTI1Ç) 9<Ю~ .......

2.« 3,1

Т200

гл

. у - = 404,13х - 532,54 R - 0,9521

Рис.6. Зависимость параметра однородности от значений «редела прочности при увеличении х250

Для подтверждения полученных па имитационных термообработанных образцах закономерностей взаимосвязи МФ параметров изображений структуры металла с его механическими свойствами, а также проверки распространения действия этой закономерности на все стали перлитного класса, дополнительно былиисследо-вапы структуры реальных ТУ и данные работ Герасимова В.В. (водогрейный котел) и Горбачева C.B. (ТМО-образцы). 12

В результате практически во всех случаях наблюдаются устойчивые корреляции значений МФ параметров изображений структуры с механическими свойствами металла Примеры взаимосвязей приведены на рисунках 5-6. Дня изображений кратности 250, 1000 и 2000 найлепы уравнения регрессий МФ параметров однородности ц упорядоченности с механическими свойствами (предел прочности ои, условный предел текучести твердость ПВ, ударная шггкосп. КСУ, отиоси-тельпые удлинение 8 и сужение у) сталей перлитного класса.

Предложенный подход ири увеличениях хЮОО и х2000 познолие!' четко обличать структуру закалочного типа (вариант №4) от шрук-гур йодной» диффузионного распада (рис.7), что удобно использовать, к примеру, для экснрссс-опспки состояния металла участков элементов оборудования, которые били подпер) пупа действию огня при пожарах на производстве и подкалились нритушепии.

Прнменеиие метода МФП к изображениям структур, принедешшх в работах Горицкого В.М. по исследованию критической температуры хрупкости ста ни 09Г2МФБ, позволили получить наглядные иллюстрации возможности установления ее взаимосвязи с МФ параметром однородности (рис.К,9) и создании перазру-шающего метода для оценки состояния металла по зтому параметру.

20» 1ио 120 но ¿о

и« ю-1

Ч \

10" 10'

10а

Рис.8. Зависимость параметра однородности Е200 от скорости охиаждс1п)Я Цнп стали 09Г2МФБ.

Рис.9. А'!'« в записи мосл и оч' и,,,, сгалн 0912МФН после иыдержки 500 и 1000ч (2,4) при 450 °С (ко I 'орицкому П.М.).

В результате методических и экспериментальных исследований проведена адаптация методологии МФП для решения задач промышленной безопасности. 11 частности получена возможность оценки текущих значении механических свойств металла оборудования из сгалей перлитного класса посредством МФ анализа изображений металлографических структур и разработки на их основе карг якснрссс-оценки технического состояния металла обследуемого оборудования химических производств (рис. 10), и установления его соответстаии 'требованиям промышленной безопасности, отраженные в «областях» допускаемых и критических значений МФ параметров, соответствующих значениям механических сиойстн. Кроме пи*», ¡юлу-

ченные возможности оценки текущих значений механических характеристик позволяют значительно упростить выполнение рекомендаций по определению ресурса оборудования но критерию изменения механических свойств (РД 03-421 разд.63.).

В развитие выполненных исследований был проведен анализ браковочных структур, приведенных в работах Горицкого В.М. и Крутасовой Е.И, по изучению явлений тепловой хрупкости. В результате МФ анализа было установлено, что характер изменения значений МФ параметров для процесса тепловой хрупкости (1) отличается от характера измерений в процессах, изученных для имитационных и дополнительных образцов, приведенных в начале 5 главы (2) (рис.11). Разработанные карточки экспресс-оценки (рис.10) также отражают состояния, свойственные процессам тепловой хрупкости, как выходящие за область допустимых значений МФ параметров. Для полученных кривых (рис.11.) найдены уравнения, описывающие характер процессов:

у =» -5,7857х + 2,08 (1) _____ягм

о область допустим« >на-"|01»«а ЦЕЛ □ Область жтустимми значений м№ сеойст» хСракОДОС

* ер» 12X1М®

* адорбар (момент доследования) о здеорвер (1ача1* *ксллу*"**ч0

у = -4,5134х + 1,7841 (2)

«I роим мучамны* структур«

о рекомендуешь* структуры 12X1 МФ & Ораноаочняи структура X брдоиочнэп структур« 09Г2С

та

3.8

■м

-0.49-

Рис.11. Характер изменения МФ параметров при процессах тепловой хрупкости (1); при различных вариантах термической обработки без продолжительного (£ 60 мха) теплового воздействия на металл (2) (х250)

Рис. 10. Карта экспресс оценки технического состоя-пив ТУ стали ООП2С В качестве примера оценки ресурса по предложенной методике и рекомендациям, проведен расчет обечайки адсорбера, приведенного на фрагменте техио-. логической схемы производства ДССК (рис.12). 1) 1 Тропюзировэн ие ресурса по критерию коррозионного (эрозионного) изпоса (7» с учетом фактических значений механических характеристик, выраженных в МФ параметрах. Материал: сталь 09Г2С

Рис.12 Фрагмент монмжво-техяологической схемы производства сипетичесгого каучука (отделение подготовки стирола)

ÄV : 10,0 мм ■ фактическая минимальная толщина стенки; S/> ■ ■ расчетная (отбраковочная) томщипа стенки, мм; }' - • 1,4 МПа ■ расчетное давление; I)•: 2000 мм • внутренний диаметр обечайки корпуса; <р -1 • ■ коэффипиент прочности шва;

И ■ ■ допускаемое напряжение при расчетной температуре (^=200 ®С); а ■ ■ скорость раш юморной коррозии, мм/шд; Sh 1' 12 мм- исполнительная толщина стенки;

t' ■■ 28 лет ■ ■ нремя от начала эксплуатации до момента обследования; с - 0,5 мм прибавка па коррозионный (эрозионный) износ;

, . . f «г;™ о-;» <г™ er?" \ ( «л «л "г «i )

- установленные в диссертации уравнения зависи-cr¡"" "■■1763,1-Ли,■!■ 22W; мостей предела прочности н текучести от МФ па-

^ш» 47з ./i"2oo- К63 4 * рамстров однородности и упорядоченноетн при

увеличении х250.

