2

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра технологических машин и оборудования

Вероятностная оценка остаточного ресурса технологического трубопровода

Учебно-методическое пособие

к выполнению расчетной работы по дисциплинам

«Техническое освидетельствование и оценка остаточного ресурса»,

«Основы технической диагностики»

Уфа 2012

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения направления подготовки 130600 «Оборудование и агрегаты нефтегазового производства» специальности 130603 «Оборудование нефтегазопереработки» специализации «Проектирование, монтаж, эксплуатация и ремонт оборудования» и студентов очной формы обучения направления подготовки 130600 «Оборудование и агрегаты нефтегазового производства» специальности 130603 «Оборудование нефтегазопереработки» специализации «Надежность технологических систем и оборудования» и бакалавров очной формы направления подготовки 151000 «Технологические машины и оборудование» профиля бакалавриата «Оборудование нефтегазопереработки».

Составители: Рубцов А.В., старший преподаватель кафедры ТМО

Закирничная М.М., профессор кафедры ТМО

Баширов И.В., преподаватель кафедры ТМО

Рецензент: Габбасова А.Х., доцент кафедры ТМО, канд. техн. наук.

© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2012

Содержание

		С
Введение		4
1 Расчетная работа. Вероятностная оценка остаточного ресурса технологического трубопровода		7
2 Пример выполнения расчета		13
3 Контрольные вопросы		18
4 Перечень вариантов к расчетной работе		19
Список использованных источников		94
Приложение А. Требования к оформлению отчета о расчетной работе		95
Приложение Б. Пример оформления титульного листа отчета о расчетной работе		96

ВВЕДЕНИЕ

Стальные технологические трубопроводы являются одними из самых металлоемких и ответственных конструкций в нефтегазоперерабатывающем и нефтехимическом производствах. При проектировании наиболее ответственные трубопроводы рассчитываются на прочность в соответствии с нормативными и техническими документами. Нормативные коэффициенты запаса при правильно выбранной расчетной схеме обеспечивают необходимую надежность и долговечность трубопровода. В этих расчетах внешние воздействия принимаются, как правило, максимальными, а показатели сопротивления повреждению – минимальными. При этом не дается количественной оценки вероятности разрушения.

Методика прогнозирования остаточного ресурса основана на использовании априорной и текущей статистической информации. Последняя приобретается при измерении параметров технического состояния трубопровода во время инспекций и ремонтных работ. Задача состоит в экстраполировании возможности трубопровода выполнять свои функции на период, равный остаточному ресурсу.

Вероятностная оценка остаточного ресурса осуществляется на основе диагностирования технического состояния трубопровода с привлечением методов статистического анализа. Роль достаточно трудоемкого поверочного при оценке остаточного ресурса существенно ниже, чем при проектировании. По существу, поверочный расчет сводится к определению потенциально опасных сечений трубопровода и его следует проводить в случаях, если их расположение не является достаточно очевидным.

Информация об элементах, которые необходимо диагностировать может быть получена также по данным о ремонтах трубопровода при эксплуатации. Поскольку повреждения чаще всего наблюдаются в местах поворота потока, то при осмотре именно им следует уделять наибольшее внимание.

Использование ультразвуковых толщиномеров, твердомеров и при необходимости, других приборов неразрушающего контроля позволяет получить необходимую информацию об износе механических свойств. В особых случаях снимаются «реплики» и вырезаются образцы для металлографических и механических испытаний. В местах наибольшей концентрации (интенсификации) напряжений возможно появление трещин, которые также должны быть выявлены при диагностировании.

На основании проведенного диагностирования и принятой модели повреждения возможен вероятностный расчет остаточного ресурса. В случаях, когда для прогнозирования необходимы значений напряжений от внутреннего давления, они могут быть определены достаточно просто по известным рабочим параметрам, материалу и геометрии трубопровода.

У трубопроводов, в отличие таких уникальных объектов, как крупные аппараты и сосуды давления, есть то существенное преимущество, что они являются легко восстанавливаемыми объектами. Как правило, протяженному разрыву трубопровода предшествует легко обнаруживаемая течь и своевременная замена элемента предотвращает разрушение. Замена элемента не представляет особых трудностей, хотя может быть и сопряжена с остановкой технологического процесса. По-существу, для трубопроводов допускается возможность отказов при эксплуатации.

Информация по отказам трубопровода исключительно важна при его диагностировании и оценке остаточного ресурса. Она позволяет выявить наиболее нагруженные сечения трубопровода и оценить вероятность его безотказной работы на момент диагностирования для последующего экстраполирования этих данных при оценке остаточного ресурса. Каждый трубопровод включает в себя порядка сотни элементов и сварных соединений. Как правило, он однороден по применяемым материалам. В нем практически постоянны рабочие давление и температура. Местные напряжения и деформации в различных сечениях могут заметно отличаться между собой. Еще более высокой степенью разброса по сравнению с уровнем напряжений обладают исходные дефекты в основном металле и. прежде всего, в сварных соединениях элементов. Таким образом, можно рассматривать эксплуатацию трубопровода, как одновременные испытания ряда его однородных элементов, обладающих определенным разбросом свойств.

При такой постановке задачи достоверная оценка повреждения трубопровода может быть получена на основе анализа отказов. При этом, в принципе, их происхождение не играет роли. Важно знать только закономерность их появления. Обработка этих данных на основе теории надежности позволяет сделать вывод о работоспособности трубопровода и дать количественную оценку возможности его безотказной работы.

Методика вероятностной оценки остаточного ресурса распространяется на находящиеся в эксплуатации технологические стальные трубопроводы с рабочим давлением до 10 МПа и температурой от минус 70 ⁰С до плюс 700 ⁰С.

Методика применима для оценки остаточного ресурса подвергающихся коррозионно-эрозионному воздействию трубопроводов, которых максимальный износ стенки не более, чем в три раза превышает среднее для всего трубопровода значение.

Методика не распространяется на трубопроводы, подвергающиеся растрескиванию (водородному, под напряжением и т.п.), усталости (в т.ч. высокотемпературной), а также локализованной язвенной коррозии. Остаточный ресурс подобных трубопроводов и элементов должен оцениваться по результатам более полного диагностирования, чем это предусмотрено РД 38.13.004-86 «Эксплуатация и ремонт технологических трубопроводов под давлением до 10,0 МПа».