автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Повышение эксплуатационной надёжности портового нефтеналивного комплекса на базе безразборной диагностики и телеметрии

005010403

Огурцов Дмитрий Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЁЖНОСТИ ПОРТОВОГО НЕФТЕНАЛИВНОГО КОМПЛЕКСА НА БАЗЕ БЕЗРАЗБОРНОЙ ДИАГНОСТИКИ И ТЕЛЕМЕТРИИ

Специальность 05.22.19 - Эксплуатация водного транспорта, судовождение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новороссийск - 2011

005010403

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Бачище Анатолий Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Попов Виктор Вениаминович кандидат технических наук Таламанов Пётр Николаевич

Ведущая организация: ЗАО «Центральный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт морского флота», г.Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится 23 декабря 2011 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д223.007.01 при Морской государственной академии имени адмирала Ф.Ф. Ушакова по адресу: 353918, г. Новороссийск, пр. Ленина, 93.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова»

Отзывы на диссертацию и автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просим направлять учёному секретарю диссертационного совета Д223.007.01 по адресу: 353918, г. Новороссийск, пр. Ленина, 93.

Автореферат разослан 17 ноября 2011 года

Ученый секретарь диссертационного с^вет/Д223.007.01 доктор технических наук Е.В. Хекерт

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В настоящее время мировой энергетический потенциал поддерживается в основном, за счет углеводородного топлива. Практически все морские страны ведут нефтепромысловые работы, как в море, так и на берегу, добывая ежесуточно более 320000 тонны нефти.

Анализ мирового опыта показывает, что основным видом транспорта, обеспечивающего доставку углеводородного топлива потребителю, является трубопроводный транспорт, включающий морские портовые нефтеналивные комплексы (морские терминалы), обеспечивающие перевалку нефтепродуктов зарубежным партнерам. Только по Новороссийскому портовому комплексу, в ближайшее время планируется значительное увеличение объемов перевалки, а именно:

• нефтерайон «Шесхарис» НМТП в настоящее время осуществляет погрузку на танкеры 50 млн./год, планируется увеличение до 65 млн.т./год в 2012 году;

• морской терминал КТК в настоящее время имеет объемы

перевалки 35 млн.т./год, до 2015 год планируется увеличение объема до 67 млн.т./год -

• новороссийский мазутный терминал будет введен в эксплуатацию и в 2012 году - выйдет на проектный объем перевалки 4 млн.т./год мазута.

Одной из важнейших проблем портового нефтеналивного транспорта является обеспечение надежности в течение всего периода эксплуатации. Сроки эксплуатации большинства портовых нефтеналивных трубопроводных систем измеряются десятками лет в течение которых происходил интенсивный износ и старение их конструкций. Предельные сроки амортизации грузовых магистралей портовых нефтеналивных комплексов по правилам технической эксплуатации составляют 30 лет. На сегодняшний день около 30% технологических систем портовых нефтеналивных терминалов уже превысили предельные сроки эксплуатации, 37%- подходят к этому ресурсу и только 30%

эксплуатируются в течение 10-20 лет. Только в АК «Транснефть» доля эксплуатируемых нефтеналивных комплексов с превышением сроков амортизации составляет более 40% на 2008 год.

К опаснейшим видам повреждений и разрушений элементов технологического нефтеналивного оборудования относится коррозийномеханическое разрушение. Обязательным условием эксплуатации опасных производственных объектов, к которым относятся и портовые нефтеналивные комплексы, является выполнение требований промышленной безопасности в число которых входит периодическая экспертиза технического состояния оборудования с оценкой эксплуатационной поврежденности и безопасного остаточного ресурса.

Довольно широкий круг вопросов расчета, проектирования и эксплуатации трубопроводного транспорта и нефтеналивных комплексов, как в научном, так и в практическом плане рассмотрены и, в определенной степени, решены как зарубежными специалистами (Германия, Великобритания -технологии внутренней диагностики), так и специалистами научных центров России: «Транснефть» - ОАО центр технической диагностики «Диаскан», институтами металлургии и материаловедения им. A.A. Байкова (ИМЕТ), машиноведения (ИМАШ) Российской академии наук и др. Однако, до настоящего времени, эта задача так и не решена полностью, что подтверждается происходящими авариями с тяжелейшими экологическими последствиями: разрушение части технологического трубопровода на нефтяном терминале «Шесхарис» ОАО «Новороссийский морской торговый порт» в 1997 году; разливы нефти в Цемесской бухте; взрыв и последующий пожар на нефтяной платформе «Бритиш Петролеум» в Мексиканском заливе с последующей экологической катастрофой - далеко не полный перечень аварий и катастроф.

В связи с изложенным, настоящая диссертационная работа посвящена исследованиям, направленным на совершенствование диагностических операций с целью обеспечения повышения эксплуатационной надёжности портовых нефтеналивных комплексов.

Актуальность исследований определяется необходимостью дальнейшего технического совершенствования технологий и устройств, обеспечивающих безотказную работу портовых нефтеналивных комплексов в течение всего периода эксплуатации.

Объект исследования Объектом исследования является нефтеналивная система морского портового терминала.

Предмет исследования. Предметом исследования является эксплуатационная надежность морского портового нефтеналивного терминала.

Цель работы. Цель работы состоит в исследовании возможности разработки более эффективных методов, технологий и устройств, обеспечивающих эксплуатационную надежность портовых нефтеналивных комплексов.

В число основных задач исследований входит:

• анализ состояния и аналитический обзор технических и организационных методов эксплуатации портовых нефтеналивных комплексов;

• разработка теоретических основ безразборной диагностики

элементов нефтеналивного комплекса;

• разработка методов, технологий и устройств для безразборной диагностики и телеметрии портовых нефтеналивных комплексов.

Научная новизна работы состоит в:

• разработке методики определения остаточного эксплуатационного ресурса элементов портового нефтеналивного комплекса на базе безразборной диагностики;

• разработке математических моделей износа наиболее опасных

участков грузовых систем нефтеналивного комплекса;

• разработке универсальной диаграммы для оценки технического

состояния элементов портового нефтеналивного комплекса на базе основных проектных и эксплуатационных параметров;

• разработке схемы управления и телеметрии технологически процессов погрузки нефти и нефтепродуктов на танкеры с учетом требовани промышленной безопасности к особо опасным производствам.

