Определение ресурса металла технологических аппаратов и трубопроводов

Определение ресурса аппаратов и трубопроводов систем сбора, подготовки, транспорта и переработки углеводородного сырья является актуальной проблемой.

При проектировании этих систем определение ресурса аппаратов и трубопроводов необходимо для оптимизации капитальных и эксплуатационных затрат.

На действующих объектах добычи, подготовки, транспорта и переработки углеводородного сырья ресурс аппаратов и трубопроводов необходимо определять с целью продления их срока службы или замены.

Большинство существующих промыслов, магистральных трубопроводов и перерабатывающих углеводородное сырье заводов функционируют с середины прошлого века. В связи с этим срок службы технологических аппаратов и трубопроводов, которыми оборудованы эти объекты, подходит к концу или исчерпан. Полная их замена требует значительных капитальных затрат. Однако при изменении условий эксплуатации, например, при снижении давления углеводородного сырья (что наблюдается в заключительной стадии разработки газовых и нефтяных месторождений) это оборудование может прослужить еще некоторое время.

Материал, из которого изготовлено оборудование (аппараты, трубопроводы, арматура и пр.), постоянно находящийся под воздействием углеводородного сырья и окружающей среды, стареет и его состояние со временем ухудшается. Темпы старения для различного вида оборудования могут существенно отличаться. Это заметно при продолжительности эксплуатации нефтепроводов и газопроводов более 1520 лет [1], технологических аппаратов — порядка 2530 лет [2]. В одних условиях эксплуатации ухудшение технического состояния бывает столь значительным, что приводит к нарушению целостности металла, в других — состояние материала бывает вполне удовлетворительным и способно обеспечивать нормальную работу.

Поэтому для обеспечения безопасности технологических аппаратов и трубопроводов необходим непрерывный мониторинг их технического состояния на протяжении всего периода их эксплуатации [3, 4]. Причем на каждый технологический аппарат, трубопровод и сопутствующее им оборудование необходимо иметь информационный банк, в котором должны быть данные об изменении основных параметров материала, из которого изготовлено оборудование, и результаты предшествующих диагностических контролей.

Кроме этого, необходимо вести постоянное совершенствование существующих методов расчета ресурса материалов и разработку новых методов. В настоящее время имеется ряд методов определения ресурса металла, которые нашли свое отражение в руководящих и методических указаниях Госгортехнадзора России и ОАО «Газпром» [5–8], а также в ряде патентов [9–15].

В Управляющей компании «РусГаз Инжиниринг» совместно с ООО «Кубаньгазпром» и кафедрой оборудования Кубанского государственного технологического университета разработан способ определения ресурса металла труб и корпусов сосудов на основе энергетического подхода.

Технической задачей, которая решается этим способом, является повышение точности расчета ресурса металла. Она решается тем, что помимо определения основных механических (предела текучести металла) и геометрических параметров (диаметров внутреннего и внешнего, толщины стенки) дополнительно определяют основные параметры текучей среды (расход, давление и температуру на входе и выходе трубопровода или сосуда, угол натекания потока на стенку, загрязненность механическими примесями), а ресурс ф (в годах) рассчитывается по формуле.

Эта формула отражает во времени процесс ослаб ления энергии [у] связей между частицами металла (численно равной напряжению металла на разрыв), находящегося в объеме VM стенок трубопровода или корпуса сосуда, в зависимости от: - напряжения U металла, находящегося под действием избыточного внутреннего давления в трубопроводе или корпусе сосуда; - расхода E энергии на течение потока среды через трубопровод или сосуд; - загрязненности K потока механическими примесями; - величины угла б натекания потока на поверхность стенки. Напряжение U металла, находящегося под действием избыточного внутреннего давления среды, уменьшает энергию [у] связей между частицами металла, что выражается разностью величин [у] и U в числителе. Расход энергии E на течение потока среды через трубопровод или сосуд влияет на уменьшение энергии [у] связей между частицами металла, т. е. на его деградацию и, в конечном итоге, на разрушение. Это влияние зависит от угла б натекания потока на поверхность стенки. Оно выражается произведением E sinб, величина которого тем больше, чем больше угол б. При б = 90° влияние расхода энергии E на уменьшение энергии [у] связей между частицами металла максимально. С уменьшением величины угла б натекания потока соответственно снижается и влияние расхода энергии E на уменьшение энергии [у] связей между частицами металла. Необходимо отметить то, что угол натекания б присутствует даже в потоке среды, движущейся параллельно поверхности трубы или корпуса сосуда, т. к. всегда имеются: шероховатость поверхности, некоторая ее волнообразность, конусности прямая и обратная, а также прочие дефекты механической обработки. Конечно, в этом случае величина угла б небольшая.

На снижение энергии [у] связей между частицами металла влияет загрязненность текучей среды механическими примесями, особенно абразивами. Загрязненность учитывается коэффициентом K. Коэффициент K = 1, если среда чистая и не имеет абразивных частиц. Если среда загрязнена абразивными частицами, то величина коэффициента K > 1. Причем, чем больше в процентном отношении абразива, тем больше коэффициент K.

