2.2 Выбор основного повреждающего фактора.

Критерии перехода оборудования в предельное состояние определяются типом оборудования и условиями его эксплуатации. Так для оборудования, работающего при повышенных температурах, основным критерием работоспособности является длительная прочность. Параметром, определяющим остаточный ресурс оборудования, при этом является степень структурных повреждений материала, определяемая в результате металлографических исследований. Для сосудов, аппаратов и трубопроводов нефтегазовой промышленности основными критериями перехода в предельное состояние являются: статическая или циклическая прочность; устойчивость несущих металлоконструкций; нарушение герметичности.

Определяющими параметрами в зависимости от критерия предельного состояния и доминирующего механизма повреждения определяются: глубина и площадь поверхностного разрушения (износа, эрозии, поверхностной или язвенной коррозии); напряженное состояние материала и его механические характеристики; состояние изоляции; величина переходного сопротивления изоляции; величина и характер прилагаемых нагрузок и др. Разработанные в настоящее время методики оценки остаточного ресурса по различным определяющим параметрам приведены в специальной технической литературе и нормативно-технических документах. Расчетное значение остаточного ресурса используют не только для назначения срока службы оборудования до перехода его в неработоспособное или предельное состояние, но и для установления последующей периодичности технического диагностирования и разработки компенсирующих мероприятий с целью снижения скорости развития доминирующих механизмов повреждений в процессе дальнейшей эксплуатации.

Вместе с тем следует отметить, что в настоящее время из-за недостаточности научных данных остаточный ресурс не может быть определен с требуемой достоверностью в целом ряде случаев: например, при развитии коррозийного растрескивания под напряжением, зернограничного и водородного охрупчивания и т.п.

2.3 Оценка остаточного ресурса технологических трубопроводов.

Оценка остаточного ресурса действующих трубопроводов базируется на основе последних достижений в области механики разрушения, металловедения, неразрушающих методов контроля, действующих норм расчетов на прочность и включает в себя изучение технической документации и условий эксплуатации, обследование технического состояния с использованием толщинометрии, дефектоскопии, металлографический контроль структур, исследование механических свойств и химического состава металла, оценку фактической нагруженности основных несущих элементов трубопровода, испытание на прочность и плотность.

Методика оценки остаточного ресурса технологических трубопроводов, разработанной АООТ «ВНИКТИнефтехимоборудование» регламентирует необходимый объем работ и порядок их проведения, критерии оценки работоспособности при определении остаточного ресурса стальных технологических трубопроводов, применяемых для транспортировки жидких и газообразных веществ с различными физико- химическими свойствами в пределах от остаточного давления (вакуум) от 0,001МПа до условного давления 10 МПа и рабочих температур от минус 196 ⁰С до плюс 700 ⁰С, эксплуатация и ремонт которых осуществляются в соответствии с требованиями РД 38.13.004-86 «Эксплуатация и ремонт технологических трубопроводов под давлением до 10,0 МПа».

Остаточный ресурс - продолжительность безопасной эксплуатации трубопровода на допустимых параметрах от данного момента времени до его прогнозируемого предельного состояния. Прогнозирование остаточного ресурса осуществляется в единицах времени (годах, часах).

Остаточный ресурс определяется для трубопроводов, если они:

- выработали установленный автором проекта расчетный срок службы или расчетный ресурс;

- не имели установленного расчетного срока службы или расчетного ресурса и находились в эксплуатации 20 лет и более;

- выработали разрешенный к дальнейшей эксплуатации ресурс сверх установленного срока службы или расчетного ресурса;

- временно находились при условиях нарушении режима эксплуатации на параметрах, превышающих расчетные (например, при аварии и пожаре.);

- по мнению владельца требуют оценки остаточного ресурса.

Остаточный ресурс трубопроводов устанавливается на основании технического диагностирования по программе, включающей в себя следующий комплекс работ:

- обследование технического состояния трубопровода;

- исследование механических свойств, микроструктуры и химического состава металла;

- оценка фактической нагруженности его элементов на регламентных параметрах его эксплуатации (согласно СА 03-003-07 «Расчеты на прочность и вибрацию технологических трубопроводов»);

- прогнозирование остаточного ресурса трубопровода и его элементов;

- оформление и анализ результатов выполненного обследования технического состояния трубопровода и его элементов, исследований и расчетов;

- составления заключения.

В программе необходимо указывать информацию по имеющейся лицензии (разрешения) на вид деятельности организации, проводящей техническое диагностирование (номер лицензии, дату выдачи, срок действия).