Научная достоверность и обоснованность результата представленных в данной работе, состоят в том, что все теоретически исследования, проектные разработки, практические реализации и внедрени основаны на базе известных аналитических средств, теорем, методов анализ; апробированы натурными и стендовыми испытаниями, статистико измерений.

Практическая ценность диссертации состоит в разработке конкретног научно-методического аппарата, включающего в себя совокупность методов моделей, позволяющих на базе безразборной диагностики дать оценк технического состояния нефтепровода, спрогнозировать запас остаточног ресурса и выработать предложения по дальнейшей его безопасно эксплуатации.

Личное участие автора состоит: в получении научных результато отраженных в опубликованных работах (в том числе и в соавторстве); анализ технического состояния выведенных из эксплуатации участко технологических трубопроводов портового нефтеналивного комплексі разработке методики определения остаточного эксплуатационного ресурс элементов нефтеналивного комплекса; разработке математических моделе коррозийно - абразивно - кавитационного износа наиболее опасных участко технологического нефтепровода; разработке универсальной диаграммы дл оценки технического состояния элементов портового нефтеналивног комплекса на базе основных проектных и эксплуатационных параметров разработке схемы управления и телеметрии технологических процессо погрузки нефти и нефтепродуктов на танкеры с учетом требовани промышленной безопасности к особо опасным производствам.

Реализация работы. Научные результаты диссертационной работі рекомендованы к внедрению в Новороссийском филиале Морского Регистр

Судоходства РФ (№185-018-20/2941 от 30.05.2011г.), а также внедрены в ФГУ ГМЦ «Южморгеология».

На защиту выносится следующие научные положения диссертации:

1. методика определения остаточного эксплуатационного ресурса

элементов портового нефтеналивного комплекса на базе безразборной

диагностики;

2. математические модели оценки технического состояния и

эксплуатационного ресурса наиболее опасных участков нефтеналивного комплекса;

3. универсальная диаграмма для оценки технического состояния элементов портового нефтеналивного комплекса на базе основных проектных и эксплуатационных параметров;

4. методика управления рабочим давлением в технологических трубопроводах морских терминалов и грузовых систем флота на основе данных телеметрии.

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались, обсуждались и получили одобрение на научно-технических конференциях МГА имени

адмирала Ф.Ф.Ушакова (Новороссийск 2008-2011г.г.), на восьмой

международной научно-практической конференции «Телекоммуникационные, информационные и логистические технологии на транспорте «Телеком Транс-2011» г.Ростов на Дону, апрель 2011г.

Публикации

По материалам диссертационной работы опубликовано 8 научных работ. Из них 1 статья - в издании рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем-145с.,рисунков - 55, таблиц - 7.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введение обоснована актуальность диссертации и задачи исследования, показана научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе выполнен аналитический обзор технических и организационных методов эксплуатации технологических трубопроводов морских портовых терминалов и бункерного флота.

Дан анализ существующих способов и устройств диагностики технического состояния нефтепроводов, сформулирована постановка задач исследования.

Приведена схема портового нефтеналивного комплекса, описывается назначение его основных узлов и элементов.

На основании проведённого анализа сделаны выводы:

1. Для обеспечения безопасной эксплуатации морских портовых нефтеналивных комплексов, использование преимущественно внутритрубной диагностики является недостаточным.

2. Диагностика на базе внутритрубных инспекционных снарядов (ВИС) ограничена в применении, особенно на участках с повышенным эксплуатационным износом (криволинейных, в районе запорно-регулирующей арматуры) и для трубопроводов небольшого диаметра О < 400 мм.

3. Большая часть элементов трубопроводной системы в обязательном порядке должна обеспечиваться постоянным контролем в течение всего эксплуатационного времени.

Во второй главе рассматриваются вопросы расчёта устойчивости трубопроводных систем портового нефтеналивного комплекса в процессе коррозийно-механического износа. .

Основными факторами потери устойчивости в ходе коррозионномеханического разрушения трубопроводов, находящихся под эксплуатационным давлением, являются: коррозионное растрескивание,

наружная коррозия, внутренняя коррозия и эрозия.

Как показал анализ технического состояния выведенных из эксплуатации частей портового нефтеналивного комплекса, повышенный износ наблюдается не равномерно по всему телу трубопровода, а на отдельных участках, наиболее подверженных воздействию агрессивных сред и эксплуатационных факторов, а именно:

- прямолинейный участок, максимальный износ наблюдается в нижней части трубопровода, что объясняется наличием в этой части абразивного износа;

- криволинейный участок, максимальный износ наблюдается на боковой стенке с внутренней стороны, что объясняется повышенным кавитационным износом;

- участки трубопровода, примыкающие к запорно-регулирующей арматуре и другому технологическому оборудованию, что объясняется повышенной турбулентностью потока нефти на этих участках.

Вероятность разрушения трубопровода под действием внутренних статических и динамических сил, определяется исходя из остаточных толщин стенки трубопровода.

Функция распределения вероятности устойчивости трубопроводной системы:

где у. — с_, — (7 случайная величина, плотность распределения которой /(/л).

Примерный вид зависимостей распределения /(сг) и /(о^), рисунок 1, позволяет определить устойчивость системы трубопровода в зависимости от роста напряжений и уменьшения толщины стенки. Заштрихованная область соответствует неустойчивому состоянию трубопровода.

Такая модель вытекает из соотношения:

(1)

О

р0*<, - /0 = / (сг-ю - о-.|) + /(сг0 - а),

(2)

где - вероятность устойчивого состояния трубопровода,

соответствующая нормированному запасу прочности ¡1„, который определяется по начальным проектным параметрам.

Оценка напряжённого состояния технологических нефтепроводов портового терминала выполнена на базе известной теории «Сопротивления материалов» для тонкостенных трубопроводов, находящихся под внутренним давлением.

