Введение к работе
Актуальность работы
Большинство предприятий нефтеперерабатывающей промышленности России эксплуатируются более 40 лет, при этом степень износа их основных фондов достигает 80%. Современные требования к повышению глубины переработки нефти и качеству продукции, как правило, приводят к ужесточению условий эксплуатации оборудования или неблагоприятным сочетаниям рабочих параметров при совершенствовании технологии производства. Поэтому существует проблема эффективного технического диагностирования оборудования, выработавшего нормативный срок службы, в процессе оценки его остаточного ресурса, в том числе и обоснованного составления схемы контроля неразрушающими методами с учетом индивидуальных особенностей конструкции и напряженно-деформированного состояния (НДС).
Основным массообменным оборудованием в технологических процессах нефтепереработки являются колонные аппараты. В настоящее время определение их остаточного ресурса базируется на стандартных методиках расчета в области прочности сосудов и аппаратов. Исследованиям в области прочности сосудов и аппаратов и ресурса их безопасной эксплуатации посвящены работы Г.Л. Вихмана, А.Г. Вихмана, Б.С. Вольфсона, Е.Н. Гальперина, СИ. Зусмановской, И.Р. Кузеева, Р.Г. Маннапова, Н.А. Махутова, В.Н. Мухина, В.И. Рачкова, Н.А. Хапонена, А.А. Шаталова и др. Существующие методы расчетов на прочность основаны на упрощенном представлении колонного аппарата на различных этапах расчета и не позволяют получить комплексную картину его напряженно-деформированного состояния с учетом геометрических особенностей.
Известно, что НДС оборудования оказывает значительное влияние на процессы накопления повреждений при эксплуатации. Соответственно, данные о расположении и размерах зон концентрации напряжений необходимы для качественного выявления дефектов при оценке технического состояния оборудования как во время нормативного срока службы, так и после его окончания при определении остаточного ресурса.
В связи с этим следует признать актуальным исследование, посвященное оценке неоднородности напряженно-деформированного состояния колонных аппаратов с учетом размеров и расположения штуцеров и люков для выявления в их корпусе потенциально опасных зон зарождения и развития дефектов и последующего назначения в них неразрушающего контроля.
Цель работы
Совершенствование метода назначения зон неразрушающего контроля при оценке технического состояния аппаратов колонного типа на основе анализа неоднородности их напряженно-деформированного состояния с учетом размеров и расположения штуцеров и люков.
Задачи исследования
Анализ действующей нормативно-технической документации, используемой доя расчетов на прочность и диагностирования технического состояния и определения остаточного ресурса сосудов и аппаратов, а также литературных данных по результатам исследований в данной области.
Сравнительный анализ НДС колонного аппарата при рассмотрении его как оболочки и с учетом размеров и расположения штуцеров и люков на основе разработанной конечно-элементной модели с использованием программного комплекса (ПК) ANSYS.
Оценка изменения НДС и анализ распределения потенциально опасных зон в корпусе колонного аппарата при уменьшении толщины стенки корпуса в процессе эксплуатации.
Анализ распределения потенциально опасных зон в области тангенциального ввода сырья колонного аппарата на основе оценки его НДС и исследования гидродинамики потока среды в данной области с использованием ПК FLOWVISION.
Разработка алгоритма назначения зон неразрушающего контроля для аппаратов колонного типа при оценке технического состояния на основе анализа неоднородности их НДС при учете штуцеров и люков.
Научная новизна
1 При численном моделировании колонного аппарата с учетом его геометрических особенностей, таких как размеры и взаимное расположение штуцеров и люков, установлено:
- в корпусе колонных аппаратов вне мест приварки штуцеров возникают дополнительные зоны концентрации напряжений, напряжения в которых превышают допускаемые значения. Для исследуемого колонного аппарата коэффициенты концентрации напряжений в данных зонах при номинальной толщине стенки корпуса достигают 3, при уменьшении толщины стенки до отбраковочной
увеличиваются до 8, т.е. указанные зоны являются потенциально опасными с точки зрения возникновения и развития дефектов;
- при тангенциальном вводе сырья в колонный аппарат возникают условия более интенсивного уменьшения толщины стенки обечайки за счет наложения зон гидродинамического воздействия потока и зон концентрации напряжений. Так, для исследуемого колонного аппарата скорость коррозионно-эрозионного разрушения в данной зоне превышает среднюю по аппарату в 2,5 раза.
2 Разработан алгоритм назначения зон неразрушающего контроля для аппаратов колонного типа при оценке технического состояния на основе анализа неоднородности их НДС при учете штуцеров и люков.
Практическая ценность
Разработанный алгоритм назначения зон неразрушающего контроля для аппаратов колонного типа при оценке технического состояния на основе анализа неоднородности их НДС при учете штуцеров и люков принят к внедрению в ООО «Диагностика»; разработанные методические рекомендации по оценке эффективности распределителя ввода сырья в колонный аппарат на основе исследования гидродинамики потока среды используются в учебном процессе ГОУ ВПО УГНТУ при проведении практических занятий по дисциплине «Машины и аппараты химических производств» специальности 130603 «Оборудование нефтегазопереработки» и направления 150400 «Технологические машины и оборудование»; методические рекомендации по оценке напряженно-деформированного состояния колонного аппарата с учетом размеров и расположения штуцеров применяются в ООО «Проект» в дополнение к проверочным прочностным расчетам колонных аппаратов.
Апробация работы
Основные результаты диссертационного исследования докладывались на семинаре «Остаточный ресурс нефтегазового оборудования» (г. Уфа, 2006 г.); 4-й Российской научно-технической конференции «Компьютерный инженерный анализ» (г. Екатеринбург, 2007 г.); 58-й, 59-й научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (г. Уфа, 2007, 2008 гг.); Международной научно-практической конференции «Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах» (г. Уфа, 2008 г.).
Публикации
