6.6 Методика расчета времени до отказа инженерных систем

6.6.1 Интегральный метод диагностики

Цель интегрального метода

Цель применения Интегрального метода заключается в обеспечении надежности работы на необходимых технологических режимах и повышении эффективности затрат на поддержание надлежащего технического состояния инженерных систем.
Подцели применения Интегрального метода:
1. определение фактического технического состояния инженерных систем;
2. поиск и определения неисправностей в инженерных системах;
3. разработка рекомендаций по обеспечению безопасной эксплуатации инженерных систем при фактических условиях.

Задачи интегрального метода

Определение прочности, долговечности (остаточного ресурса) и надежности (сроков безопасной эксплуатации и предельных сроков устранения неисправностей) инженерных систем и их элементов.
Выявление неисправностей (отклонений, дефектов, повреждений) на ранних стадиях развития, предупреждение их эскалации, установление причин возникновения.
Снижение затрат на эксплуатацию за счет перехода от аварийных ремонтов к предупредительным.
Сокращение количества отказов (аварий/утечек) за счет их предотвращения.
Дополнение и уточнение оценки технического состояния с учетом результатов диагностических обследований, проведенных другими методами.
Оптимизация программ диагностических обследований за счет снижения объемов мероприятий при одновременном повышении эффективности.
Сокращение объемов ремонтно-восстановительных работ и повышение эффективности затрат за счет использования выборочных мероприятий по обеспечению надежности работы на установленных режимах и безопасности эксплуатации.

6.6.2 Основные этапы (общая схема) проведения работ в рамках интегрального метода (на примере трубопровода)

Этап 1. Анализ данных

Анализ данных проектной, исполнительной и эксплуатационной документации, материалов инженерных изысканий, результатов проведенных паспортизаций, диагностических обследований и освидетельствований.

Список изученной технической документации по выбранному участку трубопровода включает:

1. Проектную документацию:

- общие данные;

- план, профиль;

- спецификации труб, соединительных деталей, запорной и регулирующей арматуры.

2. Исполнительную документацию:

- рабочие чертежи;

- сертификаты на установленные трубы, соединительные детали, запорную и регулирующую арматуры.

3. Эксплуатационную документацию:
3.1. данные по технологическим режимам трубопроводов:

- давление (вход/выход),

- температура (вход/выход),

- данные по отказам (авариям/утечкам) и ремонтам за весь период с начала эксплуатации.

Этап 2. Построение математической модели
На основе результатов этапа 1 строится пространственная модель (цифровая модель) трубопровода.

Этап 3. Дополнительный инструментальный инфразвуковой контроль динамических характеристик и параметров трубопровода, фактических нагрузок и внешних воздействий.
На данном этапе проводится инфразвуковой контроль надземных участков технологических трубопроводов, который осуществляется с применением приборов инфразвукового контроля.

С помощью приборов инфразвукового контроля регистрируются линейные ускорения и угловые скорости в трех направлениях. По записанным данным определяются амплитудно-частотные характеристики колебаний: перемещения и углы поворота трубопровода в местах установки прибора.

Этап 4. Решение комплекса динамических задач

На данном этапе выполняется решение комплекса динамических задач о распределении перемещений и усилий, возникающих в элементах трубопровода; расчет динамического напряженно-деформированного состояния, в том числе, в зонах повышенной концентрации напряжений, вызванных как конструктивными особенностями (повороты и разветвления трубопровода, опоры, сварные соединения и т. д.), так и дефектами (коррозионные повреждения, трещины, дефекты сварных швов и т. п.), выявленные при предшествующих обследованиях методами неразрушающего контроля.

1. Определение динамических нагрузок, действующих на трубопровод:

1.1. расчет изгибов оси трубопровода, осевых и поперечных сил, изгибающих и крутящих моментов, напряженно-деформированного состояния (во всех сечениях трубопровода), вызванных сочетанием всех нагрузок и воздействий:

- постоянная и переменная составляющие внутреннего давления;

- вес трубы и перекачиваемого продукта;

- температурные деформации;

- ветровые, снеговые и прочие поперечные нагрузки;

- подвижки опорных узлов.