(гф 1 - фактическое напряжение » обечайке адсорбера;

2-(.S„-c)-jn

По результатам МФ11 изображения металлографической структуры, значения параметров 1'200 и Д^о - составили соответственно 2,45 н -0,135. Значения МФ параметров на момент начала эксплуатации соответствующие значениям механических свойств (iib сертификату) составили 2,712 и -0,21. Результат расчет: а = 0,07 мм/гож [а] = 165 МПа; Sr -0,85 см; аф " 148 МПа; 7 )с •; 21,4 год. Гамма-нроцептный остаточный ресурс составляет 17 лет.

При нанесении полученных результатов на карту экспресс-оценки (рнс.1)) видно, что «точки состояния» на момент обследования и начала эксплуатации находится и пределах допускаемых значений МФ параметров, однако, учитывая, что отклонения параметров 1;200 и Дэдо относительно F200<o) и й2оо<о> превышает 5%, согласно 1'Д 03-421-01 необходимо выполнение расчета остаточного ресурса но изменению параметров.

2) I Дюпкмироиание остаточного ресурса (Тщ,) по изменению МФ параметров.

. Г|/--200 [1-200( 1Лж-[Л1М|,| Иоо(01-«оо| ^иио^Див!

......- ■ ---------г-----; -----;-;

^ «, a¡ J t I

где [1:200'J, [Л20о] ■ * допускаемые значения МФ параметров однородности и упорядоченности.

С учетом фактического напряжения и приведенных выше уравнений записи мости, соответственно равны [F200] = 2,197; [Ajoo] = -0,092.

F200, Дцоо, F200(o), Аад«) " значения МФ параметром однородности и упорядоченности на момент обследования и в начале эксплуатации (0); Результаты расчета: al = 0,01; а2 = 0,0027; ТМф~ 16 лет.

IIa примере адсорбера проведен расчет остаточного ресурса но д»ум критериям предельного состояния: оценка остаточного ресурса но критерию коррозионного износа стенки элемента аппарата и оценка остаточного ресурса но критерию' изменения МФ параметров, характеризуювщх изменения механических свойств металла аппарата.

Согласно «методическим указаниям...» 1'Д 03-421-01 при оценке остаточного ресурса на основании нескольких критериев предельного состояния, остаточный ресурс прогнозируется по критерию, который определяет минимальный срок остаточного ресурса. По результатам расчетов в приведенном примере доминирующим критерием является критерий изменения МФ параметров (механических характеристик металла).

Согласно предписанию РД 03-421-01, не зависимо от результатов расчетов, остаточный ресурс не должен превышать 10 лет. Таким образом, в приведенном примере прогнозируемый остаточный ресурс безопасной эксплуатации принимается равный 10 годам.

В первом случае примера расчета (но критерию коррозионного износа), остаточный ресурс рассчитан по традиционной методике с тем отличием, что при расчетах использованы фактические к моменту обследования характеристики металла. При традиционных расчетах по существующим методикам в расчетах используются нормативные характеристики. Таким образом, очевидно, что результаты расчета в приведенном примере бесспорно обтлктивпее.

Во втором случае примера проведена оценка ресурса безопасной эксплуатации на основе методологии МФП, которая значительно упрощает существующую методику прогнозирования ресурса аппаратов но изменению механических характеристик, предусматривающую оценку характеристик металла испытанием образцов, изготовленных из вырезки обследуемого аппарата. Таким образом, очевидно, что прогнозирование ресурса по нрсдла[«емой меюдике несоизмеримо выгоднее в экономическом и временном исчислении, так как она исключает' необходимость разрушения аппарата и последующего его ремонта.

выводы

Разработана методика оценки ресурса безопасной эксплуатации оборудования химических и нефтехимических производств из сталей перлитного класса на основе методологии мультафрактальной параметризации (МФП). В соответствии с приведенной методикой на примере адсорбера производства ДССК (дивинил -стирольного синтетического каучука), выполнен расчет остаточного ресурса. Создана методика оценки уровня механических свойств сталей перлитного класса по МФ параметрам изображений металлографической структуры поверхности металла оборудования химических производств с целью установления соответствия значений механических свойств требованиям промышленной безопасности. Полученные возможности оценки текущих значений механических характеристик позволили упростить выполнение рекомендаций стандартных методик определения ресурса оборудования по критерию изменения механических свойств.

На примере стали 09Г2С разработаны карты экспресс оценки состояния металла обследуемого оборудования химического производства с целью установления его соответствия требованиям промышленной безопасности, отражающие области граничных значений МФ параметров. Границами областей являются соответствующие МФ параметрам значения механических свойств. Дня сталей перлитного класса показана возможность оценки критической температуры хрупкости по МФ параметрам однородности изображений структуры, являющейся одной из характерных показателей материала оборудования опасных производств, определяющих его безопасную эксплуатацию; Разработана и внедрена в ПИ «Союзхнмпромпроекг» КГТУ метод определения величины зерна металла с использованием МФП при металлографических исследованиях, в ходе выполнения экспертизы промышленной безопасности оборудования химических производств.

Разработанные методы апробированы на практике на реальных производственных объектах и фотографиях микроструктуры с известными значениями механических свойств для оборудования нз сталей перлитного класса; Разработаны методические рекомендации подготовки изображений структур, развиты методические подходы к обработке полученных результатов и их адаптации к особенностям структуры и механических свойств перлитных сталей, широко используемых для изготовления оборудования химических производств.

Автор выражает искреннюю благодарность научному консультанту, доктору физико-математический наук, ведущему научному сотруднику института химической физики им. A.A. Семенова Встовскому Григорию Валентиновичу за любезное предоставление программы мультифрактального анализа изображений MFRDrom, а также за продуктивные дискуссии и обсуждения результатов исследований.

Основные результаты работы представлены в следующих публикациях:

1. Анваров А.Д. Возможность идентификации механических свойств металла оборудования химических производств при экспертизе промышленной безопасности на базе метода мультнфрактальной параметризации / А.Д. Анваров, A.C. Маминов, В.А. Булкин, Г.В. Встовский // Вестник Казанского технологического университета. - 2006. - №1. - С.77-82.

2.Анваров А.Д. Перспектива использования метода мультифрактального анализа изображений структур металла в решении задач безопасной эксплуатации технических устройств опасных производственных объектов / А.Д. Анваров, A.C. Маминов, В А. Булкнн, Г.В. Встовский // Контроль. Диагностика. - 2006. - Ш1. - С. 17-22.