Кроме коэффициента K остальные учитываемые параметры являются физическими величинами, которые имеют соответствующие размерности. Объективная закономерность, выраженная взаимосвязью этих параметров в формуле, приводит к определению времени ресурса ф металла в секундах. В связи с тем, что год содержит 3,1536 ·107 секунд, эта величина находится в знаменателе, и определяемая величина ресурса металла по данной формуле обозначается в годах.

Формула достаточно объективно отражает процесс уменьшения энергии [у] связей между частицами металла во времени, поэтому при определении ресурса ф металла достигается точность, достаточная для инженерных расчетов. Расхождение расчетных величин с опытными данными не превышает 3%. Экспериментальная проверка выполнялась на действующих газопроводах ОАО «Кубаньгазпром».

Список литературы 1. Запорожец Е.П., Зиберт Г.К., Мищенко И.В. Метод расчета ресурса корпусов технологических аппаратов, сосудов и газопроводов//Газификация. Природный газ в качестве моторного топлива. Подготовка, переработка и использование газа: научно-технический сборник. — М.: ООО «ИРЦ Газпром» , 2004. — № 4. С. 41–47. 2. Мищенко И.В., Запорожец Е.П., Зиберт Г.К. Методы определения ресурса аппаратов и трубопроводов объектов нефтяной и газовой промышленности//Сборник научных трудов. ДОАО «ЦКБН» ОАО «Газпром» — 55 лет/Под ред. Г.К. Зиберта, ЮА. Кащицкого, И.К.Глушко, С.М. Дмитриева, В.М. Зарипова, Б.С. Палея, Е.П. Запорожца. — М.: ООО «Недра — Бизнесцентр», 2006. — С. 282–307. 3. Черняев К.В. Роль и задачи диагностики нефтепроводов России//Газовая промышленность. 1995. № 8. — С. 41–43. 4. Зарицкий С.П. Надежный способ сохранения работоспособности оборудования//Газовая промышленность. 1995. № 8. — С. 7–9. 5. РД 51-4.2.-003-97. Методические рекомендации по расчетам конструктивной надежности магистральных газопроводов. Под редакцией: акад. Патона Е.Б., к.т.н. Динкова В.А., д.т.н., проф. Иванцова О.М. (ВНИИГАЗ, ОАО «Газпром»), Управление проектно-изыскательских работ и экспертизы проектов ОАО «Газпром», 1997. — 90 с. 6. РД 03-421-01. Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов. Серия 03. Выпуск 17. — М.: 2002. — 136 с. 7. РД 26.260.16-2002. Экспертное техническое диагностирование сосудов и аппаратов, работающих под давлением на объектах добычи и переработки газа, газового конденсата и нефти в северных районах Российской Федерации и подземных газохранилищ/Под ред. Ю.А. Кашицкий, Б.С. Палей. — Подольск: ОАО «Газпром» ДОАО «Центральное конструкторское бюро нефтеаппаратуры» 2002. — 82 с. 8. РД 03-421-01. Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов. Серия 03. Выпуск 17/Под ред. А.А. Шаталова. — М.: Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России». 2002. — 136 с. 9. ПАТЕНТ № 2108560, Россия МПК, G 01 N 3/00. Способ определения остаточного ресурса конструкции/Пашков Ю.И., Ситников Л.Л., Ершов В.В., Волков В.С., Демаков М.В., 1998. 10. ПАТЕНТ № 2221231, Россия МПК, G 01 N 3/00. Способ определения остаточного ресурса металла магистрального трубопровода. Будзуляк Б.В., Кудрявцев В.В., Демаков М.В., Гайдт Д.Д. и др. Б.И., 2002. 11. ПАТЕНТ № 2238535, Россия МПК, G 01 N 3/00. Способ определения повреждаемости нагруженного материала и ресурса его работоспособности/Кузьбожев А.С., Теплинский Ю.А., Агиней Р.В., Бирилл И.Н., Яковлев А.Я. и др., 2004. 12. ПАТЕНТ № 2226681, Россия МПК, G 01 N 3/00. Способ определения остаточного ресурса металла труб магистрального трубопровода, предназначенных для повторного использования/ Будзуляк Б.В., Демаков М.В., Гайдт Д.Д., Кудрявцев В.В., Шайхутдинов А.З. и др., 2002. 13. ПАТЕНТ № 2167405, Россия МПК, G 01 N 3/00. Способ продления срока службы нагруженной конструкции/ Петров В.А., Петров Г.В., 2001. 14. ПАТЕНТ № 2139515, Россия МПК, G 01 N 3/00. Способ определения повреждаемости нагруженного материала и ресурса работоспособности/Волков Н.И., Конов В.В., Романченков В.П. и др. 1999. 15. ПАТЕНТ №2108560, Россия МПК, G 01 N 3/00. Способ определения остаточного ресурса конструкции/Пашков Ю.И., Ситников Л.Л., Ершов В.В., Волков В.С., Демаков М.В., 1998.

ООО «Бетон-Технология» — производство бетона при любых условиях.

Монолитное строительство. Поправка на климат.

Навесные фасадные системы и проблемы, с которыми мы сталкиваемся.

Сайт для строителя.

Кто ломает рынок крепежа?.

«Воронежский алюминиевый завод»: передовые технологии производства.

«КНАУФ-Теплая стена» — современная система наружного утепления фасадов.

Главная Публикации