Рисунок 1 - Зависимость распределения напряжений в статически неопределённой механической системе а и прочности <т_,. Заштрихованная область характеристики соответствует зоне разрушения

На рисунке 2 представлена модель напряжений в стенке трубопровода. Выражая напряжения <т, и аг через растяжения ег и е9, ц -коэффициент поперечного растяжения, с учётом закона Гука, получим:

ю

Решая полученные уравнения (3) с использованием метода Эйлера и введя соответствующие граничные условия (давление Р, радиусы г, и г0), получим общее решение уравнений:

Рисунок 2 - Модель напряжений в элементарном участке трубы, где: г, - внешний радиус трубы; г0- внутренний радиус; -касательные (окружные) напряжения; а,-радиальные напряжения

Анализ уравнений (4) показывает, что для тонкостенных трубопроводов, находящихся под внутренним давлением, радиальные напряжения гораздо меньше касательных аг«, следовательно, для общей оценки опасного напряжённого состояния достаточно определить касательное напряжение на внешней поверхности трубопровода и сравнить его с допускаемым.

п

Для определения необходимой толщины стенки трубопровода в зависимости от напряжения использована усовершенствованная котловая формула в виде:

й =----------+ Лй (5)

2ор + а ЕА1

■ где:, к -толщина стенки трубопровода, йср -средний диаметр трубопровода, Р- заданное рабочее давление в трубопроводе (Р = сот1), а-расчетное напряжение, <р - коэффициент запаса прочности, Л/г - прибавка толщины стенки на различные виды износа трубопровода (коррозионный, абразивный, кавитационный, износ на изгибе), а - коэффициент линейного расширения металла трубопровода, Е - модуль упругости, Л/ - температурный перепад, принимается положительным при нагревании,

сг<[о-] = (тг/1,5 - расчетное напряжение в материале трубопровода (принято на основании правила классификации и постройки морских подводных трубопроводов), для сухопутных технических трубопроводов [о*] — от(тт /1,2 до с,. /1,8 - в соответствии СНиП 2.05.06 - 85.

Д/1 = /(Дй„,р, , Л/г^, Л/1а)от ), (6)

где: Д/л,,. - коррозионный износ, Л//о,,, - абразивный (ручейковый) износ,

ДА„„ - износ на изгибе, ДА^ - околоарматурный износ.

Следовательно:

РО

Частные случаи нахождения зависимости /¡ = /( сг)на участках трубопровода наиболее интенсивно подверженных

коррозийно-абразивно-кавитационному износу:

- прямолинейный участок трубопровода:

РО,.

2о<р + а £Д/

- участок изгиба трубопровода:

РО 2а<р + аЬА1

- околоарматурные и концевые участки трубопровода:

РО 2<лр + аЕМ

Предложенный метод оценки устойчивости позволяет на базе безразборной диагностики дать оценку технического состояния

технологических нефтепроводов, ■ оценить запас остаточного ресурса и выработать предложения по продлению безопасной эксплуатации всего портового нефтеналивного комплекса.

Графо-аналитический метод оценки остаточного эксплуатационного ресурса портового нефтеналивного комплекса по основным проектным и эксплуатационным параметрам. ■ .

В соответствие с разделом В200 стандарта ОМУ, любая трубопроводная система, работающая под давлением должна обеспечиваться текущим контролем в течение всего времени эксплуатации, при этом наиболее опасные участки, которые могут угрожать безопасной работе трубопроводной системы, должны диагностироваться с той частотой, которая позволит обеспечить своевременное принятие мер по устранению негативных ситуаций.

Согласно ПБ03-585-03 дальнейшая эксплуатация технологического трубопровода после истечения проектного срока службы, разрешается только после комплексного обследования - экспертизы промышленной безопасности в целях установления возможности и сроков дальнейшей эксплуатации.

В данной работе предлагается один из вариантов проведения мониторинга остаточного эксплуатационного ресурса портового нефтеналивного комплекса по основным проектным и эксплуатационным параметрам.

Проектные параметры:

- р -давление в трубопроводе;

- £>-средний диаметр трубопровода;

-а- эксплуатационное напряжение в стенке трубопровода;

- А-толщина стенки трубопровода.

Для практической реализации нахождения [л = /(сг)] использован графо-аналитический метод. В основе построения диаграмм мониторинга эксплуатационного ресурса элементов портового нефтеналивного комплекса, рисунок 3, лежат известные из курса сопротивления материалов допущения и формулы, а также преобразованная котловая формула (5).

1.допущения: материал однороден, представляет сплошную среду и

изотропен;

2.основные формулы

Р = —; <Р*[рЛ [рЬрь [рг]=1,4 + 2,0,

<т [а] [а] 2ф

где <р- коэффициент запаса (начальная стадия эксплуатации), а-расчётное напряжением (начальная стадия эксплуатации), [сг]-допускаемое напряжение, сг„-предельное напряжение, пт -напряжение текучести, [р]-коэффициент запаса по допускаемому напряжению, [9»,.]= 1,4* 2,0 -коэффициент запаса по напряжению текучести.

На рисунке 3 представлена диаграмма мониторинга эксплуатационного ресурса трубопровода до и после истечения проектного срока

службы ([о-пр\^етт), где: <г„- напряжения действующие в трубопроводе в начальный период эксплуатации; [ств;,]- предельные проектные напряжения в трубопроводе; ат -предел текучести материала.

Диаграммы мониторинга рассчитываются и строятся для каждого трубопровода отдельно с учётом известных проектных параметров (р, О,к,а).

Запас прочности

Износ,

--------*-

Время эксплуатации, лет

Р=СОПБ(

Время эксплуатация, лет

Износ,

мм

Рисунок 3 - Диаграммы мониторинга эксплуатационного ресурса нефтеналивного трубопровода До(<т„, |сг]) и после истечения проектного срока службы (1<гг,р\±(гт)

Используя диаграммы мониторинга эксплуатационного ресурса можно на любом этапе дать предварительную оценку технического состояния нефтеналивного комплекса в целом, не прибегая к разборной диагностике (ВИС) и телеметрии. С другой стороны, используя результаты телеметрии (сг,-эксплуатационные напряжения), можно упростить технологический процесс перевода а в И через предложенные диаграммы.