3. Анваров А.Д. Влияние параметров получения цифрового изображения структуры металла на результаты его мультифрактального анализа / АД Анваров, A.C. Маминов, В.А. Булкин, Г.В. Встовский // Материаловедение—2006. - №7.-С. 10-16.

4. Магсумова А.Ф. Исследование поверхностных свойств титановых и алюминиевых сплавов различных марок / А.Ф, Магсумова, А.Д. Анваров, М.И. Коновалов, J1.M. Амирова// Материаловедение—2004. -№11. — С.11-15.

5. Анваров АД. Методика подготовки изображений к мультифрактальному анализу / А.Д. Анваров, A.C. Маминов //18-я Всероссийская межвузовская научно-технической конференция «Электромеханические и внутри камерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среда, веществ, материалов и изделий», - Казань.-2006.-С.254-256.

6. Анваров AJI. Влияние параметров получения цифрового изображения структуры на характеристики однородности и упорядоченности / А.Д. Анваров, A.C. Маминов //18-я Всероссийская межвузовская научно-технической конференция «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и метода контроля, природной среды, веществ, материалов и изделий», • Казань.- 2006. -С.249-251.

7. Анваров АД. Стратегия прогнозирования безопасной эксплуатации технических устройств на базе топографии структуры материалов / А.Д Анваров, Д.В. Никитин,

19

Л.С, Мамином, И-Л. Ьулкин // Всероссийская студенческая научно-техническая конференция «Mi ггепсификация тешю-массообменных процессов, промышленная безопасность и эхоло) ия», Сб. с га гей. - Казань.—2005.—С.241-245.

8. Сологюва КА. Обоснование термической обработки сварных соединений из стали 12ХШ1ШГ но критериям структуры и свойств / H.A. Солонова, Ф:И. Мурата-С1ц Л.Д. Лнваров И Международная научно-техническая конференция «Сварка -XXI век. Сланяповкие чтении», Сб. статей. — Липецк. — 2004.- С.228-234.

9. Солопоеа IIA. Исследовании структуры и свойств сварных соединений трубопровод он из стали 12X18111 ОТ но вариантам технологии и эксплуатации/ H.A. Солонона, Л.Д Лнваров, Ф.И. Муратаев // Всероссийская с международным участием пау4i кнтехиичсска и конференция «Сварка и контроль-2004», Тез. докладов. 1.3 ■ Пермь.- 2004. - С. 270-276.

10. Мамино» A.C. Метод оценки сопротивления усталости корпусных сталей сосудов и трубопроводов асимметричным нагрузкам в коррозионной среде / A.C. Мамино», Ф.И. Муратаев, Л.Д. Анваров, М.И. Коновалов // XIV Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Внутрнкамерные процессы в энергсггичсских установках, акустика, диагностика, экология», Тез. докладов. ■ ■ Казани - 2002. - С.223-225.

11. Муратаев Ф.И. Исследование причины разрушения трубопровода / Ф.И. Муратов, Л.С. Мамино», Л.Д. Лнваров // Международная научно-техническая копферс1щия «Композиционные материалы в авиастроении и народном хозяйств», Сб. тезисов. •:■ Казань. - 2001. - С.30,

12. Мурсапта Ф.И. Определение марки материала корпуса насоса по результатам исследования микроструктуры и твердости / Ф.И. Муратаев, A.C. Мамннов, Л .Д. Лнваров // Международная научно-техническая конференция «Композиционные материалы в авиастроении и народном хозяйстве», Сб. тезисов. — Казань.-2001, • С.31.

13. Муратаев Ф.И. Исследования качества металла осушителей иирогаза К-204Л к К-2041» / Ф.И. Муратаев, A.C. Мамииов, АД. Анваров // Международна» научно-т'схпнчсская конференция «Композиционные материалы в авиастроении и народном хозяйстве», Сб. тезисов. - Казань. - 2001. - С.27.

Соискатель

Анваров А .Д.

Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ.л. 1,25, Усл.печл. 1,16, Усл.кр.-отг, 1,16, Уч,-изд.л. 1,0. Тираж 100. Заказ И203.

Типография Издательства Казанского государствен но го технического университета 420111,Казань, К.Маркса, 10

Список сокращений.

Введение.

1. Состояние экспертизы промышленной безопасности технических устройств опасных производств.

1.1. Методические указания по проведению экспертного диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы технических устройств.

1.1.1. Порядок проведения технического диагностирования

1.1.2. Анализ повреждения и параметров технического диагностирования

1.1.3. Уточненные расчеты на прочность и определение критериев предельного состояния.

1.1.4. Определение ресурса и остаточного срока эксплуатации технических устройств.

1.2. Изменение физико-механических характеристик, процессы охрупчивания в материалах. Эксплуатационные факторы, обуславливающие процессы охрупчивания.

1.2.1. Деградационные процессы и выявление определяющих параметров технического диагностирования.

1.2.2. Изменение механических свойств материалов.

1.2.2.1. Разупрочнение.

1.2.2.2. Упрочнение.

1.2.2.3. Технологические факторы охрупчивания.

1.2.2.4. Эксплуатационные факторы охрупчивания.

1.2.2.5. Диагностическая карта опознания вида хрупкости.

1.3. Оценка механических свойств и структуры металла при проведении технического диагностирования.

1.3.1. Оценка механических свойств.

1.3.2. Металлографические исследования.

1.3.2.1. Исследование макроструктуры металла.

1.3.2.2. Исследование микроструктуры металла.

1.3.3. Оценка качества металла методом мультифрактального анализа.

Актуальность темы

Согласно статье 13 федерального закона №116 «О промышленной безопасности производственных объектов» [1] экспертизе промышленной безопасности (ЭПБ) подлежат: проектная документация на строительство, расширение ., и ликвидацию опасного производственного объекта (ОПО); технические устройства (ТУ), применяемые на ОПО\ здания и сооружения на ОПО; декларация ПБ и иные документы, связанные с эксплуатацией ОПО.

Представленная работа выполнена в контексте ЭПБ технических устройств (сосуды и аппараты: колонны, реакторы, резервуары, теплообменные аппараты, фильтры, ресиверы и др. технологическое оборудование химических производств), применяемых на химических и других ОПО. ЭПБ технических устройств проводится индивидуально каждой единицы, опасность которой зависит от условий эксплуатации (Р, t, среда), которые и определяют его группу (от гр. 56 до гр.1 по ОСТ 26 291).

