автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.09, диссертация на тему:Оптимизация работ по неразрушающему контролю сосудов давления

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Состояние технологического оборудования потенциально опасных производств

1.2 Обеспечение надежности при эксплуатации технологического оборудования

1.2.1 Надежность технических объектов

1.2.2 Методы обеспечения надежности

1.3 Оптимизация работ по неразрушающему контролю 25;

1.3.1 Неразрушающие методы контроля

1.3.2 Методы оптимизации неразрушающего контроля и технической диагностики

1.4 Цель и постановка задач

Глава 2. Объект исследования и выбор методов неразрушающего контроля

2.1 Состояние технологического оборудования НПЗ г.

2.2 Анализ аварий и отказов технологического оборудования

2.3 Выбор методов неразрушающего контроля

Глава 3. Оптимизация по затратам на неразрушающий контроль с учетом надежности

3.1 Затраты по отдельным методам

3.2 Затраты на сочетание методов

3.3 Методика выбора оптимальных уровней показателей надежности отдельного метода

3.4 Оптимизация с учетом надежности отдельных методов контроля

Глава 4. Оптимизация по объему и периодичности неразрушающего контроля

4.1 Оптимизация по объему

4.2 Оптимизация по периодичности

4.3 Оптимизация по объему и периодичности

Потенциально опасные объекты в химических и нефтеперерабатывающих комплексах РФ в силу непрерывного сокращения ввода в эксплуатацию новых объектов в настоящее время исчерпали 65-90% проектного ресурса. Модернизация и коренная реконструкция предприятий вышеуказанных отраслей требует колоссальных капиталовложений, что на сегодня является трудной экономической задачей. Продолжение эксплуатации такого оборудования, которое влечет за собой увеличение риска возникновения аварийных ситуаций, возможно лишь при условии обеспечения его требуемой надежности и безопасности.

Повышение уровня надежности и безопасности опасных производств обеспечивается различными методами. Так в соответствии с Законом РФ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» предусматривается обязательное страхование ответственности за причинение вреда при эксплуатации опасного производственного объекта. Вместе с тем неразрушающий контроль техничёского состояния оборудования в последнее время начинает занимать ведущее место при обеспечении надежности опасных производств. Это является на наш взгляд наиболее перспективным, т.к. при этом можно с меньшими затратами обеспечить продолжение безопасной эксплуатации технологического оборудования отработавшего свой назначенный срок службы. Поэтому дальнейшая эксплуатация технологических объектов при обеспечении требуемого уровня промышленной и экологической безопасности путем проведения комплекса работ по оценке технического состояния, с использованием современных методов и средств неразрушающего контроля является наиболее приемлемым.

Вместе с тем в связи с тяжелым экономическим положением предприятий важной задачей становится рациональное использование финансовых средств, за счет уменьшения затрат на проведение работ по неразрушающему контролю. Однако, приведя затраты к минимуму необходимо помнить о требуемой надежности эксплуатируемого оборудования. В то же время допустимые значения показателей надежности должны зависеть от степени опасности разрушения оборудования, которые на сегодня устанавливаются экспертно.

Существующие методы неразрушающего контроля отличаются друг от друга по стоимости и по выявляемое™ дефектов. Поэтому на практике при проведении технического диагностирования используют различные сочетания методов неразрушающего контроля. Правильно выбранные сочетания методов, а также объем и периодичность методов неразрушающего контроля должны обеспечить оптимальный вариант проведения неразрушающего контроля с точки зрения минимума затрат при требуемой надежности.

Поэтому целью диссертационной работы было оптимизировать работы по неразрушающему контролю и технической диагностики путем определения оптимального сочетания методов неразрушающего контроля, а также определения оптимального объема и периодичности обследования для обеспечения заданного уровня надежности при минимуме затрат.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи.

1. Собрана и проанализирована информация о техническом состоянии технологического оборудования нефтехимических предприятий г. Уфы. Выбран объект исследования.

2. Изучены нормативно-технические документы по методам неразрушающего контроля объекта исследования, техническому освидетельствованию и технической диагностике.

