POLEZEN.RU http://www.mainlink.ru/?partnerid=36093

 

 






Партнерские ссылки












На главную

Оценка надежности оборудования по распределению дефектов

ж. "Химическое и нефтяное машиностроение", 1989, №1, с.27-29.

Автор Р.Г.Маннапов

(Изложение с сокращениями)

  

Ускорение разработки и применения новых нефтехимических процессов и конструкционных материалов вызывает необходимость оценки надежности разработанного оборудования в короткие сроки. Традиционные статистические методы, используемые при оценке надежности изделий массового производства, для многих видов химического и нефтяного оборудования малопригодны, так как для их применения необходима однородная статистическая информация об отказах. Такую информацию невозможно получить для оборудования, выпускаемого в единичных экземплярах или малыми сериями, и эксплуатируемого в существенно различных условиях, так как даже незначительные изменения в составе технологических сред и параметров технологических процессов часто вызывают большое изменение скорости коррозии и других видов разрушения оборудования. Поэтому оценка надежности многих видов химического и нефтяного оборудования осуществляется индивидуально для каждого экземпляра оборудования по результатам периодических обследований. К такому оборудованию относятся сосуды, работающие под давлением, резервуары, колонная и теплообменная аппаратура, различные реакторы, аппараты с перемешивающими устройствами и тому подобное оборудование.

В ходе эксплуатации химического и нефтяного оборудования на его поверхностях и в объеме металла могут возникать различные вилы повреждений и дефектов: коррозионные поражения различного характера - от сплошной равномерной коррозии до локальной - питтинговой, язвенной, мсжкристаллитной; трещины различной природы возникновения, эрозионный и кавитационный износ, нарушения сплошности металла вследствие ползучести и других причин.

Различные участки поверхностей оборудования при эксплуатации повреждаются неравномерно. Источники такой неравномерности можно разделить на две группы: детерминированные (конструктивно-технологические) и стохастические (обусловленные случайными явлениями). Такое деление достаточно условно и необходимо лишь для выявления наиболее значимых при оценке надежности оборудования факторов.

Влияние первой группы факторов обычно наиболее велико и заметно. Поэтому в большинстве методик стратегия обследования направлена на выявление участков оборудования, подверженных наибольшему разрушению, определение причин, вызывающих повышенную скорость разрушения на этих участках, и разработку рекомендаций по уменьшению влияния этих причин. Из опыта эксплуатации оборудования известно, что наибольшему разрушению, подвергаются места ввода и вывода продуктов, участки, расположенные в зонах изменения направления потоков, в области повышенной аэрации, соприкасающиеся с конденсатами и осадками, застойные зоны, места приварки опор и колец жесткости и другие напряженные участки [1]. Однако и на участках, находящихся в одинаковых условиях нагружения, часто наблюдается неравномерность коррозионного разрушения поверхностей металлов в различных точках, обусловленная неоднородностью физико-химических свойств реальных металлов и сплавов, проявляющейся в их электрохимической гетерогенности [2].

При оценке коррозионной стойкости материалов исследователи традиционно применяют средние показатели, считая колебания измеряемых величин погрешностью эксперимента. Однако неравномерность коррозионного разрушения реальных металлов является объективной, не зависящей от точности эксперимента характеристикой процесса. Заблуждение исследователей подкрепляется тем фактом, что разброс значений показателей коррозии, определяемых по потере массы (объема) образцов или потенциометрическими методами, невелик, так как указанные методы дают усредненную по поверхности образца оценку. Из теории вероятностей и математической статистики известно, что разброс средних значений уменьшается пропорционально (в степени 1/2) числу независимых точек (измерений), т. е. пропорционально площади образцов. В работе [3] довольно резко, но точно характеризуется суть вопроса: "Вычисляя среднеарифметическую скорость коррозии, коррозионисты из поколения в поколение грубо и опасно дезориентируют инженеров, заведомо занижая скорость, которой следует ожидать на поверхности реальной конструкции. Абсурдность и нетерпимость этой традиции очевидна. Как же быть?... Современные справочники коррозионной стойкости металлов безопаснее всего было бы просто изъять из употребления, ибо вполне доверять в них без большого риска можно только записи: "нестоек". Металл следует смело браковать, если недопустимо высокая скорость коррозии обнаружена хотя бы на одном из 10-20 параллельно испытанных образцов обычного лабораторного размера. Другое дело - металл, который приходится рекомендовать в качестве конструкционного. Плох коррозионист, который не мучился сознанием возможной ошибки, когда требовалось гарантировать, что металл прослужит в условиях эксплуатации заданный срок. Даже если десять идентичных аппаратов уже проработали положенное время, остается риск, что одиннадцатый выйдет из строя раньше. И задача коррозиониста - не поддерживать опасные иллюзии, отмахиваясь от этого риска, а сделать возможным его точный инженерный расчет на основе найденной функции распределения". В работе [4] показано, что распределение глубин коррозионных поражений подчиняется закону Вейбулла-Гнеденко. Распределение измеренных средствами неразрушающего контроля дефектов сварных швов также согласуется с распределением Вейбулла [5]. С учетом этого НИИхиммашем разработана методика [6] оценки надежности оборудования, позволяющая на основе измерений глубин поверхностных (коррозионных) повреждений прогнозировать долговечность и безотказность аппаратов.

