Сокращение длительности простоев техники может быть достигнуто за счет сокращения времени определения технического состояния объектов и поиска места отказа в них. Для решения этой проблемы необходимо разрабатывать и внедрять в эксплуатацию новые эффективные методы контроля и средства автоматизации.

Анализ последних исследований и публикаций

В настоящее время у нас и за рубежом проводится много работ по совершенствованию, как средств контроля, так и методов контроля и диагностирования различных объектов. Современное состояние и перспективы развития техники автоматизации с учетом быстрых и глубоких изменений в области информационных технологий создает новые возможности применения техники автоматизации в различных отраслях производства, в том числе автоматизированных систем контроля [1]. Перспективным направлением является создание и внедрение информационно-измерительных технологий (ИИТ), которые представляют собой совокупность способов, средств измерений и программно-технических средств, объединенных в технологическую цепочку. ИИТ обеспечивает проведение измерений, математическую обработку, хранение, распространение, отображение и интерпретацию получаемой информации. Применение ИИТ снижает трудоемкость при решении задач обеспечения единства измерений и повышении их достоверности [2]. Известные средства контроля являются специализированными. что ограничивает область их применения [3].

Цель работы

Разработать программно-аппаратные средства контроля широкого применения.

Основные результаты исследований

1. Программное обеспечение для параметрического контроля технологических процессов.

Разработанная программа [4] с использованием компьютера и соответствующих датчиков позволяет организовать рабочее место контролера в любом технологическом процессе.

Программа предназначена для организации контроля, основанного на проверке соответствия параметров, снятых с устройства, и значений допусков, установленных технической документацией на это устройство.

Программа позволяет:

• контролировать значения параметров технологического процесса в реальном масштабе времени;
  
• протоколировать результаты контроля по чертежу толщин и допусков;
  
• сохранять и печатать протоколы;
  
• сигнализировать о минимальном и максимальном измеренном значении контролируемого параметра;
  
• вводить значения допусков в различных режимах (ручной режим, из файла и др.);
  
• возможность определения координат дефектов.
  

  Программа имеет два режима задания данных: позволяет считывать данные из файла, созданного ранее, или массив данных может вводиться оператором в специальном окне для ввода показаний; позволяет осуществить выбор способа задания допуска, а именно: ввод допуска из файла, путем открытия необходимого файла, содержащего допуски для каждого значения массива данных, или ручной ввод оператором в специальном диалоговом окне задания допуска.
  

  Программа проверяет заданные значения на вхождение в поле допуска, отбирает те из них, которые удовлетворяют указанным допускам, результат контроля сохраняется в файле, который также содержит номер протокола контроля, сведения об операторе и дате создания протокола.
  

  Для большей наглядности на экран можно вывести результаты контроля, а также графики, содержащие заданные данные, и границы допусков.
  

  Программа может быть установлена на любой компьютер с операционной системой Windows 98/ME/XP и объемом свободного пространства на жестком диске не менее 10Мб.
  

  Программное обеспечение имеет дружественный пользователю интерфейс и реализовано таким образом, что пользователю не обязательно иметь специальную подготовку и знания для работы с компьютером.
  

  Программное обеспечение имеет модульную структуру и допускает гибкую адаптацию к решению более широкого класса задач.
  

  Главное меню программы содержит следующие операции “Файл”, “Расчет”, “Результаты”, “График”, “Выход”.
  

  Команды меню “Файл” позволяют открыть исходный файл (рис. 1), создать файл (рис. 2) и просмотреть файл (рис. 3).
  

  
  

  Рис. 1. Выбор файла исходных данных
  

  
  

  Рис. 2. Режим создания файла
  

  
  

  Рис. 3. Режим просмотра файла
  

  Программа содержит два режима выбора допуска: из файла или введение значений с клавиатуры (рис. 4).
  

  
  

  Рис. 4. Выбор режима определения допуска
  

  На рис. 5 и 6 приведены примеры ввода данных для протоколирования и отображение результатов контроля.
  

  
  

  Рис. 5. Ввод данных для протоколирования результатов
  

  
  

  Рис. 6. Просмотр результатов контроля
  

  Применение разработанного программного обеспечения позволит автоматизировать процесс контроля параметров технологических процессов, протоколировать результаты контроля, своевременно выявлять отклонения от заданных допусков и уже на раннем этапе выявить заведомый брак, не дожидаясь окончания полного цикла изготовления изделия.
  

  2. Автоматизированная система контроля [5]
  

  На рис. 7 представленная функциональная схема автоматизированной системы контроля, которая содержит шину исходных данных 1, объект контроля 2, шину выходных данных 3, мультиплексор 4, триггер 5, блок управления 6, универсальный алгоритмический преобразователь 7, выход индикации технического состояния объекта 8, схему сравнения 9, запоминающее устройство 10.
  