3. Произведен расчет затрат на отдельные методы неразрушающего контроля и их сочетание с учетом выявляемости выбранных методов неразрушающего контроля.

4. В соответствии с классификацией сосудов давления по ОСТ 26 291 -94 «Сосуды и аппараты стальные сварные» каждой группе сосудов давления была назначена определенная вероятность безотказной работы.

5. Определено оптимальное сочетание объема и периодичности неразрушающего контроля с учетом заданной вероятности безотказной работы для случая, когда основным повреждающим фактором является коррозионно-эрозионного износ.

6. Разработана схема оптимизации работ по неразрушающему контролю сосудов давления при коррозионно-эрозионном износе.

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:

Впервые получены зависимости уровня надежности работы технологического оборудования (Р = 0,80; 0,90; 0,95; 0,99) от объема и периодичности неразрушающего контроля для случая коррозионно-эрозионного износа, позволяющие оптимизировать работы по техническому диагностированию по критерию минимума затрат с учетом степени опасности разрушения контролируемого объекта. При этом установлено сочетание методов неразрушающего контроля, обеспечивающего максимальную выявляемость дефектов при минимальных затратах.

2. На основе полученных зависимостей разработана схема оптимизации работ по неразрушающему контролю по критерию минимума затрат с учетом степени опасности разрушения оборудования.

Основные направления исследований выполнены в соответствии с Государственной научно-технической программой Академии наук Республики Башкортостан (АНРБ) "Проблемы машиностроения, конструкционных материалов и технологии" по направлению 6.2 "Надежность и безопасность технических систем в нефтегазохимическом комплексе" на 1996-2000 годы, утвержденной постановлением Кабинета Министров РБ № 204 от 26.06.96, а также по Федеральной целевой программе «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 19972000 годы (ФЦП «Интеграция») по государственному контракту № 28 «Создание совместного учебно-научного центра «Механика многофазных систем в технологиях добычи, транспорта, переработки нефти и газа».

Практическая ценность диссертационной работы заключается в том, что разработанная схема оптимизации работ по техническому диагностированию сосудов давления при коррозионно-эрозионном износе позволяет обеспечить требуемый уровень надежности технологического оборудования при минимальных затратах по параметру - вероятность безотказной работы. Использование данной схемы по выбору оптимального сочетания методов при проведении неразрушающего контроля на предприятиях АО «Башнефтехим» специалистами «Диатехсервис» позволило повысить экономическую эффективность работ по неразрушающему контролю более чем на 40% (для оборудования с требуемой вероятностью безотказной работы не более 0,90).

Разработанная схема оптимизации работ по техническому диагностированию сосудов давления при коррозионно-эрозионном износе, рекомендуется к использованию специализированными организациями, работающими в области технической диагностики и 8 оценки остаточного ресурса (например: НИИХИММАШ, ВНИИКТИ НХО, БашНИИнефтемаш), а также службами технического надзора предприятий нефтехимического комплекса (например: АО « Башнефтехим»).

По материалам диссертации опубликовано семь работ. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на 49-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа 1997), международной научно-технической конференции "Проблемы нефтегазового комплекса России "(Уфа 1998), международной научно-технической конференции "Защита-98" (Москва ГАНГ им. Губкина 1998), 15 Российской научно-техничекой конференции "Неразрушающий контроль и диагностика" (Москва 1999).

Автор искренне признателен своему научному руководителю д.т.н., профессору Кузееву И.Р. и научному консультанту к.ф-м.н Ахмадееву H.A. за постановку задачи исследования и помощь в работе.

Особую признательность автор выражает также к.т.н. Филимонову £А. и к.т.н. Самигуллину Г.Х. за постоянные консультации и помощь при выполнении диссертационной работы.

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Анализ информации о техническом состоянии оборудования нефтехимических предприятий г. Уфы показал, что теплообменники - наиболее многочисленная группа основного технологического оборудования, наиболее часто выходят из строя, эксплуатируется в различных условиях, тем самым являются наиболее подходящими для рассмотрения их в качестве объекта исследования.

