CC BY
17
УДК 658.562.5:004 П.Ю.ШУМСКИЙ, Б.А.ЖУКОВ
ПРИМЕНЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОЦЕНИВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ДИАГНОСТИРОВАНИИ ЛОКАЛЬНЫХ ПОТЕРЬ МЕТАЛЛА
Описана автоматизированная система оценивания состояния технологического оборудования как средство автоматизации технического диагностирования. Описаны преимущества и принцип применения системы оценивания.
Ключевые слова: система, оценка, состояние, пригодность, износ, технологическое оборудование.
Введение. Технологическое оборудование наибольшее распространение получило на производственных объектах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, нефтяной и газовой промышленности. Данные производства характеризуются как опасные производственные объекты, и в связи с этим на них выполняются значительные объемы работ по экспертизе промышленной безопасности технологического оборудования. Помимо этого в России на сегодняшний день не редкостью является ситуация, когда на производстве используется оборудование, срок эксплуатации которого превышает проектный срок службы. Именно на этом этапе велика вероятность проявления разрушения и износа. В подавляющем большинстве случаев разрушение технологического оборудования начинается с зарождения и развития трещин, образовавшихся при изготовлении конструкции. Также износ возникает в результате влияния окружающей среды и воздействия циклических нагрузок на технологическое оборудование, находящееся на этапе эксплуатации. В результате применения поврежденного оборудования на опасных производственных объектах последствиями может быть нанесение вреда здоровью сотрудников, а также возможны экономические и материальные потери. Поэтому обязательным 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 [1].
Процедура технического диагностирования представляет собой длительный и трудоемкий процесс. Это связано с тем, что она содержит комплекс мероприятий по сбору данных об исследуемом технологическом оборудовании, а также многочисленные математические вычисления [2]. Вследствие этого существует вероятность возникновения ошибок и неточностей в процессе проведения технического диагностирования. Это может привести к необоснованному запрету на эксплуатацию оборудования с допустимыми дефектами или допуску в эксплуатацию оборудования с недопустимыми дефектами.
В целях оптимизации и автоматизации процессов технического диагностирования была спроектирована и разработана автоматизированная система оценивания состояния технологического оборудования (далее АСОСТО). Заложенные в неё нормы расчета и критерии пригодности анализируемого оборудования к эксплуатации соответствуют российским стандартам, нормам и правилам. АСОСТО является вспомогательным средством при проведении технического диагностирования и мониторинга состояния наиболее распространенных разновидностей технологического оборудования. В АСОСТО заложены основные геометрические формы технологического оборудования и наиболее распространенные типы разрушений. Постановка задачи. Локальные потери металла - один из наиболее распространенных механизмов повреждения технологического оборудования, который может быть вызван:
- коррозионно-эрозионным износом;
- механическими повреждениями поверхности;
- зашлифовкой трещиноподобных дефектов.
Оценку пригодности оборудования к эксплуатации проводят только в том случае, когда утонение стенки превышает или может превысить (за период до очередного технического диагностирования) прибавку на коррозию, заложенную проектировщиком оборудования. В противном случае оборудование считают пригодным к эксплуатации, и никаких дополнительных оценок не требуется. Локальные потери металла встречаются как на внутренней, так и на наружной поверхности объекта.
К локальным потерям металла относятся следующие типы дефектов:
- локальное утонение стенки - локальные потери металла, длина и ширина которых являются величинами одного порядка;
- дефект канавочного типа - для этого типа дефекта характерно, что длина дефекта значительно больше ширины; радиус кривизны в вершине дефекта канавочного типа может быть достаточно мал.
Для проведения технического диагностирования оборудования с локальными потерями металла необходимо убедиться в том, что оно спроектировано и изготовлено в соответствии с действующими стандартами и другими нормативными документами. В случае соответствия действующим нормам необходимо установить проектные значения характеристик и свойств исследуемого оборудования, а также собрать всю необходимую информацию об участке повреждения и формализовать её. На основе исходных данных и при помощи АСОСТО проводится техническое диагностирование оборудования, находящегося в группе риска, и формируется предварительное экспертное заключение о его пригодности или непригодности к эксплуатации.
