авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Совершенствование методов анализа причин разрушения аппаратов при техногенных авариях

На правах рукописи

ЯГАФАРОВ РУСТЕМ РАВИЛЕВИЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ПРИЧИН РАЗРУШЕНИЯ АППАРАТОВ ПРИ ТЕХНОГЕННЫХ АВАРИЯХ Специальность 05.26.03 – «Пожарная и промышленная безопасность» (Нефтегазовая отрасль)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа - 2005

Работа выполнена на кафедре «Машины и аппараты химических произ водств» Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Кузеев Искандер Рустемович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Нугаев Раис Янфурович;

кандидат технических наук Иляева Марина Александровна.

Ведущая организация Муниципальный научно-технический центр «Безопасность эксплуатации сложных тех нических систем» (МНТЦ «БЭСТС»), г. Уфа.

Защита состоится 9 июня 2005 года в 14-30 на заседании диссертационно го совета Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государст венного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан _6_ мая 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Закирничная М.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы На производственных площадях химических и нефтеперерабатывающих предприятий сосредоточены большие массы взрывоопасных и токсичных про дуктов, обладающих большой потенциальной опасностью. Предприятия нефте химпереработки, на которых перерабатываются, получаются и хранятся взры во- и пожароопасные вещества, а также используется технологическое обору дование, работающее при высоких температурах и давлениях, относятся к опас ным производственным объектам, согласно Федеральному закону от 21.07.97г.

№ 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объек тов». Снятие в последние годы ограничений по освещению аварий и катастроф позволило привлечь внимание общественности к проблеме промышленной безопасности. На химико-технологических объектах России за 1970-2004гг.

произошло примерно 300 крупных промышленных аварий с тяжёлыми послед ствиями и уменьшение их числа за последние годы не отмечается, как в силу объективных причин (значительная изношенность оборудования), так и субъективных (человеческий фактор). Для существенного сокращения или уст ранения негативных последствий аварий необходимы исследования, позво ляющие прогнозировать развитие аварийных ситуаций и учитывать их при со ставлении планов ликвидации аварийных ситуаций на опасных производствен ных объектах. Эти вопросы рассматриваются на примерах аппаратов колонного типа, применяемых на установках первичной переработки нефти.

Цель работы Разработка научно-методических основ анализа реальных причин разру шения аппаратов в результате возникновения пожара и его ликвидации.

Задачи исследований 1. Сбор и анализ статистической информации по техногенным авариям в нефтегазовой отрасли.

2. Моделирование процесса деформирования колонных аппаратов и об вязки при развитии пожара.

3. Определение алгоритма анализа развития аварийных ситуаций.

Научная новизна 1. В процессе моделирования напряженно-деформированного состояния колонных аппаратов с различными геометрическими размерами, находящихся под воздействием неравномерного температурного поля, возникшего в резуль тате пожара, определены предельные состояния конструкций из сталей ВСт3сп, 09Г2С, 15Х5М, 12Х18Н10Т, предшествующие разрушению.

2. Определена последовательность разрушения крепежных элементов колонного аппарата при возникновении изгибных деформаций в результате не равномерного нагрева оболочки открытым пламенем и минимальное количест во целых крепежных элементов, обеспечивающих вертикальное положение ап парата.

Практическая ценность Алгоритм анализа аварийных ситуаций, предложенный в работе:

- принят к использованию для анализа последствий аварийных ситуаций в Управлении по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора по РБ;

- принят к использованию экспертно-производственным центром ЭПЦ «Трубопроводсервис» при разработке планов ликвидации аварийных ситуаций на предприятиях нефтегазопереработки.

Публикации По теме диссертации опубликовано 4 работы (общим объемом 1,4 печатного листа). Основные положения доложены на международных науч но-технических конференциях.

Объём и структура работы Диссертация и состоит из введения, 4 разделов, 104 страниц текста, 15 таблиц, 24 рисунков, 92 источников использованной литературы.

Научным консультантом при выполнении разделов 2,3 является канд.техн.наук. Габбасова А.Х.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы, сформулированы цель и основные задачи исследования.

В первой главе проведён сбор и анализ статистической информации по техногенным авариям в нефтегазовой отрасли.

Проведён анализ 200 аварий в период с 1980 по 2003гг. на объектах неф техимического комплекса России, и отмечено, что причинами являются как объективные факторы (значительная изношенность оборудования), так и субъ ективные (человеческий фактор). Количество происходящих аварий из года в год не уменьшается, и имеется устойчивая тенденция к увеличению суммы ущерба от их последствий.

