автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Совершенствование методов оценки качества и эксплуатационной надежности запорной арматуры в условиях магистральных газопроводов

Совершенствование методов оценки качества и эксплуатационной надежности запорной арматуры в условиях магистральных газопроводов (на примере ООО «Севергазпром»)

Специальность - 05.02.13 Машины, агрегаты и процессы в нефтяной и газовой промышленности

------ Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ухта-2005

ситете

Работа выполнена в Ухтинском государственном техническом универ-

Научный руководитель

Доктор технических наук, профессор, Профессиональный инженер России Быков Игорь Юрьевич

Официальные оппоненты

Доктор технических наук, профессор Кучерявый Василий Иванович Кандидат технических наук Папировский Владимир Леонидович

Ведущая организация ООО «ЛУКОЙЛ-Коми» «ПЕЧОРНИПИНЕФТЬ»

Защита состоится

«_28 октября 2005 г в 10 часов на за-

седании диссертационного совета КР 212.291. 29 в Ухтинском государственном техническом университете по адресу: 169300, г. Ухта, Республика Коми, ул. Первомайская, 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ухтинского государственного технического университета.

Автореферат разослан «ЛЗ» Р в 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат

физико-математических наук, доцент

15Ш ' **

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Современные магистральные газопроводы представляют собой сложный комплекс инженерных сооружений, неотъемлемой частью которых является запорная арматура, представляющая собой устройства, регулирующие потоки газа, перераспределяя их направление и отсекая участки трубопроводов при ремонте или авариях. В связи с этим главным функциональным признаком запорной арматуры следует считать способность ее затворного устройства обеспечивать эффективную и безотказную герметичность перекрытия газового потока независимо от его баротермодинамического состояния.

Эффективность и безотказность этой системы оценивается показателями качества и надежности, определение которых основано на эксплуатационном опыте, результатах испытаний и вероятностных методах математической статистики. Многообразие этих показателей, их комплексность и громоздкость статистических вычислений предполагают использование количественно ограниченных системных модулей, но в полной мере оценивающих уровень надежности рассматриваемых технических систем. Применительно к затворным устройствам запорной арматуры такая систематизация до настоящего времени не проводилась, а существующие рекомендации носят обобщенный характер в соответствии с основными положениями теории надежности. Таким образом, проблема совершенствования методов оценки качества и эксплуатационной надежности запорной арматуры является актуальной.

Связь темы диссертации с плановыми исследованиями. Комплекс исследований, представленный в диссертации, соответствует п.6.4. «Научно-техническое и методическое обеспечение эксплуатации и технического обслуживания магистральных газопроводов и компрессорных станций» Перечня приоритетных научно- технических проблем ОАО «Газпром» на 2002 - 2006 гг., утвержденный 15.04.2002 г. Председателем правления ОАО «Газпром» А.Б. Миллером. Работа выполнялась в рамках договорных тем №19-04 (06-1740) ГР0120.0 500530 «Исследование причин потери герметичности шаровой запорной арматуры и методы ее определения», (ООО «Севеогазпром». 2004 г) и 46-1751 «Обследование запорной арматуры...» (ООО |

! худ?!

■ " 1 ' ■■

Цель работы. Совершенствование методов определения качества и экс-плутационной надежности запорной арматуры в условиях магистральных газопроводов.

Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

- выполнить анализ и рассмотреть пути совершенствования методов оценки показателей качества и надежности;

- сформулировать методологию выполнения работы;

- обосновать комплекс оценочных критериев;

- создать методику экспериментальной оценки сохраняемости показателей качества и надежности запорной арматуры на испытательном стенде;

- разработать методику вероятностной оценки показателей надежности запорной арматуры на герметичность.

Научная новизна.

1. Обоснован критерий отсчета наработки на отказ по предельно допустимой величине утечки газа, численное значение которой предлагается определять из выражения [б1,,«] =1,9 Ц^- К^ К]к • А-«/ (Ток ■ Цг).

2. Введено понятие функции интенсивности замен Цг) = й(*) • Н(1), позволяющей перейти к количественной оценке потребного резервирования и фактически сложившегося расхода запорной арматуры при ликвидации ее отказов.

3. Предложен экспресс-расчет параметров распределения Вейбулла по

формулам Х0 = Ву /Гт°, Ву = /(я«о) и то = /(,ъвар)> гДе Ву и т0 - числа, определяемые простым поиском их численных значений в специально разработанных таблицах, приведенных в диссертации.

4. Предложено выражение /(а)= 70/а = А'-1 Ее,- = для определения функции изнашивания /(а) уплотнительного узла затвора по косвенному признаку - величине утечки газа \(2ут ] .

5. Для вычисления показателей надежности по косвенному признаку изнашивания при 70— Н2ут\ йайдена простая расчетная зависимость Б} = /(■!?„)

взаимосвязи мер рассеяния случайных величин ей?, где Б} = (/0 - е-2)2 и

52=(N-ХУ'^-а) .

1

Основные защищаемые положения.

- методологический подход к совершенствованию теоретических и практических основ для определения показателей качества и эксплуатационной надежности запорной арматуры;

- комплекс оценочных критериев качества и эксплуатационной надежности запорной арматуры;

- методика экспериментальной оценки сохраняемости показателей качества и надежности запорной арматуры на испытательном стенде;

- принципиальная конструкция испытательного стенда;

- систематизированная методика оценки показателей надежности запорной арматуры по результатам статистических наблюдений;

- прогностическая модель оценки надежности по результатам ускоренных испытаний;

- комплекс новых научных знаний, направленных на совершенствование методов определения показателей качества и надежности запорной арматуры;

- комплекс ведомственных документов, содержащих основные положения диссертации;

Практическая ценность работы.

1. Разработан оригинальный испытательный стенд для экспериментальной оценки сохраняемости показателей качества и ресурсной надежности запорной арматуры.

2. Разработаны статистические таблицы для экспресс-определения параметров распределения т0 и Хо при оценке показателей надежности по закону Вейбулла.

3. Разработана методика расчета показателей надежности запорной арматуры на герметичность (ООО «Севергазпром», 2005 г.).

4. Подготовлена монография «Оценка показателей надежности трубопроводной арматуры (на примере ООО «Севергазпром»), рекомендованной Начальником Управления по транспортировке газа и газового конденсата И.И. Губан-

ком (№03/0810/510 от 15.03.2005) для публикации в качестве научного издания на 2006 г. в ООО «ИРЦ Газпром».

5. Основные положения диссертационной работы учтены при выполнении и разработке ряда аналитических и инструктивных документов ООО «Севергаз-пром», в т.ч.:

«Анализа работы основных объектов газотранспортной системы за

2004 г.»

- Инструкции по проведению испытаний герметичности шаровых затворов запорной арматуры (Ухта, 2003 г);

- Инструкции по эксплуатации «Течедетектор РАС - 5131 для оценки протечек газа в запорной арматуре» (Ухта, 2004);

- Регламентов выполнения пусконаладочных работ (Ухта, 2004 г.);

- Регламентов технического обслуживания запорной и регулирующей арматуры (Ухта, 2005 г.).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах - совещаниях ООО «Севергазпром» «Повышение уровня надежности и эксплуатации магистральных газопроводов, ГРС и объектов газоснабжения» (Вологда, 2002, 2003 гг.; Мышкин, 2004 г.); «Повышение эксплуатационной надежности оборудования газокомпрессорных станций» (Вологда, 2003, 2005 гг.; Мышкин, 2005 г.); на межрегиональной научно-технической конференции «Проблемы добычи, подготовки и транспорта нефти и газа (Ухта, УГТУ, 2000 г.), Всероссийской конференции «Большая нефть»: проблемы, перспективы. Нефть и газ Европейского Северо-Востока» (Ухта, УГТУ, 2003 г.), II Межрегиональной практической конференции «Современные проблемы нефтепромысловой и буровой механики» (Ухта, УГТУ, 2004 г.), на научных семинарах кафедры МОИ и ГП УГТУ (2004,2005 гг.).

В процессе работы использованы фундаментальные положения и результаты, полученные в работах Александрова A.B., Бобровского С.А., Болотина В.В., Васильева Г.Г., Гуревича Д.Ф., Заринского О.Н., Иресона В.Г., Косых С.Н., Львовского Е.М., Проникова A.C., Шилова П.И. и др.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложений. Основное содержание диссертации изложено на 184 страницах машинописного текста, в т.ч. 25 рисун-

ков и 20 таблиц; библиографический список включает 93 наименования; количество приложений - 8.

Публикации. Содержание диссертации изложено в 9 - публикациях, в т.ч.: 2 научно-технических обзора, 1 методическое руководство и 5 статей в центральных корпоративных научно-технических изданиях, и две заявки на изобретение.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цели и задачи исследований, показана научная новизна, практическая ценность и апробация полученных результатов.

