Оценка работоспособности сепараторов установок комплексной подготовки природного газа и нефти, содержащих сероводород, с применением метода отбора пробы металла

• Автор: Заряев, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 178 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СЕПАРАТОРОВ
1.1 Требования НТД по исследованиям металла и оценки работоспособности сепараторов
1.2 Обзор и анализ известных методов отбора проб металла, и оценки работоспособности сепараторов
1.3 Проблема отбора проб металла и оценки работоспособности сепараторов
2 РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОТБОРА ПРОБЫ
ВЫСОКОНАГРУЖЕННОГО МЕТАЛЛА СЕПАРАТОРОВ
2.1 Анализ конструктивных особенностей сепараторов
2.2 Анализ напряженно-деформированного состояния металла сепараторов
2.3 Обоснование метода и-возможности отбора проб металла для исследований при оценке работоспособности сепараторов
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗОН МАКСИМАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ СЕПАРАТОРОВ
3'.1 Методика и программа эксперимента
3.2 Обоснование и разработка экспериментальной модели сепаратора
3.3 Оценка результатов/ эксперимента и работоспособности сепараторов после отбора-пробы металла
4 АПРОБИРОВАНИЕ МЕТОДА ОТБОРА ПРОБЫ МЕТАЛЛА СЕПАРАТОРОВ;
4.1 Обоснование: метода и разработка: приспособления? для отбора
пробы металла
4.2 Стендовые испытания приспособления для отбора пробы
4.3 Оценка эффективности‘Метода отбора? пробы металла
5 РАЗРАБОТКА НОРМАТИВНО-МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СЕПАРАТОРОВ
5.1 Методика отбора пробы металла
5.2 Методика оценки работоспособности сепараторов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
В соответствии с государственной стратегией, выраженной требованиями Федеральных Законов «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [1], «О техническом регулировании» [2], законодательными актами [3-г 5 и др.] и нормативными документами [6-=-8] оборудование газодобывающих предприятий ОАО'Тазпром" подлежит оценке работоспособности и обоснованию возможности продления эксплуатации на срок до наступления предельного состояния (остаточный ресурс) или на определённый период (поэтапное продление срока эксплуатации) в пределах остаточного ресурса. В их числе оборудование подверженное воздействию влажных сероводородсодержащих рабочих сред.
Исследованиям по проблемам обеспечения безопасности, диагностики, оценки состояния металла, работоспособности, ресурса и несущей способности оборудования нефтегазового комплекса посвящено множество работ [9-н14, 18-^23 и др.] ученых и специалистов С.В. Серенсена, H.A. Махутова,
В.В. Харионовского, В.Н. Лозовского, A.B. Митрофанова, С.Н. Барышова, Р.Г. Маннапова, А.М. Лепихина, Ф.А. Хромченко, В.М. Кушнаренко,
Б.Р. Павловского, и многих других.
Как показывают работы [9-^17 и др.], наиболее интенсивные проявления повреждающих воздействий влажной сероводородсодержащей рабочей среды, вызывающей изменение служебных свойств металла несущих элементов, отмечаются в металле узлов и элементов оборудования испытывающих повышенные напряжения и деформации.
Исследованиям и разработкам методов оценки повреждаемости и состояния металла оборудования, эксплуатируемого в сероводородсодержащих средах посвящены работы [16, 17, 24-^30 и др.] ученых и специалистов Л.Р. Ботвиной, О.И. Стеклова, Е.Е. Зорина, В.Г. Антонова, H.A. Махутова, Б.Р. Павловского, В.М. Горицкого, В.Н. Лозовского, A.B. Митрофанова,

