Файл: Е. А. Богданов Основы технической диагностики нефтегазового оборудования.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.03.2024
Просмотров: 199
Скачиваний: 9
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
ов = 0,34HB(HV);
где Oq — напряжение трения решетки a-железа, о0 = 30 МПа; ап — напряжение за счет упрочнения стали перлитом, Оп = 2,4 П, МПа, (здесь П — процент перлитной составляющей); До^ — напряжение за счет упрочнения твердого раствора легирующими элементами в зависимости от их концентрации в процентах по массе, МПа:
До™ = 4670(C+N) + ЗЗМп + 86Si + 31Сг + 30Ni + 11Мо +
+ 60А1 + 39Cu + 690Р + 3V + 82Т1;
Дсгд — напряжение за счет упрочнения дислокациями, оцениваемое по плотности дислокаций р, ДОд = 5Gbpy\ СдУ — напряжение за счет упрочнения стали дисперсными частицами;
где G — модуль сдвига (8,4 • 104 МПа); b — вектор Бюргерса (2,5 • 10-7 мм); X — межчастичное расстояние, мм; D — размер (диаметр) дисперсных упрочняющих частиц, мм; Ку — коэффициент, Ку = 20 МПа • мм,/2; d — средний условный (эффективный) размер зерна феррита, мм.
Степень охрупчивания металла в процессе эксплуатации при отборе микропроб оценивается по результатам дюрометрических и
электронно-фрактографических анализов. Определение степени охрупчивания
АТК в результате пластической деформации (наклепа) в зонах изменения формы элемента конструкции или выявленных зонах концентрации напряжений (например, с помощью ММП) осуществляется по соотношению
ДГК = KHAHV,
где Кн = 0,16 °С/МПа; AHV = HV - HV; HV3 HV — твердость металла по шкале Виккерса после эксплуатации (на момент измерения твердости) и в исходном состоянии (до эксплуатации) соответственно.
При отсутствии сведений о твердости стали в исходном состоянии в качестве исходного принимают среднее значение трех измерений твердости вне зоны развития пластической деформации (концентрации напряжений) соответствующего элемента конструкции. В этом случае твердость как в исходном состоянии, так и после эксплуатации измеряют с помощью переносных твердомеров.
Степень межзеренного охрупчивания металла, вызванную ослаблением границ зерен из-за наводороживания, сульфидного и хлорид- ного растрескивания и иных неблагоприятных процессов, определяют по величине межзеренного разрушения AFM в хрупком изломе по сравнению с хрупким изломом исходного состояния. Изломы для электронно-фрактографического анализа получают при разрушении микропроб, предварительно охлажденных в жидком азоте для получения хрупкого излома, обеспечивающего наличие на поверхности «хрупкого квадрата». Определение доли межзеренной составляющей F„, указывающей на повреждение границ зерен, осуществляют в соответствии с методическими указаниями MPS-81 «Расчеты на прочность в машиностроении. Фрактографический метод определения критической температуры хрупкости металлических материалов» (М.: ВНИИНМАШ, 1981).
Суммарную степень охрупчивания стали АТК, включающую внутризеренное охрупчивание, вызванное наклепом внутренних объемов зерен, и межзеренное, обусловленное ослаблением границ зерен, определяют по уравнению
А Тк = А Г/ + А7;г = А + KfAFu + Кн AHV,
где А = 10 °С для основного металла с ферритно-перлитной структурой и А = 20 °С для металла сварного шва и околошовной зоны со °С
структурой мартенсита и бейнита; Kf = 1,0...3,0 —; AFM = F* - F"; %
Fm , F* — приведенная доля межзеренной составляющей после эксплуатации (на момент проведения анализа) и в исходном состоянии (до эксплуатации), %.
202
-
ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА
ОБОРУДОВАНИЯ-
Методология оценки остаточного ресурса
-
Наряду с установлением технического состояния оборудования второй важнейшей задачей диагностики является определение (прогнозирование) остаточного ресурса. Принципиальные положения методологии определения остаточного ресурса изложены в РД 09102-95 «Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, подконтрольных Госгортехнадзору России».
В качестве базовой концепции предлагается подход, основанный на принципе безопасной эксплуатации по техническому состоянию, согласно которому оценка технического состояния объекта осуществляется по параметрам технического состояния, обеспечивающим его надежную и безопасную эксплуатацию, а остаточный ресурс устанавливается по определяющим параметрам технического состояния. В качестве определяющих параметров технического состояния принимаются параметры, изменение которых (в отдельности или в некоторой совокупности) может привести объект в неработоспособное или предельное состояние.
