Оценка остаточного ресурса оборудования и предельного состояния конструкционных материалов при усталостном нагружении по результатам электромагнитных измерений Бикбулатов, Тимур Ринатович

Введение к работе

з * АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

Оборудование опасных производственных объектов нефтегазовой отрасли работает в условиях механических нагрузок, высоких температур и коррозионно-активных рабочих сред, инициирующих возникновение и накопление повреждений, приводящих со временем к нарушению его работоспособности. Данные факторы воздействуют на материал оборудования одновременно, что приводит к затруднению прогнозирования ресурса безопасной эксплуатации. В связи с этим увеличивается вероятность возникновения аварийной ситуации, а характер отказов и повреждений, механизмов разрушения и, как следствие, развитие чрезвычайной ситуации могут иметь различный сценарий.

Одним из методов повышения безопасности эксплуатации оборудования является оценка ресурса, которая позволяет предотвратить аварийные ситуации. Нормативно-техническая документация трактует прогнозирование ресурса безопасной эксплуатации оборудования, основываясь в основном на вероятностных подходах без учета фактических данных о режимах работы и действующих напряжениях, деформациях, температурах, не учитывая структурные и поверхностные изменения, происходящие в металле. Поэтому работа, направленная на разработку методов оценки остаточного ресурса оборудования с учетом изменения свойств материала и вида нагружения, представляется актуальной. Это отражено и в паспорте специальности 05.26.03 «Пожарная и промышленная безопасность», одним из приоритетных направлений которой является разработка методов оценки и прогнозирования ресурса безопасной эксплуатации технических устройств сложных технических систем опасных производственных объектов.

В настоящее время одним из способов получения достоверной информации о техническом состоянии объекта является использование

* - Консультантами по отдельным разделам диссертации были к.т.н. Наумкин Е.А. и к.т.н. Кузеев М.И.

4 методов неразрушающего контроля, основной целью которых является выявление дефектов в материале оборудования и зон концентрации напряжений, наиболее предрасположенных к разрушению. Однако использование данного подхода, как правило, позволяет выявлять только развитые дефекты. При этом не рассматривается возможность количественной оценки накопленных повреждений и приближения к предельному состоянию. Поэтому при исследовании закономерностей накопления повреждений в материале оборудования необходимо использовать структурочувствительный метод.

Одним из возможных путей решения данной проблемы является использование подхода с применением электромагнитного метода контроля, основанного на анализе переходного процесса отклика системы «электромагнитный преобразователь - металл» и позволяющего оценивать накопленные повреждения и приближение к предельному состоянию.

Разработка метода оценки остаточного ресурса оборудования нефтегазоперерабатывающей промышленности, эксплуатируемого в условиях малоцикловой усталости, на основе установления связи между параметрами электромагнитного сигнала и степенью накопления усталостных повреждений в материале с учетом его предельного состояния.

1. Разработка накладного преобразователя трансформаторного типа с неконцентрическим расположением обмоток и оптимизация его параметров для оценки отклика электромагнитного сигнала.

2. Определение фактического уровня поврежденное металла оборудования по изменению его электромагнитных характеристик на примере стали 09Г2С.

3. Оценка предельного состояния металла оборудования, эксплуатируемого в условиях усталостного нагружения, по параметрам отклика электромагнитного сигнала.

4. Разработка метода определения ресурса безопасной эксплуатации оборудования, работающего в условиях циклического режима нагружения, с учетом результатов электромагнитных измерений.

4. Установлена зависимость изменения электромагнитных свойств стали 09Г2С от степени накопления усталостных повреждений в упруго-пластической области деформирования, которая показывает, что среднее и действующее значения напряжения отклика электромагнитного сигнала имеют общую тенденцию снижения, а при достижении N,/N_p=0,8 (N/N_p -отношение количества циклов нагружения на момент измерения к количеству циклов до разрушения) наблюдается экстремум, соответствующий предельному состоянию материала.

5. Выявлена связь между степенью затухания переходного процесса отклика электромагнитного сигнала и уровнем накопления усталостных повреждений в области упругопластической деформации стали 09Г2С. Установлено, что относительное значение степени затухания переходного процесса отклика электромагнитного сигнала с повышением числа циклов нагружения в малоцикловой области увеличивается по линейному закону \|/ = 0,0827-Nj/Np. Полученная закономерность позволяет оценивать фактическую степень поврежденности металла оборудования.

6. Предложенный метод оценки остаточного ресурса оборудования и предельного состояния материала с применением электромагнитного метода контроля используется в учебном процессе при изучении дисциплины «Разрушение конструкционных материалов в условиях переработки нефти и газа» при подготовке магистрантов по направлению 150400 Технологические машины и оборудование.

7. Разработан и утвержден стандарт предприятия ФГБОУ ВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет СТО УГНТУ 003-2011 «Оценка долговечности оборудования,

6 эксплуатируемого в условиях малоцикловой усталости, с учетом результатов электромагнитных измерений».

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Международной научно-практической конференции «Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах» (Уфа, УГНТУ, БАЭ, 2008 г.), 60-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 2009 г.), I Всероссийской конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» (Уфа, УГНТУ, 2009 г.), 61-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 2010 г.), IV научно-практической конференции «Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах» (Уфа, УГНТУ, БАЭ, 2010 г.)

По материалам диссертации опубликовано десять работ, в том числе три статьи опубликованы в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ

Похожие диссертации на Оценка остаточного ресурса оборудования и предельного состояния конструкционных материалов при усталостном нагружении по результатам электромагнитных измерений

Методика оценки ресурса безопасной эксплуатации оборудования химических производств на основе методологии мультифрактальной параметризацииАнваров Амир Дамирович

Определение ресурса безопасной эксплуатации нефтегазового оборудования путем оценки адаптивных свойств металла по изменению его магнитных характеристикКондрашова Оксана Геннадьевна

Оценка остаточного ресурса безопасной эксплуатации нефтегазового оборудования и трубопровода с твердыми прослойкамиШайхулов Салават Фазирович

Оценка ресурса прочности трубопроводных систем, подверженных вынужденным колебаниям на резонансной частотеПанкратьев Сергей Александрович

Оценка ресурса безопасной эксплуатации технологических трубопроводов методом мультифрактальной параметризацииСильвестров, Артем Степанович

Комплексная система оценки остаточного ресурса трубопроводов системы газоснабжения, бывших в консервацииМустафин Ульфат Мансурович

Разработка методов оценки и прогнозирования ресурса безопасной эксплуатации дымовых металлических труб с учетом температурно-силовых и коррозионных воздействий рабочих сред Суслонов Александр Аркадьевич

Оценка и прогнозирование личностных ресурсов стресс-преодолевающего поведения сотрудников ГПС МЧС России в период адаптации к профессиональной деятельностиЛопухин, Борис Михайлович

Оценка степени износа и остаточного ресурса дымовых и вентиляционных труб газоперерабатывающих предприятий Калачинсков Михаил Викторович

Повышение безопасности и ресурса промыслового оборудования в условиях воздействия механических примесей и отложения солей Емельянов Анатолий Витальевич