Химическое и нефтяное оборудование при эксплуатации подвергается различным видам поверхностного разрушения. Наиболее опасным из них является появление трещин, приводящее к внезапным катастрофическим разрушениям оборудования. Недостаточная изученность процессов появления и развития трещин не позволяет в настоящее время достоверно прогнозировать долговечность оборудования по этому критерию. Поэтому для обеспечения безопасной эксплуатации прибегают к периодическим обследованиям оборудования, по результатам которых принимают решение о возможности дальнейшей эксплуатации оборудования или необходимости его ремонта (снятия с эксплуатации).

По другим видам повреждений и дефектов - коррозии, эрозионному износу, деформации ползучести - можно прогнозировать долговечность и безотказность оборудования на основе, измерения величин возникших при эксплуатации повреждений и экстраполяции установленных зависимостей до предельно допустимых величин повреждений.

В методике определены критерии отказов и предельных состояний оборудования, подвергающегося поверхностному разрушению. Так, предельным состоянием оборудования является уменьшение толщины его стенок до предельной (расчетной) величины, ниже которой не обеспечивается необходимый запас его несущей способности.

Глубина отдельных локальных повреждений (исключая трещины) может значительно превышать среднюю глубину повреждений (вплоть до сквозного разрушения) и не нарушать несущей способности аппарата. Допустимое число (доля) повреждений на поверхности аппаратов и их глубина должны регламентироваться в зависимости от характера нагрузки на элементы оборудования и свойств применяемых материалов.

В работе [5] показано, что наличие в металле округлых дефектов в виде пор и включений до 5-10% его объема не оказывает значительного влияния на прочность металла при статической нагрузке - снижение прочности примерно пропорционально доле дефектов. Однако при динамических нагрузках, вызывающих усталостные разрушения, снижение прочности в большой степени зависит от доли дефектов в металле. Допустимые утонения стенок и доли дефектов, в том числе и поверхностных, возникающих при эксплуатации, являются критериями предельного состояния оборудования. Критерием отказа оболочек является возникновение в них хотя бы одного сквозного разрушения.

Таким образом задача оценки надежности оборудования при возникновении на его поверхности (или в объеме металла) распределенных дефектов сводится к оценке вероятности появления дефекта предельно допустимой величины или определенной доли (%) дефектов от объема металла.

Многократного уменьшения необходимого объема измерений при оценке вероятности появления максимально допустимого дефекта можно достичь за счет применения распределения экстремальных значений экспоненциального типа [7]. Такому распределению подчиняется максимальная величина из n-значений, распределенных по закону с затухающей плотностью распределения (нормальному, логарифмически-нормальному, гамма, Вейбулла и др.). Функция этого распределения имеет следующий вид:


При необходимости определения максимального вероятного размера дефекта х задают допустимую вероятность (риск) наличия такого дефекта 1-Фs(x) и вычисляют x по приведенным формулам в обратном порядке. Формулы и номограммы для определения наиболее вероятного максимального размера дефекта (при распределении размеров дефектов по закону Вейбулла) имеются также в методике [6].

В заключение необходимо отметить, что индивидуальная оценка надежности оборудования путем сплошного контроля дефектов и повреждений, возникших на его поверхностях, очень трудоемка, а иногда и невозможна из-за недоступности отдельных участков оборудования, причем 100%-ный контроль не гарантирует 100% выявления дефектов. Для эффективного выборочного контроля необходимо применение статистических методов, основанных на использовании информации о законах распределения дефектов по поверхности (или объему) оборудования. Такой подход обеспечивает оценку надежности оборудования с требуемой достоверностью. Необходимое (и достаточное) число измерений дефектов, распределенных по поверхности оборудования, при контроле можно резко (на порядок) сократить, если использовать для оценки распределение экстремальных значений.

На практике применяют методы оценки степени повреждения оборудования по максимальной величине измеренных дефектов. Однако достоверность оценок при этом не определяется. Использование приведенных рекомендаций позволит определить достоверность получаемых оценок (либо по требуемой достоверности определять необходимые минимальные объемы измерений).

Список литературы
1. Антикайн П, А.. Зыков А. К. Эксплуатационная надежность объектов котлонадзора. Справочное издание. М.: Металлургия, 1985. 328 с.
2. Колотыркин Я. М. Металл и коррозия. М.: Металлургия, 1985. 88 с.
3. Новаковский В. М. К стандартной системе коррозионно-электрохимических понятий и терминов.//Защита металлов. 1980, т.16. , № 3. С. 250-264.
4. Маннапов Р. Г. Оценка надежности аппаратов в условиях поверхностного разрушения технологическими средами,//Химическое и Нефтяное машиностроение. 1987. № 5. С. 11-12.
5. Волченко В. Н, Вероятность и достоверность оценки качества металлопродукции. М.: Металлургия, 1979. 88 с.
6. РД 26-10-87. Методические указания. Оценка надежности химического и нефтяного оборудования при поверхностном разрушении. М.: НИИхиммаша, 1987. 31 с.
7. Гумбель Э. Статистика экстремальных значений. М.: Мир, 1965. 450 с.

Полный текст этой статьи (сканированный).

Другие публикации по данной теме.


 




    Календари   

  Умные мысли

   Поздравления 

Прогр.-полезняшки

Мужч.и женщины

  Безопасность 

  Будь здоров! 

О жизни и смерти

  Забавные истории

     На Главную    


© Polezen.ru 2003-2018.