В первой главе выполнен анализ существующих методов определения качества и эксплуатационной надежности запорной арматуры. Под качеством понимается некоторое сочетание конструктивных, управляющих и возмущающих факторов, комбинация которых обеспечивает заданный уровень эксплуатационной надежности изделия. Под эксплуатационной надежностью понимается свойство изделия выполнять заданные функции в течение заданного времени и в заданных режимах эксплуатации. Уровень качества изделия оценивается путем количественного сравнения его регламентированных и фактически измеренных параметров, определяющих оптимальность комбинации конструктивно-управляющих и возмущающих факторов.

Уровень эксплуатационной надежности оценивается ее количественными показателями, определение которых основано на методах математической статистики. Существующие методики для определения качества и эксплуатационной надежности технических устройств, включая трубопроводную арматуру, отличаются теоретической глубиной обоснования и практической целесообразностью. Однако применительно к запорной арматуре магистральных газопроводов эти методические рекомендации носят общий характер: не сформулированы оценочные комплексы критериев качества и показателей эксплуатационной надежности; не конкретизировано методологическое обеспечение для обработки результатов эксплуатационных статистических наблюдений, ускоренных испытаний и диагностирования запорной арматуры; отсутствует обоснование оценочных критериев; не разработанными оказались методика оценки сохраняемо-

ста параметров качества запорной арматуры, предназначенной для эксплуатации в системах магистральных газопроводов, а также методика вероятностной оценки показателей надежности по результатам статистических наблюдений и стендовых испытаний. Все это не позволяющих определить позволяет упорядочить системность сравнительных процедур, текущее состояние качества изделия и уровень его эксплуатационной надежности на заданный момент времени.

Во второй главе представлено методологическое обеспечение проводимых исследований. Конкретизирована методика статистической оценки показателей надежности, включающая четыре этапа: сбор статистической информации; обобщение и предварительную обработку статистических наблюдений, определение показателей надежности по эмпирическим данным; вывод аналитической формы показателей надежности. В каждом этапе изложена последовательность выполнения оценки, даны расчетные формулы для промежуточных вычислений и окончательного определения показателей надежности с приложением табулированных функций и статистических величин. Включена методика ускоренных испытаний запорных кранов на герметичность разработанная ДАО «Оргэнерго-газ» для периодического объективного контроля работоспособности запорных кранов различных поставщиков. Предложена методика определения показателей надежности в случае малой выборки, что позволяет вычленить составные части единой генеральной совокупности для оценки их удельного влияния на общую статистику. Предложена также методика диагностирования утечки газа ультразвуковым методом.

В третьей главе сформулированы и обоснованы комплексы оценочных критериев качества запорной арматуры (таблица 1) и показателей эксплуатационной надежности (таблица 2), позволяющие выполнять сравнительный анализ качественного и количественного соответствия изделия предъявляемым к нему требованиям. Обобщены способы прямого измерения утечек газа Шут] через калиброванные отверстия патрубков или фиксированные объемы с последующим вычислением численных значений по специально адаптированным для каждого случая формулам. При этом способ измерения утечек газа через свечные отводы упрощен при участии автора (заявка на изобретение) путем перенесения рабочей площадки измерений с высоты 4...5 и более метров на безопасную высоту 1,25... 1,5 метров.

Таблица 1

Комплекс оценочных критериев качества запорной арматуры

Наименование критерия качества Регистрируемые параметры при испытаниях Критериальный показатель Признак соответствия критерию качества

1. Прочность конструкции а) механических: ат)ис„ £ (а,; <!„)„„.„ Предельные нагрузки Рпред ~ Р ' (<*т) цеп Отсутствие формоизменения деталей

б) гидравлических: Рисп 1,5 Рраб Внутреннее давление {Р»с«Р)//А°.]исп Отсутствие разрушения корпуса

2. Гидравлическая и вакуумная плотность конструкции а) гидравлических; б) газовоздушных: Рнсп 1 »5 Рраб в) вакуумных: Риа, й 0,01 МПа Объем просачивания рабочей среды сквозь металл, Орс, л • мкм/с (х 10"' м4/с) Отсутствие увлажнений (росы на металле) Отсутствие акустических (УЗ) шумов

3. Герметичность уплотнений а)гидравлических. б) пневматических: Рисп ~ 1Л Рраб Объемный расход протечек через уплотнения, Q■¡, см3/мин (м3/мин) Отсутствие течи, пузырения

4. Герметичность затвора а) гидравлических; б) пневматических; в) рабочей средой: Рисп ~ 1»1 Рраб То же Объем протечек менее допустимого в соответствии с классами герметичности

5 Работоспособность крана а) перестановок затвора: Ли О, ао»р IV 1Л

Примечание: а,; ая - показатели прочности, текучести металла; Я„ред - предельная нагрузка от растяжения (сжатия), изгиба, кручения; Рисп, Рраб - гидро- (пневмо-) давление рабочей среды испытательное, рабочее; Я„„ - радиус внутренний; 5,/- площади сечения стенок сферического корпуса, фасонных стенок; ^-площадь воздействия; (?, - величина протечек; Л/ - число перестановок (ресурс); [0Т] - допустимая величина протечек.

Таблица 2

Комплекс оценочных показателей эксплуатационной надежности запорной арматуры

Наименование показателя надежности Регистрируемые параметры Оценка показателей

статистическая теоретическая

1. Вероятность безотказной работы, Я(() W(0),»C) R*(t)=\-n(t)/N(0)

2. Вероятность отказа то же q'{t)=n(t)/N(0) q{t)=\-'\f{t)dt 0

3. Интенсивность отказов n(At)\ N(At)-, At Х*(*)=л(Д*)/[Лг(Д/)/Д/] X{t)=f(f)/R{t)

4. Интенсивность восстановления t, t, sf H*(t)=(t/t)+ (sj /It2)-0,5 H(t)=F(i;Sf)

5. Интенсивность замен n(At), N(Aty, At, t, i, sf h{t)=l{t)H{t)

Примечание JV(0), IV(At) - число наблюдаемых объектов, в начальный момент (t = 0); n(t), n(At) - число отказов; t - текущее время (наработка); At - интервал наработки; t,sj- математической ожидание выборки, ее дисперсия, f(t)= F'(t) - плотность распределения

Обоснован предельно допустимый критерий утечек газа, потребный для аргументированного отсчета наработки на отказ. Выражение получено, исходя из баланса затрат на потерю газа Цг, экологические риски Кэ„ риск аварийности Кб, замену отказавшего изделия Кмм, его цены Цкр и срока окупаемости Так:

[б,«] = Ь9Цкр ■ К,ам-Кзк ■ К6 /{Ток ■ Цг), СМ3/МИН. (1)

Обоснован минимизационный критерий утечек газа, представляющий собой прогноз ожидаемой среднестатистической величины утечек газа на ближайшую перспективу:

]тЫ = -9274Г5 + 22287*4 - 21216<3 + 9995,3* 2 - 2329,6< + 215,01, (2)

где t = tg(Kг - 1980) - параметр времени; Кг - значения календарного года. При условии (>ут > [(Ум/я судят о наличии упущений в организации регламентных работ.

В четвертой главе представлена методика экспериментальной оценки сохраняемости параметров качества и ресурсных показателей надежности запорной арматуры. Параметр сохраняемости, являясь составным свойством надежности, представляет собой прежде всего показатель технического соответствия предъявляемым требованиям эксплуатации, упреждая одновременно затраты на текущее приобретение и будущую отбраковку из-за скрытых дефектов. С этой целью автором разработана и предложена принципиальная схема оригинального испытательного стенда отличающаяся тем, что конструктивно (рисунок 1) содержит подвижную тележку 4 и поворотно-подъемные устройства 15, 16 и 17, обеспечивающие быстросменность испытательных позиций и моделирование полного комплекса внутренних и внешних нагрузочных воздействий, включая имитацию монтажных нагрузок любой степени свободы (рисунок 2). Комплекс этих отличий представляет собой новое техническое решение, которое является предметом изобретения (заявка на изобретение). В разделе представлены программа испытаний и методика их проведения. Программа включает испытания объектов запорной арматуры на гидравлическую и вакуумную плотность и прочность корпуса, корпусных деталей и сварных швов; на герметичность уп-лотнительных узлов; на работоспособность и монтажные нагрузки. Методика испытаний описывает порядок их проведения, измерений и обработки полученных результатов. Методика для контроля сохраняемости показателей надежности запорной арматуры магистральных газопроводов разработана впервые и может быть реализована в качестве основы для приемочного корпорационного документа по аналогии с военной приемкой.

В пятой главе изложена методика вероятностной оценки показателей надежности запорной арматуры на герметичность по результатам статистических эксплуатационных наблюдений. Эта методика позволяет оценить эксплуатационную эффективность анализируемой системы в целом через конкретные показатели ее безотказности.