Алгоритм процедуры оценки локальных потерь металла при помощи АСОСТО. Методика проведения технического диагностирования отрабатывалась и применялась совместно со специалистами, компетентными в области оценки пригодности к эксплуатации. Согласно разработанной ме-
тодике, алгоритм проведения оценки локальных потерь металла является неизменным и представляет определенную последовательность действий:
- проверка исследуемого оборудования на соответствие действующим нормам и стандартам;
- сбор проектных данных, содержащих условия эксплуатации и характеристики материала;
- изучение поврежденного участка и выявление локальных потерь металла;
- приведение исходных данных к формализованному виду;
- проведение многоуровневых математических расчетов;
- комплексный анализ результирующих показателей;
- формирование экспертного заключения.
Наиболее сложным и зачастую проблематичным является этап, на котором происходят математические расчеты. Это связано с их сложностью и большой вероятностью возникновения ошибки. Последствиями такой ошибки может стать либо длительный поиск участка некорректных расчетов и пересчет, либо неверно сделанное экспертное заключение. Во избежание подобных ошибок при техническом диагностировании поврежденного оборудования используется автоматизированная система оценивания состояния технологического оборудования. Она позволяет избавиться от влияния отрицательного человеческого фактора.
АСОСТО позволяет сократить время проведения технического диагностирования за счет автоматизации и оптимизации процедур оценивания. На начальном этапе обследования на основе поверхностной идентификации локальных потерь металла и поврежденного оборудования АСОСТО определяет перечень исходных данных, необходимых для оценки его состояния. Эксперт вводит исходные данные, после чего АСОСТО проводит расчет и осуществляет проверку приемлемости самих данных, а также условий эксплуатации оборудования. Методика оценки локальных потерь металла содержит множество математических вычислений, разных по сложности и количеству. Основную массу этих вычислений производит АСОСТО, что значительно повышает мобильность и качество проводимых оценок. Вследствие этого на порядок возрастает достоверность значений ключевых показателей состояния поврежденного оборудования.
Методика, заложенная в АСОСТО, позволяет проводить оценку всех видов локальных потерь металла (локального утонения стенки и дефекта канавочного типа). Благодаря системе проверки исходных данных и условий эксплуатации поврежденного оборудования, заложенной в АСОСТО, у эксперта в ряде случаев появляется возможность получать досрочное заключение о пригодности или непригодности к эксплуатации изучаемого оборудования. Это позволяет сократить время проведения оценки и избежать бессмысленных расчетов. На рис.1 представлен обобщенный алгоритм процедуры оценки локальных потерь металла при помощи АСОСТО, где НТД - это нормативно-техническая документация.
Рис.1. Алгоритм процедуры оценки локальных потерь металла при помощи АСОСТО
Методика оценки пригодности к эксплуатации технологического оборудования содержит несколько оценочных уровней. Чем выше уровень оценки, тем она более углубленная и детальная и тем больше становится
необходимых исходных данных. Проведение оценки пригодности к эксплуатации в большинстве случаев начинается с первого оценочного уровня, а затем в зависимости от полученных результатов либо переходят к более высокому оценочному уровню (в случае неприемлемости результатов оценки), либо формируют экспертное заключение на основе значений ключевых показателей состояния поврежденного технологического оборудования.
Возможности применения АСОСТО. Если по результатам проведенной оценки локальные потери металла находятся в пределах допуска на коррозию, установленного проектировщиком оборудования, то оборудование считается пригодным к эксплуатации. В противном случае необходимо провести более детальную оценку пригодности к эксплуатации (оценку более высокого уровня).
Результатом работы АСОСТО является предварительное экспертное заключение, которое формируется на базе исходных данных, лимитирующих критериев и ключевых показателей состояния поврежденного оборудования. Возможны три основных варианта обобщенных заключений:
1) исследуемое оборудование полностью соответствует нормам расчета на прочность и пригодно к эксплуатации;
2) исследуемое оборудование не соответствует нормам расчета на прочность, поэтому необходимо снизить величину эксплуатационных нагрузок до определенного уровня;
3) исследуемое оборудование не соответствует нормам расчета на прочность, поэтому необходимо произвести его ремонт или замену.
