CC BY
331
УДК 658.562.5:004
П.Ю. Шумский
ОЦЕНКА ОБЩЕГО КОРРОЗИОННОГО ИЗНОСА НА БАЗЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОЦЕНИВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Изложена актуальность и подчеркнута необходимость решения проблемы в области оценки общего коррозионного износа. Применение автоматизированной системы оценивания состояния технологического оборудования позволяет производить оценку общего коррозионного износа и мониторинг состояния технологического оборудования на любом этапе его эксплуатации. Приведены результаты применения системы оценивания.
Технологическое оборудование, коррозионный износ, оценка состояния.
P.Yu. Shumsky
GENERAL CORROSION DETERIORATION ESTIMATION
ON THE BASIS OF THE AUTOMATED SYSTEM ESTIMATION OF TECHNOLOGICAL EQUIPMENT CONDITION
The urgency and necessity of the decision of a problem in the field of an estimation of the general corrosion deterioration is stated. Application of the automated system of estimation of a condition of the process equipment allows making an estimation of the general corrosion deterioration and monitoring of a condition of the process equipment at any stage of its operation. Necessity, urgency and results of application of system of estimation are stated.
Manufacturing equipment, corrosion deterioration, condition estimation.
Технологическое оборудование является составным элементом объектов нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, нефтяной и газовой промышленности. Все эти объекты являются частью нашей повседневной жизни. В связи с этим в случае возникновения неполадок в работе технологического оборудования оно несет в себе потенциальную угрозу и может привести к гибели людей.
Технологическое оборудование создается на базе заданных критериев и установленных норм и правил. При введении его в эксплуатацию оно проходит ряд контролирующих и проверяющих мероприятий. В процессе эксплуатации происходит его разрушение, возникающее в результате воздействия циклических нагрузок, а также влияния окружающей среды (особенно в случае взаимодействия с химически активными средами). Ключевым последствием разрушения является износ технологического оборудования. На большинстве российских объектов нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, нефтяной и газовой промышленности присутствует оборудование, которое находится в
длительной эксплуатации и уже подверглось разрушению. В связи с этим возникла острая необходимость диагностики и периодического контроля его состояния [1].
Одним из наиболее распространенных дефектов является общий коррозионный износ, его оценка затруднена по ряду причин. Данный вид деятельности в России является относительно новым, ему около 20 лет. Периодический контроль и диагностика состояния эксплуатируемого технологического оборудования с общим коррозионным износом в необходимом объеме затруднены, причинами этого являются:
• отсутствие необходимого количества профильных специалистов;
• сложность и трудоемкость проводимых процедур;
• отсутствие опыта и вспомогательных прикладных средств в данной области.
В результате возникают проблемы, связанные с неточностью выдаваемых экспертных заключений - происходит либо перебраковка (запрет на эксплуатацию оборудования с допустимыми дефектами), либо недобраковка (допуск в эксплуатацию оборудования с недопустимыми дефектами) технологического оборудования, что может привести к значительным экономическим или экологическим потерям.
На сегодняшний день уже существует достаточная теоретическая база для оценки и контроля состояния технологического оборудования, находящегося в эксплуатации и подвергшегося разрушению. В связи с этим результатом сотрудничества с лицензированными органами, специализирующимися на оценке пригодности к эксплуатации технологического оборудования на опасных производственных объектах, стали разработка и создание автоматизированной системы оценивания состояния технологического оборудования (далее АСОСТО). Она является специализированным прикладным программным обеспечением, ориентированным на российские нормы и правила [2]. АСОСТО служит вспомогательным средством для осуществления диагностики и мониторинга состояния технологического оборудования с целью определения его пригодности к дальнейшей эксплуатации. В автоматизированную систему оценивания состояния технологического оборудования заложены основные геометрические формы технологического оборудования и наиболее распространенные типы разрушений, в том числе общий коррозионный износ.
Необходимость и актуальность использования АСОСТО при оценке общего коррозионного износа
Общий коррозионный износ является одним из наиболее часто встречающихся типов дефектов. Оценка состояния технологического оборудования с общим коррозионным износом является длительным и трудоемким процессом. Алгоритм проведения такого рода оценки является неизменным и включает в себя определенную последовательность действий:
• сбор данных об исследуемом объекте (условия эксплуатации, характеристики материала);
• измерение характеристик выявленного общего коррозионного износа;
• приведение исходных данных к формализованному виду;
• проведение трудоёмких и длительных математических расчетов;
• комплексный анализ результатов расчетов;
• формирование экспертного заключения.
