Автореферат: Методы оценки вероятности выявления дефектов и повреждений при диагностировании оборудования добычи сероводородсодержащих газа и нефти

По результатам выполненного анализа установлены причины и следствия недостаточной выявляемости дефектов при диагностировании оборудования. Причинами недостаточной выявляемости дефектов служат: отрицательное влияние человеческого фактора; недостатки методик; недостатки (ограниченные возможности) приборов; ограничения применимости методов; разброс значений характеристик дефектов. Причинами накопления дефектов и, как следствие, повышение вероятности отказа служат: ошибки проектирования, изготовления, монтажа, эксплуатации; кинетика повреждаемости и длительность эксплуатации. Следствием накопления и недостаточной выявляемости дефектов является снижение эффективности диагностирования, переоценка несущей способности, запасов прочности, срока (ресурса) безопасной эксплуатации, уровня безотказности и безопасности и недооценка вероятности отказа, что для эксплуатирующих такое оборудование организаций, окружающей среды, персонала и населения представляет повышенную опасность в виде отказов и аварий и ущерба от их последствий. В этих условиях для обеспечения: уровня безопасности, т.е. риска менее допустимого; безотказности более требуемой; вероятности (частоты) отказа менее допустимой необходимо заблаговременно выявлять дефекты оборудования с вероятностью выявления не ниже требуемой.

Выполнен обзор методов диагностирования и оценки выявляемости дефектов натурных конструкций, образцов и моделей оборудования ДСГ. Сделано предположение, что обеспечение требуемой выявляемости дефектов, точности оценки поврежденности, безотказности и безопасности оборудования на прогнозируемый период эксплуатации становится возможным за счёт применения комплексных экспериментальных моделей оборудования в виде совокупности экспериментальных образцов - моделей узлов и элементов оборудования с заложенными в них моделями дефектов. Проведения экспериментальных исследований закономерностей, причин и факторов недостаточной выявляемости дефектов и эффективности применяемых программ диагностирования. Обоснования критериев, разработки и внедрения технических решений и методики выбора методов и разработки программ диагностирования, повышения и обеспечения требуемого уровня выявляемости дефектов при диагностировании. Установлено, что образцовый метод может служить основой для постановки и решения научной задачи исследования зависимости вероятности выявления дефектов в узлах и элементах оборудования от основных, определяющих её значения, причин и факторов, и разработки технических решений её повышения.

Во второй главе представлены результаты решения задачи экспериментальных исследований и оценки выявляемости методами диагностирования наиболее характерных для оборудования ДСГ дефектов. На основе анализа требований и условий НД в области НК оборудования ДСГ, результатов исследований других авторов разработана математическая модель зависимости вероятности выявления дефектов - P₁₁ от параметров контроля, характеристик дефектов и свойств контролепригодности объекта контроля:

, (1)

где n - число параметров контроля; m - число характеристик дефекта; k - число свойств объекта контроля, характеризующих его контролепригодность; a₁ … a_n - параметры контроля; b₁ … b_m - характеристики дефекта; c₁ … c_k - свойства объекта контроля; A_i (a_i), B_j (b_j), C_y (c_y) - функции выявляемости дефекта, зависящие от параметров контроля, характеристик дефекта и свойств объекта контроля соответственно. Для обеспечения возможности экспериментальной оценки P₁₁ выполнено:

Разделение функции вероятности выявления дефектов по элементам оборудования:

, (2)

где D - тип элемента.

Разделение функции вероятности (2) для каждого сочетания метод, методика, средство и параметры контроля:

, (3)

Основываясь на (3) в рамках настоящего исследования была поставлена и решена задача экспериментального определения зависимости:

дефект диагностирование сероводородсодержащий

, (4)

где S - площадь, т.е. одна из характеристик дефекта; B(S) - функция влияния характеристики дефекта S на вероятность выявления дефекта.

Анализ последствий недобраковки и перебраковки при НК оборудования ДСГ позволил установить, что при условии переконтроля тяжесть последствий перебраковки можно приравнять к нулю в сравнении с тяжестью последствий недобраковки, т.е. пропуска дефекта ведущего к аварии. В этом случае вероятность выявления - Р₁₁ определяется выражением P₁₁ = 1 - Р₁₀, где, в соответствии с известными подходами, вероятность пропуска - Р₁₀ определяется отношением числа пропущенных дефектов к общему числу дефектов либо количества нерезультативных контролей к общему числу контролей.

