Мониторинг и оценка технического состояния объектов

Мониторинг и оценка технического состояния объектов магистрального нефтепровода
(на примере модели базы данных)
Игнатик А. А., Бронников Д. А.
Научный руководитель – Кулешов В. Е., Ежов И. М.
г. Ухта, Ухтинский государственный технический университет
Для обеспечения безопасной эксплуатации магистрального нефтепровода необходимо
реально оценивать техническое состояние оборудования объектов МН. Техническое состояние объектов можно определить с помощью информации, полученной при проведении диагностических работ. Обработка данной информации может позволить сделать оценку технического состояния объектов в настоящий момент и на несколько лет вперѐд, что необходимо
для объективного и научно обоснованного планирования диагностических обследований.
Предполагается создание базы данных, которая обеспечит централизованный контроль технического состояния всего оборудования МН, своевременное планирование работ
по диагностике (возможно, и ремонта объектов), а также затрат на диагностику в будущем с
учѐтом равномерного распределения финансовых средств по годам и с учѐтом равномерной
нагрузки на рабочих, проводящих диагностику и анализирующих еѐ данные.
Планируемый результат выполняемой работы – создание модели базы данных (точнее, отдельных еѐ блоков) для осуществления мониторинга технического состояния и для
получения оценки технического состояния, работоспособности и функционирования оборудования МН на основе информации, занесѐнной в базу данных.
Каким образом можно будет решать задачи, связанные с определением технического
состояния и его оценкой, с помощью базы данных? Какие возможности предоставляет база
данных для осуществления мониторинга объектов магистрального нефтепровода?
Рассмотрим соответствующий порядок действий:
1) формируется план-график диагностик, различных обследований по каждому объекту МН;
2) информация, полученная в ходе обследований, заносится в базу данных, где уже
содержатся различные технические данные объектов МН;
3) на основе полученной и имеющейся ранее информации компьютер (программа
базы данных) производит расчѐты по формулам, определяет объекты, находящиеся в недопустимом состоянии, даѐт оценку их опасности и вообще оценивает надѐжность и безопасность эксплуатации каждого объекта;
4) дальше предоставляется возможность разрабатывать планы диагностик, ремонта
объектов МН благодаря оценке их технического состояния (сравни с пунктом первым, где
ещѐ не предполагалось использование базы данных).
Мониторинг технического состояния элементов нефтепроводного транспорта должен
включать:
 оценку свойств и состояния металла труб;
 оценку свойств и состояния антикоррозионной защиты нефтепроводов;
 оценку напряжѐнно-деформируемого состояния элементов конструкции нефтепроводов;
 непрерывную оценку воздействия среды как внутри трубопровода, так и окружающей его.
Облегчить мониторинг большого количества элементов МН помогут визуализированные технологические схемы объектов МН. Технологические схемы рассматриваем как
неотъемлемые части базы данных. Они позволяют детализировано рассматривать (осуществлять мониторинг) каждый объект и оборудование, каждый участок нефтепровода и узнавать
всю необходимую информацию о них, например: дата ввода в эксплуатацию, дата последней
диагностики, срок безопасной эксплуатации по документу и по оценке, полученной при обработке информации диагностических работ; перечень дефектов и их опасность, конструктивные размеры, различные документы, паспорта, отчѐты, фотографии и любая другая ин-
формация, необходимая для планирования диагностик и ремонта. Каждый элемент технологической схемы будет связан с вышеуказанной информацией при помощи гиперссылок. Информация может появляться на экране в окнах данных и во всплывающих подсказках.
Ввод в базу данных стоимости диагностического обследования с индексацией будущих лет позволит формировать бюджет расходов на длительный период.
При планировании диагностического обследования в ОАО «СМН» задействованы
технические службы предприятия по четырѐм направлениям обслуживаемого оборудования.
Ежегодно службы (ОЭН, ОГМ, ОГЭ, ОАСУ ТП) проводят анализ информации по оборудованию на предмет окончания срока безопасной эксплуатации. Формируют программы диагностического обследования на следующий год, готовят обосновывающие материалы для
защиты программы диагностики. По результатам защиты будет сформирована комплексная
программа диагностического обследования оборудования МН.
Исполнение данной программы и бюджета зависит от оптимального определения сроков проведения работ, технической возможности эксплуатационных подразделений по подготовке к обследованию и т. д.
При использовании базы данных будет предполагаться, что каждая служба по своему
направлению будет вводить информацию по результатам диагностического обследования,
замены оборудования на основе утверждѐнных программ технического перевооружения и
капитального ремонта ТПР и КР. Это позволит сформировывать программы обследования и
исключить человеческий фактор при планировании диагностических работ.
Рассмотрим пример того, какую информацию можно внести в базу данных и как эта
информация будет обрабатываться, чтобы оценить техническое состояние трубопровода с
дефектами.