В общем случае математическое ожидание остаточного ресурса по времени
t определяется двумя составляющими: регулярной y(t) и случайной z(t):
Ш =У«) + *0.
Регулярная составляющая y(t) отражает детерминированную основу процесса и является преобладающей. Для описания регулярной составляющей в зависимости от вида определяющих параметров принимаются различные аппроксимирующие функции: линейная, степенная, экспоненциальная и др. Случайная составляющая z(t) обусловливает дисперсию математического ожидания T(t) и определяется статистическими вероятностными законами распределения параметров, влияющих на величину Т. В большинстве случаев определение z(t) представляет значительные трудности.
В тех случаях, когда определяющие параметры удается оценить в детерминированных значениях (однозначно), гарантированный остаточный ресурс определяется по минимальным (либо максимальным) значениям установленных при диагностировании оборудования параметров. Для крупных объектов, когда оценку технического состояния обычно осуществляют по результатам выборочного контроля параметров, имеющих некоторый естественный разброс, при прогнозировании остаточного ресурса используют вероятностные показатели.
Основным показателем остаточного ресурса, прогнозируемого по результатам выборочного контроля, является гамма-процентный ресурс, задаваемый двумя численными значениями: наработкой и выраженной в процентах вероятностью того, что в течение этой наработки предельное состояние не будет достигнуто. Важным показателем является также средний ресурс, представляющий собой наиболее вероятное (ожидаемое) значение ресурса объекта, по которому можно планировать затраты на ремонт или замену.
Гамма-процентный ресурс определяет минимальное значение ресурса, которое способен отработать объект при обеспечении нормативных запасов прочности с доверительной вероятностью у, достаточно близкой к единице. При этом остается некоторая вероятность (1 - у) выхода контролируемых параметров за пределы нормативных значений. Выбор вероятности должен осуществляться в зависимости от назначения и степени ответственности объекта (для ответственных у = 90...95 %). Если переход в предельное состояние (ресурсный отказ) связан с опасностью для жизни и здоровья людей или тяжелыми экологическими последствиями (при отсутствии непрерывного контроля за техническим состоянием), то устанавливают так называемый назначенный ресурс, который принимается заведомо меньше расчетного ресурса. Кроме того, по РД 09-102—95 ресурс считается назначенным, если при установлении остаточного ресурса не определялась его вероятность.
На основании данных по оценке технического состояния и остаточного ресурса специализированной организацией, проводившей техническое диагностирование и оценку остаточного ресурса объекта, принимается решение о его дальнейшей судьбе: продолжение эксплуатации при паспортных параметрах после выполнения необходимого ремонта; дальнейшая эксплуатация на пониженных рабочих параметрах; прекращение эксплуатации объекта и его списание.
Для оценки (прогнозирования) остаточного ресурса могут быть использованы следующие основные методы:
-
математическое моделирование деградационных процессов и на этой основе расчет предполагаемого ресурса до достижения определяющими параметрами их предельного значения; -
графическая или аналитическая экстраполяция трендов определяющих параметров при наличии сведений об их величине за предыдущий период (трендом параметров называют тенденцию их изменения, а графическое или аналитическое продолжение тренда в будущее время - экстраполяцией); -
анализ статистических данных об отказах и ресурсах аналогичных объектов, эксплуатируемых в тех же или похожих условиях.
При наличии большого числа наблюдений последний метод позволяет определить гамма-процентный ресурс по кривой распределения ресурсного показателя и является наименее трудоемким.
В экстраполяционных методах на базе трендирования, нашедших наибольшее распространение, ожидаемый ресурс объекта устанавли- 204
вается достижением определяющими параметрами предельной величины. Оценка вероятности исчерпания остаточного ресурса при этом возможна, но, как правило, представляет большие трудности и производится только тогда, когда известен закон распределения определяющего параметра.
Применение экстраполяционных методов позволяет эффективно прогнозировать остаточный ресурс, если контроль параметров технического состояния объекта осуществлялся в течение длительного времени. Эти методы с использованием результатов вибродиагностики являются основными для роторных машин, в первую очередь для ГПА 'большой единичной мощности, компрессоров и др. Прогнозируемая величина остаточного ресурса при этом определяется с учетом доверительных границ, обусловленных погрешностями методики измерений (см., например, РД 153-39.4Р-124-02).