1.2. выделение зон трубопровода, напряженно-деформированное состояние которых превышает нормативное;

1.3. определение причин возникновения ненормативного напряженно-деформированного состояния:

- высокая цикличность внутреннего давления;

- уровень фактических внешних нагрузок и воздействий превышают уровень, предусмотренный проектом;

- отступления при строительстве от проектных решений в части обеспечения устойчивого положения трубопровода;

- нарушения планово-высотного положения и условий опирания / закрепления трубопровода в процессе эксплуатации.

2. Выделение участков трубопровода с пониженной жесткостью:

2.1. дефекты геометрии:

- поперечные гофры;

- продольные складки;

- вмятины.

2.2. дефекты сварных швов.

2.3. дефекты стенки трубы:

- общая коррозионная потеря металла;

- эрозионная потеря металла;

- трещины.

Этап 5. Расчет остаточного ресурса и определение срока безопасной эксплуатации сооружения в целом и его отдельных элементов

На данном этапе выявляются неисправности (отклонения, дефекты, повреждения), которые приводят к ограничению срока безопасной эксплуатации, и причины их возникновения.Производится расчет остаточного ресурса и определение сроков безопасной эксплуатации трубопровода в целом, и его элементов (трубы, соединительные детали, сварные соединения), включая:

расчет остаточного ресурса и определение сроков безопасной эксплуатации элементов трубопровода с учетом:

конструктивных параметров трубопровода;
характеристик металла труб и сварных соединений, определяющих их сопротивляемость постоянным и переменным нагрузкам;
(Сформированная база данных по характеристикам материалов, использующихся при строительстве и эксплуатации трубопроводов, входит в состав описываемой технологии).
динамического напряженно-деформированного состояния трубопровода (п. 1, этап 4);
сведений о параметрах дефектов, выявленных предшествующими диагностическими обследованиями, освидетельствованиями, испытаниями (гидравлические испытания, геодезические измерения. внутритрубная диагностика, диагностика коррозионного состояния и т. д.).(При отсутствии сведений о параметрах дефектов в расчет закладывается максимальный дефект, не выявляемый диагностическим обследованием).

выявление неисправностей (отклонений, повреждений, дефектов, и т. д.), которые приводят к ограничению остаточного ресурса и оценка степени их влияния на снижение долговечности;
разработку рекомендаций по компенсирующим мероприятиям (дополнительные диагностические и ремонтно-восстановительные работы):

устранение дефектов трубы;
устранение неисправностей закрепления и опирания трубопровода;
устранение неисправностей средств коррозионной защиты;
инженерная защита трубопровода;
комбинация вышеперечисленных мероприятий.

ранжирование элементов трубопровода по срокам безопасной эксплуатации с выделением 3-х групп:

дальнейшая эксплуатация на проектных режимах сопряжена с неприемлемым риском. Неисправность должна быть устранена в кратчайшие сроки, до устранения режимы должны быть ограничены;
срок безопасной эксплуатации меньше, чем срок следующего диагностического обследования за вычетом времени ремонта; соответствующие ремонтно-восстановительные работы должны быть завершены до наступления срока безопасной эксплуатации;
срок безопасной эксплуатации превышает срок следующего диагностического обследования с учетом времени ремонта; проведение ремонта до следующего диагностического обследования нецелесообразно; сроки безопасной эксплуатации уточняются по результатам последующего (последующих) диагностического обследования;

формирование предложений в проекты планов ремонтно-восстановительных работ и диагностических обследований, учитывающих сроки безопасной эксплуатации, состав, объем и способы проведения компенсирующих мероприятий;
исключение из краткосрочных планов ремонтов элементов трубопровода, у которых срок безопасной эксплуатации превышает срок следующего диагностического обследования, позволяющего уточнить скорость развития дефектов и остаточный ресурс.

Этап 6. Разработка рекомендаций.

На данном этапе разрабатываются рекомендации по срокам и способам устранения неисправностей (дефектов и повреждений), инженерной защите, обеспечению нормативных условий эксплуатации трубопроводов.