Технические устройства (ТУ), эксплуатирующиеся на потенциально опасных производствах, к которым можно отнести оборудование химических газо- и нефтеперерабатывающих производств, длительное время находившиеся в эксплуатации, потенциально подвержены высокой степени деградации структуры и изменению физико-механических свойств материала, его повреждением, как в результате воздействия эксплуатационных факторов, так и технологических факторов на стадии изготовления и монтажа. При этом на фоне низкой инвестиционной и инновационной активности значительное внимание необходимо уделять формированию методологии оценки остаточного ресурса и продлению сроков безопасной эксплуатации потенциально опасных производственных объектов с минимизацией риска возможных аварий и катастроф. В связи с этим приоритетное направление приобретает экспертиза промышленной безопасности, целью которой является определение соответствия потенциально опасного производственного объекта предъявляемым к нему требованиям безопасности. Экспертиза проводится с учетом комплексной оценки параметров технического состояния объекта на основе методов и средств технической диагностики и системы количественных критериев и параметров прочности, безопасности, риска, живучести и ресурса [2].

В настоящее время большая часть ТУ нефтегазохимических производств отработала нормативный ресурс. Дальнейшая эксплуатация такого оборудования возможна только с разрешения органов Ростехнадзора на основании заключений промышленной безопасности, выполненных экспертной организацией, имеющей лицензию па проведение соответствующих работ.

В качестве базовой концепции оценки технического состояния ТУ опасных производств используется подход, основанный на принципе «безопасной эксплуатации по техническому состоянию», согласно которому оценка технического состояния ТУ осуществляется по параметрам технического состояния (ПТС). В качестве определяющих ПТС принимают параметры, изменение которых может привести объект в неработоспособное или предельное состояние, то есть к его разрушению или созданию аварийной ситуации.

Одним из важных ПТС является состояние металла ТУ - его механические характеристики, которые под действием технологических (изготовление, транспортировка, монтаж) и эксплуатационных (условия эксплуатации -температура, давление, среда, цикличность) факторов могли измениться относительно своего исходного состояния.

Нормативные документы предписывают при экспертизе промышленной безопасности, в зависимости от условий эксплуатации, выполнение механических испытаний и металлографических исследований структуры металла ТУ.

Результаты испытаний используются при выполнении поверочных прочностных расчетов и далее при расчетах остаточного ресурса.

Однако на практике выполнение указанных испытаний невозможно из-за временных факторов (остановки на ремонт кратковременны) и нецелесообразны, так как вырезки образцов и последующий ремонт с применением сварки наносят вред (возникают дополнительные напряжения) металлу а, следовательно, и обследуемому оборудованию.

Использование же нормативных расчетных значений механических характеристик при выполнении прочностных расчетов ТУ, отработавших 20-30 и более лет в жестких условиях, некорректно. Поэтому поиск информативного способа определения механических свойств металла, без разрушения элемента ТУ, с предъявляемыми требованиями по удобству достоверности и быстроте, весьма актуальная задача.

Для реализации данной проблемы видится перспективным установление взаимосвязи механических свойств металла с результатами мультифрак-тальной параметризации цифровых изображений его микроструктуры.

Созданная в ИМЕТ им. А.А. Байкова РАН в начале 90х годов прошлого века методология мультифрактальной параметризации структур материалов, подробно описанная в трудах А.Г. Колмакова [3], Г.В. Встовского [4,5], нашла широкое применение. Однако для сталей перлитного класса, широко применяемых для изготовления оборудования опасных производств, необходимо провести соответствующую работу по адаптации методики. Важно также разработать четкий алгоритм подготовки металлографических шлифов и предварительной обработки, полученных при фотографировании структуры, изображений.

Мультифрактальная параметризация является более совершенным видом представления теории фракталов. Под фракталами принято подразумевать структуру, состоящую из частей, которые, в каком то определенном смысле, подобны целому. Однако понятия самоподобия и масштабной инвариантности, заложенные в основе теории фракталов не могут полностью описать реальные природные структуры. Поэтому возникла так называемая теория мультифрактального формализма или мультифрактальная параметризация, которая благодаря дополнительному математическому анализу позволяет оценивать параметры однородности и упорядоченности, характеризующие меру нарушения самоподобия и отражающие геометрическую неоднородность составляющих изображения.

Этот алгоритм успешно реализован в программе MFRDrom, разработанной д.ф-м.н. В.Г. Встовским [4,5].

Целью работы является разработка методики оценки ресурса безопасной эксплуатации оборудования химических производств на основе методологии мультифрактальной параметризации.

Научная новизна полученных результатов заключается в том, что в диссертации впервые:

- разработана методика оценки ресурса безопасной эксплуатации оборудования химических производств по МФ параметрам металлографической структуры его поверхности. На примере адсорбера производства ДССК (дивинил - стирольного синтетического каучука), выполнен расчет остаточного ресурса по изменению МФ параметров.

- создан метод оценки уровня механических свойств сталей перлитного класса по МФ параметрам изображений металлографической структуры поверхности металла оборудования химических производств, с целью установления соответствия значений механических свойств требованиям промышленной безопасности;

- разработаны методические рекомендации предварительной подготовки изображений структур к МФ анализу, развиты методические подходы по обработке полученных результатов и их адаптации к особенностям структуры и механических свойств перлитных сталей, широко используемых для изготовления оборудования химических производств;

- для сталей рассматриваемого класса показана возможность оценки критической температуры хрупкости по МФ параметрам однородности изображений структуры, являющейся одним из определяющих показателей свойств материала оборудования опасных производств, определяющих его безопасную эксплуатацию;

- разработана методика определения величины зерна металла с использованием МФП при металлографических исследованиях в ходе выполнения экспертизы промышленной безопасности оборудования химических производств.

Практическая ценность состоит в том, что разработанные методика и методические рекомендации обеспечивают возможность при проведении экспертизы промышленной безопасности проводить оценку фактических механических свойств металла оборудования химических и нефтехимических производств (СКИ - синтетического каучука изопренового, изопрена, этилена, олигомеров, стирола и полиэфирных смол и других) неразрушающим способом, без вырезки образца, исключая потенциальную вероятность снижения безопасности его эксплуатации.

Использование фактических значений механических характеристик повышает объективность результатов поверочных расчетов и расчетов остаточного ресурса безопасной эксплуатации ТУ.