Помимо формирования предварительного экспертного заключения АСОСТО также предоставляет возможность увидеть промежуточные расчетные значения и графическое отображение результатов оценки локальных потерь металла (рис.2).
Определение пригодности к. эксплуатации объекта/элемента с ЛУС с учетом размера дефекта в меридиональном направлении
лямбда
ценна пригодности к эксплуатации в меридиональном направлении
. □ X
Рис. 2. Графическое отображение результатов оценки локальных потерь металла
АСОСТО обладает возможностями сохранять и загружать данные по ранее проводимым оценкам из базы данных. Это позволяет эксперту получать общую картину о поврежденном оборудовании, изучать динамику развития износа, а также проводить мониторинг состояния оборудования за необходимый период времени.
Благодаря автоматизации основного объема математических расчетов при проведении технического диагностирования эксплуатируемого технологического оборудования снижаются трудозатраты и уменьшается вероятность возникновения ошибки (по вине человека), а следовательно, повышается качество оценок и заключений, формируемых экспертами.
АСОСТО является вспомогательным средством при проведении технического диагностирования - об этом всегда должен помнить эксперт, проводящий оценку. Одной из основных задач эксперта является формирование эффективного решения на базе предварительного экспертного заключения, выданного АСОСТО и исходя из сложившейся на текущий момент ситуации на предприятии. Это объясняется тем, что только человек может принять во внимание текущее экономическое положение, непредвиденный форс-мажор или другие побочные обстоятельства и найти разумное решение.
После проведения технического диагностирования происходит оформление отчетной документации. Для упрощения данной процедуры в АСОСТО существует возможность создания формализованного отчета, содержащего всю информацию о проведенной оценке состояния технологического оборудования.
Заключение. АСОСТО является действующим прикладным программным обеспечением, которое позволяет рассчитывать и оценивать состояние исследуемого оборудования на любом этапе его эксплуатации. Помимо этого у эксперта-диагноста появляется возможность планомерно проводить оценку пригодности к эксплуатации технологического оборудования, контролировать динамику его износа и при достижении порогового значения прочности проводить ремонт или замену поврежденного элемента, а не дожидаться разрушительных последствий износа.
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.
Одно из главных преимуществ АСОСТО - это своевременное выявление предельного состояния технологического оборудования. В результате применения АСОСТО при техническом диагностировании происходит, с одной стороны, повышение качества проводимых оценок, а с другой стороны, снижение трудозатрат на проведение этих оценок. Немаловажно и то, что при систематическом и грамотном техническом диагностировании технологического оборудования при помощи АСОСТО будет происходить снижение затрат на его содержание, и вероятность возникновения серьезной угрозы в результате неисправности этого оборудования будет минимальна.
Библиографический список
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) / Госатомэнергонад-зор СССР. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 525с. - (Правила и нормы в атомной энергетике).
Материал поступил в редакцию 19.03.08.
PJ.SHUMSKIY, B.A.ZHUKOV
APPLICATION OF THE AUTOMATED SYSTEM OF ESTIMATION OF A CONDITION OF THE PROCESS EQUIPMENT AT AN ESTIMATION OF LOCAL LOSSES OF METAL
The problem in the field of an estimation of local losses of metal and necessity of its decision is stated. The automated system of estimation of a condition of the process equipment,as means of automation of technical diagnosing is described. Advantages and a principle of application of system of estimation are stated an urgency.
ШУМСКИЙ Павел Юрьевич (р.1984), аспирант Волгоградского государственного технического университета (ВГТУ). Окончил ВгТу в 2006 г. Область научных интересов: разработка программного обеспечения.
Имеет 3 публикации.
ЖУКОВ Борис Александрович (р.1952), профессор, доктор технических наук Волгоградского государственного технического университета. Окончил ВГТУ (1975).
Область научных интересов: нелинейная гиперупругость, эффекты второго порядка, нелинейные краевые задачи, компьютерные системы автоматизированных вычислений.
Количество публикаций - 36.
pshumsky@mail. ru [email protected]
