WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     |
|

На правах рукописи

ЧИРКОВА АЛЕНА ГЕННАДИЕВНА ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ Специальность: 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовая отрасль) А В Т О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Уфа – 2005 2

Работа выполнена на кафедре «Машины и аппараты химических производств» Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный консультант доктор технических наук, профессор Халимов Андались Гарифович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Зайнуллин Рашит Сибагатович;

доктор технических наук Гареев Алексей Габдуллович;

доктор технических наук, профессор Абдуллин Рафиль Сайфуллович.

Ведущее предприятие: Институт машиноведения им. А.А.Благонравова РАН

Защита состоится «21» апреля 2005 года в «1000» на заседании диссертационного совета Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г.Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан « » 2005 года

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н. М.М. Закирничная 3 Актуальность проблемы Обеспечение безопасности функционирования нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий является сложной многофункциональной задачей. Эти предприятия иерархичны по своей структуре и функционируют по схеме: завод – производство – цех – установка – блок, с некоторыми вариациями и общезаводскими структурами. Вся эта схема соединена сетью трубопроводов, которые также можно внести в эту иерархическую схему.

Характерной особенностью процессов переработки нефти являются большие энергетические затраты на разделение нефти на фракции, их облагораживание и доведение до качества товарного продукта. Энергетические затраты распределены по иерархической системе неравномерно и используются не всегда эффективно. Часть энергии, в результате неверных проектных и конструкторских решений, затрачивается на неоправданное деформирование оборудования, что вызывает повышенный локальный износ и накопление повреждений, приводящих в ряде случаев к катастрофическим последствиям.

С другой стороны, углеводородное сырье является потенциально пожаро- и взрывоопасным и обладает токсичными свойствами. В нештатных ситуациях могут возникать критические условия для реализации внутренней энергии системы, заключенной в продуктах. При совмещении предельного состояния оборудования и критических условий для среды возникают аварии с большими разрушениями и человеческими жертвами. Такой сценарий реализуется вследствие огромных скоростей высвобождения энергии, что практически делает невозможным какое-либо вмешательство человека и регулирование происходящих процессов.

Следующим обстоятельством, которое необходимо учитывать при обеспечении безопасности функционирования технологических систем, является то, что при поступлении в систему энергии извне, она стремится всеми доступными средствами к диссипации энергии. При этом фиксируются различные иерархические структуры адаптации системы к внешним воздействиям. На уровне завода, производства, цеха структуры адаптации неочевидны и требуют специального изучения. Возникновение и функционирование на этих иерархических уровнях структур адаптации связано с пространственным распределением различных веществ, согласованным обменом продуктами, недопущением переработки продуктов с качеством, несоответствующим технологическому регламенту процесса.

Наиболее отчетливо структуры адаптации формируются и действуют на уровне установки и технологического блока, которые представляют собой набор согласованно действующего, с точки зрения конечной цели, оборудования, соединенного трубопроводами. Пространственное деформирование всей технологической системы очевидно в тех случаях, когда имеют место какие-либо нестационарные процессы, например гидродинамические. В таких системах деформирование в макромасштабе одного из аппаратов приводит к перемещению связанных с ним трубопроводов. Такое перемещение может быть квазистатическим и приводить к запасению энергии упругой деформации на локальных участках системы. Могут также реализоваться циклические перемещения, приводящие к накоплению усталостных повреждений.

Федеральный закон №116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» устанавливает стратегические направления создания системы обеспечения промышленной безопасности. Однако для действенной реализации Федерального закона необходимо создание комплексных методов обеспечения безопасности конкретных объектов с учетом специфики производства, действительного износа оборудования, направления реализации вводимой в объекты энергии и иерархичности всей системы в целом.

Цель работы заключается в обеспечении безопасности функционирования предприятий для переработки нефти как иерархических объектов с учетом интегрального параметра опасности, возникающих структур адаптации к внешним нагрузкам, надежности и технического состояния оборудования.

Цель достигается решением следующих задач:

1 Разработать методику расчета интегрального параметра опасности возникновения аварийного разрушения. Оценить распределение интегрального параметра на территории объекта в нормальных условиях и в зонах разрушения различной степени при катастрофическом разрушении опасных производственных объектов для прогнозирования наиболее вероятных направлений развития аварий.