Предлагаемый метод определения величины зерна при металлографических исследованиях металла ТУ в ходе проведения ЭПБ исключает ошибки человеческого фактора, имеющие место при традиционных методах, заключающихся в визуальной идентификации изображений структур, приведенных в ГОСТ.

Разработанные метод и рекомендации, наряду со стандартными используются в ПИ «Союзхимпромпроект» КГТУ при экспертном диагностировании оборудования на ОАО «Нижнекамскнефтехим».

Достоверность полученных результатов и научная обоснованность основных выводов диссертационной работы обеспечивается применением комплекса стандартных методов определения механических свойств материалов, большого числа испытанных образцов, согласованностью данных модельных и реальных образцов. При испытаниях были использованы стандартные поверенные приборы. Результаты испытаний являются хорошо воспроизводимыми.

Использованные положения методологии мультифрактальной параметризации структур, созданной в ИМЕТ им. А.А. Байкова РАН, прошли апробацию и обсуждение в многочисленных публикациях и на конференциях у нас в стране и за рубежом, в том числе в ведущих научных журналах по физике и материаловедению. В настоящее время эта методология используется для анализа материалов самой различной природы в целом ряде организаций, проводящих научные исследования как фундаментального, так и прикладного характера.

Личный вклад соискателя в представленных к защите материалах состоит в идее использования методологии МФП в области промышленной безопасности, в проведении исследований, обработки данных, обобщении результатов, подготовке статей, докладов, отчетов. Совместно с к.т.н. доцентом Маминовым А.С., докторами Булкиным В.А., Колмаковым А.Г. и Встовским Г.В. проводилось обсуждение и обобщение результатов.

Работа состоит из введения и пяти глав.

В первой главе представлен анализ литературы по методам диагностирования состояния материала и оценки остаточного ресурса технических устройств объектов промышленной безопасности и показаны недостатки этих методов. Выявлены новые перспективные методы анализа деградации структуры и свойств материалов. Приведены примеры условий работы технических устройств, основных материалов, используемых при их изготовлении. Вторая глава содержит характеристику объектов и методов исследования. Третья глава посвящена особенностям подготовки металлографических структур к МФ анализу при выполнении экспертизы промышленной безопасности оборудования химических производств. Проанализированы и выявлены причины рассогласований результатов мультифрактальной параметризации изображений. В четвертой главе на примере определения величины зерна металла показана возможность проведения количественного анализа металлографических изображений по результатам мультифрактальной параметризации. Пятая глава посвящена поиску и установлению корреляционных связей механических свойств стали марки 09Г2С и других сталей перлитного класса с мультифрактальными параметрами однородности и упорядоченности изображений структур стали этой марки. Показана возможность получения информации о критической температуре хрупкости материалов по муль-тифрактальным параметрам. Полученные результаты были использованы для оптимизации существующих методов прогнозирования и оценки остаточного ресурса оборудования химических производств по параметрам изменения механических свойств, а также разработке методологии оценки ресурса оборудования по параметру изменения МФ свойств. На их основе были разработаны карты экспресс оценки технического состояния оборудования химических производств из стали 09Г2С.

выводы

1. Разработана методика оценки ресурса безопасной эксплуатации оборудования химических и нефтехимических производств из сталей перлитного класса на основе методологии мультифрактальной параметризации (МФП). В соответствии с приведенной методикой на примере адсорбера производства ДССК (дивинил - стирольного синтетического каучука), выполнен расчет остаточного ресурса.

2. Создана методика оценки уровня механических свойств сталей перлитного класса по МФ параметрам изображений металлографической структуры поверхности металла оборудования химических производств с целью установления соответствия значений механических свойств требованиям промышленной безопасности. Полученные возможности оценки текущих значений механических характеристик позволили упростить выполнение рекомендаций стандартных методик определения ресурса оборудования по критерию изменения механических свойств.

3. На примере стали 09Г2С разработаны карты экспресс оценки состояния металла обследуемого оборудования химического производства с целью установления его соответствия требованиям промышленной безопасности, отражающие области граничных значений МФ параметров. Границами областей являются соответствующие МФ параметрам значения механических свойств.

4. Для сталей перлитного класса показана возхможность оценки критической температуры хрупкости по МФ параметрам однородности изображений структуры, являющейся одной из характерных показателей материала оборудования опасных производств, определяющих его безопасную эксплуатацию.

5. Разработана и внедрена в ПИ «Союзхимпромпроект» КГТУ метод определения величины зерна металла с использованием МФП при металлографических исследованиях в ходе выполнения экспертизы промышленной безопасности оборудования химических производств.

6. Разработанные методы апробированы на практике на реальных производственных объектах и фотографиях микроструктуры с известными значениями механических свойств для оборудования из сталей перлитного класса.

7. Разработаны методические рекомендации подготовки изображений структур, развиты методические подходы к обработке полученных результатов и их адаптации к особенностям структуры и механических свойств перлитных сталей, широко используемых для изготовления оборудования химических производств.

1. О промышленной безопасности опасных производственных объектов. Федеральный закон №116-ФЗ.

2. Экспертиза промышленной безопасности сосудов, аппаратов и трубопроводов химических, газо- и нефтеперерабатывающих производств / под ред. Ю.Г. Матвиенко // Сб. мат-ов Школы-семинара 2003г. Подольск: Афиша. -2004.- 190 с.

3. Колмаков А.Г., Использование положений системного подхода при изучении структуры, особенностей пластической деформации и разрушения металлов. // Металлы, 2004, №4, с. 98-107.

4. Встовский Г.В. Введение в мультифрактальную параметризацию структур материалов / Г.В. Встовский, А.Г. Колмаков, И.Ж. Бунин // Ижевск: Научно-издательский центр "Регулярная и хаотическая динамика". 2001. - 116 с.

5. Встовский Г.В. Элементы информационной физики / Г.В. Встовский М.: МГИУ, 2002.-260с.

6. ПБ 03-246-98. Правила проведения экспертизы промышленной безопасности. -16 с.

7. ПБ 03-585-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов.

8. ПБ 08-624-03. Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности.

9. ПБ 03-584-03. Правила проектирования, изготовления и приемки сосудов и аппаратов стальных сварных.

10. ПБ 03-576-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

11. ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения.