2. При изучении нормативно-технических документов по методам неразрушающего контроля объекта исследования, техническому освидетельствованию и диагностике было выявлено, что на сегодня в данной литературе отсутствуют четкие сведения по обоснованию выбора метода и объема неразрушающего контроля.

3. Установлено, что минимум затрат с учетом выявляемое™ отдельного метода имеет сочетание методов из визуально измерительного контроля, ультразвуковой дефектоскопии, акустической эмиссии и цветной дефектоскопии.

4. В соответствии с ОСТ 26 291-94 произведена классификация сосудов давления по степени опасности разрушения, где каждой группе ставится определенная вероятность безотказной работы.

5. Установлено, что для каждой вероятности безотказной работы теплообменника существует оптимальное сочетание объема и периодичности ультразвуковой толщинометрии по затратам.

6. Разработана схема оптимизации работ по неразрушающему контролю по критерию минимума затрат с учетом степени опасности разрушения оборудования.

97

Таким образом, полученные зависимости объема и периодичности неразрушающего контроля для заданных уровней надежности технологического оборудования (Р=0,80; 0,90; 0,95; 0,99) в случае коррозионно-эрозионного износа, позволяют оптимизировать работы, связанные с проведением технического диагностирования, по критерию минимума затрат с учетом степени опасности разрушения контролируемого объекта. При этом установлено сочетание методов неразрушающего контроля, обеспечивающего максимальную выявляемость дефектов при минимальных затратах. На основе полученных зависимостей разработана схема оптимизации работ по неразрушающему контролю по критерию минимума затрат с учетом степени опасности разрушения оборудования, которая позволяет повысить экономическую эффективность работ по технической диагностике.

1. Махутов H.A. О приоритетных разработках ГНТП «Безопасность» //Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях.-1995. № 4.

2. М. Рудин «Взгляд из Хьюстона», « Рынок нефтегазового оборудования СНГ», № 3-4/97.

3. Отчет о научно-исследовательской работе "Сбор и анализ исходных материалов и создание базы данных об отказах, авариях и неполадках на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях Республики Башкортостан", ЧС-95-56-6, Уфа 1995.

4. Федеральный закон. Ст. 3588 "О промышленной безопасности опасных производственных объектов".

5. Технические средства диагностирования. Справочник./ В.В.Клюев, В.Е. Абрамчук и др. Под общ. Ред. В.В.Клюева. М.: Машиностроение, 1989.-672 е., ил.

6. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. -М.: Машиностроение, 1984.-312 с.

7. ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.

8. Проников A.C. Надежность машин.-М: Машинностроение, 1978,-592с., ил.

9. ГОСТ 27.003-83 Выбор и нормирование показателей.

10. МИ 81-76 Нормирование наблюдений и оценки показателей надежности, Москва, .

11. Арсланов A.M. Расчет элементов конструкций заданной надежности при случайных воздействиях. М.: Машиностроение, 1987. -128 с.

12. Положение о федеральном горном и промышленном надзоре России, 1993.

13. Постановление правительства о декларировании безопасности промышленных объектов, 1995.

14. Общие правила взрывоопасности для взрывопожароопасных химических и нефтеперерабатывающих производств, 1996.

15. Правила по безопасности в нефтяной и газовой промышленности, 1998.

16. Р-50-109-89 Надежность в технике. Обеспечение надежности изделий.

17. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / Под ред. В.В. Клюева.- Москва.: Машиностроение, 1995,- 487 с.

18. Химмельблау Д. «Обнаружение и диагностика неполадок в химических и нефтехимических процессах» Пер. с англ. Л.: Химия, 1983.- 352 с.

19. Затолокин C.B. Ибрагимов И.Г., Кузеев И.Р. Диагностика трубчатых печей измерением температурного поля // Глубокая переработка углеводородного сырья. М.: ЦНИИТЭнефтехим,-с.135-137.

20. Ибрагимов И.Г., Готенко В.Ф., Леликов A.A. Экспертная система поддержки принятия оперативных решений для обеспечения промышленной и экологической безопасности // Межвузовский сб. науч. ст. «Нефть и газ». УГНТУ, 1996.- 230 с.