  
  

  Рис. 7. Автоматизрованная система контроля
  

  Работает система следующим образом. Блок управления 6 формирует последовательность множеств сигналов настроек, согласно которым универсальный алгоритмический преобразователь 7 формирует на своем выходе соответствующую входную переменную после обработки информации. Одновременно на выходе мультиплексора 4 формируется значение соответствующей входной переменной. Если эти значения отличаются, то триггер 5 переводится в состояние “1″. Этот сигнал формируется на выходе 8 и свидетельствует о неисправном состоянии объект контроля 2. Указанный процесс выполняется циклически для всех входных переменных.
  

  Сравнительный анализ известных систем и предложенной показывает, что предложенная система имеет меньшую сложность, поскольку для каждого контрольного соотношения используется отдельные схемы сравнения и схемы восстановления значений сменных.
  

  Заключение
  

  Для автоматизации процесса контроля параметров разработан программно-аппаратный комплекс.
  

  Разработано программное обеспечение для параметрического контроля технологических процессов, применение которого позволит автоматизировать процесс контроля параметров технологических процессов, протоколировать результаты контроля, своевременно выявлять отклонения от заданных допусков и уже на раннем этапе выявить заведомый брак, не дожидаясь окончания полного цикла изготовления изделия.
  

  Разработанные программные и аппаратные средства прошли регистрацию в Государственном департаменте интеллектуальной собственности Украины.

Все существующие методы оценки остаточного ресурса исходят из того, что скорость коррозии есть некая постоянная величина, которая существенно не изменится за время эксплуатации в пределах назначенного срока. Между тем опыт эксплуатации нефтеперерабатывающего оборудования показывает, что скорость его коррозионного разрушения не постоянна и, в общем случае, не поддается никакому аналитическому описанию. Неизбежное чередование режимов эксплуатации, остановок и пуска существенно искажает прогнозируемую модель поведения оборудования. Каждый из этих режимов характеризуется собственным механизмом коррозионных процессов, что приводит к изменению скорости коррозионного износа, причем скорость коррозии может меняться на несколько порядков. Недооценка этой особенности может существенным образом отразиться на реальном ресурсе оборудования.

Интенсивной коррозии подвергается оборудование во время остановок на ремонт и в пусковой период (при неизбежных и временных изменениях режимных технологических параметров). Объясняется это тем, что в системе конденсируются слабые растворы HCl, коррозионная агрессивность которых усиливается в результате поглощения Н₂S из паровой фазы, а химико-технологические мероприятия в данный период отсутствуют.

Для оборудования нефтеперерабатывающих производств весьма характерным является наличие в составе технологических отложений на внутренней поверхности различных сульфидов металлов, которые образуются в результате высокотемпературной или низкотемпературной сернистой коррозии. В режиме простоя при свободном доступе кислорода и влаги эти соединения вступают в химические реакции с образованием сероводородной, сернистой, серной и политионовых кислот. Эти химические соединения обладают повышенной коррозионной агрессивностью. Могут вызывать достаточно интенсивную коррозию  углеродистых и низколегированных сталей, причем меняется характер повреждений. Низколегированные стали подвергаются неравномерной коррозии с очаговым характером повреждений, а аустенитные нержавеющие стали под действием политионовых кислот становятся чувствительны к межкристаллитной коррозии. Таким образом, стояночная коррозия приводит к изменению не только количественных показателей коррозии, но и к изменению вида коррозионного разрушения. Иногда даже за время проведения комплекса работ по техническому диагностированию оборудования его реальное состояние может измениться коренным образом.

Обращаем внимание и еще на один факт, что в период остановки установки на ремонт или в стояночном режиме технологического оборудования в связи с разностью электрохимических потенциалов и при наличии остатков влаги и других кислых сред на участке с разнородным сварным соединением аустенит+околошовная зона стали 15Х5М неизбежно будет подвергаться коррозии вплоть до сквозного разрушения.

В статье [1] были рассмотрены некоторые причины снижение работоспособности разнородных сварных соединений из сталей типа 15Х5М, 12Х2М1 с аустенитными швами и поиск технологической возможности и конкретных решений по повышению эксплуатационной надёжности таких соединений.

В данной статье на примере рассмотрим выявленный в процессе технического диагностирования дефектный участок и проведем анализ причин его разрушения.

