Л О Шумова - Автоматизація методів розрахунку залишкового ресурсу об'єктів підвищеної небезпеки - страница 1

Страницы:
1  2 

УДК 004.942

Скарга-Бандурова І.С., Шумова Л.О., Харитонова Г.В.

Технологічний інститут СНУ ім. В.Даля, м. Сєвєродонецьк

АВТОМАТИЗАЦІЯ МЕТОДІВ РОЗРАХУНКУ ЗАЛИШКОВОГО РЕСУРСУ ОБ'ЄКТІВ ПІДВИЩЕНОЇ НЕБЕЗПЕКИ

В статті розглянуте питання підвищення строків безаварійної експлуатації промислових трубопроводів за рахунок використання інформаційних технологій. Запропоновано рішення які дозволяють автоматизувати розрахунки, надані у керівних документах і використовувати результати для прийняття рішень про можливість подальшої роботи чи необхідність ремонту досліджуваного обладнання.

Ключові слова: автоматизація, контроль технічного стану, промислові трубопроводи, програмне забезпечення, розрахунки ресурсу, безаварійна експлуатація.

Вступ

Сучасна техносфера є потенційним джерелом загроз, що мають глобальний характер і вимагають прийняття адекватних заходів щодо забезпечення безпеки населення і навколишнього середовища. Значна кількість небезпечних техногенних ситуацій з різних причин виникає на хімічних та нафтопереробних підприємствах, що пов'язано з високою енергонасиченістю, наявністю зміненого і застарілого технічного обладнання, яке збільшує ймовірність виникнення аварій і тяжкість нанесеної ними шкоди. Тому підвищення рівня безпеки промислових підприємств продовжує залишатися однією з найважливіших завдань сучасності.

Згідно з [1], основну небезпеку для промислової території об'єктів хімії та нафтохімії представляють аварійна загазованість, пожежі і вибухи. З них пожежі складають 58,5% від загального числа небезпечних ситуацій; загазованість - 17,9%; вибухи - 15,1%; інші небезпечні ситуації - 8,5%. За статистикою на підприємствах нафтохімії близько 68% аварій трапляється внаслідок поривів трубопроводів[2,3].

Проаналізувавши дані щодо проблеми експлуатації трубопроводів Росії визначено, що до початку 2010 року частка трубопроводів з віком понад 20 років складала 73%, а більше 30 років - 40,6%. Свій плановий ресурс вже виробило більше половини резервуарного парку. За даними міністерства енергетики Росії, до 70% російських трубопроводів вимагає капітального ремонту. На технологічних трубопроводах нафти, води і газу 95% відмов припадає на внутрішню і зовнішню корозію. Щорічно на технологічних трубопроводах відбувається до 40 тисяч аварій. У 2010 році в паливно-енергетичному комплексі РФ сталося майже 30 тисяч розривів трубопроводів[4].

Схожі проблеми має і промисловість України, оскільки головна причина аварійності українських хімічних та нафтопереробних заводів полягає саме в зношеності виробничих фондів. Промислові трубопроводи відчувають при експлуатації високі силові навантаження, які приводять до виникнення в них значних напружень. Як правило, ці напруження виникають в зонах концентрації напружень, якими є зона зварного шва, відводи, переходи і інші конструктивні особливості трубопроводів. У цих зонах утворюються тріщини, що призводять до руйнування. Іншою важливою причиною руйнування трубопроводів є корозія. В агресивних середовищах швидкість корозії збільшується під дією температури середовища, швидкості руху рідини, неоднорідності хімічного складу матеріалу труб та ін. Всі ці фактори негативно впливають на експлуатацію трубопроводів на підприємствах.

Основні проблеми управління та ремонту трубопроводів відносяться до управління профілактичним   обслуговуванням,   призначеним   відновлювати   основні параметринадійності об'єктів, що змінюються в процесі експлуатації, попереджати зниження ефективності роботи, включаючи передчасне руйнування, зниження безпеки і порушення правил охорони навколишнього середовища.