В третьей главе Выполнено определение устойчивости трубопроводных систем по данным телеметрии.

■ Оценивание остаточной прочности трубопровода с помощью волоконнооптического датчика (ВОД) будем осуществлять на основе мониторинга толщины стенки трубопровода.

При таком подходе необходимо решить две задачи:

- цифровая обработка потока данных с ВОД и обеспечение требуемого соотношения сигнал/шум за счёт фильтрации данных;

- оценивание состояния трубопровода на основании разработанного алгоритма.

Данные наблюдений с датчика ВОД 1 VI (10-дюймовая линия) усреднялись в период суточных трендов, недельных и далее в течение всего срока наблюдения, в соответствие с рисунком 4.

Оценивание сигнала целесообразно проводить с учётом наблюдения температуры в период мониторинга трубопровода нефтеналивного комплекса с декабря по апрель, с использованием оптимальных фильтров, рисунок 4.

График температур декабря 2009 года, приведенный на рисунке 5, имеет значительные перепады температуры от 14°С до 2°С.

Аппроксимацию графика температуры произведем полиномом 4-й степени. Такая аппроксимация позволяет получать хорошее приближение. Уравнения выше 4-й степени дают неустойчивый результат. Более точная аппроксимация при решении может привести к трудноразрешимым задачам.

(умещения в теле трубы [мкм]

Рисунок 4 - Наблюдения сигнала с ВОД V1 (10-дюймовая линия)

Наблюдения температуры, декабрь

Рисунок 5 - Наблюдения температуры декабря 2009г. с трендом и уравнением тренда распределения температуры

Передаточная функция системы «тело трубопровода - выходной сигнал преобразователя»:

Передаточная функция составлена из уравнений описывающих входное воздействие на систему в виде уменьшения остаточной прочности при неизменном давлении и сигнала зарегистрированного на выходе измерителей фонового сигнала.

Решение задачи устойчивости произведено анализом расположения нулей и полюсов фильтра на комплексной плоскости:

- система абсолютно устойчива, если нули и полюсы расположены

внутри единичной окружности; ■

- система находится на границе устойчивости, если нули и полюсы расположены на самой окружности;

- система не устойчива, если нули и полюсы расположены за пределами окружности.

Фильтр, который наиболее предпочтителен в этой задаче -эллиптический фильтр Кауэра 4-го порядка, который объединяет свойства фильтров Чебышева I и II рода. Амплитуда частотных характеристик (АЧХ) этого фильтра имеет пульсации заданной величины, как в полосе пропускания, так и полосе задерживания.

За счёт этого обеспечивается максимально возможная крутизна ската АЧХ, рисунок 6.

6643,952 -193.65 + 47,959 НГ*я2-0,0016^ + 0,6117 ■

(И)

Нормированной частоты (хтс рад / образец)

Нормированной частоты (хл рад / образец)

Рисунок 6 - Частотные характеристики мониторинга технологической системы портового терминала, декабрь 2009 г.

При выборе фильтров учитывались следующие условия:

- механическая система трубопровода воспринимает практически все виды природных и техногенных воздействий;

- спектр воспринимаемых шумов и сигнала передаётся на большие расстояши практически без потерь;

- работающее при погрузке технологическое оборудование создаёт дополнительные помехи в спектре сигнала.

В четвёртой главе рассмотрена адаптивная обработка информации в технологических системах морских нефтеналивных терминалов.

Адаптивная четырёхуровневая АСУ береговых нефтеналивных терминалов, рисунок 7, являющаяся составной частью глобальной системы

мониторинга интермодальных перевозок, реализуется в аппаратном программном виде:

- на уровне телеметрии применением волоконно-оптических датчике состояния нефтеналивных технологических трубопроводов;

- на уровне управления - АСУ портовым технологическим комплексо нефтеналивных операций, за счёт регулировки рабочего давления;

- на уровне контроля - применением сетевых технологий контрол технологических процессов нефтеналивного комплекса.

Рисунок 7 - Технологическая схема телеметрии и управления нефтеналивным процессом

Рассмотренные факторы, влияющие на безопасность портовы нефтеналивных комплексов, позволили определить параметры оптимальны фильтров в адаптивных системах мониторинга всей технологической системы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения диссертационной работы получены следующие научные результаты.

1. На основании исследования остаточного эксплуатационного ресурса вышедших из строя технологических трубопроводов портового нефтеналивного комплекса выявлены участки подверженные наиболее интенсивному износу. Впервые обращено более пристальное внимание на коррозийно-абразивный износ нижией части технологического трубопровода, так называемый «ручейковый» износ. Как показали исследования остаточного эксплуатационного ресурса «ручейковый» износ можно отнести к опасным с точки зрения износа трубопровода.

2. Разработана методика определения остаточного

эксплуатационного ресурса элементов портового нефтеналивного комплекса па базе безразбороной диагностики.

3. Разработаны математические модели оценки эксплуатационного ресурса наиболее опасных участков портового нефтеналивного комплекса.

4. Разработаны диаграммы мониторинга остаточного

эксплуатационного ресурса портового нефтеналивного комплекса по основным проектным и эксплуатационным параметрам, что позволяет выполнять предварительную оценку технического состояния технологических трубопроводов и, как следствие, всего нефтеналивного комплекса не прибегая к другим видам диагностики и телеметрии.

5. Разработано устройство позволяющее осуществлять мониторинг толщины стенки действующего трубопровода по измеренным напряжениям в теле трубопровода.

6. Разработана методика и схема управления рабочим давлением в технологических трубопроводах портового нефтеналивного комплекса на основе данных телеметрии.

Основные положения диссертации изложены в следующих печатных

работах:

Издание, рекомендованное перечнем ВАК РФ

1. Огурцов, Д.В. Определение устойчивости системы Черноморских магистральных и технологических нефте-газопроводов по параметрам остаточной прочности / Д.В. Огурцов, A.B. Бачище // Известия вузов Северо-Кавказкий Регион. Естественные науки - Ростов-на-Дону: издательство СКНЦ ЮФУ,- 2011.-С. 77-79 (№87 по перечню ВАК РФ 2011г.).