К участку трубопровода привязана информация о каждом дефекте металла труб, выявленном при диагностических работах. Информация представлена в таблице (рис. 1). В таблице содержатся величины параметров каждого дефекта: длина, ширина, глубина, угловое
положение, толщина стенки; указано расположение дефекта: внутреннее, наружное или
внутри стенки трубы, то есть информация, полученная после расшифровки данных диагностики.
Также в таблицу вносятся характеристики металла труб: марка стали, прочностные
характеристики; параметры трубы: диаметр, первоначальная толщина стенки. На основе этой
информации программа базы данных по формулам вычисляет разрушающее давление (для
каждого типа дефекта – вмятина, риска, царапина, трещиноподобный дефект и прочие дефекты – существует своя формула нахождения разрушающего давления трубопровода). Разрушающее давление сравнивается с испытательным давлением. Испытательное давление –
это то давление, при котором обеспечивается прочность трубопровода на уровне нормативной, оно соответствует окружным напряжениям, равным 95 % предела прочности материала
трубы. Затем даѐтся оценка опасности дефекта, а также определяется категория дефекта.
По степени опасности дефекты подразделяются на опасные, когда разрушающее давление меньше испытательного, неопасные, когда разрушающее давление больше испытательного, и недопустимые, приводящие к уменьшению проходного диаметра трубы ниже
85% нормативного. Опасные дефекты требуют снижения рабочего давления на трубопроводе. В строке категория дефекта программа указывает после анализа данных, что дефект подлежит ремонту (ДПР), или дефект подлежит первоочередному ремонту (ПОР), или дефект не
подлежит ремонту.
Существует возможность сделать прогнозную оценку состояния трубопровода, определить предельный срок эксплуатации. Прогноз позволит объективно спланировать будущие
диагностические работы, сроки ремонта.
Для определения технического состояния объектов (в нашем примере трубопроводов),
помимо формул, выведенных при анализе моделей дефектных труб и подтверждѐнных экспериментами при испытании труб с дефектами, следует использовать методы теории надѐжности и математической статистики, что важно не только для участков трубопроводов, но,
особенно, для технологического оборудования нефтеперекачивающих станций.
Рисунок 1 – Фрагмент таблицы из модели базы данных
Ещѐ одна задача предлагаемой базы данных – формирование бюджета работ по диагностике на длительный период. Рассмотрим пример.
Имеем резервуарный парк с шестью резервуарами типа РВС. Срок эксплуатации
каждого из них по проекту 18 лет. Необходимо спланировать диагностические работы на
весь период эксплуатации резервуаров.
В зависимости от сроков эксплуатации резервуаров должна проводиться их частичная
и полная диагностика в соответствии с «Регламентом вывода из эксплуатации, проведения
диагностики, капитального ремонта (реконструкции) резервуаров и ввода в эксплуатацию»:
для РВС со сроком эксплуатации до 20 лет – частичное обследование 1 раз в 5 лет, полное
обследование 1 раз в 10 лет. Сроки проведения диагностических работ по нормативному документу (фактические) даны в таблице 1.
Планируем бюджет диагностических работ (см. рисунок 2).
Расценки базового года (2013): стоимость частичного обследования – 1234 тыс. руб.,
стоимость полного обследования – 1956 тыс. руб. Считаем стоимость диагностики в будущем (с учѐтом индексации).
Таблица 1
Сроки проведения диагностических работ по нормативному документу (фактические)
Проведение диагностических работ
Истечение
РВС
Ввод в
срока
Частичная
Полная
Частичная
эксплуатацию
эксплуатации
диагностика
диагностика
диагностика
№1
2013
2031
2018
2023
2028
№2
2013
2031
2018
2023
2028
№3
2014
2032
2019
2024
2029
№4
2015
2033
2020
2025
2030
№5
2015
2033
2020
2025
2030
№6
2015
2033
2020
2025
2030
Рисунок 2 – Планирование бюджета работ по диагностике
Затем строятся графики затрат на диагностику. Красная линия (линия 3) соответствует
затратам при точном соблюдении нормативного документа (фактические затраты). Зелѐная
линия (линия 1) соответствует такому варианту планирования работ, при котором один резервуар, введѐнный в эксплуатацию в 2015 году (например, № 4), будет проходить работы по
диагностике на один год раньше от фактического срока по документу. Фиолетовая линия
(линия 2) соответствует такому варианту планирования работ, при котором резервуар № 3
всегда будет проходить диагностические обследования на год раньше от фактического срока.
Экономически целесообразным является вариант планирования работ, соответствующий зелѐной линии, так как в этом случае денежные средства расходуются равномерно. Зелѐная линия не имеет скачков в периоды проведения диагностики (2018 – 2020, 2023 – 2025, 2028 –
2030), как красная или фиолетовая, и она может стать основой при планировании работ по
диагностике и формировании бюджета.
В заключении делаем вывод, что база данных есть инструмент централизованного
контроля технического состояния всего оборудования МН, обеспечивающий возможность
экономически эффективно, а главное безопасно для людей и окружающей среды эксплуатировать объекты нефтепроводного транспорта.