Определение остаточного ресурса трубопроводов проводится организациями (предприятиями, предприятиями-владельцами), имеющими лицензию (разрешение) органов Ростехнадзора при обязательном участии лица, ответственного за безопасную эксплуатацию трубопроводов, и лица, ответственного по надзору за техническим состоянием и эксплуатацией трубопроводов.

Техническое диагностирование, выполняемое для определения остаточного ресурса технологических трубопроводов, должно проводиться во время плановых остановок технологических установок или объектов (как правило - в их капитальный ремонт).

Ответственность за своевременность выполнения работ возлагается на администрацию предприятия - владельца и организацию (предприятие), проводящую работу по техническому диагностированию.

Подготовку трубопроводов к обследованию и необходимые меры безопасности при производстве работ обеспечивает предприятие-владелец трубопроводов.

Настоящая Методика оценки остаточного ресурса технологических трубопроводов, разработанная АООТ «ВНИКТИнефтехимоборудование», не распространяется на технологические трубопроводы, для которых в силу конструктивных или эксплуатационных возможностей или особенностей, имеются специальные нормативные документы, регламентирующие порядок их работы.

Оценка остаточного ресурса определяется типом основного повреждающего фактора, действующего на элементы трубопровода.

Прогнозирование остаточного ресурса производится только для трубопровода, техническое состояние которого по результатам обследования и исследования механических свойств и структуры металла оценивается как удовлетворительное.

Оценка остаточного ресурса основных несущих элементов трубопровода, повреждающим фактором для которого является общая коррозия, производится по формуле:

Тост=К(Sф–Sотб)/Аф,

где Тост - остаточный ресурс элемента, годы;

Sф - фактическая толщина элемента, мм;

Soтб - отбраковочная толщина элемента, мм;

К - коэффициент, зависящий от категории и срока службы трубопровода без замены;

Аф - фактическая скорость коррозионного и эрозионного износа, мм/год;

Для трубопроводов I категории, проработавших без замены:

до 20-ти лет включительно - К=1,00;

более 20-ти до 30-ти лет включительно - К=0,95;

более 30-ти лет - К=0,90.

Для трубопроводов II и III категорий, проработавших без замены:

до 30-ти лет включительно - К=1,00;

более 30-ти лет - К=0,95.

Для трубопроводов IV и V категорий, проработавших без замены:

до 20-ти лет включительно и более - К=1,00.

Значение отбраковочной толщины может приниматься из паспорта или из расчета с учетом фактических свойств металла.

Во всех случаях отбраковочный размер должен быть не менее указанного ниже, приведенной в таблице 8.

Таблица 8 – Отбраковочные размеры элементов трубопровода
Наружный диаметр, мм	 25	 57	 108 (114)	 219	 325	 377	 426
Наименьшая допустимая толщина стенки трубопровода, мм	1,0	1,5	2,0	2,5	3	3,5	4,0

Фактическая скорость коррозии определяется из практики по данным, накопленным предприятием-владельцем трубопровода за время его эксплуатации с учетом результатов технических освидетельствований и результатов данного обследования.

За остаточный ресурс трубопровода принимается минимальное из полученных значений расчетного ресурса основных несущих элементов (труба, отвод (колено, гиб), переход, врезка, тройник (кованный, литой) и др.), которое обеспечит безопасную эксплуатацию трубопровода в течение прогнозируемого назначенного ресурса.

В тех случаях, когда расчетный остаточный ресурс трубопровода превышает десять лет, остаточный ресурс принимается равным десяти годам.

По истечении установленного остаточного ресурса трубопровода для оценки возможности его дальнейшей эксплуатации необходимо определение нового остаточного ресурса в соответствии с настоящей "Методикой…"

Также оценка остаточного ресурса технологических трубопроводов может производиться согласно «Вероятностная методика оценки остаточного ресурса стальных технологических трубопроводов», разработанная НТП «Трубопровод».

Прогнозирование остаточного ресурса осуществляется по двум параметрам:

1) прогнозирование наработки трубопровода по изменению толщины стенки;

2) прогнозирование наработки трубопровода по отказу элементов;

Прогнозирование остаточного ресурса по изменению толщины стенки

Относительный износ стенки определяется по формуле:

где - измеренная толщина стенки в месте k-того элемента, мм;

- номинальная толщина стенки диагностируемого элемента, мм.

