Тюменский индустриальный

КОЛЫШНИЦЫН М. В.
 
ОБОСНОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО СПОСОБА 
ДИАГНОСТИКИ НЕФТЕГАЗОВЫХ ОБЪЕКТОВ
Колышницын М. В., магистрант, [e-mail]. 
г. Тюмень, Тюменский индустриальный университет 
Аннотация.
Одной из важнейших задач в нефтегазовой отрасли является повышение 
уровня надежности и обеспечение безопасной эксплуатации производственных объектов. 
Следовательно, существует необходимость совершенствования существующих и 
разработка новых методов оценки и прогнозирования остаточного ресурса эксплуатации 
технологического оборудования. Для выполнения данной задачи используется 
разнообразное оборудование и способы мониторинга. В работе рассмотрена 
возможность одновременного применения нескольких способов диагностики для 
получения оптимальных результатов исследования 
Ключевые слова: 
диагностика оборудования, акустическая эмиссия, технический 
мониторинг
 
Период начала массового потребления нефти и газа приходится на 
начало и середину XX века вследствие развития автомобильной 
промышленности. Однако количество потребляемого углеводородного 
сырья было минимальным, что не требовало от производства 
использования большого количества разнообразного оборудования.
До тех пор, пока общий объем оборудования и сосудов, работающих 
под давлением был сравнительно невелик (до 15 % объема настоящего 
уровня), а предельные давления находились на уровне 100-150 МПа, 
опасность возникновения аварийных ситуаций и, как следствие, ущерб от 
них (как экономический, так и экологический) были минимальны [1]. 
Во второй половине XX века, вследствии увеличения потребления 
углеводородного сырья, ситуация на объектах нефтегазового комплекса 
существенно изменилась, а именно:
•
произошло 
повышение 
общего 
уровня 
нагруженности 
оборудования; 
•
давление в сосудах и аппаратах возросло в 5 раз и более;
•
были снижены запасы статической прочности (по пределу 
прочности до 2,0-2,5, по пределу текучести до 1,1-1,8);
•
расширилось применение высокопрочных сталей, обладающих 
незначительным упрочнением в упругопластической области (с 
отношением предела текучести к пределу прочности 0,7-0,9 и более);
•
диапазон температур расширился - от критически минимальных 
(
до -267 °С) до высоких (до 1500 °С).
111 

---

Также в указанный период времени изменился характер внешнего 
воздействия на оборудование. Его стали эксплуатировать в районах 
Сибири и Крайнего Севера, на заболоченных территориях, в районах с 
высокой коррозионной агрессивностью, в зонах с высокой сейсмической 
активностью. Вследствие чего возросли риски возникновения природно-
техногенных катастроф, которые могут привести к загрязнению 
окружающей среды. 
Таким образом, одной из важнейших задач в нефтегазовой отрасли 
является повышение уровня надежности и обеспечение безопасной 
эксплуатации производственных объектов. Следовательно существует 
необходимость совершенствования существующих и разработка новых 
методов оценки и прогнозирования остаточного ресурса эксплуатации 
различного технологического оборудования. 
Следует учесть, что оборудование, используемое в различных 
областях нефтегазовой отрасли, имеет достаточно высокую категорию 
аварийности. Статистика показывает, что около 40 % всех аварий, 
произошедших в нефтегазовой сфере, возникает вследствии коррозионных 
повреждений. Особенно велико значение отказов на промысловых 
объектах, что связано с перекачкой неподготовленного к транспорту 
продукта.
Техническая диагностика и постоянный мониторинг параметров 
работы сложных технических систем являются неотъемлемой частью 
обеспечения их безопасности. В процессе эксплуатации металлические 
конструкции (в том числе и трубопроводы) подвержены различного вида 
нагрузкам и воздействию коррозионно-активных сред, что приводит к 
накоплению повреждений, способствующих росту дефектов (рис.1). 
Неконтролируемое развитие дефектов в свою очередь приводит к отказам 
и авариям. 
Основными причинами отказов оборудования (в том числе 
резервуаров) являются: коррозионный износ днища (как изнутри, так и 
снаружи), нижних поясов стенки; дефекты сварных соединений; 
неравномерные и локальные просадки основания. 
В процессе изготовления, транспортировки, монтажа и эксплуатации 
аппаратов и сосудов, работающих под давлением, возможно, их 
деформирование с образованием локальных геометрических отклонений 
формы (вмятин), размеры которых превышают максимально допустимые. 
В настоящее время назрела необходимость разработки устройств 
автоматического контроля и управления системами обеспечения систем 
жизнеобеспечения и пожарной безопасности при нештатных ситуациях. 
Кроме того, вследствие указанных выше факторов необходимо повышать 
эффективность и достоверность методов оценки и диагностики 
оборудования нефтегазовой отрасли. 
112 