2 Определить иерархию структур адаптации к внешним воздействиям на примере нефтеперерабатывающего завода.

3 Оценить напряженно-деформированное состояние и изменения механических свойств в материале конструкции в реальном времени.

4 Оценить основные механизмы адаптации конструкции к внешнему воздействию на примере трубчатых печей.

5 Установить для конструкционного материала закономерности перехода от адаптивности его структуры к деградации методами мультифрактальной параметризации структуры и оценить предельные состояния.

Научная новизна 1 Введено понятие интегрального параметра опасности оборудования и разработана методика его определения. С использованием данного параметра получены сопоставимые числовые показатели, характеризующие степень опасности конкретного оборудования с точки зрения возможного возникновения аварии и тяжести последствий в результате ее развития. Применение модифицированной геоинформационной системы позволило построить на конкретной территории предприятия, производства, технологической установки изолинии равной опасности и выявить участки наибольшей опасности.

2 Показано, что при эксплуатации сложных технических систем возникают структуры адаптации к внешним воздействиям, которые носят иерархический характер и служат для реализации излишков энергии, поступающей в систему и квалифицированно не используемой для основной технологической це ли. Структуры адаптации, достигающие критических состояний, становятся источниками разрушений.

3 На примере печного агрегата процесса пиролиза углеводородов показано формирование и развитие структур адаптации на уровне агрегата, элементов агрегата, конструкционного материала труб змеевика. Адаптация к внешним воздействиям на уровне змеевика приводит к возникновению концентраторов напряжений в сварных соединениях, потере устойчивости формы труб, формированию квазимногослойной оболочки за счет диффузии и перераспределения углерода и, в итоге, к возникновению трещин различной ориентации.

4 На уровне конструкционного материала механизмы адаптации к внешним воздействиям связаны с фазовыми переходами и реализацией ползучести по механизму Кобла. Мультифрактальный анализ металлографических снимков структуры и рентгенофазовый анализ стали 20Х23Н18 позволил выявить основной механизм деградации, связанный с эволюцией интерметаллидов (в основном сигма фазы), построить диаграмму деградации свойств, позволяющую прогнозировать предельное состояние материала.

5 Для стали 20Х23Н18, работающей в условиях печи пиролиза, обнаружен временной интервал перехода от вязкого разрушения к квазихрупкому и показана информативность параметра скрытой упорядоченности для анализа изломов.

6 Дефекты типа трещин в сварных соединениях образуются вследствие их механической и геометрической неоднородности. Механическая неоднородность обусловлена конкурирующим процессом эволюции интерметаллидов и карбидов в процессе эксплуатации. Геометрическая неоднородность, возникающая при ремонтных работах, на стадии выжига кокса в змеевике становится определяющей при формировании напряженно-деформированного состояния и приводит к раскрытию трещины через 8-10 циклов выжига.

Практическая ценность Геоинформационная система «ГИС ИнГео» с модулем расширения, позволяющим наносить на территорию опасного производственного объекта изолинии равной опасности, и базой данных по опасным объектам внедрены на нефтеперерабатывающих заводах ОАО «Башнефтехим» (ОАО «БНХ»).

Практические рекомендации по совершенствованию методов ремонта змеевиков печей пиролиза углеводородов, проведения процесса паровыжига кокса, применению силицирования внутренней поверхности труб для защиты от коксообразования приняты для использования на ОАО «Уфаоргсинтез».

Апробация работы Основное содержание работы

докладывалось и обсуждалось на секции «Проблемы нефти и газа» III Конгресса нефтегазопромышленников России (г.

Уфа, 2001 г.); 3-й Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования, предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций» (г. Уфа, 2002 г.); 5-ой Всероссийской научно-практической конференции «Инновации в машиностроении» (г. Пенза, 2002г.); 1-ой Всероссийской научной INTERNET-конференции (г. Уфа, 2003г.); Республиканской научно-практической конференции молодых ученых (г. Уфа, 2003 г.); научнотехнической конференции молодых специалистов ОАО «Приволжскнефтепровод» (г. Самара, 2001 г.); ежегодных итоговых конференциях отделения технических наук АН РБ (г. Уфа, 2001, 2002, 2003 г.г.); ежегодных научнотехнических конференциях УГНТУ (г. Уфа, 1997-2003 г.г.); Международной научно-технической конференции «Прикладная синергетика-II» (г. Уфа, г.).