Аналіз проблем у нафтопереробній промисловості показав, що завдання контролю технічного стану трубопроводів та трубопровідної арматури вийшло на перше місце і вимагає прийняття негайних заходів. Тому задача розробки автоматизованих систем, призначених для підтримки процедур діагностики і прогнозування стану промислових трубопроводів, є особливо актуальною.

Складність цієї задачі полягає у наступному. Ряд методик, згідно яких проводяться розрахунки, розроблені у 80-90 роках минулого сторіччя і практично не розраховані для використання у програмних продуктах через те, що містять велику кількість графіків і залежностей, отже потребують додаткових процедур адаптації до подальшої автоматизації. Вирішенням цього питання і присвячена дана стаття. Запропоновані рішення використані при створенні програмного модуля «Планування ремонтів, ревізій та випробувань трубопроводів» і у 2011 році впроваджені на ПрАТ "ЛИНИК". Розрахунок вхідних даних виконується за методикою, що описана у керівному документі РД 38.13.004-86 [5].Виведення результатів розрахунків здійснюється у вигляді таблиці у якій наведено основну інформацію про лінії технологічних трубопроводів, дати останніх і планованих ревізій і випробувань, залишковий ресурс, а також реалізовано функцію сигналізації про проблемні ситуації.

Основна частина

У якості приклада розглянемо розрахунок бракувальної товщини для труб, деталей трубопроводів та зварних швів, експлуатовані при температурі до 430° С (включно).

В основу нижчевикладеної методики розрахунку бракувальної товщини стінки технологічних трубопроводів покладено керівний документ РД 38.13.004-86. Приймаємо, що для розрахунку бракувальної товщини наступні параметри трубопроводу є в базі даних предприємства і їх можна використовувати для розрахунку:

Рроб - робочий тиск у трубопроводі, МПа (кгс/см2);

Онар - зовнішній діаметр труби або деталі трубопроводу, см;

Т роб - робоча температура середовища, °С;

Матеріал;

Середовище.

Труби, деталі трубопроводів і зварні шви, що експлуатуються при температурі до 430° С (включно), підлягають відбракуванню, якщо в результаті ревізії виявиться, що під дією корозії і ерозії товщина стінки їх зменшилася і досягла значення, яке визначається за формулами:

8   =      «•n-Рраб• Он R2 • m3

отб " 2 >9 • R 2 • тз - n ^), ^ R^m; <      ' (1)

оотб = —t---\ —2-- > 0 75 /ол

о^    2 (Rf - П^Рраб), ПPИ      (2)

де ^отб - товщина стінки труби або деталі трубопроводу, при якій вони повинні бути

вилучені з експлуатації, см; n = 1,2 - коефіцієнт перевантаження робочого тиску в трубопроводі; Рроб - тиск у трубопроводі, МПа (кгс/см2); Бн - зовнішній діаметр труби або

деталі трубопроводу, см;  R2l - нормативне опір, рівний найменшому значенню межітекучості при розтягу,  стиску і вигині матеріалу труб, прийнятий за державними

стандартами або технічними умовами на відповідні види труб, МПа (кгс/см2); R" -

нормативний опір, що дорівнює найменшому значенню тимчасового опору розриву матеріалу труб, приймається за державним, галузевим стандартам і технічними умовами на відповідні   види   труб,   МПа   (кгс/см2).   Для   електрозварювальних   труб, зварених

одностороннім швом, значення Rн і R2 помножують на 0,8.

R p - розрахунковий опір матеріалу труб і деталей технологічних трубопроводів:

Rp = RJ1 mm • 1112 k, (3)

де rm = 0,8 - коефіцієнт умов роботи матеріалу при розриві труб. m2 - коефіцієнт умов роботи трубопроводу, що приймається в залежності від середовища, що транспортується по табл. 1 [6]:

Таблиця 1.