21. ГОСТ 20911-89 «Техническая диагностика. Термины и определения.

22. ГОСТ 24212-80. Техническое освидетельствование. Выбор стратегии.

23. Смирнов H.H., Ицкович A.A. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию. -М.: Транспорт, 1987. 272 с.

24. Гриб В.В. Диагностика технического состояния нефтегазохимических производств. Обзор нормативно-технической документации. -М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1998. 179 с.

25. Ванчухина Л.И., Родионова JI.H., Шайнурова A.A. Организационно-экономическое обеспечение надежности функционирования промышленных систем.-Уфа: Изд-во Фонда содействия развитию научных исследований, 1997.-180 с.-ISBN 57750-0009-9.

26. Общие требования к программе технического обслуживания и ремонта самолетов гражданской авиации. М.: ЦНТИГА, 1984. -20 с.

27. ПБ-115-96 Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением, Госгортехнадзор России, ПИО ОБТ, 1996.

28. Ермолаев В.Н.и др. «Нормативно-техническое обеспечение безопасности нефтегазового оборудования» // Безопасность труда в промышленности. №5, 1996 г.

29. Попов Ю.П. « Единая нормативно-техническая база по диагностированию ресурса оборудования» // Безопасность труда в промышленности. №6, 1996 г.

30. Техническая диагностика. Труды I Всесоюзного совещания по технической диагностике. М., «Машиностроение», 1972, с. 368.

31. Харазов A.M., Цвид С.Ф. Методы оптимизации в технической диагностике машин. М.: Машиностроение, 1983.-132 е., ил.

32. ГОСТ 18353-79. Контроль неразрушающий. Классификация методов.

33. ГОСТ 23829-85. Контроль неразрушающий акустический. Термины и определения.

34. ГОСТ 20415-82. Контроль неразрушающий. Методы акустические. Общие требования.

35. ГОСТ 12503-88. Сталь. Методы ультразвукового контроля. Общие требования.

36. ГОСТ 14782-86. Контроль неразрушающий. Швы сварные. Методы ультразвуковые.

37. ГОСТ 17410-88. Контроль неразрушающий. Трубы металлические бесшовные цилиндрические. Методы ультразвуковой дефектоскопии.

38. ГОСТ 21120-86. Прутки и заготовки круглого и квадратного сечения. Ультразвуковой контроль эхо-методом.

39. ГОСТ 22727-88. Сталь толстолистовая. Методы ультразвукового контроля.

40. ГОСТ 23858-79. Соединения сварные стыковые и тавровые арматуры железобетонных конструкций. Ультразвуковые методы контроля качества. Правила приемки.

41. Рекомендации к техническими условиям на ультразвуковой контроль многолистового проката и биметалла толщиной от 8 до 160 мм. М.: НИИХИММАШ, Дончермет, 1972.

42. Рекомендации по ультразвуковому контролю водородных дефектов. М.: ВНИИнефтемаш, 1992.

43. ГОСТ 24450-30. Контроль неразрушающий магнитный. Термины и определения.

44. ГОСТ 21105-90. Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод.

45. ГОСТ 21104-86. Контроль неразрушающий. Магнитоферрозондовый метод.

46. ГОСТ 25225-82. Контроль неразрушающий. Швы сварных соединений трубопроводов. Магнитографический метод.

47. ГОСТ 8.283-78. Дефектоскопы электромагнитные. Методы и средства поверки.

48. ГОСТ 24289-80. Контроль неразрушающий. Вихретоковой. Термины и определения.

49. ГОСТ 24034-80. Контроль неразрушающий радиационный. Термины и определения.

50. ГОСТ 20426-82. Контроль неразрушающий. Радиационные методы дефектоскопии. Область применения.

51. ГОСТ 25113-90. Аппараты рентгеновские для промышленной дефектоскопии. Основные параметры.

52. ГОСТ 23746-88. Гамма-дефектоскопы. Общие технические условия.

53. ГОСТ 7512-88. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод.