В результате анализа выявлены однотипные случаи возникновения и раз вития аварийных ситуаций в результате воздействия неравномерного темпера турного поля при одностороннем действии открытого огня и (или) при тушении пожара. При аварийном наружном возгорании колонных аппаратов и тушении пожара имеют место случаи, когда наблюдается отрыв крепежных деталей. Это приводит либо к падению аппарата, либо к нарушению обвязки и разгермети зации системы. Эти факторы не учитываются при ликвидации аварийных си туаций, при проведении технического расследования причин аварии и при раз работке планов локализации и ликвидации аварийных ситуаций на объектах.

Отсутствие методик, алгоритмов для анализа аварийных ситуаций зачас тую не позволяет верно квалифицировать причины их возникновения и меха низмы их развития.

Во второй главе рассматривается вопрос деформирования колонных аппаратов нефтеперерабатывающих заводов при воздействии открытого пламе ни и его тушении. Показано, что при неравномерном тушении пожара колон ный аппарат оказывается под воздействием неравномерного температурного поля. При этом возникают изгибные напряжения, достигающие критической величины в крепежных деталях, способные привести к падению аппарата.

Известно, что неравномерное температурное поле может создавать эф фект пластического шарнира в оболочке аппарата и приводить к разрушению сварных соединений крепления реакторов к опорной обечайке. Методом ко нечных элементов (МКЭ) можно рассчитать нагрузки на опорные элементы и прогнозировать поведение оболочковой конструкции.

В работе использованы сведения об аварии на вакуумном блоке уста новки первичной переработки нефти АВТ-2 «Уфимского НПЗ им. XXII съезда КПСС», происшедшей 14 января 1987 г.

Технологическая схема обвязки колонны К-5, предназначенной для ва куумной разгонки мазута показана на рис.1.

Рис.1. Технологическая схема обвязки колонны К- В колонном аппарате поддерживается следующий температурный режим:

низ колонны не выше 360 °С, верх колонны в пределах 50+100 °С, вывод I фракции из колонны не выше 170 °С, II фракции - в пределах 200+260 °С, III фракции - не выше 300 °С, IV фракции - не выше 330 °С, V фракции - не выше 350 °С.

Колонный аппарат имеет следующие геометрические размеры: высота Н=48,8 м, диаметр D=5,5 м и толщина стенки 20 мм.

Началом аварии явилось разрушение штуцера на трансферной линии подачи мазута в вакуумную колонну К-5, вследствие этого возникло возгорание на поверхности аппарата, которое распространилось на площадку около насо сов и в пространство под опорной обечайкой. Площадь пожара составила около 60 м2. При попытке тушения огня внутри опорной обечайки произошла разгер метизация фланцевых соединений, сопровождающаяся хлопками, выходом ма зута из колонны и увеличением интенсивности горения.

Конструктивные особенности аппарата, выход большого количества ма зута и интенсивное горение не позволили эффективно бороться с огнем внутри опорной обечайки. При этом велось охлаждение корпуса в доступных местах, поскольку охлаждение несущих конструкций колонны затруднялось из-за на личия теплоизоляции. Через 1 час 15 минут после начала горения произошло падение колонны в сторону этажерок конденсаторов воздушного охлаждения (рис 2). В результате разгерметизации технологических трубопроводов и ко лонны вылилось около 300 тонн нефтепродукта и площадь горения увеличи лась до 400м2. В зоне воздействия огня оказались технологическая насосная, блоки теплообменников, печей, колонн. Схема расположения оборудования по сле падения колонны показана на рис.3. По схеме видно, что в случае падения колонны в любом другом направлении пожар мог получить другое - более масштабное развитие. Следует отметить, что в материалах расследования ава рии не объясняются причины падения аппарата.

Рис.2. Установка АВТ-2 после падения колонны Технологическая насосная Упавшая колонна К- П-2 Блоки теп К-3 лообмен ников К- К- П-1 Постамент конденса К- торов Блок колонн Рис.3. План расположения оборудования на установке АВТ-2 после паде ния колонны Причинённый экономический ущерб (в виде прямых потерь от аварий) по сохранившимся сведениям (по ценам 1987г.) составил 39812,75 руб.