Статьи и тезисы

2. Огурцов, Д.В. Модернизация АСУ ТП ТРО магистральными трубопроводами// Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовка кадров на Юге России: материалы VIII региональной НТК. - Новороссийск: МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 2008 - С.53-54.

3. Огурцов, Д.В. О проблемах безопасности трубопроводного

транспорта/ A.B. Бачище, Д.В. Огурцов //Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовка кадров на Юге: материалы VIII региональной НТК. -Новороссийск: МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 2008 - С.61-62.

4. Огурцов, Д.В. Исследование коррозии трубопроводов

посредством волоконно-оптических датчиков/ И.М. Данцевич, A.B. Бачище, Д.В. Огурцов // Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовка кадров на Юге России: материалы VIII региональной НТК. - Новороссийск. МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 2010.- С.101-103.

5. Огурцов, Д.В. Оценка устойчивости трубопроводов при

коррозионном износе и рабочих процессах/ М.Н, Лютикова, A.B. Бачище,

Д.В. Огурцов //Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовка кадров на Юге России: материалы VIII региональной НТК. - Новороссийск: МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 2010.-С.103-106.

6. Огурцов, Д.В. Устройство для безразборной диагностики

технического состояния трубопроводного транспорта, (тезисы)/ A.B. Бачище,

И.М. Данцевич, И.А. Стрельникова, Д.В. Огурцов // Материалы IX региональной научно-технической конференции. - Новороссийск: МГЛ им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 2010 - С 50.

7. Огурцов, Д.В. Методология организации, управления и обеспечения эксплуатационной эффективности, интегрированных транспортных систем/ A.B. Бачище, И.А. Стрельникова, Д.В. Огурцов // Материалы VIII международной научно-практической конференции «Телеком Транс-2011».- Ростов па Дону: Ростовский государственный университет путей сообщений, 2011. - С.166-170.

8. Огурцов, Д.В. Физико-математическая модель мониторинга состояния и прогнозирования эксплуатационной надёжности трубопроводного транспорта (тезисы)/ A.B. Бачище, И.М. Данцевич, И.А.Стрельникова, Д.В. Огурцов // Сб. научных трудов МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова. - Новороссийск: МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова. 2011.- С. 190

Формат60к£4 1/16. Тираж 100. Заказ2168.

Отпечатано в редакционно-издательском отделе ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф.Ушакова» 353918, г. Новороссийск, пр. Ленина, 93

Условные обозначения.

Введение.

0.1 Техническая сущность и актуальность вопроса эксплуатационной надежности портового нефтеналивного комплекса.

0.2 Общая направленность исследований. Цель работы.

ГЛАВА 1 Аналитический обзор технических и организационных методов эксплуатации технологических трубопроводов морских терминалов и бункерного флота.

1.1 Методы организации технической эксплуатации технологических трубопроводов морских терминалов и бункерного флота.

1.2 Методы мониторинга технологических трубопроводов портовых нефтеналивных комплексов.

1.3 Перспективы совершенствования систем мониторинга портовых нефтеналивных комплексов.

1.4 Выводы и постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2 Основы определения устойчивости систем нефтеналивных комплексов в процессе износа.

2.1 Напряжения и деформации в технологических трубопроводах портовых нефтеналивных комплексов.

2.2 Вероятностные модели определения устойчивости технологических систем нефтеналивных комплексов в процессе изнашивания.

2.3 Оценка риска разрушения технологической нефтеналивной системы, портового нефтеналивного комплекса.

2.4 Совместное оценивание устойчивости портовых нефтеналивных комплексов при износе и рабочих процессах.

2.5 Мониторинг остаточного эксплуатационного ресурса портового нефтеналивного комплекса по основным проектным и эксплуатационным параметрам.

2.6 Выводы.

ГЛАВА 3 Определение устойчивости портовых нефтеналивных технологических систем по данным телеметрии.

3.1 Методы определения остаточной прочности и устойчивости трубопроводов портовых нефтеналивных комплексов на базе телеметрии.

3.2 Организация оптимальной фильтрации данных телеметрии.

3.3 Анализ адаптируемых систем мониторинга.

3.4 Выводы.

ГЛАВА 4 Адаптивная обработка информации состояния эксплуатационной надежности портового нефтеналивного комплекса.

4.1 Цифровая фильтрация телеметрической информации.

4.2 Мониторинг технического состояния технологического трубопровода портового нефтеналивного комплекса.

4.3 Организация системы мониторинга и управления портовым нефтеналивным комплексом.

4.4 Системный анализ параметров прочности трубопроводов портового нефтеналивного комплекса.

4.5 Сервисы эксплутационной безопасности и реагирования на аварийный розлив нефти портового нефтеналивного комплекса (пример реализации на базе плана ЛАРН пристани №5 ОАО «НМТП»).

4.6 Выводы.

0.1 Техническая сущность и актуальность вопроса эксплуатационной надежности портового нефтеналивного комплекса

В настоящее время мировой энергетический потенциал поддерживается, в основном, за счет углеводородного топлива. Быстро растущее потребление нефти усилило внимание к ее добыче не только на суше, но и в морях и океанах. Практически все морские страны ведут нефтепромысловые работы в море, добывая ежесуточно более 320000 тонн нефти. В прибрежных районах ежегодно бурится около 8000 скважин.

Анализ мирового опыта показывает, что основным видом транспорта, обеспечивающего доставку углеводородного сырья потребителю, является трубопроводный транспорт, включающий портовые нефтеналивные комплексы (морские и речные терминалы), которые обеспечивают перевалку не менее 80% нефти и нефтепродуктов, идущих на экспорт. В перспективе, за счет ввода в действие новых (Приморск, Варандей, Козьмино, НМТ) и реконструкции существующих морских нефтеналивных комплексов (Шесхарис, Туапсе, Находка), уже имеющиеся большие объемы грузооборота по нефти и нефтепродуктам, будут значительно увеличиваться.