Залежність коефіцієнта умов роботи трубопроводу від середовища, що

транспортується

Середовище

Група за середовищем

m2

Токсичні, горючі, вибухонебезпечні і зріджені гази

Аа, Аб, Ба,

0,60

Інертні гази (азот, повітря та інші)

Ва, Вб, Вв

0,75

Токсичні, вибухонебезпечні та горючі рідини

Аа, Аб, Бб, Бв

0,75

Інертні рідини

Вг

0,90

ki - коефіцієнт однорідності матеріалу труб приймається за табл.2:

Таблиця 2.

Коефіцієнт однорідності матеріалу труб_

Матеріал труб_ Стандарти_ k1

Для безшовних труб з вуглецевої і неіржавіючої сталей і для зварних труб з ненормалізованном низьколегованої сталі

ГОСТ 8732, ГОСТ 8734, ГОСТ 9940, ГОСТ 9941, ГОСТ 17375, ГОСТ 17376, ГОСТ 17378, ГОСТ 17379

0,80

Для зварних труб з вуглецевої і неіржавіючої сталей і для зварних труб з нормалізованої низьколегованої сталі

ГОСТ 10704

0,85

а - коефіцієнт несучої здатності, який приймають рівним: для труб - 1,0; для

конічних переходів - 1,0; для опуклих заглушок (еліптичної форми) - 1,0; для відводів

R R R

гладких і зварних а = 1,3 при-= 1; а = 1,15 при — = 1,5 ; а = 1,0 при — = 2 і більше;

Он V     DD н

для трійникових сполук по рис. 1.

Для проміжних значень робочої температури а визначають інтерполяцією двох найближчих значень.

Як видно з рис.1, графік визначення коефіцієнта несучої здатності труб трійникових з'єднань без підсилювальних елементів і для відгалужень без підсилювальних елементів і з посиленим   штуцером   має   складну   функціональну   залежність.    Для спрощенняінтерполяційної процедури, було прийнято рішення про розбиття інтерполяційного діапазону на дві частини: відрізок [0,1; 0.3,1.25] і відрізок [0.3, 1.25; 0.7, 1.6].

Функціональну залежність на відрізку [0,1; 0.3,1.25] описуємо за допомогою квадратичної інтерполяції, яка полягає в тому, що в якості інтерполяційної функції на заданому відрізку приймається квадратний тричлен. Рівняння квадратного тричлена:

y = a;x2 + b;x + С;, х; _1 < x < x1+1 (4)

Рис. 1. Графік визначення коефіцієнта несучої здатності основних труб трійникових сполук: 1 -без підсилювальних елементів і для відгалужень без підсилювальних елементів і з посиленим штуцером; 2 - посилених накладками і з посиленим штуцером і для відгалужень, посилених накладками; D- зовнішній діаметр відгалужень, см ; а - коефіцієнт несучої здатності.

Рівняння (4) містить три невідомих коефіцієнта ai, Ьі, ci, для визначення яких

необхідно три рівняння. Ними служать умови проходження параболи через три точки. По заданих точках на рис. 1 ці умови можна записати у вигляді:

a;02 + b;0 + c; = 1, •a;0.22 + b;0.2 + c; = 1.1, (5) a;0.32 + b;0.3 + c; = 1.3.

Вирішуючи цю систему, знаходимо a; = 5 , b; =_0.5, c; = 1. Шукане значення функції:

y = 5x2 _ 0.5x + 1 (6)

При обчисленні наближеного значення функції для заданого діапазону потрібно використовувати формулу (6) з урахуванням рішення системи лінійних рівнянь (5).

Функціональну залежність на відрізку [0.3, 1.25; 0.7, 1.6] описуємо за допомогою логарифмічної інтерполяції, оскільки графік логарифмічної функції найбільш точно відображає даний відрізок графіка на рис.1.

Для того щоб підібрати відповідні кореляційні коефіцієнти, графічна залежність була перетворена в табличну форму, табл. 3.

Таблиця 3.

Кореляційні коефіцієнти логарифмічної функції

x 0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

y 1.25

1.4

1.45

1.52

1.6

За допомогою засобів системи Mathcad був проведений підбір кореляційних коефіцієнтів функції, яка описує заданий графік.