а - план испытательного полигона, б - транспортно-монтажная тележка, 1 - подъезд; 2 - кран-балка; 3 - рельсовый путь кран-балки, 4 - транспортно-монтажная тележка, 5 - испытательный газопровод; 6 - опоры; 7 - узел соединения; 8 - монтажные патрубки, 9 - стационарная платформа; 10 - тупик; 11 -шаровой кран; 12 - конечные выключатели, 13 - рельсовый путь транспортно-монтажной тележки, 14 - рабочая площадка, 15 - поворотный стол, 16 - механизм поворота; 17 - механизм подъема стола, 18 - шасси, 19 - привод, 20 - пульт управления и регистрации измерений

Рисунок 1

а,б - моделирование вертикальных нагрузок, в,г - моделирование горизонтальных нагрузок; 1 - шаровой крана в сборе; 2 - стойки транс-портно-монтажной тележки; 3 - поворотный стол; 4 - домкратное устройство; 5 - опора; 6 - талрепное устройство; 7 - подвижная лапа опоры; 8 - монтажные патрубки; 9 - транспортно-монтажная тележка; ¿1 - расчетная величина вертикального или горизонтального перемещения рабочего поворотного стола; — линии деформационных смещений.

Рисунок 2

Показано, что оценку эксплуатационной надежности

запорной арматуры следует осуществлять в четыре этапа. К первому этапу относится сбор статистической информации об эксплуатационных отказах. Процедура сбора этих сведений до настоящего времени носит несистемный характер, не измеряется и не фиксируется динамика развития износных явлений. Ко второму этапу оценки показателей надежности относится предварительная обработка статистических наблюдений. Она заключается в определении точности, достоверности, полноты и однородности выполненных наблюдений и совместимость разрозненных выборок. На третьем этапе выполняется расчет показателей надежности по эмпирическим данным. Численные значения полученных расчетов согласуют с известными теоретическими законами распределений. В работе излагаются методика определения согласия между эмпирическими и теоретическими распределениями, а также приемы принятия решений о принадлежности полученных распределений к теоретическим (вероятностная бумага, критерий согласия Пирсона). На четвертом этапе производится вывод аналитических зависимостей для расчета показателей надежности. Эти зависимости формируют на основе выбранного теоретического закона распределения вероятностей случайных величин после определения характеристических параметров этого распределения. Так, при нормальном законе распределения аналитические зависимости предложено формировать из следующих выражений:

/(<)= С-0О(С•*-!»); 1-ф(В-С(); Р(()= ф(В-С ■(); (3)

к(() =[Сф0(С/~ в)]/[ф{в -С-/)], (4)

1* = //5,;С=1/£, (5)

где * и 5, - параметры распределения, вычисляемые из известных выражений; ф0(С -1-В) - табулированная интегральная функция; ф(в - С ■ /) - табулированная функция плотности стандартизированного распределения.

При распределении Вейбулла с функцией ^(г) = 1 - т° | трудности

формирования аналитического выражения возникают при отыскании параметров распределения Яо и /«о. В работе предложен экспресс-метод определения этих параметров по формулам:

Ц = Ву/1т°-,т0 = /(ь1ар), (6)

где Ву = /(то) ~ число, затабулироваиное нами с помощью гамма - функции Г(2Г) при Z = т0'1 в зависимости от т0 из выражения:

В^[г(т^)/тй\\ (7)

здесь Л10 = /\»вар) - число, затабулироваиное нами из решения интегрального

представления гамма-функции в зависимости от ьвар:

\ ( =

г{г)= где гх = 1 + —

о I щ.

(8)

1Ил

с учетом известной связи

^ = (9)

причем численное значение х>вар по определению представляет собой отношение:

= (10) При т0 = 1 распределение Вейбулла трансформируется в экспоненциальное распределение. Эти три вида теоретических распределений описывают практически любое эмпирическое распределение применительно к статистическому анализу отказов шаровых кранов.

Разработанная методика позволяет, наряду с интенсивностью изнашивания, оценить функцию интенсивности восстановления анализируемой системы из выражения //(*,•)= /1+8} /II1 - 0,5 и функцию замен по предложенной формуле й(*,)= #(<,)■ >.(<;). Кроме того, предложен метод вычисления показателей надежности составных частей единой генеральной выборки на основе порядковых статистик. При этом функция распределения наработки до отказа оценивается выражением:

/•(г,-М<-3)/(лг,+0,4) (П)

при плотности

/(')=!/[(*/ +0,4Х',41-',)] (12)

и интенсивности отказов

*(</)= 1/[('м "'- + 0,7)]. (13)

Сравнение этих результатов с результатами расчета показателей надежности основной выборки позволяет выявить удельную долю вклада выделенной части выборки в общем ресурсном поведении системы. На рисунке 3 показан графический пример практической выгодности анализа поведения такой составной системы, отвечающей количественному критерию полноты выборки, /У(0) = 98 > А'« = 93 (отказы шаровых кранов группы Ду 700... 1000 мм), и составной части этой выборки (только отказы шаровых кранов Ду 700 мм) с малым числом наблюдений (N1 <10).

!а8 8»'

Й я о в и

»V ^ о о ад х х - з ® «

л вэ ев к 5 х 04

щ ¡3 О О о

ейШк

13,6 15,2 16,8 18,4 20,0 21,6 23,2 24,8 26,4 28,0 29,6 31,2

Время, годы

1 - функция распределения, /"(Г); 2 - безотказность работы, ЯЦ)ер', 3 - интенсивность отказов,

Х(<)> 4 - интенсивность восстановления, Нф; 5 - интенсивность замен, А(<);-основная

выборка (шаровые краны Ду 700...1000 мм),-------- составная часть выборки (шаровые краны

Ду 700 мм).

Рисунок 3

Предложен метод анализа потребных и фактически выполняемых замен отказавшей запорной арматуры на любой текущий момент времени. При этом число потребных замен на Прав кранов составит:

?п(')/,,Ч1... = »■(')/,«+1... праб (14)

а число фактически выполняемых замен определится как:

чМ, ,41... = *»(')/,1+1... • #(')/,<+! (15)

Графический пример такого анализа с учетом выделения составной части выборки (отказы шаровых кранов Ду 700) из составной статистики (отказы шаровых кранов Ду 700.. .1000 мм) представлен на рисунке 4.

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

Время, (, годы

1, 5 - количество потребных замен отказов; 2, 6 - количество выполняемых замен; 3 - потребная замена отказавших кранов (по годам); 4 - выполняемая замена отказавших кранов (по годам);-для общей выборки (Ду 700... 1000 мм);-------для составной части (Ду

700 мм) выборки.

Рисунок 4

В шестой главе разработана прогностическая модель оценки надежности запорной арматуры по результатам ускоренных испытаний для индивидуальной характеристики шаровых кранов (рисунок 5). До последнего времени, такая методика отсутствовала из-за сложности определения функции износа уплотни-тельного узла затворных устройств шаровых кранов в связи с недоступностью к прямым измерениям износных явлений в процессе работы объекта. В работе предпринята попытка обоснования функции изнашивания /(«)=Г по косвенным признакам: изменению величины утечки газа, которая определяется износом уплотнительных поверхностей /0:

Ресурс (случайная величина)

Предельный износ

Интенсивность изнашивания (случайная величина)

Ср. арифметич. значение 1 = /0/а

Дисперсия

Ср. арифметич

значение (

а =1

1«,

1

Н*)=Ф

Показатели надежности

Безотказность работы

Дисперсия

—-—-в)2 ТУ-17 ' '

л(0=1-^(0=1-Ф

/(0=(5,л/2я)"' ехр

Г-М)2]

25,2

Интенсивность отказов

Схема прогностической модели расчета ресурсных показателей надежности по критерию износа нормального закона распределения Рисунок 5

7=/{а)=10/а (16)

или

/(а)=/0/а=[^Я1]/^-11а|.=/ч, (17)

где - предельно-допустимая величина утечек как косвенный показатель

износа; а - математическое ожидание интенсивности утечек газа; - ресурсный показатель числа циклов перестановок шарового затвора.

Для определения меры рассеяния случайных величин I и а, найдена простая расчетная зависимость, имеющая вид:

Б} = (/0 -а"2)2 где 5в2 =(ТУ-1)"1Е(а,- -а)2 (18)

При этом значение предельно-допустимого износа 70 = \<2ут ] получено на основе корреляционного анализа и с учетом понятия о доверительном интервале имеет вид:

'о=[е,»]=«1 /("-О0,5,

(19)

где ^ „ - /-распределение Стьюдента; ЛГ, - число циклов перестановок;

- среднее квадратическое отклонение зафиксированных утечек дут газа:

{2"| 0,5

("-О-'^Д,,"*]} ; (2°)

N- число наблюдений; в\ - корреляционный коэффициент:

^ (21)

[лМ^)2-^)2]

На конкретном примере стендовых испытаний представлен пример расчета ресурсных показателей надежности шаровых кранов Ду 700 и Ду 300.