Оборудование из углеродистой стали подвергается заметной высокотемпературной коррозии в сероводородсодержащих безводных средах при температурах выше 260°С и содержании H₂S выше 0,005%. Для защиты оборудования от высокотемпературной газовой коррозии применяются стали марок 15Х5М, Х9М, 12Х8ВФ, 15Х5. Сварка стыков трубопроводов из стали марок 15Х5М, Х9М, 12Х8ВФ, 15Х5, для обеспечения стойкости против данного вида коррозии, должна производится соответствующими электродами для данной марки стали перлитного класса в соответствии с действующей НТД.

При ремонтных работах допускается сварку кольцевых и угловых стыков технологических трубопроводов, печных змеевиков из вышеуказанных сталей производить электродами аустенитного класса в соответствии с СТО 38.17.003-2009 [2]. Ремонтные работы подразумевают временные надежные промежутки времени эксплуатации сварных соединений хотя бы до ближайшего капитального ремонта установки или на более длительное время, если это обеспечивает принятый технологический вариант сварки для данных конкретных условий эксплуатации.

При этом в процессе эксплуатации сварных соединений с аустенитными швами должна быть исключена возможность конденсации воды в период пуска в работу и остановки трубопроводов.

Для оборудования, работающего в условиях конденсации водной фазы и возможного коррозионного растрескивания, применение аустенитного варианта сварки недопустимо. Также аустенитный вариант сварки сталей не допускается для соединений элементов на следующих линиях оборудования и трубопроводов установок подготовки и первичной переработки нефти: головных погонов эвапоратора, атмосферной и стабилизационной колонн, включающих трубопроводы от верха колонн до конденсаторов-холодильников, от последних до емкостей орошения, от емкостей орошения ректификационных колонн до стабилизационной колонны, а также на трубопроводах линий орошения всех указанных колонн, дренажной воды и газов из емкостей орошения этих колонн, на линиях подщелоченной обессоленной нефти от места ввода щелочи до эвапоратора.

В процессе проведения технического диагностирования, на одном из предприятия отрасли, была выявлена недопустимая врезка перехода Ду80/50 из стали 15Х5М в магистраль трубопровода из стали 12CrMo20.5 заваренная по аустенитному варианту без последующей операции термической обработки электродами аустенитного класса марки ОЗЛ-6 со сквозным дефектом по околошовной зоне перехода Ду80/50. Конструкция врезки представлена на эскизе 1.

Эскиз 1.

На основании проведенного визуально-измерительного контроля данной врезки были выявлены следующие несоответствия:

• тип врезки не предусмотрен действующей НТД в области промышленной безопасности;
• в процессе подготовки стыка к сварке ремонтной подрядной организацией были нарушены требования по подготовке кромок стыка к сварке и сварных швов в соответствии с ГОСТ 16037 [3]. Не произведена вырезка отверстия в магистрали трубопровода Ду300 по внутреннему диаметру перехода Ду80/50, в результате чего образовался выступ на длине более 15мм по всему периметру;
• сварной шов выполнен с нарушением технологии сварки применительно к сварке электродами на высоко никелевой основе;
• угловой сварной шов выполнен с колебаниями электрода на всю ширину шва, что повлекло введение большого количества тепловой энергии в околошовную зону хромомолибденовой стали.

На основе вышесказанного можно сделать вывод, что в нашем случае в одном месте нарушились все требования к надежности сварного соединения повлекшее за собой сквозное разрушение, а именно:

• тип врезки не предусмотрен действующей НТД в области промышленной безопасности;
• в образовавшемся выступе постоянно скапливалась влага после пропарки оборудования;
• перегрев околошовной зоны повлек за собой изменение структуры металла стали 15Х5М (при сварке однородными электродами перлитного класса последующая термическая обработка стыка снимает остаточные напряжения и приводит сварной шов и околошовную зону в исходное состояние);
• разность электрохимических потенциалов на участке с разнородным сварным соединением аустенит+околошовная зона сталей 15Х5М и 12CrMo20.5 в присутствии застойной зоны привело к коррозионным процессам.

Выводы и рекомендации:

При проведении технического диагностирования и экспертизы промышленной безопасности технологического оборудования из хромомолибденовых теплоустойчивых сталей заваренных электродами аустенитного класса без термической обработки сварных соединений, необходимо учитывать вышеизложенные дефекты в разнородных сварных соединениях. Это позволит уже на стадии ознакомления с технической документацией, а также при проведении визуально-измерительного контроля сориентироваться и уточнить методы и объём дополнительного контроля основного металла и сварных соединений.

С целью определения остаточной несущей способности строительных конструкций, авторами статьи были выполнены мероприятия по контролю повреждений железобетонных строительных конструкций, на примере постамента под емкости расположенного на территории опасного производственного объекта в городе Ухта (рис. 1).

Рис 1. Общий вид сооружения.