Публикации По материалам диссертации опубликовано 52 работы.

Объем и структура работы Диссертационная работа состоит из шести глав, изложена на 308 страницах машинописного текста и проиллюстрирована 195 рисунками и 51 таблицей.

Основное содержание работы В первой главе предприятие для переработки углеводородного сырья показано как иерархическая система и проанализировано с точки зрения потребления энергии и принятия решений, способствующих достижению цели.

Анализ работы этой системы позволяет сделать вывод о том, что часть информационных и энергетических потоков, которые в ней циркулируют, употребляются в силу тех или иных причин не только на достижение основной цели, но и на увеличение риска возникновения техногенных катастроф. Изменяющиеся внешние условия, несовершенство технологий, различный уровень компетентности персонала приводят к тому, что в системе формируются различные уровни адаптации, которые необходимо выявлять и изучать закономерности их формирования и развития.

В работе реализуется иерархическая схема оценки опасности сложной технологической системы, которая показана в таблице 1.

Менеджмент завода может непосредственно влиять на безопасность системы двумя основными путями: выбором сырья с различной коррозионной активностью и изменением рабочих параметров, в т.ч. производительности, которая может быть доведена до ноля в связи с рыночной конъюнктурой. Так называемый остаточный ресурс аппаратов оценивается по факту утонения стенки оболочек вследствие коррозионного воздействия. Механохимические аспекты деформирования оболочек, сварных соединений в достаточно полном объеме изложены в работах Э.М. Гутмана, Р.С. Зайнуллина, И.Г. Абдуллина, А.Г. Гареева, Р.С. Абдуллина и могут быть использованы при определении опасных производственных объектов.

Нестационарность эксплуатационных нагрузок и возникающие в связи с этим усталостные явления в оборудовании подробно рассмотрены в многочисленных трудах К.В. Фролова, Н.А. Махутова, А.П. Гусенкова, Г.В. Москвитина, Е.М. Морозова и др. Методы оценки нестационарности и уровня накопленных усталостных повреждений, разработанные сотрудниками Института машиноведения РАН для оборудования атомной промышленности, с учетом специфиче ских особенностей эксплуатации оборудования для переработки нефти, предложенных Кузеевым И.Р., используются автором для определения опасных объектов и оценки степени деградации конструкционных материалов.

Таблица 1 - Иерархическая схема оценки опасности сложной технологической системы Иерархический уровень Параметр оценки Количественная оценка объекта Завод 1 Качество нефти 1 Скорость коррозии 2 Производительность 2 Изменение во времени по нефти отношения проектной производительности к фактической Технологическая уста- Суммарный энергетиче- Максимальное значение новка ский потенциал Техническое устройство Интегральный параметр Максимальное значение (объект) опасности Узлы устройства Напряженно- Предельное состояние деформированное состояние Конструкционный ма- Мультифрактальные Характерные значения териал параметры для видов разрушения Технологические установки ранжируются по суммарному энергетическому потенциалу продуктов, находящихся в системе. Установки, которые имеют наибольшее значение суммарного энергетического потенциала, требуют к себе повышенного внимания со стороны обслуживающего персонала.

Объектом исследования нами выбрана технологическая установка – основной элемент в структуре завода. Поскольку в уфимской группе заводов находится в эксплуатации более 10 установок первичной переработки нефти (ус тановка атмосферно-вакуумная трубчатка (АВТ)), это позволяет проводить сравнительный анализ однотипного оборудования. Поэтому при разработке подхода к определению «опасного производственного объекта» за базовую техническую систему взяты именно установки АВТ. В первой главе показаны технологические схемы нескольких установок топливного варианта АВТ.

Принципиально они однотипны, но имеют различия в производительности и компоновке основного оборудования.

Pages:     |
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.