Для расширения диапазона статистического анализа значение предельно-допустимого износа /0 = [{?>«] может быть задано экспертным образом или определено из выражений (19)...(21).

На основе выполненных исследований разработана,

утверждена и введена в действие «Методика расчета показателей надежности запорной арматуры на герметичность».

Общие выводы

1. Проанализированы и определены пути совершенствования методов определения качества и эксплуатационной надежности запорной арматуры.

2. Разработан методологический подход к совершенствованию теоретических и практических основ определения показателей качества и надежности запорной арматуры.

3. Разработан комплекс оценочных критериев, позволяющий выполнить сравнительный анализ качественного и количественного соответствия запорной арматуры предъявляемым к ней требованиям.

4. Разработана методика и программа экспериментальной оценки параметров сохраняемости запорной арматуры на испытательном стенде.

5. Разработана принципиальная конструкция испытательного стенда по оценке параметров сохраняемости запорной арматуры.

6. Систематизирована методика оценки показателей надежности запорной арматуры по результатам статистических наблюдений.

7. Разработана прогностическая модель оценки надежности запорной арматуры по результатам ускоренных испытаний.

8. Получен комплекс новых научных знаний, направленных на совершенствование методов определения показателей качества и надежности запорной арматуры.

9. Разработана и утверждена в качестве ведомственного руководящего документа «Методика расчета показателей надежности запорной арматуры на герметичность» (ООО «Севергазпром», 2005).

10. По разработанным методикам выполнены статистические расчеты на реальных выборках статистических наблюдений и результатах ускоренных испытаний, проведенных на ведомственном испытательном стенде, с анализом текущего и прогнозного состояния анализируемых систем.

По_теме_диссертации опубликованы_следующие

работы:

1. Адаменко C.B., Ермоленко Н.М. и др. Диагностические методы оценки качества и эксплуатационной надежности запорной арматуры магистральных газопроводов // Обзорная информация. Серия: Транспорт и подземное хранение газа. - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004. - 62 с.

2. Адаменко C.B., Ермоленко Е.М. и др. Методы диагностики запорной арматуры на герметичность // Обзорная информация. Серия: Транспорт и подземное хранение газа. - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004. - 52 с.

3. Адаменко C.B., Ермоленко Е.М. и др. Критерии качества при оценке герметичности запорной арматуры магистральных газопроводов// Научн.-техн. сб. №3: «Транспорт и подземное хранение газа» - М.: ООО «ИРЦ Газпром», №3, 2004.-С. 23-33.

4. Адаменко C.B., Ермоленко Е.М. и др. Методика определения максимально возможной величины утечки газа по результатам ускоренных испытаний шаровых кранов на герметичность// Научн.- техн. сб. «Транспорт и подземное хранение газа» -М.: ООО «ИРЦ Газпром», №3,2005. - С.25 - 34.

5. Адаменко C.B., Быков И.Ю. и др. Методика определения показателей надежности трубопроводной запорной арматуры на основе статистической информации //Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море: Научно-техн. журнал. - М.: ВНИИОЭНГ, № 4,2005. - С.19 - 23.

6. Быков И.Ю., Е.М. Москалева., Ермоленко Н.М., Адаменко C.B. Методика аналитического расчета показателей надежности запорной арматуры // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море: Науч.-техн. журнал. -М.: ВНИИОЭНГ, №4,2005. - С. 16 - 19.

7. Методика расчета показателей надежности запорной арматуры на герметичность: Методическое руководство// Составители: С.В Адаменко., Н.М Ермоленко., C.B. Тарасов., И.Ю Быков., Н.Д. Цхадая. - Ухта, ИТЦ ООО «Севергаз-пром», 2005. - 34 с.

8. Устройство для измерения газовых утечек свечной запорной арматуры: заявка на изобретение / C.B. Адаменко, Н.М. Ермоленко, C.B. Тарасов, И.Ю. Быков, Н.Д. Цхадая. - Ухта: ООО «Севергазпром», 2005. - 6 с.

9. Стенд для испытаний запорной арматуры: заявка на изобретение/ C.B. Адаменко, Н.М. Ермоленко, C.B. Тарасов, И.Ю. Быков, Н.Д. Цхадая. - Ухта: ООО «Севергазпром», 2005. - 6 с.

22

23

$17764

РНБ Русский фонд

2006-4 15936

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ.

1.1. Понятие о качестве запорной арматуры и се эксплуатационной надежности.

1.2. Методические подходы к определению показателей качества и эксплуатационной надежности.

1.3. Оценочные критерии качества и эксплуатационной надежности.

1.4. Экспериментальные методы оценки качества запорной арматуры.

1.5. Существующие методики оценки эксплуатационной надежности.

1.6. Цель и задачи исследований.

2. МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Методы статистической оценки показателей надежности.

2.2. Методика ускоренных испытаний запорных кранов на герметичность.

2.3. Методика определения показателей надежности в случае малой выборки (N,<10).

2.4. Ультразвуковое диагностирование утечек газа.

3. ОБОСНОВАНИЕ ОЦЕНОЧНЫХ КРИТЕРИЕВ.

3.1. Критерии качества.

3.2. Количественные показатели оценки надежности.

3.3. Оценка величины утечек газа.

3.4. Критерий ресурсного отказа.

3.5. Минимизационный критерий утечек газа. ^

4. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ СОХРАНЯЕМОСТИ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА И ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ.

4.1. Понятие о сохраняемости функциональных свойств.

4.2. Принципиальная схема испытательного стенда.

4.3. Программа испытании.

4.4. Методика испытании.

4.4.1. Испытание на гидравлическую прочность.

4.4.2. Испытание на герметичность.

4.4.3. Испытание на работоспособность.

4.4.4. Испытания на монтажные нагрузки.

4.4.5. Испытания на вакуумную плотность. j jg

5. МЕТОДИКА ВЕРОЯТНОСТНОЙ ОЦЕНКИ РЕСУРСНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ.

5.1. Оценка эксплуатационной надежности запорной арматуры по результатам статистических наблюдений.

5.1.1. Расчет показателей в случае полной выборке.

5.1.2. Обоснование объема статистики.

5.1.3. Проверка на совместимость.

5.1.4. Группирование статистического ряда.

5.1.5. Расчет показателей надежности в случае малой (7Ve<10) выборки.

6. ПРОГНОСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ.

6.1. Обоснование критерия изнашивания.

6.2. Теоретическое обоснование прогностической модели оценки ^^ надежности.

6.3. Обоснование функции изнашивания.

6.4. Методика определения максимально возможной величины утечки газа по результатам ускоренных испытаний.

6.5. Пример расчета ресурсных показателей надежности.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Современные магистральные газопроводы представляют собой сложный комплекс инженерных сооружений, неотъемлемой частью которых является запорная арматура, представляющая собой устройства, регулирующие потоки газа, перераспределяя их направление и отсекая участки трубопроводов при ремонте или авариях. В связи с этим главным функциональным признаком запорной арматуры следует считать способность ее затворного устройства обеспечивать эффективную и безотказную герметичность перекрытия газового потока независимо от его баротермодинамического состояния.

Эффективность и безотказность этой системы оценивается показателями качества и надежности, определение которых основано на эксплуатационном опыте, результатах испытаний и вероятностных методах математической статистики. Многообразие этих показателей, их комплексность и громоздкость статистических вычислений предполагают использование количественно ограниченных системных модулей, но в полной мере оценивающих уровень надежности рассматриваемых технических систем. Применительно к затворным устройствам запорной арматуры такая систематизация до настоящего времени не проводилась, а существующие рекомендации носят обобщенный характер в соответствии с основными положениями теории надежности. Таким образом, проблема совершенствования методов оценки качества и эксплуатационной надежности запорной арматуры является актуальной.

Связь темы диссертации с плановыми исследованиями. Комплекс исследований, представленный в диссертации, соответствует п.6.4. «Научно-техническое и методическое обеспечение эксплуатации и технического обслуживания магистральных газопроводов и компрессорных станций» Перечня приоритетных научно- технических проблем ОЛО «Газпром» на 2002 - 2006 гг., утвержденный 15.04.2002 Председателем правления ОЛО «Газпром» Л.Б. Миллером. Работа выполнялась в рамках договорной темы №19-04 (06-1740) ГР0120.0 500530 «Исследование причин потери герметичности шаровой запорной арматуры и методы ее определения», утвержденной 16.09.2004 Главным инженером ООО «СеверГазпром» А.Я. Яковлевым.

Цель работы. Совершенствование методов определения качества и эксплута-ционной надежности запорной арматуры в условиях магистральных газопроводов.

Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

- выполнить анализ и рассмотреть пути совершенствования методов оценки показателей качества и надежности;

- сформулировать методологию выполнения работы;

- обосновать комплекс оценочных критериев;

- создать методику экспериментальной оценки сохраняемости показателей качества и надежности запорной арматуры на испытательном стенде;

- разработать методику вероятностной оценки показателей надежности запорной арматуры на герметичность.

Научная новизна.

1. Обоснован критерий отсчета наработки на отказ по предельно допустимой величине утечки газа, численное значение которой предлагается определять из выражения [Qy •т J 1,9 Цкр • Кза.ч 'Кж • К J (Ток • Цг).

2. Введено понятие функции интенсивности замен \{t) = li{t) • H(t), позволяющей перейти к количественной оценке потребного резервирования и фактически сложившегося расхода запорной арматуры при ликвидации ее отказов.

3. Предложен экснресс-расчет параметров распределения Вейбулла по формулам >.q 11'"0 > ^Y = /(шо) 11 mo = f{?eap)> ГДС ^Y 11 mo ~ числа, определяемые простым поиском их численных значений в специально разработанных таблицах, приведенных в диссертации.

4. Предложено выражение = а =^2\ту N ^л,-^,. для определе 1 ния функции изнашивания /(«) уплотнительного узла затвора но косвенному признаку - утечке газа ■

5. Для вычисления показателей надежности но косвенному признаку изнашивания при Jo = [б^/м] найдена простая расчетная зависимость = /(^) взаимосвязи мер рассеяния случайных величин а и I, где = (/0 'а~2\'^а н м 2

Б^ф-ХТ^ц-а) . 1

Основные защищаемые положения.

- методологический подход к совершенствованию теоретических и практических основ для определения показателей качества и эксплуатационной надежности запорной арматуры;

- комплекс оценочных критериев качества и эксплуатационной надежности запорной арматуры;

- методика экспериментальной оценки сохраняемости показателей качества и надежности запорной арматуры на испытательном стенде;

- принципиальная конструкция испытательного стенда;

- систематизированная методика оценки показателей надежности запорной арматуры но результатам статистических наблюдений;

- прогностическая модель оценки надежности но результатам ускоренных испытаний;

- комплекс новых научных знаний, направленных на совершенствование методов определения показателей качества и надежности запорной арматуры;

- комплекс ведомственных документов, содержащих основные положения диссертации;

Практическая ценность работы.

1. Разработан оригинальный испытательный стенд для экспериментальной оценки сохраняемости показателей качества и ресурсной надежности запорной арматуры.

2. Разработаны статистические таблицы для экспресс-определения параметров распределения т0 и Ао при оценке показателей надежности по закону Вейбулла.

3. Разработана методика расчета показателей надежности запорной арматуры на герметичность (ООО «Оргэнергогаз», Москва, 2005 г.).

4. Систематизирован методологический комплекс для обеспечения исследований в области определения качества и эксплуатационной надежности запорной арматуры.

5. Основные положения диссертационной работы учтены при выполнении и разработке ряда аналитических и инструктивных документов ООО «Севергазпром», в т.ч.:

Анализа работы основных объектов газотранспортной системы за 2004 г.»

- Инструкции по проведению испытаний герметичности шаровых затворов запорной арматуры (Ухта, 2003 г);

- Инструкции по эксплуатации «Течедетектор РАС - 5131 для оценки протечек газа в запорной арматуре» (Ухта, 2004);

- Регламентов выполнения нусконаладочных работ (Ухта, 2004 г.);

- Регламентов технического обслуживания запорной и регулирующей арматуры (Ухта, 2005 г.).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах - совещаниях ООО «Севергазнром» «Повышение уровня надежности и эксплуатации магистральных газопроводов, ГРС и объектов газоснабжения» (Вологда, 2002, 2003 гг.; Мышкин, 2004 г.); «Повышение эксплуатационной надежности оборудования газокомпрессорных станций» (Вологда, 2003, 2005 гг.; Мышкин, 2005 г.); на межрегиональной научно-технической конференции «Проблемы добычи, подготовки и транспорта нефти и газа (Ухта, УГТУ, 2000 г.),

Всероссийской конференции «Большая нефть»: проблемы, перспективы. Нефть и газ Европейского Северо-Востока» (Ухта, УГТУ, 2003 г.), II Межрегиональной практической конференции «Современные проблемы нефтепромысловой и буровой механики» (Ухта, УГТУ, 2004 г.), на научных семинарах кафедры МОН и ГП УГТУ (2004, 2005 гг.).

В процессе работы использованы фундаментальные положения и результаты, полученные в работах Александрова A.B., Бобровского С.А., Болотина В.В., Васильева Г.Г., Гуревича Д.Ф., Заринского О.Н., Иресона В.Г., Косых С.Н., Львовского Е.М., Проникова A.C., Шилова П.И. и др.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка и приложений. Основное содержание диссертации изложено на 184 страницах машинописного текста, в т.ч. 25 рисунков и 20 таблиц; библиографический список включает 93 наименования; количество приложений - 8.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработка научно обоснованных методов оценки качества и управления эксплуатационной надежностью запорных механизмов сдерживается недостаточной изученностью механизма изнашивания отдельных узлов запорной арматуры. Такое состояние объясняется особенностями конструктивного устройства запорных кранов, жесткими условиями их эксплуатации и сложностью реализации измерительно-износных процедур в уплотнительных узлах, скрытно размещенных в корпусе запорного изделия, полость которого подвергается воздействию потока газа, находящегося под высоким давлением и содержащего включения механических абразивных частиц. Недоступность прямого наблюдения процессов изнашивания уплотнительных узлов запорной арматуры предполагает поиск и совершенствование специальных приемов и методов для изучения динамики исчерпания ресурса, эксплуатационных отказов и функций изнашивания , достоверность и доверительность которых требует строгого обоснования с использованием общепризнанных методик математического анализа, технического и электронного диагностирования на основе оценочных критериев, характеризующих показатели качества и эксплуатационной надежности запорной арматуры.

2. Для достижения поставленной цели предложено методологическое обеспечение для проведения исследований, основанное на методах математически-вероятностного анализа результатов эксплуатационных наблюдений за отказами запорной арматуры и данных ускоренных испытаний но исчерпанию перестановочного ресурса шаровых кранов затворов; особенностью предложенной методологии является возможность вычленения составных частей единой генеральной совокупности, что позволяет оцепить удельную долю влияния малой выборки в общей статистике.

3. Сформулирован и обоснован комплекс оценочных критериев качества и эксплуатационной надежности запорной арматуры магистральных газопроводов, позволяющий выполнить сравнительный анализ качественного и количественного соответствия изделия предъявляемым к нему требованиям. Этот комплекс представляет собой системный модуль, включающий расчетные ноказатели, численно характеризующие прочность конструкции запорной арматуры, герметичность ее уплотнительных узлов, безотказность функциональной предназначенности и ресурсную надежность срабатывания в процессе эксплуатации. При этом комплекс оценочных критериев качества содержит показатели предельных нагрузок на растяжение, изгиб и кручение при механическом воздействии на отдельные элементы или узлы конструкции, в том числе показатели прочности и гидравлической плотности корпуса, корпусных деталей и сварных швов под воздействием внутреннего гидравлического (пневматического) давления. Этот комплекс включает также количественные показатели уровня герметичности запорной арматуры, выражаемые объемным расходом утечек жидкости или газа через уплотнительные узлы шпинделя, разъемных соединений и затворного механизма. Оценочный комплекс эксплуатационной надежности для запорной арматуры состоит из количественных показателей, характеризующих наработку на отказ, вероятность безотказной работы и вероятность отказов, а также показатели резервирования запасов, интенсивности восстановления отказов и остаточный ресурс. Этот комплекс в полной мере оценивает уровень эксплуатационной надежности во времени, что способствует оперативной реализации упредительных мер по поддержанию эффективной работоспособности газотранспортной системы в целом.

При этом основным показателем работоспособности запорной арматуры является состояние ее герметичности, определяемое величиной утечек газа через уплотнительные узлы. Эта измерительная процедура до настоящего времени отличается неоперативностью и сложностью исполнения, а электронные, тепловые, химические и акустические методы весьма приблизительны, а иногда -неопределенны. Анализ показывает, что в настоящее время приемлемыми являются способы прямого измерения потока истекающего из калиброванных отверстий газа, аккумулируемого в замкнутых объемах или локализующих камерах быстровозводимого тина свечного отвода. Способ измерения утечек газа через свечной отвод упрощен при участии автора (заявка на изобретение) с целью повышения безопасности проведения измерительных работ путем перенесения рабочей площадки измерений с высоты 4.5 и более метров па высоту роста человека (1,25. .1,50 м). Сущность изобретения представлена на рисунке 3.3. Предложенный прием измерений является предметом изобретения и последующего патентования в стране и за рубежом. В работе предложена также формула для расчетного обоснования критерия ресурсного отказа запорной арматуры по параметру утечки газа: и^ут J Т II ок^ г

Расчетное значение этой величины свидетельствует о дальнейшей нецелесообразности использования оценочного затворного механизма по соображениям коммерческой, экологической и промышленной безопасности. Наконец, обоснован минимизационный критерий утечек газа, определяемый полиномом пятой степени на период 1992.2012 гг:

Qp =-921 At5 + 22287Z4 —212216/3 + 9995,3/2 -2329/ + 215,01, где / - параметр времени, определяемый из выражения: / = tg (Кг - 1980).