Основным повреждающим фактором, данного постамента, стал самый распространенный вид коррозии бетона – растворение составных частей цементного камня. Постамент эксплуатируется на открытом воздухе. При этом он подвергается воздействию атмосферных осадков, утечкам среды из емкостного оборудования, установленного на постаменте, и технологической воды, используемой при гидроиспытаниях, промывке оборудования.  Составной частью бетона является легкорастворимый компонент – гидрат окиси кальция, поэтому со временем он растворяется и постепенно выносится, нарушая при этом структуру бетона.

При проведении стандартной плановой экспертизы промышленной безопасности железобетонных сооружений необходимо не упустить не только повреждения бетонных конструкций, но и скрытой в теле бетона – стальной арматуры.

Постамент был введён в эксплуатацию в 1952 году. Сооружение одноярусного постамента состоит из трех отдельных опор под емкости, объединенных между собой площадками обслуживания. Опоры постамента и площадки обслуживания выполнены из монолитного железобетона (арматура гладкая класса АI, бетон марки М-140). После реконструкции часть площадок была заменена на металлические.

Опоры постамента выполнены круглыми в плане, состоящими из колонн прямоугольного сечения, объединенных кольцом и жестко соединенными с поперечными и продольными балками (ригелями), по верху которых устроена сплошная плита покрытия (рис. 2).

Фундаменты постамента выполнены из монолитного железобетона столбчатого типа с уширением в виде ступенчатых плит у основания. Отметка низа фундаментов -2.00 м. Высота постамента до верха покрытия составляет 7.10 м.

Основанием фундаментов сооружения является песок серого цвета, гравелистый, средней плотности, влажный до водонасыщенного, с включением гальки до 5%, с примесью органических веществ, загрязненный нефтепродуктами. Уровень грунтовых вод расположен на отм.-3.50 м.

По результатам обследования конструкций каркаса наиболее опасные повреждения выявлены в поперечных и продольных балках (ригелях) монолитных железобетонных рам постамента в виде нормальных и наклонных трещин, шириной раскрытия до 1.4 мм. Наибольшее количество трещин зафиксировано в поперечных ригелях постамента, (рис. 3). Данные трещины характерны для перегрузки конструкции, которые привели к образованию остаточных деформаций (достижение арматурой пластических удлинений или образования сдвигов, нарушение ее сцепления с бетоном). Симметричное расположение трещин по противоположным боковым поверхностям конструкций свидетельствует об их сквозном характере.

Возможными причинами, способствовавшими развитию трещин в железобетонных конструкциях являются:

- длительный срок эксплуатации сооружения при воздействии на его конструкции нагрузок цикличного характера (уровень продукта изменяется неоднократно в течение суток);

- дефекты строительства (недостаточное уплотнение бетонной смеси);

- нарушение защитного слоя бетона, выщелачивание извести из поверхностного слоя бетона и коррозия арматуры, развитию коррозии бетона способствовало постоянное увлажнение конструкций вследствие неорганизованного отведения атмосферных осадков.

Вышеуказанные причины также способствовали развитию трещины шириной раскрытия до 4 мм по всей высоте конструкции кольцевого пояса.

В колоннах каркаса разрушен защитный слой бетона с обнажением арматуры (рис 4).

Выщелачивание извести из тела бетона конструкций каркаса зафиксировано ориентировочно на 70% площади конструкций. В отдельных участках конструкций выявлены разрушения бетона глубиной до 80 мм с оголением и коррозией арматуры (рис.5).

Железобетонные площадки обслуживания имеют значительные повреждения в виде сквозного разрушения бетона (рис. 6), недостаточной толщины защитного слоя бетона по нижней горизонтальной поверхности кольца.

Разрушение конструкций связано с выщелачиванием извести из поверхностного слоя бетона. Развитию повреждений способствовало постоянное увлажнение конструкций вследствие неорганизованного отвода атмосферных осадков.

Металлоконструкции площадок обслуживания имеют повреждения антикоррозионного покрытия.

Фундаменты сооружения находятся в работоспособном состоянии, дефектов и повреждений конструкций, свидетельствующих о недопустимых деформациях оснований, не зафиксировано.

Выводы:

Железобетонные несущие строительные конструкции обследуемого объекта, были подвержены систематическому воздействию атмосферных осадков, технологических отходов, переменной нагрузке. Основные повреждения несущих конструкций постамента, были сформированы в результате непредусмотренных проектом коррозионных воздействий.

При проведении экспертизы промышленной безопасности, для определения срока дальнейшей безопасной эксплуатации железобетонных строительных конструкций постаментов и этажерок, необходимо учитывать вышеописанные эксплуатационные дефекты. Это позволит уже на стадии ознакомления с технической документацией, а также при проведении визуально-измерительного контроля, сориентировать и уточнить методы и объём необходимого дополнительного контроля.