Введение к работе
Актуальность работы: Одной из основных причин выхода оборудования нефтегазового производства из строя является наличие в нем дефектов, появившихся на стадии эксплуатации или изначально присутствующих в металле оборудования и не замеченных при входном контроле. Изучение характера отказов нефтехимического оборудования показывает, что около 60% отказов происходит из-за хрупкого разрушения конструктивных элементов оборудования, причем причинами примерно 1/3 разрушений являются дефекты, изначально присутствующие в конструкциях. Среди них доминируют трещиноподобные дефекты, как правило, это расслоения. Таким образом, большинство аварий происходит из-за начальных производственно-технологических дефектов (НПТД), которые в той или иной форме всегда присутствуют в эксплуатируемом оборудовании.
Действующие на сегодняшний день нормы на размеры допустимых дефектов в оборудовании предъявляют достаточно жесткие ограничения к их размерам. В ряде случаев отбраковке подлежит оборудование, которое могло бы еще долгое время находиться в эксплуатации. Принятые в разных странах для аналогичных конструкций нормы на дефекты за последнее время практически не изменялись, то есть действующие стандарты на допустимые размеры и количество дефектов в целом обеспечивают необходимую работоспособность конструкций. Однако отсутствие уточненных методик оценки влияния дефектов на прочность конструкций приводит к тому, что значительно возрастает объем ремонтных работ по удалению дефектных участков без действительной на то необходимости.
Так как затраты, связанные с сооружением, реконструкцией и ремонтом оборудования объектов нефтегазовой промышленности, весьма высоки, то всякое теоретически и экспериментально обоснованное уточнение существующих методик расчёта оценки допустимости НПТД дает ощутимую экономию ресурсов. В этой связи разработка уточненных методов оценки опасности начальных производственно-технологических дефектов, диагностированных на находящемся в эксплуатации оборудовании, является весьма актуальной задачей. Так как её решение позволяет максимально реально оценить работоспособность оборудования и определить минимально необходимый объем ремонтных работ.
Цель работы – разработка методов оценки опасности начальных производственно-технологических дефектов оборудования, позволяющих максимально реально оценить возможность дальнейшей эксплуатации оборудования при их наличии.
Основные задачи исследования:
анализ типов НПТД, причин их возникновения и характера их проявления при эксплуатации оборудования в условиях нефтегазового производств;
экспериментальное исследование прочности сталей нефтегазового оборудования при наличии НПТД;
разработка критерия разрушения сталей при наличии в них дефектов в виде несплошностей;
разработка алгоритма оценки опасности НПТД, диагностируемых в стенках сосудов давления и корпусов аппаратов, работающих в условиях нефтегазовых производств.
Научная новизна:
получены новые экспериментальные данные о характере разрушения и прочности образцов из стали 09Г2С с дефектами сплошности металла в виде расслоений;
на основе сравнения размеров дефектов образцов, предварительно определенных ультразвуковым контролем (УЗК), с реальными размерами дефектов, определенных на изломах образцов, установлена погрешность УЗК и даны рекомендации об ее учете путем введения дополнительного коэффициента запаса при расчете опасности дефектов;
предложено использовать в качестве критерия разрушения сталей с дефектами сплошности предел трещиностойкости и разработана оригинальная методика построения диаграммы трещиностойкости стали, основанная на анализе данных об испытаниях на разрыв образцов с реальными дефектами и по ней построена диаграмма трещиностойкости стали 09Г2С;
разработан и численно реализован алгоритм оценки опасности НПТД стенок сосудов давления и корпусов аппаратов, включающий в себя анализ типа дефекта, численную оценку напряженного состояния в зоне дефекта и оценку опасности дефекта с использованием диаграммы трещиностойкости.
Достоверность результатов исследования вытекает из обоснованности использованных теоретических положений и математических методов, подтверждена численными экспериментами по оценке сходимости и точности разработанных алгоритмов, а также сравнительным анализом расчетных результатов с имеющимися экспериментальными данными других авторов по результатам определения разрушающих давлений для оборудования с дефектами стенок.
Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что создана экспериментально-расчетная методика оценки опасности НПТД эксплуатируемого оборудования, позволяющая реально оценивать возможность его дальнейшей эксплуатации без капитального ремонта и осуществлять экономию финансовых и материальных ресурсов.
Апробация работы. В ходе выполнения диссертационной работы результаты исследований докладывались на Всероссийской конференции “Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России” 2007г., 2010г. и 2012г, а также на научных семинарах кафедры оборудования нефтегазопереработки РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина в 2009-2011гг. Апробация результатов работы осуществляется на ООО "ИНТА".
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 6 печатных работах, из которых 3 научные статьи [1-3], выпущенные в журналах, рекомендованных высшей аттестационной комиссией, и 3 материала конференции [4-6].
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 105 наименований. Работа изложена на 153 страницах, содержит 65 рисунков, 26 таблиц.
