Разработка метода оценки ресурса безопасной эксплуатации технологических трубопроводов на основе электромагнитно-акустического эффекта

Выполнен анализ состояния проблемы обеспечения безопасной эксплуатации технологических трубопроводов с позиций совместного применения физических методов диагностики и математических методов теории автоматизации. Проведен анализ распределения количества аварий в нефтегазовой отрасли за период с 2011 по 2017 г. Более 30% всех аварий на предприятиях по переработке и хранению углеводородного сырья приходится на технологические трубопроводы. Это свидетельствует в том числе о недостаточной эффективности применяемых при проведении экспертизы безопасности данных объектов методов оценки и прогнозирования их остаточного ресурса. Предложено и научно обосновано совместное применение электромагнитно-акустического эффекта и математической модели динамики напряженно-деформированного состояния технологических трубопроводов в виде передаточной функции для повышения достоверности и точности оценки их остаточного ресурса с учетом деградации структуры металла в процессе эксплуатации. Представлены результаты экспериментальных исследований. Изменения структуры металла, зарождение и развитие повреждений отражаются на значениях параметров передаточной функции – коэффициентах полиномов числителя и знаменателя и, соответственно, на значениях корней полиномов. Поэтому анализ параметров передаточной функции позволяет идентифицировать эти изменения. В качестве критерия количественной оценки уровня безопасности технологических трубопроводов предложен интегральный параметр безопасности, вычисляемый с учетом значений всех параметров передаточной функции. При этом установлено снижение интегрального параметра безопасности, изменяющегося от 1 до 0, по мере достижения металлом предельного состояния, что соответствует физическому смыслу данного параметра и доказывает правомерность его использования в качестве предлагаемого критерия. Разработаны программно-аппаратный комплекс и методика оперативного контроля технического состояния и оценки ресурса технологических трубопроводов на основе совместного использования электромагнитно-акустического эффекта и математической модели динамики напряженно-деформированного состояния металла в виде передаточной функции. Оценка степени снижения риска аварии на примере разгерметизации технологического трубопровода установки обезвоживания и обессоливания нефти показала, что применение разработанного метода позволяет снизить значение потенциального пожарного риска на 38%.