В.Ф. Перепеличенко, Г.В. Карпенко, В.М. Кушнаренко, С.Н. Барышова, Г.П. Кандакова, и многих других, в том числе работ автора [314-34].
В соответствии с существующей методологией [9-^13 и др.] и требованиями нормативно-технических документов (НТД) [7, 35, 36 и др.], решение задачи контроля параметров, свойств и структуры металла оборудования длительно эксплуатируемого в условиях
сероводородсодержащих рабочих сред является одной из определяющих при его диагностировании, оценке работоспособности, обосновании срока и условий продления дальнейшей безопасной эксплуатации.
Анализ опасности (риска) эксплуатации оборудования установок комплексной подготовки газа (УКПГ) показал, что наиболее опасным видом оборудования являются сосуды, работающие под давлением, т.к. обладают высокой потенциальной опасностью,, обусловленной наличием больших объемов взрыво-пожароопасной и высокотоксичной сероводородсодержащей рабочей среды и высокого уровня запасенной потенциальной энергии от внутреннего давления [12, 31]. Согласно классификации РД 03-418 [37] одним из наиболее опасных видов оборудования УКПГ являются сепараторы.
Анализ списочного состава оборудования УКПГ Оренбургского газоконденсатного месторождения (ОГКМ) показал, что в настоящее время эксплуатируется 137 единиц сепараторов. Одна часть из них в количестве 96 ед. импортного производства, зарубежный и отечественный опыт безаварийной эксплуатации которых, более 60 лет. Вторая часть в количестве 41 единиц, которые для данного исследования представляют наибольший интерес — это сепараторы отечественного производства, изготовленные по техпроектам ДАО «ЦКБН» на АО «Волгограднефтемаш» из новой разработки толстолистовой углеродистой стали марки 20ЮЧ. Сепараторы данной разработки впервые применены на объектах ОГКМ в 1991 году, к настоящему времени сроки эксплуатации этих сепараторов значительно превысили проектный ресурс. Оценка работоспособности, обоснование возможности продолжения эксплуатации и обеспечения требуемого уровня безопасности

Таблица 2.2.2 - Результаты расчетов укрепления отверстий штуцеров люков-лазов сепараторов техпроектов ГП 1022.01, 02,
Результаты расчета Техпроект ГП 1022.01 Техпроект ГП 1022.02 Техпроект ГП 1022.
Расчетная толщина стенки обечайки, мм 65,3 41,6 53,
Расчетная толщина стенки патрубка, si„, мм 13,4 13,4 13,
Расчетная толщина стенки днища, мм 64,4 41 52,
Расчетная длина внешней части патрубка, liD, мм 165 161
Исполнительная длина внутренней части патрубка, 1з, мм 50 70
Принятая длина внутренней части патрубка, fonm ММ 40 56
Расчетный диаметр отверстия корпуса, не требующего укрепления, мм 151,3 100,4
Дополнительное укрепление штуцера обеспечено обеспечено обеспечено
Допускаемое внутреннее избыточное давление для штуцера, МПа 7,5 7,5 7,
Толщина возможной для отбора пробы металла, t, мм 10 14
Для уменьшения трудоемкости итерационных расчетов выведена формула для толщины возможной для пробы металла (1) из условия обеспечения укрепления. Для этого было принято условие равенства допустимого и расчетного давлений ([р] = р). Затем, с использованием вышеприведенных расчетных зависимостей (рисунок 2.2.2), это равенство решено относительно 13пр. Формула для расчета толщины возможной для отбора пробы металла имеет вид:
(^2 'Iр +^2 -0,5'К3 +К1 -с!-фр -1^п)-Рр ■ р Iр •5 + /|/, --5] ■ Х рдц (2 2 2)
(2'К, -Х,-К2 ^Хъ
К2 = Д, ' Ф ? К, = (}р ~~(Ярр
Используя полученную зависимость (2.2.2), определены величины толщин возможных для отбора проб металла от внутренних кромок штуцеров люков-лазов сепараторов техпроектов ГП 1022.01, 02, 03. Толщины возможных для отбора проб металла составили 10, 14, 6 мм сепараторов техпроектов ГП
1022.01, 02, 03 соответственно, что соответствует результатам итерационных расчетов на прочность и оценке укрепления отверстий сепараторов техпроектов ГП 1022.01, 02, 03 (таблица 2.2.2) по [57, 58, 62].