54. ГОСТ 23055-89. Контроль неразрушающий. Сварка металлов плавлением. Классификация сварных соединений по результатам радиографического контроля

55. ГОСТ 24521-90. Контроль неразрушающий оптический. Термины и определения.

56. ГОСТ 23476-92. Контроль неразрушающий. Методы оптического вида. Общие требования

57. ГОСТ 24522-80. Контроль неразрушающий капиллярный. Термины и определения.

58. ГОСТ 18442-86. Контроль неразрушающий. Капиллярные методы контроля.

59. ГОСТ 26182-84. Контроль неразрушающий. Люминесцентный метод течеискания.

60. ОСТ 26-5-88. Контроль методом цветной дефектоскопии.

61. ОСТ 26-2062-78. Дефектоскопия цветная. Методика контроля

62. Ультразвуковая дефектоскопия 2-ое изд. Выборное Б.И. М.: Металлургия, 1985,256 с.

63. А.Н.Серенко «Принципы оптимизации и расчета элементов сварных конструкций заданной надежности» // Автоматическая сварка, 1996, № 8 (521).

64. Пустовой В.Н. Металлоконструкции грузоподъемных машин. Разрушение и прогнозирование остаточного ресурса. М.: Транспорт,1992. —56 с.

65. Jiangiano Chen, Yoshihiro Takao «Reliabily of strutural components under non-periodic inspection and the optimum inspection pian"// Transactions of the Japan society for aeronautican and space sciences, №4,1997, c. 185-195.

66. М.М. Грунина «Метод оценки периодичности технического освидетельствования потенциально опасного оборудования» // Химическое и нефтегазовое машиностроение. №6, 1999, с. 38-40.

67. Фарамазов С.А. Оборудование нефтеперерабатывающих заводов и его эксплуатация. 2-е изд., перераб., доп. М.: Химия, 1994,- 328 с.

68. Фарамазов С.А. Ремонт и монтаж оборудования химических и нефтеперерабатывающих заводов. 3-е изд., перераб., доп. М.: Химия, 1988,- 304 с.

69. Справочник по теплообменникам: В 2-х т. т. 2. Пер. с анг. Под ред. О.Г. Мартыненко и др. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 352 е.: ил.

70. Краснов В.И., Максименко М.З. Ремонт теплообменников. М.: -Химия, 1990, 104 с.

71. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств: Примеры и задачи: Учеб. пособие для студентов втузов / М.Ф. Михалев, Н.П. Третьяков и др.; под общ. Ред. М.Ф. Михалева Л.: Машиностроение, Ленинградское отд-ние, 1984. -301 е., ил.

72. Рахмилевич Р.З., Зусмановская С.И. Расчет аппаратуры работающей под давлением. -М.: Изд. Стандартов, 1968.-180

73. Орлов А.И. Экспертная оценка // Заводская лаборатория. № 11, 1995

74. Убейко В.М., Убейко В.В. Экспертные системы в технике и экономике.- М., МАИ, 1992

75. Уотермен Д., Руководство по экспертным системам / Пер. с англ. Мир, 1989

76. Ванчухина Л.И., Шаталина М.А. Моделирование оценки эффективности технических решений.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 1997. 58 с. БВМ 5-7831-0047-1.105

77. Новак Ф.С. Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов (методики планирования экспериментов).- М.: Машиностроение, 1980.

78. Методика прогнозирования остаточного ресурса безопасной эксплуатации сосудов и аппаратов по изменению параметров технического состояния, НИИХИММАШ, 1993 г.

79. Методика оценки ресурса остаточной работоспособности технологического оборудования нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств. Волгоград, 1992 г.

80. The Prognosis of the Residual of Petrochemical Equipment. E. Filimonov, B. Selsky, N. Achmadeev // 71*1 European conference on nondestructive testing. Copengagen, 26-29 May 1998. c. 779.

81. Методика выбора оптимальных уровней показателя надежности элементов, Москва, 1977.

82. ОСТ 26-291-94 Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия.

83. РД 26-10-87. Методические указания. Оценка надежности химического и нефтяного оборудования при поверхностном разрушении. Москва, 1987 г.107