12. ГОСТ 27-002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.

13. РД 26.260.16 2002. Экспертное техническое диагностирование сосудов и аппаратов. Работающих под давлением на объектах добычи и переработки газа, газового конденсата и нефти в северных районах Российской Федерации и подземных газохранилищ.

14. РД 03-421-01. Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов. 130 с.

15. ИТН-93. Инструкция по техническому надзору, методам ревизии и отбраковке трубчатых печей, резервуаров, сосудов и аппаратов нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. Волгоград. 1993.

16. ИТНЭ-93. Инструкция по техническому надзору и эксплуатации сосудов, работающих под давлением, на которые не распространяются Правила Госгор-технадзора. Волгоград: ВНИКТИнефтехимоборудование. 1994. - 61 с.

17. РД 03-380-00. Инструкция по обследованию шаровых резервуаров и газгольдеров для хранения сжиженных газов под давлением.

18. РД 03-410-01. Инструкция по проведению комплексного технического освидетельствования изотермических резервуаров сжиженных газов.

19. РД 34.17.446-97. Методические указания по техническому диагностированию труб поверхностей нагрева паровых и водогрейных котлов.

20. ИЗ-94. Инструкция по диагностированию состояния резервуаров установок сжиженного газа.

21. И4-94. Инструкция по диагностированию технического состояния сосудов промышленных аммиачных холодильных установок.

22. М1-95. Методика диагностирования технического состояния промышленных холодильных установок.

23. М2-96. Методика диагностирования технического состояния и определения остаточного ресурса центробежных компрессоров и насосов.

24. МЗ-96. Методика диагностирования технического состояния трубопроводов промышленных аммиачных холодильных установок.

25. М4-96. Методика диагностирования технического состояния и оценки остаточного ресурса аппаратов для гидролиза. ЦЕНТРХИММАШ.

26. М6-98. Методика технического диагностирования технического сосудов машин аммиачного комплекса с истекающим сроком службы для определения возможности дальнейшей эксплуатации. ЦЕНТРХИММАШ.

27. РД 09-241-98. Методические указания по обследованию технического состояния и обеспечению безопасности при эксплуатации аммиачных холодильных установок.

28. РД 08.95-95 Положение о системе технического диагностирования сварных вертикальных цилиндрических резервуаров для нефти и нефтепродуктов.

29. РД 14-001-99. Методические указания по техническому диагностированию и продлению срока службы стальных баллонов, работающих под давлением. ОАО «УралНИТИ».

30. ОСТ 26-2079-80. Швы сварных соединений сосудов и аппаратов, работающих под давлением. Выбор методов неразрушающего контроля.

31. ГОСТ 18353-79. Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов.

32. РД 03-606-03. Инструкция по визуальному и измерительному контролю.

33. ГОСТ 14782-86. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые.

34. ГОСТ 22368-77. Контроль неразрушающий. Классификация дефектности стыковых сварных швов по результатам ультразвукового контроля.

35. ОСТ 26-2044-83. Швы сварных соединений сосудов и аппаратов, работающих под давлением. Методы ультразвукового контроля.

36. РДИ 38.016-94. Инструкция по ультразвуковому контролю сварных соединений технологического оборудования. ВНИКТИнефтехимоборудование, Волгоград: 1994.-60с.

37. РДМ 26-01-128-80. Инструкция по ультразвуковому контролю стыковых швов сталей аустенитного и аустенитно-ферритного классов с толщиной стенки от 8 до 30 мм. НИИХИММАШ, 1980.

38. РД-39-1-92. Ультразвуковая дефектоскопия водородно-индуцируемых расслоений в корпусе аппаратов и в сварных прямошовных трубах из углеродистых и низколегированных сталей.

39. ДБС-2-92. Методические указания по применению методик ультразвукового контроля основного металла и сварных соединений оборудования и трубопроводов в процессе эксплуатации Оренбургского газохимического комплекса. Техдиагностика.

40. РД 34.17.302-97. Котлы паровые и водогрейные. Трубопроводы пара и горячей воды, сосуды. Сварные соединения, контроль качества. Ультразвуковой контроль качества. Ультразвуковой контроль. Основные положения (ОП 501 ЦД-97).

41. ГОСТ 7512-82. Контроль неразрушающий. Радиографический метод.

42. ГОСТ 20426-82. Контроль неразрушающий. Методы дефектоскопии радиационные. Область применения.

43. ОСТ 26-1 1-03-81. Швы сварных соединений сосудов и аппаратов, работающих под давлением. Радиографический метод контроля.

44. ОСТ 36.59-81. Контроль неразрушающий. Сварные соединения трубопроводов и конструкций. Радиографический метод.

45. ГОСТ 18442-80. Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования.

46. ГОСТ 26182-84. Контроль неразрушающий. Люминесцентный метод течеи-скания.

47. ОСТ 26-5-88. Контроль неразрушающий. Цветной метод контроля сварных швов наплавленного и основного металла.

48. ГОСТ 21105-87. Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод.

49. РДИ 38.18.017-94. Инструкция по магнитопорошковому контролю оборудования и сварных соединений. ВНИКТИнефтехимоборудование, Волгоград: 1994.-41с.

50. ГОСТ 20415-82. Контроль неразрушающий. Методы акустические. Общие положения.

51. ОСТ 92.1500-84. Контроль неразрушающий. Сварные конструкции при прочностных испытаниях. Акустико-эмиссионный метод.

52. РД 03-131-97. Правила организации и проведения акустической эмиссии контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов.

53. Методика проведения акустико-эмиссионного контроля переходов трубопроводов. НПП «Ультратест», СЖС «Энергодиагностика».

54. Методика проведения акустико-эмиссионного контроля трубопроводов. НПП «Ультратест».

55. Методика проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов и аппаратов, работающих под давлением. НГТП «Ультратест».

56. MP 38.18.015-94. Методические рекомендации по акустико-эмиссионному контроля сосудов, работающих под давлением и трубопроводов нефтехимических производств. Волгоград: Минтопэнерго РФ, ВНИКТИнефтехимобо-рудование.

57. Герасимов В.Г. Неразрушающий контроль. Книга 3. Электромагнитный контроль / В.Г. Герасимов, А.Д. Покровский, В.В. Сухоруков. М.: Высшая школа, 1992.-312 с.