Этот критерий представляет собой обоснованный прогноз ожидаемой среднестатистической величины утечек газа на ближайшую перестановку. Если реальная величина утечек окажется больше расчетной (Qym > Qp), то судят о наличии упущений в организации регламентных работ.

4. В работе представлена методика оценки сохраняемости параметров надежности качества на испытательном стенде. Сохраняемость является одной из составных свойств надежности технических устройств и характеризует способность изделия выполнять требуемые функции после транспортирования и хранения. Параметр сохраняемости является категорией превентивно-коммерческой, упреждающей текущую закупочную нецелесообразность и предотвращающей затраты будущих времен, связанные с проявлением скрытых отказных дефектов после нуска объекта в эксплуатацию. Для контроля сохраняемости функциональных свойств запорной арматуры магистральных газопроводов Ду 50. 1400 мм разработана принципиальная схема испытательного стенда, отличающаяся тем, что конструктивно содержит подвижную рабочую тележку и поворотно-подъемные устройства, обеспечивающие быстросменность испытательных позиций и моделирование полного комплекса внутренних и внешних нагрузочных воздействий, включая имитацию монтажных нагрузок любой степени свободы. Комплекс этих отличий представляет собой новое техническое решение, которое является предметом изобретения и последующего патентования. В работе представлены программа испытаний и методика их проведения. Программа включает испытания объектов запорной арматуры на гидравлическую прочность и плотность корпуса, корпусных деталей и сварных швов; на герметичность уплотнительных узлов; на работоспособность; монтажные нагрузки и вакуумную плотность корпусных деталей. Методика испытаний описывает порядок их проведения, измерений и обработки полученных результатов. Методика для контроля сохраняемости показателей надежности запорной арматуры магистральных газопроводов разработана впервые и может быть реализована в качестве приемочного корпорационного документа по аналогии с военной приемкой.

5. Завершающим этаном выполненных работ является создание методики вероятностной оценки показателей надежности запорной арматуры на герметичность по результатам статистических эксплуатационных наблюдений и ускоренных стендовых испытаний. Методика статистических эксплуатационных наблюдений позволяет оценить эксплуатационную эффективность анализируемой системы в целом через конкретные показатели ее безотказности. Методика ускоренных испытаний позволяет выявить динамику исчерпания ресурса отдельного затворного устройства в функции числа циклов его перестановок. Совместный анализ полученных результатов дает интегральное представление о текущем и прогнозном уровне надежности анализируемых систем.

Для этой цели сформулированы основные понятия о количественных и комплексных показателях надежности, представлены методы их статистического и теоретического определения. Показано, что оценку эксплутационной надежности запорной арматуры следует осуществлять в четыре этапа. К первому этану относится сбор статистической информации об эксплуатационных отказах. Процедура сбора этих сведений до настоящего времени носит незавершенный характер; не измеряется и не фиксируется динамика развития износиых явлений. Ко второму этапу оценки показателей надежности относится предварительная обработка статистических наблюдений. Она заключается в определении точности, достоверности, полноты и однородности выполненных наблюдений и совместимостью разрозненных выборок. На третьем этапе выполняется расчет показателей надежности по эмпирическим данным. Численные значения полученных расчетов позволяют выстроить эмпирические гистограммы и найти сглаженные функции рассматриваемых наблюдений. Графический вид этих функций сравнивают с графиками теоретических распределений и устанавливают характерную схожесть одного из них с графиками эмпирических функций. В работе излагается методика определения согласия между схожими функциями и приемами принятия решений о принадлежности полученных распределений к теоретическим. На четвертом этапе производится вывод аналитических зависимостей для расчета показателей надежности. Эти зависимости формируют на основе выбранного теоретического закона распределения вероятностей случайных величин, и после определения характеристических параметров этого распределения. Подход к вычислению характеристических параметров для каждого закона распределения индивидуален; индивидуален и характер формирования аналитической формы теоретических функций для каждого закона распределения. Так, при нормальном законе распределения аналитические зависимости предложено формировать из следующих выражений: /(/)=С-0о(С./-Д); -ф{В-С-()-, Р{() = ф{В-С-1)\ [С ■ ф0(С ■ I - В)]/[ф(В - С ■/)], где В =1 / 5,; С = 1/ ; / и Б( — параметры распределения. При распределении Вейбулла с функцией 1 -ехр{хо1т°) трудности возникают при отыскании параметров Ао и численные значения которых предложено определять нз соотношений: = 5, / / = {г(1 + 2/1„0) /[Г(1 + 1 / то )]2 -1}0'5; = {[г(1 / и,0)] / т01}'"°, где Г(х) - гамма функция, а параметр т0 = /(1>бар) отыскивается из статистической таблицы И.Ю.Быкова. При т0= 1 распределение Вейбулла трансформируется в экспоненциальное распределение. Эти три вида теоретических распределений описывают практически любое эмпирическое распределение применитсльно к статистическому анализу отказов шаровых кранов. Разработанная методика позволяет, наряду с интенсивностью изнашивания, оценить функцию интенсивности восстановления анализируемой системы, из аналитического выражения //(*,.) = *./*+Я2/ 2/2-0,5. Эта функция характеризует фактически сложившуюся динамику замен отказавших объектов, причем число потребных замен составит (/„ 'пРаб-> а число выполняемых замен определится, как (7в(')|,1+1. =(1п^\,м.' Анализ этих зависимостей вскрывает потенциальный резерв упущенных возможностей по поддержанию уровня надежности анализируемой системы в связи с запаздыванием восстановления ее отказавших элементов (узлов). Наконец, предложен метод вычисления характера ресурсного поведения составных частей единой генеральной совокупности на основе порядковых статистик. При этом функция распределения наработки до отказа оценивается выражением + 0,4) при плотности /(О-+0,4)(/|Ч1-/,)] и интенсивности отказов

1 + 1 - а*,-/+ 0,7)] . Сравнение полученных результатов с результатами оценки основной статистической выборки позволяет выявить удельную долю вклада вычисленной части выборки в общем ресурсном поведении системы.

Наконец, разработана прогностическая модель оценки надежности запорной арматуры по результатам ускоренных испытаний для индивидуальной характеристики шаровых кранов. До последнего времени, такая методика отсутствовала из-за сложности определения функции износа уплотнительного узла затворных устройств шаровых кранов в связи с недоступностью к прямым измерениям износиых явлений в процессе работы объекта. В работе предпринята попытка обоснования функции изнашивания по косвенным признакам: изменению величины утечки газа через унлотпительные узлы. Эти утечки реально измеряются с использованием инструментальных методов, реально моделируются на промышленных стендах и характеризуются реальной повторяемостью при серийном проведении испытаний. Следовательно, такие наблюдения вполне могуг служить оценочными факторами, т.к. величина утечек газа через уплотнительный узел пропорциональна величине зазора между уплотняемыми величинами, а следовательно подлежат оценке с помощью методов математической статистики. Тогда связь между случайными величинами ресурса (долговечности) уплотнительного узла / и интенсивностью его изнашивания в виде функции /(а ) можно установить через показатель предельно допустимого износа уплотнительных поверхностей У0: 7 = f{a) = J0 /а . В работе показано, что функция изнашивания/(а ) для определения ресурсного показателя числа перестановок шарового затвора 1Ц имеет вид: /(а) = ,/0 /а = ]/ N= 1Ц, где

0.Ут\ - предельно-допустимая величина утечек как косвенный показатель износа; а — математическое ожидание интенсивности утечек газа как косвенный У показатель интенсивности изнашивания. При этом между дисперсиями и , характеризующими меру рассеяния случайных величин Г и а, найдена простая расчетная зависимость, имеющая вид: = (/0 • а ~2)2, где N 2

52 = (ДО -1) ¿(я,- — а) • Таким образом, имея значения предельно-допустимого 1 износа ./о = [0,ут\ в зависимости от числа циклов перестановок /ц шарового затвора, выборочное значение интенсивности изнашивания а =а и расчетное значение дисперсии 52, можно легко перейти к расчету дисперсии 52 с последующим определением плотности вероятностей /(/) распределения случайных величин и отыскиванием ее интегральной функции > описывающей характер самого распределения, которое и лежит в основе вычисления количественных показателей надежности заданной номенклатуры. При этом значение предельно-допустимого износа 70 = [0,Ут\ узла запорной арматуры в функции исчерпания его ресурса /ц, выраженного в числе циклов перестановок получено на основе корреляционного анализа но результатам ускоренных испытаний на корпоративном стенде, методика и принцип проведения которых в работе детально проанализированы. С учетом понятия о доверительном интервале выражения для расчета величины предельно допустимого износа имеет вид:

Л = Шут] = (¡1 • N,1 „ • 59 /(ЛГ -1)0,5, где * а - I- распределение Стыодента; • 1—

2 2

- среднее квадратнческое отклонение, зафиксированных утечек цут, равное

59={(Л^ -I)-1 \Яут)ср1 ~^г]2}}' ' N - число наблюдений; в\ - корреляционный коэффициент, вычисляемый на основе полученных результатов испытаний но формуле:

- {д^ • X),.]- )(. • }/к • )2 - (ХА^,)2].