Моделирование напряжённо-деформированного состояния (НДС) ко лонного аппарата в процессе горения и определение условий, при которых про изошло его падение, проведено с применением МКЭ. Расчет вели по схеме, в рамках которой аппарат с опорной обечайкой заменялся цилиндрической обо лочкой с реальными диаметром и высотой. Оболочка закреплялась в соответст вии с количеством анкерных болтов шарнирно. В центре масс прикладывался вес аппарата, от которого создавался момент при отклонениях аппарата от вер тикальной оси относительно крепежных элементов.

Для решения поставленной задачи были сделаны следующие допуще ния: вакуумная колонна была представлена в виде цилиндрической оболочки высотой Н=48,8 м, диаметром D=5,5 м и толщиной стенки 20 мм.

Материалу колонны (ВСт3сп) были присвоены следующие свойства:

- плотность = 7850 кг/м3;

- предел прочности (табл. 1);

- предел текучести (табл. 1);

- модуль Юнга (табл. 1).

Таблица Температурные зависимости механических характеристик стали Температура, Допустимое Предел теку- Предел Модуль продоль напряжение, чести, прочности, ной упругости, °С МПа МПа МПа МПа 20 140 210 336 100 134 201 321,6 150 131 196,5 314,4 200 126 189 302,4 250 120 180 288 300 108 162 259,2 350 98 147 235,2 375 93 139,5 223,2 400 85 127,5 204 410 81 121,5 194,4 420 75 112,5 180 430 71 106,5 170,4 В расчетах также применяли коэффициент теплопроводности, коэффи циент линейного расширения и коэффициент Пуассона.

Колонна была разбита на конечные элементы, которые в рамках КК «АNSYS» имеют название «Shell 43», с вращательными степенями свободы в узле, которые позволяют учитывать потенциальную энергию сдвиговых де формаций, с линейной или квадратичной аппроксимацией поля перемещений.

Использование конечных элементов с квадратичной аппроксимацией поля по вышает точность исследования. Толщина элемента является функцией локаль ных координат и полностью определяется заданием его узловых значений.

Элемент «Shell 43» позволяет проанализировать напряжения, превышающие предел текучести материала. На основе этого элемента были реализованы и проанализированы различные процедуры дискретизации цилиндрической обо лочки.

Кроме гравитационных нагрузок колонне были приложены температур ные нагрузки: температура t1, приложенная к основанию цилиндра и к полови не стенки цилиндра, и температура t2, приложенная к противоположному осно ванию и к другой половине стенки цилиндра.

Колонна была закреплена жестко по всем степеням свободы в 24 узлах (по числу крепежных элементов), равномерно распределенных по окружности основания цилиндра, находящегося в центре системы координат. Закрепление в узлах имитирует закрепление вакуумной колонны анкерными болтами к фун даменту.

Из-за разности температур t1 и t2 цилиндрическая оболочка деформиру ется, причем при расчетах напряженно-деформированного состояния закрепля ли температуру охлаждаемой части колонны и изменяли температуру горячей части, тем самым имитируя процесс охлаждения одной части колонны водой и распространение пожара на другой части аппарата.

По результатам расчета напряженно-деформированного состояния ци линдрической оболочки получено изменение эквивалентных напряжений в уз лах закрепления цилиндра (рис.4).

Максимальные 300 эквиваленные напряжения, МПа МПа 200 Предел текучести, МПа 50 Предел прочности, МПа 0 100 200 300 400 Температура, оС Рис.4. Результаты расчета изменения эквивалентных напряжений Как видно из приведенного на рис.4 графика, при достижении темпера туры 330 оС в узлах крепления появляются пластические деформации, а при достижении 430 °С в зоне нагрева напряжения достигают предела прочности материала анкерных болтов (температура зоны охлаждения 20-30 °С).

Разрушение анкерных болтов по полученным данным происходит по ал горитму, представленному в табл. 2.

Таблица Алгоритм разрушения анкерных болтов Угол относительно Количество Напряжения, МПа оси Х разрушенных болтов 15 165 2 0 30 150 180 6 45 135 8 Результаты расчета наглядно демонстрируют последовательность разви тия событий при тушении пожара. При расчете снимаются закрепления в узлах разрыва первых двух болтов (рис.5), далее разрушаются следующие 4 болта, как видно из диаграммы (рис.6). В дальнейшем снимаются закрепления в узлах разрыва предыдущих болтов, и моделирование показывает, какие болты разру шаются следующими (рис.7).