Обоснованы, разработаны и изготовлены экспериментальные образцы - модели узлов и элементов, совокупность которых составляет модель единицы оборудования ДСГ - теплообменника газ/газ. В их числе: образец №1 - состоящий из семи фрагментов размером 500Ч500 мм вырезанных из обечайки теплообменника 900Ч22 мм; образец №2 - размером 500Ч500 мм - стыковое сварное соединение обечаек и днищ 900Ч22 мм, включая перекрестье; образец №3 - угловое сварное соединение штуцера 273Ч25 мм с обечайкой (днищем) 900Ч22 мм.

По результатам анализа распределения видов/типов дефектов, выявляемых при диагностировании оборудования ДСГ в его узлах и элементах, обоснованы, разработаны и реализованы модели наиболее характерных для оборудования дефектов и способы включения их в экспериментальные образцы. Основные из моделей дефектов показаны на рисунке 1. В их числе, КЭИ в виде общего равномерного износа путём выполнения вышлифовок - 7 ед., глубиной - h = 18 ч 21,5 мм; КЭИ в виде язв и питтингов путём засверловки - 11 ед., h = 16 ч 21,5 мм; ВИР путём фрезеровки плоскодонных отражателей - 21 ед., площадью - S = 3 ч 510 мм², h = 7 ч 18 мм; СКРН путём выполнения уголковых отражателей, общеизвестных под термином «зарубка» - 6 ед., S = 2 ч 21 мм²; НСШ путём заложения тугоплавких вставок, позволяющих получить несплавления - 21 ед., S = 1,5 21,0 мм², протяжённостью - l = 4 14 мм.

Выполнен анализ требований и условий НД к НК и контролепригодности узлов и элементов оборудования ДСГ. Установлено, что наиболее приемлемыми методами НК образцов - моделей узлов и элементов оборудования и, в их числе, теплообменника являются методы УК. Обоснованы и разработаны технические требования к их УК, обеспечивающие воспроизводимость и сравнимость результатов. Эксперименты выполнены с привлечением десяти дефектоскопистов УК ОАО «Техдиагностика» второго уровня квалификации по ПБ 03_440 «Правила аттестации персонала в области неразрушающего контроля». По результатам эксперимента рассчитаны значения вероятности пропуска и вероятности выявления для каждого вида/типа дефектов (таблица 1) и для каждого из дефектоскопистов (рисунок 2).

Рисунок 1 - Эскизы моделей дефектов: a - КЭИ, ВИР, СКРН; б - НСШ

Таблица 1 - Количественные показатели Р_{10 ср.} и Р_{11 ср.} по видам/типам дефектов оборудования ДСГ

Рисунок 2 - Количественные показатели Р₁₀ и Р₁₁ в зависимости от стажа работы дефектоскописта

В соответствии с техническим заданием и ГОСТ Р 5725-1 «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 1. Основные положения и определения», по результатам эксперимента получены значения ряда дополнительных показателей достоверности результатов УК образцов №№1 и 3, в их числе: систематическая погрешность - Х_СИСТ, предел повторяемости - r, предел воспроизводимости - R, расширенная неопределённость - U.

По результатам экспериментальной оценки значений P₁₁, Х_СИСТ, r, R, U установлены отклонения (ошибки), допущенные дефектоскопистами в параметрах УК, служащие базой данных для факторного анализа причин и закономерностей изменения вероятности выявления дефектов.

По результатам исследования, работ известных учёных и специалистов в области НК разработана, представленная на рисунке 3, модель образцового метода оценки и повышения вероятности выявления дефектов оборудования ДСГ. Модель также позволяет выполнять оценку значений P₁₁, Х_СИСТ, r, R, U результатов НК.