На основе полученных выражений рассмотрен пример методического расчета показателей надежности шаровых кранов разного условного диаметра с представлением графической интерпретации полученных результатов. Все это позволяет сделать ряд прогностических выводов. В частности, сравнить динамику исчерпания функции надежности для кранов различных размеров; выявить характер изменения интенсивности отказов в функции числа циклов воздействия; выяснить уровень вероятности поставок некондиционных кранов; разработать графики профилактического контроля унлотнительных узлов шаровых кранов и времени вероятного вывода их из эксплуатации.

Таким образом, разработанный комплекс методик на примере анализа существующих ситуаций в ООО «Севергазпром» представляет собой вклад в совершенствование методов определения качества и эксплуатационной надежности запорной арматуры магистральных газопроводов. Это означает, что цель настоящей диссертационной работы достигнута.

1. Аваков В.А. Расчеты бурового оборудования. М.: Недра, 1974. - 400 с.

2. Адаменко C.B. Критерии качества при оценке герметичности запорной арматуры магистральных газопроводов. /C.B. Адаменко, Н.М. Ермоленко, И.Ю.Быков, Н.П. Щукин.// НТС: Диагностика оборудования и трубопроводов, №3. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004. - С.23 - 33.

3. Адаменко C.B. Методы диагностики запорной арматуры на герметичность /C.B. Адаменко, Н.М. Ермоленко, Н.П. Щукин, И.Ю. Быков.// Обз. инф. Сер.: Транспорт и подземное хранение газа. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004. - 56 с.

4. Акульшнна Н.П. Магистральные трубопроводы охлажденного и сжиженного природного газа. / Н.П. Акульшина, В.А. Андрианов, В.И. Зоркальцев н др. //Под. ред. А.Е. Полозова. Сыктывкар: Издательство АН СССР УрО КНЦ, 1988. - 158 с.

5. Александров A.B. Повышение эксплуатационной надежности компрессорных агрегатов магистральных газопроводов. М.: ЦНТНГазпрома СССР, 1963. - 73 с.

6. Акустико-дпагностический комплекс «Искатель»: Коммерческое предложение. Пенза: НТЦ «Искатель», 2001. - 1 с.

7. Акустический тестер для диагностики запорной арматуры компрессорных станций ТА-4: Коммерческое предложение. Пенза: НТЦ «Искатель», 2001. - 1 с.

8. Акустический тестер линейной части магистрального газопровода «Иска-тель-2»: Коммерческое предложение. Пенза: НТЦ «Искатель», 2001. - 1 с.

9. Андронов И.Н., Быков И.Ю., Волкова И.И. Оценка остаточного ресурса прочности трубных сталей Х-70 с помощью регрессионного анализа стандартных механических характеристик/ Материалы НТС ОАО «Газпром». Т.2 М.: ООО ИРЦ «Газпром», 2004. - С.52-59.

10. Анурьсв В.И. Справочник конструктора машиностроителя. В 3-х т. - М.: Машиностроение, 1980. -559; 559; 557 с.

11. Бабаев С.Г. Надежность и долговечность бурового оборудования. М.: Недра, 1974. - 183 с.

12. Бабаев С.Г. Надежность нефтепромыслового оборудования. М.: Недра, 1987.-264 с.

13. Бабаев С.Г., Васильев Ю.А. Повышение надежности оборудования, применяемого для бурения на нефть и газ. М.: Машиностроение, 1972. - 162 с.

14. Баграмов P.A. Буровые машины и комплексы: Учебник для вузов. М.: Недра, 1988.-501 с.

15. Базовский И.А. Надежность, теория и практика. М.: Мир, 1965. - 373 с.

16. Бебнашвили Ш.Л. К теории надежности работы систем, содержащих большое число элементов. М.: ИЗВ. АНСССР, ОТН, Энергетика и автоматика, №10, 1955. -С.732- 735.

17. Билле Т. Показатели надежности деталей электронных устройств управляющих снарядов// НТЖ: Вопросы радиолокационной техники, №1. М.: МФТИ - 1958 - С.17 -23.

18. Беляев Н.М. Сопротивление материалов: Учебник для вузов. М.: Госиздат физ. - мат. литературы, 1962. - 856 с.

19. Бобровский С.А. Трубопроводный транспорт газа/ С.А. Бобровский, С.Г. Щербаков, Е.И. Яковлев и др. М.: Наука, 1976. - 495 с.

20. Большев Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. М.: Наука, 1983.-415 с.

21. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1969. - 576 с.

22. Быков И.Ю., Аванесов В.А., Москалева Е.М. Оценка эксплуатационной надежности линейной части магистральных газопроводов/ НТЖ: Строительство нефтяных и газовых скважин на море и на суше, №12 М.: ВНИИОЭНГ, 2004. -С.31-33.

23. Быков И.Ю. Техника экологической защиты Крайнего Севера при строительстве скважин Л.: Изд. Ленинградского госуннверситета, 1991. -237 с.

24. Быков И.Ю., Цхадая Н.Д. Эксплуатационная надежность и работоспособность буровых машин: Учебное пособие для вузов Ухта: УГТУ, 2004. - 196 с.

25. Васильев Г.Г. и др. Трубопроводный транспорт нефти: Учебник для вузов/ Г.Г. Васильев, Г.Е. Коробков, Л.Л. Коршак и др.// Под ред. С.М. Вайнштока: в 2-х т. М.: «Недра-Бизнес центр», 2002. - Т. 1. - 407 с.

26. Вептцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. - 576 с.

27. Гарафола Д. Факторы, влияющие на срок службы ламп в военной аппаратуре. М.: НТЖ: Вопросы радиололакационной техники, №1, 1956. - С.21-28.

28. Гаркунов Д.Н. Триботехника/ пособие для конструктора/: Учебное пособие для втузов. М.: Машиностроение, 1999. - 336 с.

29. ГОСТ 27.002 89. Надежность в технике. Основные понятия термины и определения. М.: Госкомитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам, 1989. - 12 с.

30. Гриценко А.И., Харионовский В.В. Особенности сооружения трубопроводов в Северных условиях / НТЖ: Строительство трубопроводов, №10 11. М.: ООО «ИРЦ Газпром» - 1993. - С. 21 - 25.

31. Гуревич Д.Ф. Трубопроводная арматура: Справочное пособие. Л.: Машиностроение, 1975. - 312 с.

32. Гуревич Д.Ф. Расчет и конструирование трубопроводной арматуры. Л.: Машиностроение, 1969. - 888 с.

33. Гусейн-Заде М.А., Калинина Э.В., Добкина М.К. Математическая статистика в нефтяной и нефтехимической промышленности: Учебное пособие для вузов. -М.: МИНХ и ГП, 1974. 160 с.

34. Ермоленко Н.М. Методика измерения утечек газа через запорную арматуру в технологических коммуникациях КЦ: Краткое описание. Ухта: ИТЦ ООО «Ссвергазпром», 2000. - 5 с.

35. Ермоленко Н.М. Опыт измерения утечек газа через свечную запорную арматуру магистральных газопроводов/ Н.М. Ермоленко, Н.П. Щукин, И.Ю.Быков, В.В.Соловьев// НТС: Транспорт и подземное хранение газа, №2. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004. - С.38^6.

36. Зайцев К.И., Шмелева И.А. Справочник по сварочно-монтажным работам при строительстве трубопроводов. М.: Недра, 1982. - 354 с.

37. Запорное устройство напорного трубопровода: Пат РФ 2145658, МПК6, F16K107 / Ю.Г. Алымов, С.И. Кокнн, С.И. Сутковскпй: Заявл. 14.4.98. Опубл. 20.02.00. Бюл.№5.

38. Ильскпй A.J1., Миронов Ю.В., Чернобыльский А.Г. Расчет и конструирование бурового оборудования: Учебное пособие для вузов. М.: Недра, 1985. -452 с.