Рис.5. Разрушение первых двух болтов.

Рис.6. Разрушение следующих четырех болтов Рис.7. Разрушение следующих двух болтов После разрушения первых восьми болтов происходит разрыв стенки ци линдра, что и наблюдалось на реальном объекте.

Проведен расчёт по вышеуказанной схеме для аппаратов, имеющих раз личное материальное исполнение, геометрические характеристики.

Геометрические характеристики аппаратов и число анкерных болтов, при нятые для расчёта, указаны в табл. 3.

Таблица Колонна Диаметр Высота, Количество Толщина, D, мм Н, мм болтов, штук, мм H 5500 48800 24 G 6500 51000 16 F 6000 50000 16 E 5500 45000 16 Разработанная модель по расчету НДС применена для расчёта предель ного состояния цилиндрических аппаратов, изготовленных из сталей марок ВСт3сп, 09Г2С, 15Х5М и 12Х18Н10Т, в условиях реализации неравномерного разогрева (рис. 8-11). Результаты расчёта показывают незначительные измене ния значений температур при наступлении предельного состояния в зависимо сти от геометрических характеристик и материального исполнения аппаратов.

Показано, что моделирование с помощью МКЭ с учетом результатов ре альных аварий колонных аппаратов позволяет регламентировать действия по тушению пожара и не допускать реализации вторичных разрушений.

ВСт3сп Предел текучести Предел прочности Н G F E МПа 0 50 100 150 200 250 300 Температура, оС Рис.8. Результаты расчета изменения эквивалентных напряжений для стали ВСт3сп 09Г2С Предел текучести Предел прочности H G F E МПа 0 50 100 150 200 250 300 Температура, оС Рис.9. Результаты расчета изменения эквивалентных напряжений для стали 09Г2С 15Х5М Предел текучести Предел прочности Н G F E МПа 0 50 100 150 200 250 300 Температура, оС Рис.10. Результаты расчета изменения эквивалентных напряжений для стали 15Х5М 12Х18Н10Т Предел текучести Предел прочности Н G F E МПа 0 50 100 150 200 250 300 Температура, оС Рис.11. Результаты расчета изменения эквивалентных напряжений для стали 12Х18Н10Т В третьей главе дается описание аварии, развитие которой шло по дру гому «сценарию», но характерной особенностью явилось возникновение нерав номерного температурного поля, в результате интенсивного горения при пожа ре, большой концентрации оборудования, неверных действий в результате лик видации и локализации аварии. При аварийном наружном возгорании колон ных аппаратов и тушении пожара имеют место случаи, когда наблюдается на рушение обвязки и разгерметизация системы. Такие случаи зафиксированы ор ганами Госгортехнадзора, однако при расследовании аварий не уделено долж ного внимания возможности возникновения неравномерного температурного поля при тушении открытого пламени.

В качестве объекта анализа взята авария, которая произошла 1 января 1999 года на блоке выделения фракции 200-315 оС из дизельного топлива уста новки «Парекс» зоны № 2 АО «Башнефтехим». Установка введена в эксплуата цию с 1985 года. В 1996 году блок выделения фракции 200-315 оС из дизельно го топлива переведён на режим работы по обезвоживанию товарного дизельно го топлива.

В результате нарушения технологического режима произошёл выброс продукта с дальнейшим его возгоранием от открытого пламени печи на терри тории блока. Интенсивное горение и большая концентрация оборудования не позволили эффективно бороться с пожаром, и через 1 час после начала горения произошёл разрыв линзового компенсатора, установленного на шлемовом тру бопроводе колонны К-1. Смесь паров нефтепродукта с воздухом в виде облака распространилась по всей территории блока, и в районе печи произошёл взрыв, повлёкший за собой групповой несчастный случай со смертельным исходом среди пожарных, тушивших пожар.

Принципиальная технологическая схема установки показана на рис.12.

компенсатор Э- Х- ХВ- К- П- Э- Е- Т- Е- Т- Н- Н- Н- Рис.12. Принципиальная схема блока подготовки сырья установки «Парекс» Сырьё – дизельное топливо из товарного парка забирается насосом Н-1, прокачивается одним потоком последовательно через теплообменники Т-1, Т-2, Т-3, двумя потоками через трубчатую нагревательную печь П-1 и с температу рой не выше 280 оС подаётся в ректификационную колонну К-1.