Этап, на котором происходят математические расчеты, является наиболее проблемным. Это связано с тем, что при проведении расчетов «вручную» велика вероятность возникновения ошибки. Действия, связанные с выявлением ошибки, могут превратиться в длительный и трудоемкий процесс, влекущий за собой новый перерасчет ключевых показателей состояния технологического оборудования. Автоматизация этого этапа проведения оценки позволит избавиться от влияния отрицательного человеческого фактора.
Для оптимизации и автоматизации процедур оценивания необходимо применение АСОСТО. На начальном этапе она обеспечивает автоматизацию процессов сбора, ввода и 2
систематизации данных об исследуемом объекте. Система определяет конкретный перечень необходимых данных и параметров в соответствии с выбранным уровнем оценки и геометрической формой исследуемого объекта. АСОСТО осуществляет проверку собранных данных об исследуемом объекте на приемлемость, а также проверку условий его эксплуатации и в случае неприемлемости информирует об этом пользователя. В методиках оценки общего коррозионного износа заложен мощный математический аппарат. АСОСТО выполняет основную массу вычислений и предназначена для повышения качества и мобильности проводимых оценок, чем доказывает актуальность своего использования.
Основной целью применения АСОСТО является проведение технического диагностирования оборудования с определением возможности и сроков его дальнейшей эксплуатации. Ключевыми моментами такого диагностирования являются неразрушающий контроль и оценка остаточного ресурса на основании прочностных расчетов.
Методика, заложенная в АСОСТО, позволяет проводить оценку всех видов общего коррозионно-эрозионного износа металла (равномерного или неравномерного), при котором утонение стенки исследуемого объекта превышает или может превысить прибавку на коррозию, заложенную проектировщиком оборудования. Общий износ металла может быть как на внутренней, так и на внешней поверхности объекта / элемента. В АСОСТО заложены процедуры оценок, основанных на значениях точечных замеров толщины, либо с построением критического профиля толщины стенки.
На рис. 1 представлена блок-схема процедуры оценки общего коррозионного износа при помощи АСОСТО, где НТД - это нормативно-техническая документация.
В процессе проведения оценки общего коррозионного износа АСОСТО обрабатывает исходные данные и просчитывает все возможные и приемлемые варианты, заложенные в методику оценивания. Благодаря этому у эксперта появляется возможность получить максимально подробную общую картину о состоянии исследуемого объекта. Результатом вычислений АСОСТО является набор ключевых параметров состояния технологического оборудования, которое проходит контроль и проверку. Требования к значениям этих параметров формируются исходя из обязательных условий эксплуатации технологического оборудования и его предельных состояний. Исходя из результатов проверки ключевых параметров, формируется предварительное экспертное заключение о состоянии исследуемого объекта и степени общего коррозионного износа.
Результаты и преимущества применения АСОСТО при оценке общего коррозионного износа
В результате применения АСОСТО при оценке общего коррозионного износа эксперт получает возможность сохранения полученных результатов, распечатки предварительного экспертного заключения, либо корректировки исходных данных и оценочных критериев с целью оперативного повтора процедуры оценивания. Использование АСОСТО позволяет автоматически строить графики соотношений фактических толщин стенок исследуемого оборудования и их расчетной толщины (рис. 2).
Предварительное экспертное заключение (рис. 3), формируемое АСОСТО, является результатом комплексного анализа ключевых параметров исследуемого оборудования, требований условий эксплуатации и лимитирующих параметров. В нем представлены все возможные альтернативы и рекомендации по дальнейшим действиям.
Если результаты оценки показывают, что оборудование пригодно к эксплуатации в данных условиях, то допускается его дальнейшее использование при тех же значениях эксплуатационных параметров. В этом случае эксперту необходимо дополнительно разработать программы, определяющие объем, методы и периодичность работ по определению технического состояния оборудования в течение срока до следующего технического диагностирования. Если же по результатам оценки оборудование признано непригодным к эксплуатации, то в предварительном экспертном заключении будет
содержаться информация о допустимых рабочих параметрах. Например, для оборудования, работающего под давлением, могут быть определены сниженные значения максимально допустимого рабочего давления и/или рабочей температуры. Приемлемость сниженных эксплуатационных параметров исследуемого оборудования определяется по согласованию эксперта и технических служб, ответственных за оборудование.
Сбор основных данных об исследуемом оборудовании и характеристик общего коррозионного износа
Сбор дополнит об исследуемом и характери коррозионн ельных данных л оборудовании стик общего ого износа
і 4 г
Проведение оценки общего коррозионного износа при помощи АСОСТО
1. Перерасчет на сниженные рабочие параметры при помощи АСОСТО.