39. Иресон В.Г. Справочник по надежности. В 3-х т./ Пер. с англ. Ю.Г. Епишина и Б.А. Смиренена. // Под ред. Б.Р. Левина. М.: Мир, 1969. - 340 с; 304 с; 376 с.

40. Лурье М.В. Задачник по трубопроводному транспорту нефти, нефтепродуктов и газа: Учебное пособие для вузов. М.: Недра, 2003. - 349 с.

41. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул. М.: Высшая школа, 1982. - 244 с.

42. Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф., Третьяков A.B. и др. Технология металлов и материаловедение. М.: Металлургия. - 1987. - 800 с.

43. Коллакот Р. Диагностика повреждений. М.: Мир, 1989. - 352 с.

44. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Пер. с америк. издания // Под общей редакцией И.Г. Арамановича. М.: Наука, 1984.-831 с.

45. Коликов А.П. Технический прогресс в трубном производстве. М.: МИСИС, 1995.-473 с.

46. Конакова М.А., Теплинский Ю.А. Коррозионное растрескивание под напряжением трубных сталей. Спб.: ООО «Инфо-да», 2004. - 358 с.

47. Котелевский Ю.М. Современные конструкции трубопроводной арматуры/ Ю.М. Котелевский, Л.И. Экслер, И.Г. Фукс, Г.В. Мамонтов, Л.Н. Нисмап. // Под общей редакцией Ю.М. Котелевского. М.: Недра, 1970 - 328 с.

48. Кох П.Н. Климат и надежность машин. М.: Машиностроение, 1982. -176 с.

49. Кричсвский Ю.И. Влияние климата на надежность машин и механизмов. -Минск: Наука и техника, 1968. 88 с.

50. Кран шаровой. Тип Г: Техническое описание и инструкция по эксплуатации.- Berlin: Borsig GMBN. 1977. - 29 с.

51. Кудрин И.В. Портативное устройство контроля утечек газа в шаровых затворах магистральных газопроводов: Коммерческое предложение. М.: «Инэко-тех», 1995.-25 с.

52. Курс физики: Учебное пособие для вузов и физ,- мат.факультетов универси-тетов/Н.Н Андреев, С.Н. Ржевкин, Г.С. Горелик// Под. ред.акад. Н.Д. Папалекси.- М JL: Госиздат технико-теорет. литературы, 1948. - 600 с.

53. Кучерявый В.И. Вероятностные методы в расчетах прочности конструкции: Учебное пособие для вузов. Ухта: Ухтинский индустриальный институт, 1993. — 89 с.

54. Магистральные трубопроводы: СНИП Ш-42-80. М.: Изд. станд., 1997. -74 с.

55. Матросов Ю.И., Линвиненко Д.А., Голованенко С.А. Сталь для магистральных газопроводов. М.: Металлургия, 1989. - 289 с.

56. Методы неразрушающих испытаний/ Под ред. Р. Шарпа // Пер. с англ. под ред. Л.Г. Дубицкого. М.: Мир, 1972.-494 с.

57. Методика обследования технологических трубопроводов и сосудов, работающих под давлением на ГРС: СТП 8828-158-2000 / Стандарт предприятия. -Ухта: ООО «Севергазпром», 200. -42 с.

58. Мустафин Ф.М. Трубопроводная арматура: Учебное пособие для ву-зов./Ф.М. Мустафин, А.Г. Гумеров, И.И. Коновалов, И.Г. Фархетдинов и др. -Уфа: УГНТУ, 2002. 205 с.

59. Налбандов B.J1., Волкова И.И. Надежность бурового и нефтепромыслового оборудования: Учебное пособие для вузов. Ухта: Ухтинский индустриальный институт, 1997.-51 с.

60. Налбандов В.Л. Работоспособность оборудования в условиях Крайнего Севра: Учебное пособие для вузов. Ухта: Ухтинский индустриальный институт, 1992.-60 с.

61. Нечаев М.А. Справочник работника магистрального газопровода / М.А. Нечаев, П.Д. Васильев, И.Я. Котляр и др. Л.: Недра, 1966. - 391 с.

62. Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие в двух книгах.// Под. ред. канд. техн. наук Н.П. Учаева. М.: Машиностроение, 1988.-Кн.1.-560 с.

63. Писаренко Г.С. Сопротивление материалов./ Г.С. Писаренко, В.А. Агарев, А.Л.Квитка, В.Г.Ройков и др. // Под редакцией Г.С. Писаренко. Киев: Гостехиз-дат, 1963. -792 с.

64. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления: Учебник для вузов. М.: Физматгиз, 1960. - 748 с.

65. Половко A.M. Основы теории надежности. М.: Наука, 1964. -446 с.

66. Проников A.C. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. - 592 с.

67. Раабен A.A., Шевалдин П.Е., Максутов Н.Х. Ремонт и монтаж нефтепромыслового оборудования: Учебное пособие для техникумов. М.: Недра, 1989. - 383 с.

68. Расчет и конструирование нефтепромыслового оборудования: Учебное пособие для вузов/ Л.Г. Чичеров, Г.В. Молчанов, A.M. Рабинович и др. М.: Недра, 1987.-422 с.

69. Свод правил по очистке полости и испытанию газопроводов: СП111-34-96/ Издание официальное. М.: РАО «Газпром», 1996. - 75 с.

70. Северинчик H.A., Копей Б.В. Долговечность и надежность геологоразведочных бурильных труб. М.: Недра, 1979. - 176 с.

71. Сейнов C.B., Калашников В.А., Железнов Б.П. Испытания трубопроводной арматуры. М.: Изд-во стандартов, 1989. - 162 с.

72. Сейнов С.В., Калашников, Железнов Б.П. Повышение показателей качества запорной арматуры. М.: ГОСИНТИ, Вып. 10, 1979. - 22 с.

73. Слейбо У., Пирсон Т. Общая химия: Пер. с англ. // Под ред. E.JT. Розенберга. М.: Мир, 1979.-550 с.

74. Статистические задачи отработки систем и таблицы для числовых расчетов показателей надежности/ Р.С.Судаков, H.A. Северцев, В.Н. Титулов и др. М.: Высшая школа, 1975. - 604 с.

75. Сухарев И.П. Экспериментальные методы исследования деформаций и прочности. М.: Машиностроение. - 1987. - 212 с.

76. Теплннский Ю.А. Актуальные вопросы эксплуатации магистральных газопроводов СПб.: ООО «Инфо-да». - 2004. - 335 е.

77. Теплинский Ю.А., Быков И.Ю. Стойкость антикоррозионных покрытий труб в условиях Крайнего Севера. СПб.: ООО «Инфо-да», 2004. - 296 с.

78. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. МА 39183 700 ТО: Краны шаровые. - Алексин: ОАО «Тяжпромарматура», 1995. - 38 с.

79. Тимошенко С.И., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: Наука. - 1979. - 560 с.

80. Типовая программа и методика ведомственных полигонных испытаний запорных кранов: Утв. зам. нач. отдела Упртрансгаза В.Д. Боровиком. М.: ИТЦ ДАО «Оргэнергогаз», 1998. - 20 с.

81. Трубопроводная арматура с автоматическим управлением: Справочник / Д.Ф. Гуревич, О.Н. Заринский, С.И. Косых и др. JL: Машиностроение, 1982. -320 с.

82. Уоткинс Р. Разработка и внедрение аппаратуры для обнаружения и количественной утечки газов через клапаны: Научное сообщение. Корпор. «Физикала-коустикс»: фирма «Данеган», 1989. -28 с.

83. Ультразвуковой прибор для проверки герметичности EFCO-LDE-IO: Рекламный проспект. Дюрен (Северный Рейн-Вестфалия): EFCO, 2002. -2 с.

84. Уплотнения и унлотнительная техника: Справочник / JI.A. Кондаков, А.И. Голубев, В.Б. Овандер и др.// Под общ. ред. А.И. Голубева, JI.A. Кондакова. М.: Машиностроение, 1986.-464 с.

85. Хворов Г.А., Забелин В.Е., Юмашев М.В. Определение негерметичности запорной арматуры методом трассирования: Методические указания. М.: ООО «ВНИИГаз», 1999.-6 с.

86. Шелофаст В.В. Основы проектирования машин. М.: Изд-во АПМ. 472 с.

87. Шилов П.И. Способ наименьших квадратов. М.: Геодезиздат, 1941. -407 с.

88. Щукин Н.П. Краткий обзор методик и приборного парка для количественного определения утечек газа через запорную арматуру: Произв. доклад. ИТЦ ООО «Севергазпром», 2000. - 10 с.

89. Яковлев А.Я., Алейников С.Г., Романцов C.B. Анализ причин аварийных разрушений в ООО «Севергазпром» НТЖ: Газовая промышленность, №5. -2003.М.: ООО «ИРЦ Газпром», С. 63 64.

90. Критическое значение выборки ZKp-Z{у) для нормального распределения