58. ГОСТ 28702-90. Контроль неразрушающий. Толщиномеры ультразвуковые. Общие технические требования.

59. РД 24.200.04-90 Швы сварных соединений. Металлографический метод контроля основного металла и сварных соединений химнефтеаппаратуры.

60. ОСТ 34-70-690-96. Металл паросилового оборудования электростанций. Методы металлографического анализа в условиях эксплуатации.

61. Методическое руководство. Металлографический контроль металла нефтеперерабатывающего оборудования. Волгоград: ВНИКТИнефтехимобору-дование, 1996. -167 с.

62. MP 5-81. Расчеты на прочность в машиностроении. Фрактографический метод определения критической температуры хрупкости металлических материалов.

63. ГОСТ 14249-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.

64. ГОСТ 24755-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность укрепления отверстий.

65. ГОСТ Р 51273-99. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение расчетных усилий для аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий.

66. ГОСТ Р 51274-99. Сосуды и аппараты. Аппараты колонного типа. Нормы и методы расчета на прочность.

67. ГОСТ 25215-82. Сосуды и аппараты высокого давления. Обечайки и днища. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования.

68. ГОСТ 25859-83. Сосуды и аппараты стальные. Нормы и методы расчета на прочность при малоцикловых нагрузках.

69. ГОСТ 26158-84. Сосуды и аппараты из цветных металлов. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования.

70. ГОСТ 26202-84. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок.

71. ГОСТ 28822-83 Сосуды и аппараты. Аппараты воздушного охлаждения. Нормы и методы расчета на прочность.

72. РД 24.201.12-90. Теплообменники с витыми трубами и жестким сердечником цельносварные однопоточные Нормы и методы расчета на прочность.

73. РД 26-14-88. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Элементы теплообменных аппаратов.

74. РД 26-303-78. Резервуары изотермические для сжиженного углекислого газа. Нормы и методы расчета.

75. РТМ 26-01-44 -78. Детали трубопроводов на давление свыше 100 до 1000лкгс/см (свыше 9,81 до 98,1 МПа). Нормы и методы расчета на прочность.

76. РД 26-01-55-84. Аппараты выпарные. Нормы и методы расчета на прочность.

77. РД РТМ 25-01-1 1 1-78. Резервуары шаровые стальные сварные. Методы расчета на прочность.

78. РД 26-01-167-88. Теплообменники на давление свыше 10 до 100 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см2). Расчет толщины трубной решетки. ОАО «Иркутск-НИИхиммаш».

79. РД 26-02-62-88. Нормы и методы расчета на прочность элементов сосудов и аппаратов, работающих под давлением сред, вызывающих сероводородное коррозионное растрескивание под напряжением, ВНИИИНЕФТЕМАШ.

80. РД 26-11-5-85. Сосуды и аппараты из двухслойной стали. Нормы и методы расчета на прочность. ОАО «НИИХИММАШ».

81. РТМ 38.001-94. Указания по расчету на прочность и вибрацию технологических стальных трубопроводов. М.: ВНИПИНЕФТЬ. 1994, 120с.

82. ГОСТ 27.002. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.

83. РД 26-10-87. Методические указания. Оценка надежности химического и нефтяного оборудования при поверхностном разрушении. М.: НИИхиммаш, 1987.

84. Методика вероятностной оценки остаточного ресурса технологических стальных трубопроводов. М.: НТП «Трубопровод», 1995. - 37 с.

85. РД 09-102-95. Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, поднадзорных Госгортехнадзору России.

86. Методика прогнозирования остаточного ресурса безопасной эксплуатации сосудов и аппаратов по изменению параметров технического состояния.

87. ОСТ 26-1046-87. Сосуды и аппараты высокого давления. Нормы и методы расчета на прочность.

88. ПНАЭ Г-7-002-86. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.

89. ГОСТ 1497-90. Металлы. Метод испытания на растяжение.

90. ГОСТ 9651-90. Металлы. Метод испытания на растяжение при повышенных температурах.

91. ГОСТ 11150-90. Металлы. Метод испытания на растяжение при пониженных температурах.

92. ОСТ 24.201.03-90 Сосуды и аппараты стальные высокого давления. Общие технические требования.

93. ГОСТ 25.506-85. Расчеты и испытания на прочность. Методы метанических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении.

94. Горицкий В.М. Диагностика металлов // М.: Металлургиздат. - 2004. - 408с.

95. Муратаев Ф.И. Исследование причины разрушения трубопровода / Ф.И. Муратаев, А.С. Маминов, А.Д. Анваров // Международная научно-техническая конференция «Композиционные материалы в авиастроении и народном хозяйстве», Сб. тезисов. Казань. - 2001. - С.ЗО.

96. Встовский Г.В. Обобщенная феноменологическая модель хрупковязкого перехода реакторных сталей / Г.В. Встовский, М.Б. Бакиров // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. №4. - 2003. Том 69. С.39-49.

97. Горицкий В.М. Встовский Г.В. // Безопасность труда в промышленности. 1997. № 4. С.55-56.

98. Романив О.Н., Ткач А.Н., Дзюба И.Р. и др. // Физико-химическая механика материалов. 1987. - №2. С. 87-94.

99. Панасюк В.В., Ковчик С.Е., Сморда Г.И. // Физико-химическая механика материалов 1979. №3. С.5-17.

100. Ефименко J1.A., Портова С.С., Горицкий В.М., Шнейдеров Г.Р. // Химическое и нефтегазовое машиностроение, 1999. №11. С.46-47.

101. Гурович Б.А., Кулешова Е.А. // Материаловедение. 1999. № 11. С.33-45.

102. Володин С.И., Душин Ю.А., Куниловский В.В., Новикова И.Е. // Физико-химическая механика материалов. 1992. №4. С.55-59.

103. Оценка технического состояния и остаточного ресурса сосудов, аппаратов и трубопроводов химических, нефтехимических, газо- и нефтеперерабатывающих производств // Сб. материалов Школы-семинара 2001. Волгоград. 2002.

104. ГОСТ 22762-77. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости на пределе текучести вдавливанием шара.

105. ГОСТ 14637-89. Прокат толстолистовой из углеродистой стали обыкновенного качества (технические условия).

106. ГОСТ 535-88. Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества (технические условия).

107. ГОСТ 10243-75. Сталь. Метод испытаний и оценки макроструктуры.