Рисунок 3 - Модель образцового метода оценки и повышения вероятности выявления дефектов оборудования ДСГ

В третьей главе для разработки методов обеспечения требуемого уровня вероятности выявления дефектов выполнены: анализ факторов и закономерностей изменения вероятности выявления дефектов; разработка методов снижения отрицательного влияния человеческого фактора; обоснование методического подхода определения значений требуемого уровня вероятности выявления дефектов и алгоритма выбора методов программы диагностирования, обеспечивающей вероятность выявления дефектов более требуемой. По данным экспериментально установленных отклонений (ошибок), допущенных дефектоскопистами, от оптимальных параметров НК, снижающих значения вероятности выявления дефектов и повышающих вероятность пропуска дефектов, выполнен их факторный анализ, выделены и сгруппированы наиболее значимые из них. На основе анализа требований соответствующих нормативных документов, разработаны технические решения по документированию и формализации процессов их выполнения и контроля, позволяющие снизить вероятность проявления отрицательного влияния человеческого фактора при выборе и настройке параметров НК.

По данным других авторов и результатов контроля качества диагностических работ установлено, что отрицательное влияние человеческого фактора в причинах недостаточной выявляемости дефектов методами НК может составлять до 80%. Одними из основных методов снижения отрицательного влияния человеческого фактора являются применение диагностических приборов с функциями автоматизированной регистрации настроек, процессов и результатов НК и контроля качества диагностических работ. В части приборов в последние годы их развитие осуществляется изготовителями достаточно успешно. Для повышения эффективности контроля качества диагностических работ обоснованы показатели: коэффициент надёжности специалиста НК - К_Н; число пропущенных дефектов - N_П; число дефектов, выявленных при переконтроле - N_В; количество производственных заданий, выполненных дефектоскопистом - d; общая периодичность контроля качества диагностических работ - D; степень сложности производственного задания - W, методики их определения и критерии оценки. Разработаны алгоритм и информационная система обоснования контроля качества диагностических работ, оценки и повышения коэффициента надёжности специалистов НК, рисунок 4.

Решение о проведении контроля качества диагностических работ определяется неравенством:

(5)

Раздел реализации системы обоснования контроля качества диагностических работ включен в СТО-НК.И-177. На начальном этапе внедрения системы контроля качества диагностических работ значение коэффициентов надёжности для всех специалистов принято равным 1. Затем по результатам контроля качества диагностических работ каждому из специалистов определяется величина изменения его коэффициента надёжности - :

(6)

Система обоснования контроля качества диагностических работ также служит для мотивации специалистов, имеющих коэффициент надёжности меньше единицы, к повышению уровня знаний и навыков. В СТО-НК.И-177 определены условия и процедуры их самоподготовки с использованием образцов-моделей узлов и элементов оборудования ДСГ.

Рисунок 4 - Блок - схема алгоритма обоснования ККДР, оценки и повышения К_Н специалистов НК

Для обоснования методического подхода определения критериальных значений требуемого уровня вероятности выявления дефектов - [P₁₁] элементов оборудования ДСГ рассмотрены классические зависимости вероятности выявления дефектов от размеров дефектов - P₁₁(X) и плотности вероятности существования дефектов H от их размеров - H(X); показано, что плотность вероятности существования дефектов, определяющих предельное состояние элементов (предельных дефектов) - H(X_ПР) значительно ниже плотности вероятности существования минимальных, подлежащих выявлению дефектов (минимальных дефектов) - H(X_МИН), в свою очередь, выявляемость предельных дефектов - P₁₁(X_ПР) значительно выше выявляемости минимальных дефектов - Р₁₁(Х_МИН). Отношение этих плотностей вероятностей могут быть выражены через отношения фактических частот: выявления предельных дефектов - f_П.С. и количества выявленных дефектов - f_В.Д.. Этим же отношением может быть выражено отношение допустимой вероятности отказа - [V_ОТК] к допустимой вероятности пропуска дефектов - [P₁₀]. С учётом этого составлено равенство:

(7)

С учётом подстановки Р₁₁ = 1 - Р₁₀ получено выражение для расчёта величины требуемого уровня вероятности выявления дефектов:

(8)

Используя значения f_П.С. и f_В.Д., рассчитанные по данным диагностирования оборудования ДСГ за 2008-2010 годы, литературные данные значений допустимого (приемлемого) уровня вероятности отказа, выражение (8) рассчитаны значения требуемого уровня вероятности выявления дефектов для узлов и элементов исследуемого теплообменника газ/газ. Результаты приведены в таблице 2.