---

Рис. 1. Коррозионное разрушение трубы 
Основной принцип диагностики включает в себя два основных 
этапа: 
•
последовательные и систематические измерения параметров 
оборудования; 
•
выявление изменений в параметрах и сравнение их с 
исходными. 
Соответствующие технические приемы и методы диагностики 
можно подразделить на три типа: 
1. 
Полуквалифицированные - фиксирование температуры, 
давления или общей вибрации. 
2. 
Квалифицированные - анализ частоты вибраций, регистрация 
эксплуатационных характеристик, визуальный осмотр, использование 
датчиков. 
3. 
Высококвалифицированные - анализ моделей, использование 
дефектоскопии, магнитографии, голографии и акустической эмиссии. 
Можно утверждать, при использовании простых методов и мало 
квалифицированных приемов измерений, можно получить менее точную 
информацию и, как следствие, тем меньше период времени, на который 
может быть спрогнозирован ожидаемый отказ. 
Для снятия измерений в реальном масштабе времени при 
эксплуатации оборудования или при проведении регламентных работ 
могут быть использованы как широко применяемые, так и новые методы и 
средства диагностики. При этом в настоящее время отсутствуют 
универсальные методы, позволяющие одновременно вести измерения 
таких параметров, как пределы прочности, текучести, выносливости, 
температура, размер дефекта. 
На сегодняшний день наибольшими возможностями измерений 
обладают методы тензометрии, термометрии, акустической эмиссии, 
термовидения и голографии. К разновидностям тензометрии относится 
метод хрупких тензочувствительных покрытий, где при стендовых и 
113 

---

натурных испытаниях проводится анализ общей и локальной 
напряженности по сотням характерных зон. 
Метод хрупких тензочувствительных покрытий позволяет при 
наличии минимально необходимого опыта получить достаточную 
информацию о напряженно-деформированном состоянии и особенно 
ценную информацию о полях деформаций и напряжений в сложных 
задачах. 
Таким образом, применение хрупких тензочувствительных покрытий 
позволяет выявлять наиболее напряженные зоны деталей и определять в 
них величины деформаций, а также выбирать оптимальные размеры и 
форму сечения исследуемого элемента. 
Метод хрупких тензочувствительных покрытий может быть 
применен как самостоятельный экспериментальный метод для получения 
полей деформаций и напряжений, но он также может применяться в 
сочетании и с другими экспериментальными методами. Например, 
исследование движения дислокаций в волокнах, приводящего к 
перераспределению напряжений внутри материала и возникновению 
звуковых колебаний, позволило разработать метод акустической эмиссии. 
Совмещение двух указанных методов позволяет эффективно проводить 
диагностику конструкции, так как при возникновении и росте трещины 
или дефекта, выделяется энергия в виде волн напряжения или 
акустической эмиссии. Под действием локального напряжения или 
деформации дефект генерирует волны напряжения даже если он имеет 
микроразмеры. 
При использовании метода акустической эмиссии возможно 
наблюдать и изучать динамику протекания разнообразных физических и 
химических процессов, детально изучать в реальном времени процессы 
деформации, перестройки структуры, образования и роста дефектов, 
разрушения конструкций и т.д. 
Следовательно, совмещение метода хрупких тензочувствительных 
покрытий и метода акустической эмиссии позволит проводить более 
эффективную диагностику оборудования и прогнозировать величину 
остаточного ресурса оборудования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
1. 
Тиханов, Е. А. Анализ экономической эффективности 
диагностирования вертикальных стальных резервуаров без снятия 
защитного покрытия / Е. А. Тиханов // Фундаментальные исследования. - 
2014. - 
№ 11-2. - С. 404-408. 
114 

---

УДК 69.07