Только по Новороссийскому портовому комплексу, в ближайшее время планируется значительное увеличение объемов перевалки, а именно:

• нефтерайон «Шесхарис» НМТП в настоящее время осуществляет погрузку на танкеры 50 млн.т/год, планируется увеличение до 65 млн.т./год в 2012-2013 году, после ввода в эксплуатацию причала 1А и нового технологического тоннеля;

• морской терминал КТК в настоящее время имеет объемы перевалки 35 млн.т./год, до 2015год планируется увеличение объема до 67 млн.т./год

• новороссийский мазутный терминал (НМТ) будет введен в эксплуатацию и в 2012 году - выйдет на проектный объем перевалки 4 млн.т./год мазута.

Одной из важнейших проблем портовых нефтеналивных комплексов является обеспечение надежности в течение всего периода их эксплуатации. Сроки эксплуатации большой части портовых нефтеналивных трубопроводных систем измеряются десятками лет в течение которых происходил интенсивный износ и старение их конструкций. Предельные сроки амортизации грузовых магистралей портовых нефтеналивных комплексов по правилам технической эксплуатации составляют 30 лет.

По состоянию на 2009г., около 30% технологических систем портовых нефтеналивных терминалов уже превысили предельные сроки эксплуатации, 37%- подходят к этому ресурсу и только 30%) эксплуатируются в течение 1020 лет. Только в АК «Транснефть» доля эксплуатируемых нефтеналивных комплексов с превышением сроков амортизации составляет более 40% на 2008 год.

К опаснейшим видам повреждений и разрушений элементов технологического нефтеналивного оборудования относится коррозийно-механическое разрушение. Обязательным условием эксплуатации опасных производственных объектов, к которым относятся и портовые нефтеналивные комплексы, является выполнение требований промышленной безопасности, в число которых входит периодическая экспертиза технического состояния оборудования с оценкой эксплуатационной поврежденности и безопасного остаточного ресурса.

0.2 Общая направленность исследований. Цель работы

Техническая эксплуатация портовых нефтеналивных терминалов представляет собой комплексную проблему, включающую решение большого числа разнообразных по характеру задач. Главные задачи связаны с обеспечением эксплуатационной надежности и технологической безопасности всего нефтеналивного комплекса.

Довольно широкий круг вопросов расчета, проектирования и эксплуатации трубопроводного транспорта и нефтеналивных комплексов как в научном, так и в практическом плане рассмотрены и, в определенной степени, решены как зарубежными специалистами (Германия, Великобритания - технологии внутренней диагностики), так и специалистами научных центров России: «Транснефть» - ОАО центр технической диагностики «Диаскан», институтами металлургии и материаловедения им. A.A. Байкова (ИМЕТ), машиноведения (ИМАШ) Российской академии наук и др.

В общем, в области диагностики нефтяных трубопроводных систем проведены достаточно широкие по своему объему изыскательские работы. Однако, до настоящего времени, эта задача так и не решена полностью, что подтверждается происходящими авариями с тяжелейшими экологическими последствиями: разрушение части технологического трубопровода на нефтяном терминале «Шесхарис» ОАО «Новороссийский морской торговый порт» в 1997 году; разливы нефти в Цемесской бухте; взрывы и последующий пожар на нефтяной платформе «Бритиш Петролеум» в Мексиканском заливе с последующей экологической катастрофой - далеко не полный перечень аварий и катастроф.

В связи с изложенным, настоящая диссертационная работа посвящена исследованиям, направленным на совершенствование диагностических операций с целью обеспечения повышения эксплуатационной надёжности портовых нефтеналивных комплексов.

Актуальность исследований определяется необходимостью дальнейшего технического совершенствования технологий и устройств, обеспечивающих безотказную работу портовых нефтеналивных комплексов в течение всего периода эксплуатации.

Объект исследования. Объектом исследования является нефтеналивная система морского портового терминала.

Предмет исследования. Предметом исследования является эксплуатационная надежность морского портового нефтеналивного терминала.

Цель работы. Цель работы состоит в исследовании возможности разработки более эффективных методов, технологий и устройств, обеспечивающих эксплуатационную надежность портовых нефтеналивных комплексов.

В число основных задач исследований входит:

• анализ состояния и аналитический обзор технических и организационных методов эксплуатации портовых нефтеналивных комплексов;

• разработка теоретических основ безразборной диагностики элементов нефтеналивного комплекса;

• разработка методов, технологий и устройств для безразборной диагностики и телеметрии портовых нефтеналивных комплексов.

Научная новизна работы состоит в:

• разработке методики определения остаточного эксплуатационного ресурса элементов портового нефтеналивного комплекса на базе безразборной диагностики;

• разработке математических моделей износа наиболее опасных участков грузовых систем нефтеналивного комплекса;

• разработке универсальной диаграммы для оценки технического состояния элементов портового нефтеналивного комплекса на базе основных проектных и эксплуатационных параметров;

• разработке схемы управления и телеметрии технологических процессов погрузки нефти и нефтепродуктов на суда с учетом требований промышленной безопасности к особо опасным производствам.

Научная достоверность и обоснованность результатов, представленных в данной работе, состоят в том, что все теоретические исследования, проектные разработки, практические реализации и внедрения основаны на базе известных аналитических средств, теорем, методов анализа, апробированы натурными и стендовыми испытаниями, статистикой измерений.

Практическая ценность диссертации состоит в разработке конкретного научно-методического аппарата, включающего в себя совокупность методов и моделей, позволяющих на базе безразборной диагностики дать оценку технического состояния нефтепровода, спрогнозировать запас остаточного ресурса и выработать предложения по дальнейшей его безопасной эксплуатации.

Реализация работы. Научные результаты диссертационной работы рекомендованы к внедрению в Новороссийском филиале Морского Регистра Судоходства РФ (№185-018-20/2941 от 30.05.2011г.), а также внедрены в ФГУ ГМЦ «Южморгеология».