2. Отремонтировать или отбраковать
оборудование
Отремонтировать оборудование
Рис. 1. Блок-схема процедуры оценки общего коррозионного износа при помощи автоматизированной системы оценивания состояния технологического оборудования
Наличие в АСОСТО подсистемы контроля и оповещения о некорректных данных и/или некорректных действиях позволяет снизить до минимума вероятность их возникновения. Также система обладает возможностью частичной и полной загрузки данных.
Графическое отображение результатов вычислений
График соотношения Фактических толщин профиля и расчетной толщины стенки
Расчетная толиц-іна стенки - Критический профиль в окружном направлении
■ Критический профиль в меридиональном направлении
Закрыть
Рис. 2. Графическое отображение результатов вычислений
Оценка общего коррозионного / эрозионного износа
Для оценки повреждений использовать следующий метод оценки: [Оценка усредненной толщины стенки Рекомендации по итогам вычислений:
Условия, необходимые для дальнейшей эксплуатации конструкции:
1. (<5> - ДБК) >= Эр " "
9,266 >= 12,56 ■ критерий не выполнен!!!
2. (8пмп_Ф - ДБК) >= тах{0.5к5р, 2.5}
6.6 >= 6,28 - критерий выполнен
Результаты альтернативной проверки:
1. Максимально допустимое рабочее давление > Разрешенное давление 1,531 > 2,9 - критерий не выполнен!!!
2. (8пмп_Ф - ДБК) >= тах{0.5к5р, 2.5}
6.6 >= 6,28 - критерий выполнен
• г---1 II I -- ---| - -I ,-| I |г ijir-.ii —г|-- I .| Г-г--,-, - |.|| |---| с могут оыть:
1. Вывести объект из эксплуатации, отремонтировать или выполнить перерасчет на сниженные рабочие параметры.
2. Скорректировать величину ДБК путем внедрения соответствующих компенсирующих мероприятий (защита от коррозии].
3. Скорректировать коэффициент прочности сварного шва за счет проведения дополнительного контроля сварных соединений неразрушающими методами (ультразвуковым, радиографическим, акустикой миссионным).
4. Выполнить 2-й или 3-й уровень оценки.
Максимально допустимое рабочее давление равно 1,531 МПа
Л
График КПТ:
-
Г рафик КПТ
Промежуточные значения
Создать отчет
Назад
Отмена
Рис. 3. Формирование предварительного заключения
Основным преимуществом АСОСТО является автоматизация процедур оценивания, что позволяет значительно сокращать время, затрачиваемое на сбор необходимых для оценки параметров и расчеты ключевых показателей обследуемого оборудования.
Выводы
В процессе эксплуатации у технологического оборудования появляется общий коррозионный износ. Степень износа необходимо контролировать и регулярно проводить техническое диагностирование. Вспомогательным средством для этого является автоматизированная система оценивания состояния технологического оборудования, которая дает возможность рассчитывать и оценивать состояние исследуемого объекта на любом этапе его эксплуатации.
Благодаря автоматизации процедур оценивания АСОСТО позволяет повысить уровень и качество проводимых оценок, за счет снижения вероятности возникновения ошибки. Исходя из предварительного экспертного заключения, выдаваемого АСОСТО и содержащего все возможные альтернативы дальнейших действий, эксперт имеет возможность определить наиболее эффективные и приемлемые на данный момент мероприятия в отношении обследуемого технологического оборудования. За счет автоматизации большинства расчетов при использовании АСОСТО происходит снижение трудозатрат на проведение экспертной оценки. Применение автоматизированной системы оценивания состояния технологического оборудования позволяет свести к минимуму вероятность перебраковки или недобраковки, что приводит к сокращению материальных затрат на содержание оборудования или предотвращению нежелательных последствий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гетман А.Ф. Неразрушающий контроль и безопасность эксплуатации сосудов и трубопроводов давления / А.Ф. Гетман, Ю.Н. Козин. М.: Энергоатомиздат, 1997. 288 с.
2. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных
энергетических установок (ПНАЭ Г-7-002-86) / Госатомэнергонадзор СССР. М.:
Энергоатомиздат, 1989. 525 с.
Шумский Павел Юрьевич -
аспирант кафедры «Прикладная математика»
Волгоградского государственного технического университета
Статья поступила в редакцию 03.12.08, принята к опубликованию 25.02.09
Shumsky Pavel Yuryevich -
Post-graduate student
of the Department of «Applied Mathematics» of Volgograd State Technical University