Після чого, функція, що описує графік 1 (рис. 1), прийняла вигляд:

y = 1 + ln(0.95x + 1) (7)

При обчисленні наближеного значення коефіцієнта несучої здатності основних труб трійникових сполук за графіком 1 (рис.1), відрізок [0.3, 1.25; 0.7, 1.6], потрібно використовувати формулу (7).

У якості інтерполяційної функції для обчислення наближеного значення коефіцієнта несучої здатності основних труб трійникових сполук, посилених накладками і з посиленим штуцером за графіком 2 (рис. 1), вибираємо гіперболічну функцію, яка в повній мірі відображає залежність, задану на графіку.

Для того щоб підібрати відповідні кореляційні коефіцієнти, графічна залежність була перетворена в табличну форму, табл. 4.

Таблиця 4.

Кореляційні коефіцієнти гіперболічної функції

x 0.5

0.6

0.7

0.8

У 1

1.05

1.1

1.15

За допомогою засобів системи Mathcad був проведений підбір кореляційних коефіцієнтів функції, яка описує заданий графік.

Після чого, функція, що описує графік 2 (рис. 1), прийняла вигляд:

y = >/ x + 0.5 (8)

При обчисленні наближеного значення коефіцієнта несучої здатності основних труб трійникових сполук, посилених накладками і з посиленим штуцером потрібно використовувати формулу (8).

m3 - коефіцієнт умов роботи матеріалу труб при підвищених температурах, °С. Даний коефіцієнт приймається в залежності від матеріалу труб і робочої температури.

У даній роботі для розрахунку коефіцієнта умов роботи матеріалу при проміжних значеннях робочої температури був обраний метод лінійної інтерполяції. Даний метод найбільш точно й ефективно вирішує поставлене завдання.

Метод лінійної інтерполяції полягає в тому, що для кожного інтервалу в якості рівняння інтерполяційного полінома використовується рівняння прямої, що проходить через дві точки. Зокрема, для i - го інтервалу можна написати рівняння прямої, що проходить через точки (xb yi) і (xj + 1, yi     у вигляді:

y ~ y   =  x ~ xi   . (9)

Звідси,

y = aix + bi,    xi < x < xi+i, (10)

a1 = ІШ-Jj- , (11)

xi+1 ~~ xi

bi = yi - aixi .

(12)

Отже, потрібно розрахувати коефіцієнти рівняння прямої для кожного діапазону, а потім, підставивши значення робочої температури в формулу (10), знаходимо наближене значення функцій у цій точці.

Висновки

Актуальність проблеми забезпечення ефективної, надійної та безпечної експлуатації промислових трубопроводів обумовлена тривалими термінами експлуатації, спрацюванням основного технологічного обладнання.

В результаті промислових досліджень встановлено, що оперативну оцінку фактичного технічного стану обладнання необхідно реалізовувати за рахунок автоматизації, що дозволить оптимізувати витрати матеріально-технічних і трудових ресурсів підприємств.

Автоматизація розрахунків залишкового ресурсу, визначення своєчасних термінів ревізій та випробувань з паралельним використанням сучасних засобів збору інформації про стан обладнання забезпечить надійну і безаварійну експлуатацію трубопроводів, підвищить економічні показники і надійність трубопровідного обладнання, а також рівень екологічної безпеки хімічних і нафтопереробних підприємств і навколишнього регіону.

Список використаних джерел

1. Абросимов А.А. Экология переработки углеводородных систем - М.: Химия, 2002. - 608 с.

2. Гумеров А.Г., Зубаиров А.Г., Векштейн М.Г., Гумеров Р.С. Капитальный ремонт нефтепроводов. - М., 2008 г. - с.120-124, 156 с.

3. Журнал дефектов оборудования. АСУ РТО ЧАО "ЛИНИК", 2010 г.