На защиту выносятся следующие научные положения диссертации: • методика определения остаточного эксплуатационного ресурса элементов портового нефтеналивного комплекса на базе безразборной диагностики;

• Математические модели оценки технического состояния и эксплуатационного ресурса наиболее опасных участков нефтеналивного комплекса;

• универсальная диаграмма для оценки технического состояния элементов портового нефтеналивного комплекса на базе основных проектных и эксплуатационных параметров;

• Методика управления рабочим давлением в технологических трубопроводах морских терминалов и грузовых систем флота на основе данных телеметрии.

Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертации докладывались на международных, всероссийских и региональных научных конференциях, опубликованы в 8 научных работах, из них в изданиях по перечню ВАК - одна.

4.6 Выводы

Адаптивная четырёхуровневая АСУ портовых нефтеналивных терминалов, являющаяся составной частью глобальной системы мониторинга интермодальных перевозок, реализуется в аппаратном и программном виде:

- на уровне телеметрии применением волоконно-оптических датчиков состояния нефтеналивных технологических трубопроводов;

- на уровне управления - АСУ портовым технологическим комплексом нефтеналивных операций, за счёт регулировки рабочего давления;

- на уровне контроля применением сетевых технологий контроля технологических процессов нефтеналивного комплекса.

Рассмотренные факторы, влияющие на безопасность портовых нефтеналивных комплексов, позволили определить параметры оптимальных фильтров в адаптивных системах мониторинга всей технологической системы.

Заключение

В результате выполнения диссертационной работы получены следующие научные результаты.

1. На основании исследования остаточного эксплуатационного ресурса вышедших из строя технологических трубопроводов портового нефтеналивного комплекса выявлены участки подверженные наиболее интенсивному износу. Впервые обращено более пристальное внимание на коррозийно-абразивный износ нижней части грузового трубопровода, так называемый «ручейковый» износ. Как показали исследования остаточного эксплуатационного ресурса, «ручейковый» износ можно отнести к опасным с точки зрения износа трубопровода.

2. Разработана методика определения остаточного эксплуатационного ресурса элементов портового нефтеналивного комплекса на базе безразбороной диагностики.

3. Разработаны математические модели оценки эксплуатационного ресурса наиболее опасных участков портового нефтеналивного комплекса.

4. Разработаны диаграммы мониторинга остаточного эксплуатационного ресурса портового нефтеналивного комплекса по основным проектным и эксплуатационным параметрам, что позволяет выполнять предварительную оценку технического состояния технологических трубопроводов и, как следствие, всего нефтеналивного комплекса не прибегая к другим видам диагностики и телеметрии.

5. Разработано устройство позволяющее осуществлять мониторинг толщины стенки действующего трубопровода по измеренным напряжениям в теле трубопровода.

6. Разработана методика и схема управления рабочим давлением в технологических трубопроводах портового нефтеналивного комплекса на основе данных телеметрии.

Автор

1. РД 153-39.4-035-99 «Правила технической диагностики магистральных нефтепроводов внутритрубными инспекционными снарядами».

2. Москвичёв В.В., Черняев А.П., Готовко С.А. Комплексный анализ коррозийно-механических повреждений и разрушений элементов технологического оборудования. Ж., Безопасность труда в промышленности. №11. www.safety.ru

3. Купершмидт Я. А., Маргулева В. У., Рыжакова И. Н. Многоканальная кодо-импульсная система телеизмерений. Сер. «Передовой научно-технический и производственный опыт», вып. 12. М.: ГОСИНТИ. 1962 г.

4. Золотухин Е., Михальцов Э., Старшинов А., Стратула В., Чейдо Г. Модернизация АСУ ТП магистральных нефтепроводов. Современные технологии автоматизации. М.: «СТА - пресс». №4 1997г.

5. Благодарный А., Зензин А., Михальцов Э., Петков А., Чейдо Г. Программируемая информационно-управляющая система инструмент создания АСУ ТП ТРО магистральных нефтепроводов. www.neftegazl 1997 4

6. Под ред. Вакара К. Б. Акустическая эмиссия и её применение для неразрушающего контроля в атомной энергетике. М.: Атомиздат.1980.

7. Грешников В. А., Дробот Ю. В. Акустическая эмиссия. М.: Изд-во Стандартов. 1976.

8. Рыжов Д. М. Опыт реализации автоматизированной системы управления технологическими процессами территориально распределённых объектов. М.: Сети и системы связи №12(132). 2005.

9. Харальд Крайдл, Геральд Куприс. Интеллектуальный датчик давления с интерфейсом LIN. Отделение Motorola Semiconductor, Мюнхен, ФРГ. М.: Электронные компоненты №7.2003.

10. Елисеев А. Н. Сеть сбора данных и управления на базе многофункциональных криптозащищённых радиосенсоров. М.: Современная электроника №1.2006.

11. Питер Морриси. Реализация технологии BPL- М.: Сети и системы связи №12 (132). 2005.

12. Попов В. В. Проблемы развития крупных портов России. М: РосКонсульт, 2000. - 592с

13. Комплексная система технического обслуживания и ремонта судов. Основное руководство. РД 31.20.50 87. - М.: В/О «Мортехинформреклама», 1988. -220с

14. МАРПОЛ Приложение I «Правила предотвращения загрязнения нефтью» и МАРПОЛ Приложение II - «Правила предотвращения загрязнения вредными жидкими веществами, перевозимыми наливом» = MARPOL Annex I «Régulation for the Prévention of Pollution by Oil» and

15. MARPOL Annex II «Regulation for the Control of Pollution by Noxious Liquid Substances in Bulk». СПб, ЗАО ЦНИИМФ, 2006. - 528c.

16. Кодекс торгового мореплавания Российской Федерации. Официальное издание М.: Библиотечка «Российской газеты», 1999. - 192с.

17. Руководство по техническому наблюдению за судами в эксплуатации. Часть II, Техническое наблюдение за судами в эксплуатации в соответствии с правилами регистра, раздел 1-30. СПб. Российский морской регистр судоходства, 2004. 322с.

18. Правила технической эксплуатации судовых технических средств и конструкций. РДЗ 1.21.30-97. Л.: ЗАО «ЦНИИМФ», 1997. - 342с.