108. ГОСТ 22838-77. Стали жаропрочные. Методы контроля и оценки макроструктуры.

109. ГОСТ 5639—82 Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна.

110. ГОСТ 8233—56 Сталь. Эталоны микроструктуры.

111. ГОСТ 5640—68 Сталь. Металлографический метод оценки микроструктуры листов и ленты.

112. ГОСТ 1763-68. Сталь. Метод определения глубины обезуглероженного слоя.

113. РД 34.17.421—92 Типовая инструкция по контролю и продлению службы металла основных элементов котлов, турбин и трубопроводов тепловых электростанций.

114. ТУ 14-3-420—75 Трубы стальные бесшовные горячедеформированные толстостенные для паровых котлов и трубопроводов.

115. ГОСТ 24030—80 Трубы бесшовные из коррозионно-стойкой стали для энергомашиностроения. Технические условия.

116. ГОСТ 11878-66. Сталь аустенитная. Методы определения содержания ферритной фазы в прутках.

117. РД 34.17.440—96 Методические указания о порядке проведения работ по оценке индивидуального ресурса паровых турбин и продления срока их эксплуатации сверх паркового ресурса.

118. ГОСТ 3443-87. Отливки из чугуна с различной формой графита. Методы определения структуры.

119. ГОСТ 21073.1—75 Металлы цветные. Определение величины зернаме-тодом сравнения со шкалой микроструктур.

120. РД 34.15.027—93 Сварка, термообработка и контроль трубопроводов при монтаже и ремонте оборудования электростанций (РТМ-1с-93).

121. МУ 34-70-161—87 (РД 34.17.306) Методические указания по металлографическому анализу при оценке качества и исследовании причин повреждений сварных соединений паропроводов из сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф тепловых электростанций.

122. Титов В.В. Мультифрактальные свойства зеренных структур в бинарной системе не основе ниобата натрия с неизоструктурными компонентами / В.В. Титов, JI.A. Резниченко, С.В. Титов, В.Д. Комаров, В.А. Ахназарова // Письма в ЖТФ, 2004. - том 30. - вып.7.

123. Matt Hoek Scaling Analysis of Mid-Ocean Ridge Lava Flows // SLU Festival of Science 2001 Poster Presentation.

124. Геров В.В. Влияние топографической структуры поверхности на механические свойства мартенситно-стареющей стали OOH16K4M4T2IO / В.В. Геров, А.Г. Колмаков, В.Ф. Терентьев // Вопросы материаловедения, 2002, №1 (29), с.378-383.

125. Бледнова Ж.М. Получение покрытий с эффектом запоминания формы на поверхности сталей аргонодуговой наплавкой / Ж.М. Бледнова, Д.Г. Будре-вич, Н.А. Махутов, М.И. Чаевский //Металловедение и термическая обработка металлов. 2003. - №11 - С. 24-27.

126. Козлов Г.В. Мультифрактальный анализ процессов твердофазной экструзии полимеризационно наполненных композиций. / Г.В. Козлов, В.З. Алоев, Ю.Г. Яновский // Механика композиционных материалов и конструкций 2004. - том 10. - №2. - С.267.

127. Встовский Г.В. Описание эволюции структуры поверхности металла при механической обработке с использованием мультифрактального анализа / Г.В. Встовский, А.Г. Колмаков, В.Ф. Терентьев // Материаловедение, 1998, №2, С. 19-24.

128. Малышев В.Н. Оптимизация режимов получения и свойств оксидных покрытий на алюминиевом сплаве с использованием метода мультифрактального анализа. / В.Н. Малышев, А.Г. Колмаков, И.Ж. Бунин // Физика и химия обработки материалов, 1997, №5, С.77-84.

129. Колмаков А.Г. Исследование структур медных сплавов после лазерного воздействия с использованием мультифрактального анализа. / А.Г. Колмаков, Г.В. Встовский , С.А. Масляев, В.Н. Пименов // Перспективные материалы. -1999,-№4, С. 5-13.

130. Оксогоев А.А., Мультифрактальный анализ изменений зеренной структуры алюминиевого сплава при ударном воздействии скоростной частицей. / А.А. Оксоев., И.Ж. Бунин, А.Г. Колмаков, Г.В. Встовский // Физика и химия обработки материалов, 1999, №4, С.63-71.

131. Авдеева Л.Г. Определение мультифрактальных характеристик стали 20Х23Н18 до и после эксплуатации / Л.Г. Авдеева, А.Г. Чиркова // 53-я конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. Уфа, 2002. -С.8.

132. Барахтин Б.К. Геометрические модели бейнито-мартенситных фаз по данным мультифрактального анализа изображений структур сталей / Б.К.Барахтин, Р.Г.Зворыгин // Вестник СамГТУ Серия "Физико-матехматические науки" №27, -2004.

133. Чиркова А.Г. Совершенствование расчетной методики при оценке остаточного ресурса печных агрегатов / А.Г. Чиркова, Г.М. Вахапова, А.С. Си-марчук, С.А. Кинев // Безопасность жизнедеятельности 2004. - №8. -С. 1517.

134. Авдеева Л.Г. Зависимость между фрактальной размерностью и ударной вязкостью стали 20Х23Н18 / Л.Г. Авдеева, А.Г. Чиркова // 53-я конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. Уфа, 2002. - С.6.

135. Горицкий В.М., Шнейдеров Г.Р., Маслюк В.М., Софронов К.М. // Проблемы прочности. 1990. №9 С.35-40.

136. ГОСТ 9013. Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу.

137. ГОСТ 9454-78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах.

138. Анваров А.Д. Влияние параметров получения цифрового изображения структуры металла на результаты его мультифрактального анализа / А.Д. Анваров, А.С. Маминов, В.А. Булкин, Г.В. Встовский // Материаловедение 2006. - №7. - С. 10-16.

139. Горицкий В.М., Шнейдеров Г.Р. // Металловедение и термическая обработка металлов. 1987. №2. С. 15-17.

140. Горбачев С.В., Щипачев A.M. Структурные изменения при деформационно-термической обработке сварных соединений стали 20 // Мировое сооб-щество:проблемы и пути решения: Сб. науч. ст. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004. - № 16.- С. 102-105.

141. Крутасова Е.И. Надежность металла энергетического оборудования. // М.: Энергоиздат, 1981. 240 с.