4. лексеев А. В. Производственное оборудование в России: старость отступает? // Отраслевой и макроэкономический аспекты развития российской экономики: сб. науч. тр. / отв. ред. В.Н. Павлов, Л.К. Казанцева. - Новосибирск: ИЭОПП СО РАН, 2010. - с. 225-232.

5. Эксплуатация и ремонт технологических трубопроводов под давлением до 10,0 МПа (100 кгс/см2). РД 38.13.004-86. Утверждено зам. министра нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности СССР П.М. Авдеенко 1 апреля 1986 г.

6. Трубопроводы пара и горячей воды промышленных предприятий. Инструкция по экспертному обследованию. Минпромполитики Украины, Харьков, 2006 год.

Надійшла в редколегію 03.08.2011

Рецензент: д.т.н., проф. Кац М.Д., кафедра вищої і прикладної математики, ТІ СНУ ім. В. Даля, м. Сєвєродонецьк.

I. Skarga-Bandurova, L. Shumova, A. Kharitonova

COMPUTERIZATION METHODS FOR CALCULATING THE RESIDUAL LIFE OF HAZARDOUS OBJECTS

The article examined the problems of increasing term a trouble free operation industrial pipelines due to using information technology. The solution to automate the calculations provided in the governing documents and to use the results to make decisions about the possibility of further work is proposed.

Key words: automation, industrial pipeline, maintenance monitoring, residual life accounting, facility security.

Скарга-Бандурова И.С., Шумова Л.А., Харитонова А.В. АВТОМАТИЗАЦИЯ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ОБЪЕКТОВ ПОВЫШЕННОЙ ОПАСНОСТИ

В статье рассмотрен вопрос повышения сроков безаварийной эксплуатации промысловых трубопроводов за счет использования информационных технологий. Предложено решениепозволяющиеавтоматизировать  расчеты,   предоставленные   в руководящих

240      документах ииспользовать результаты для принятия решенийо возможностидальнейшей работыили необходимость ремонта исследуемого оборудования.

Ключевые слова: автоматизация, промышленный трубопровод, контроль технического состояния, программное обеспечение, расчет остаточного ресурса, безаварийная эксплуатация.

***

УДК004.832.25

Джума Л.Н., Паскаль О.Н., Лишавская В.Л.

Государственная летная академия Украины, г. Кировоград

ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА ДИСПЕТЧЕРА TWR

В статье приводится обоснование необходимости моделирования рабочего места диспетчера TWR. Выдвигается гипотеза о преимуществе использования для моделирования аппарата модифицированных сетей Петри.

Ключевые слова: диспетчер TWR, моделирование, имитационное моделирование, тренажер, система массового обслуживания, модифицированные сети Петри.

Введение

Главной функцией авиадиспетчера является обеспечение безопасного, регулярного и упорядоченного движения воздушных судов(ВС). Для успешного выполнения этой функции авиадиспетчер использует знания воздушной навигации, авиационной метеорологии, а также строго установленные правила и инструкции, регламентирующие все аспекты его деятельности[1].

Авиадиспетчер обеспечивает непрерывный контроль за воздушной обстановкой и управление воздушным движением в пределах зоны его ответственности. Для выполнения этой задачи авиадиспетчер использует радиотехнические средства, средства радиосвязи с экипажами воздушных судов, а также электросвязи со смежными секторами. Рабочее место авиадиспетчера оборудуется мониторами отображения воздушной обстановки, метеообстановки, различными сигнальными табло, справочной информацией, средствами связи и др [1].

По психоэмоциональной нагрузке профессия авиадиспетчера представляет собой одну из наиболее опасных и ответственных профессий, связанных с техникой и человеческими жизнями, поэтому вопрос, касающийся обеспечения высокого уровня подготовки данного специалиста является весьма актуальным.

Основная часть

Подготовка авиадиспетчеров - это длительный процесс, одним из этапов которого является тренажерная подготовка, необходимая для приобретения и отработки рабочих навыков.

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

Л О Шумова - Автоматизація методів розрахунку залишкового ресурсу об'єктів підвищеної небезпеки