19. Громаков Ю. А., Голяницкий И. А., Шевцов В. А. Оптимальная обработка радиосигналов большими системами. М.: Эко-Трендз, 2004.-260 с.:ил.

20. Кловский Д. Д., Сойфер В. А. Обработка пространственно-временных сигналов (в каналах передачи информации). -М.: «Связь», 1976208 с. с ил.

21. Горнак А. М. Коммутаторы Ethernet третьего уровня. М.: Технологии и средства связи №1 (46) 2005.

22. Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение. -М.: Мир, 1984.

23. Ефремов JI. В. Практика инженерного анализа надёжности судовой техники. Д.: Судостроение, 1980.

24. Голуб Е. С., Мадорский Е. 3., Розенберг Г. Ш. Диагностирование судовых технических средств: Справочник. М.: Транспорт, 1993. - 150с.

25. Башуров Б. П., Носенко Е. С., Шарик В. В. О стратегии технического обслуживания и ремонта вспомогательного оборудования энергетических установок судовых транспортных средств. Изв. ВУЗов «Машиностроение», 2004, №11, с.29 35.

26. Моек Е., Штрикерт X. Техническая диагностика судовых машин и механизмов: пер. с нем. JI. Судостроение, 1986.

27. Егоров Г. В. Минимизация влияния судоходства на окружающую среду с использованием метода формальной оценки безопасности // Сб. научн. трудов Украинского государственного морского технического университета №5(377).- Николаев: УГМТУ, 2001.

28. Решетов Н. А. Формальная оценка безопасности судна // Науч.-техн. Сб. Российского морского регистра судоходства. Вып. 20. Часть 1-СПб.: Российский морской регистр судоходства. 1997.

29. Евенко В. И., Егоров Г. В., Сергеев А. А., Гришкин В. В. Обоснование повышенных требований регистра к судам со знаками ЭКО и ЭКО ПРОЕКТ в символе класса // Научно-технический сборник. СПб.: Российский Морской Регистр Судоходства. Вып.30. 2007.

30. Жадобин Н. Е. Магнитоупругие преобразователи в судовой автоматике-JI.: Судостроение. 1985.

31. Жадобин Н. Е., Крылов А. П., Малышев В. А. Элементы и функциональные устройства судовой автоматики. СПб.: Элмор.1998.

32. Дон Мориссон. Волоконно-оптические датчики контроля коррозии трубопроводов. М.:Электронные компоненты №11. 2008.

33. Хамов А. Беспроводные решения Smart Wireless от компании Emerson Process Management для автоматизации технологических процессов. -М.: «СТА-ПРЕСС». №4. 2008.

34. Мочалов Р., Пастухов А., Худов А., Язев А. Автоматизация эстакады налива жидкого аммиака в железнодорожные цистерны. М.: «СТА-ПРЕСС». №4. 2008.

35. Румб В. К., Медведев В. В., Серов А. В. Основы расчёта остаточной долговечности деталей судовых ДВС. // Научно-технический сборник. СПб.: Российский Морской Регистр Судоходства. Вып.30. 2007.

36. Иванов А. 3., Круг Г. К., Филаретов Г. Ф. Статистические методы в инженерных исследованиях-М.: Издательство МЭИ. 1976.

37. Железнов И. Г. Сложные технические системы (оценка характеристик). Учебное пособие для тех. Вузов М.: Высшая школа. 1984.

38. Ллойд Д. К, Липов М. Надежность организация исследования, методы, математический аппарат. 1964. 685с.

39. Лидбеттер М., Линдгрен Г., Ротсен X. Экстремумы случайных последовательностей и процессов. 1989. 392с.

40. API 610 Centrifugal Pumps For Petroleum, Heavy Duty Chemical, And Gas Industry Services. 8th Edition. - 1995.

41. Randal, R. В., A new method of modelling gear faults, Journal of Mechanical Design, Vol.104, 1982. c259- 267.

42. Aatola,S., R. Leskinen, Cepstrum Analysis Predicts Gearbox Failure, Noise Control Engineering Journal, March-April 1990, Vol 34(2), 53 59c.

43. Lloyd's List. March 24 1999. Stress monitoring systems give false sense of security.

44. Алексеев E. P., Чеснокова О. В. Решение задач вычислительной математики в пакетах Mathcad 12, MATLAB 7, Maple 9. Серия: Самоучитель. М.: НТ Пресс, 2006. 496с.

45. Гандер В., Гржебичек И. Решение задач в научных вычислениях с применением Maple и MATLAB. М.: Вассамедиа, 2005. 520с.

46. Говорухин В., Цибулин В. Компьютер в математическом исследовании. Учебный курс. СПб.: Питер. 2001.

47. Дьяконов В. П. Maple 9.5/10 в математике, физике и образовании -М.: СОЛОН-Пресс. 2006.

48. Дьяконов В. Вейвлеты. От теории к практике. М.: Солон-Р, 2002.

49. Новиков И. Я., Протасов В. Ю., Скопина М. А., Теория всплесков. -М.: ФИЗМАТ ЛИТ. 2006.

50. Сборник инструкций по браковочным показателям всех видов смазочных и гидравлических масел, применяемых на судах морского флота. ЯКУТ. 12-001-97. СПб. ЦНИИМФ, 1997 г.

51. Межведомственная научно-практическая конференция «Диагностика 2007»: Сборник докладов / Техническое управление ВМФ РФ, ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова. СПб., 2008. 216 с.:ил.

52. Отес Р., Эноксон JI. Прикладной анализ временных рядов. М.: Мир, 1982.

53. Огурцов Д.В. Модернизация АСУ ТП ТРО магистральными трубопроводами. Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовка кадров на Юге России VIII региональная НТК. Новороссийск. МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова. 2008. Сборник трудов.

54. Огурцов Д.В., Бачище A.B. О проблемах безопасности трубопроводного транспорта. Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовка кадров на Юге России VIII региональная НТК. Новороссийск. МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова. 2008. Сборник трудов.

55. ПБ03-585-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов. Сер.ОЗ.- Вып.25. - М.: НТЦ «Промышленная безопасность», 2004. - 148с.