Значение среднего относительного износа трубопровода определяется по формуле:

где - относительный износ стенки k-того элемента;

N – количество замеренных точек;

Среднее квадратическое отклонение утонения стенки трубопровода определяется по формуле:

где _k - относительный износ стенки k-того элемента;

_ср - значение среднего относительного износа трубопровода;

N - количество замеренных точек;

Среднее квадратическое отклонение относительного износа определяется по формуле:

где S_ - среднее квадратическое отклонение утонения стенки трубопровода;

S₀ - среднее квадратическое отклонение технологического допуска. В расчетах принимают S₀=0,05;

Верхнее интервальное значение среднего износа определяется по формуле:

где _ср - значение среднего относительного износа трубопровода;

S_d - среднее квадратическое отклонение относительного износа;

N – количество замеренных точек;

U_q - квантиль, который выбирается по таблице 9. Если в расчетах необходимо определить квантиль U_q, то  заменяется на q, а если нужно значение U_, то вместо  подставляется 0,01 и т. д.

Таблица 9

	0,75		0,76		0,77	0,78		0,79		0,80		0,81		0,82
U	0,67		0,71		0,74	0,77		0,81		0,84		0,88		0,92
	0,83		0,84		0,85	0,86		0,87		0,88		0,89		0,90
U	0,95		0,99		1,04	1,08		1,13		1,18		1,23		1,28
	0,91		0,92		0,93	0,94		0,95		0,96		0,97		0,98
U	1,34		1,41		1,48	1,56		1,65		1,75		1,88		2,05
		0,990		0,993			0,995		0,997		0,998		0,999
U		2,33		2,46			2,58		2,75		2,88		3,09

Примечание: для промежуточных значений  величина квантиля U_ определяется интерполированием.

Для того, чтобы сделать достаточно определенную оценку остаточного ресурса трубопровода в таблице 10 даны рекомендуемые значения по выбору расчетных вероятностей в зависимости от ответственности трубопровода.

Таблица 10

Группа и категория трубопровода	Регламентированная вероятность , %	Доверительная вероятность q
гр. Аа и сжиженные углеводородные газы (СУГ)	99	0,99
гр. Аб, Ба (кроме СУГ), Бб – I-II категорий, Бв – I-II категорий	95	0,95
гр. Бб – III категории, Бв – III-IV категорий, Вв – II-III категорий,	90	0,90
гр. Вв – IV-v категорий,	80	0,80

Среднеквадратическое отклонение верхнего интервальное значение среднего износа определяется по формуле:

где S_d - среднее квадратическое отклонение относительного износа;

U_q - квантиль, который выбирается по таблице 1;

N - количество замеренных точек.

В дальнейших расчетах вместо _ср и S_d следует подставлять и

Среднее значение допустимого относительного износа определяется по формуле:

где t_отб - отбраковочная толщина стенки, мм;

t_nk- номинальная толщина стенки диагностируемого элемента, мм

Квантиль определяется по формуле:

где []_ср - среднее значение допустимого относительного износа;

- верхнее интервальное значение среднего износа;

- среднеквадратическое отклонение верхнего интервального значения среднего износа;

S_[]- среднее квадратическое отклонение утонения стенки трубопровода. В расчетах принимают S_[]=S₀=0,05;

По таблице 4 находим значение  , соответствующее значению U_

Гарантированная вероятность безотказной работы определяется по формуле:

=

Соответствующий ей квантиль U_Г определяется по таблице 4.

Параметр определяется по формуле:

где []_ср - среднее значение допустимого относительного износа;

- верхнее интервальное значение среднего износа;

- среднеквадратическое отклонение верхнего интервального значения среднего износа;

S_[]- среднее квадратическое отклонение утонения стенки трубопровода. В расчетах принимают S_[]=S₀=0,05;

U_г - квантиль, который выбирается по таблице 9;

Нижняя интервальная оценка остаточного ресурса определяется по формуле:

где _d- наработка с момента начала эксплуатации до момента последнего диагностирования, лет.

Прогнозирование остаточного ресурса по отказам элементов трубопровода

Доля отказавших элементов определяется по формуле:

где z – полное число элементов;

 - число отказавших элементов.

Величина -процентного остаточного ресурса подсчитывается по формуле:

где _d - наработка с момента начала эксплуатации до момента последнего диагностирования, лет;

[]_ср - среднее значение допустимого относительного износа;

- верхнее интервальное значение среднего износа;

U_1- - квантиль нормального распределения, определяется по таблице 9;

U_(1-) - квантиль нормального распределения, определяется по таблице 9.