В ректификационной колонне К-1 происходят разделение дизельного топлива на фракции и обезвоживание фракции н.к.-200оС под вакуумом.

С верха колонны К-1 выводятся пары воды и фракция н.к.-200оС, кото рые конденсируются и охлаждаются в аппаратах воздушного охлаждения ХВ 1/1,2 и холодильнике Х-1/1.

Фракция н.к.-200 0С с температурой примерно 40оС направляется в ва куумный приемник Е-1, из Е-1 по барометрической трубке отводится в емкость Е-2, в которой происходит отделение фракции н.к.-2000С от технологического конденсата (воды). Часть фракции насосом Н-6 (Н-6а) подается в качестве ост рого орошения в К-1, балансовое количество фракции н.к.-2000С откачивается с установки.

Обезвоженное дизельное топливо насосом Н-4 (Н-5а) откачивается в то варные резервуары дизельного топлива.

Комиссия по расследованию причин аварии установила следующие эта пы развития ситуации. Начальным пунктом в цепи событий явилось распоря жение диспетчера завода по увеличению загрузки сырьем блока по обезвожи ванию товарного дизельного топлива. Выполнение этого распоряжения повлек ло за собой снижение температуры вспышки целевого продукта, что потребо вало подъема температуры на выходе из нагревательной печи путём розжига дополнительных форсунок. Увеличение выхода продуктов в емкость Е-2 при вело к ее переполнению и попаданию продуктов в эжектор вакуумной системы и далее по линии дожига газов разложения в камеру сгорания печи. Горение продукта вызвало подъем температуры в змеевике, выкипание продукта и, как результат, подъем температуры в колонном аппарате. Старший оператор, не правильно оценив причины попадания и загорания нефтепродукта, начал дей ствовать в соответствии с «Планом ликвидации аварийных ситуаций» (ПЛАС) по позиции «прогар труб в печи».

Операторная Наружная этажерка Блок ХВО Блок тепло обменников Е- Взрыв Эжекторы К- 17 м.

Е- П- Рис.13. Схема расположения оборудования во время аварии Пожарные, производившие тушение пожара, при этом охлаждали водой колонный аппарат, температура в котором превышала 400 оС.

В заключении комиссии, расследовавшей причины аварии, не дана оцен ка истинных причин разгерметизации компенсатора.

В акте расследования аварии не сказано о возможности возникновения и развития аварийной ситуации в результате воздействия неравномерного темпе ратурного поля при одностороннем действии открытого огня и при тушении пожара. Этот фактор не учитывался при ликвидации аварийной ситуации, что привело к катастрофическому развитию аварии.

Моделирование аварийной ситуации, связанной с разрывом компенсато ра, проводилось с применением МКЭ.

Расчет велся по схеме, в рамках которой аппарат с опорной обечайкой заменялся цилиндрической оболочкой с реальными диаметром и высотой. Обо лочка закреплялась в соответствии с количеством анкерных болтов шарнирно.

В центре масс прикладывался вес аппарата, от которого создавался момент при отклонениях аппарата от вертикальной оси относительно крепежных элемен тов.

Для решения поставленной задачи были сделаны следующие допуще ния: вакуумная колонна была представлена в виде цилиндрической оболочки высотой Н=41,51 м, диаметром D=4,998 м и толщиной стенки 18 мм, трубопро вод диаметром 720 мм толщиной стенки = 9 мм, компенсатор диаметром 1000-720 мм длиной 0,4 м толщиной стенки = 4 мм.

Рис. 14. Модель расчета С помощью программного пакета «АNSYS» построена конечно элементная модель колонны (рис.15).

Рис. 15. Конечно-элементная модель колонны На основе этого элемента были реализованы и проанализированы раз личные процедуры дискретизации цилиндрической оболочки.

Кроме гравитационных нагрузок к колонне были приложены темпера турные нагрузки: температура t1, приложенная к основанию цилиндра и к по ловине стенки цилиндра, и температура t2, приложенная к противоположному основанию к другой половине стенки цилиндра к трубопроводу и компенсато ру.

Колонна была закреплена жестко по всем степеням свободы в 24 узлах (по числу крепежных элементов), равномерно распределенных по окружности основания цилиндра, находящегося в центре системы координат. Закрепление в узлах имитирует закрепление вакуумной колонны анкерными болтами к фун даменту.

Из-за разности температур t1 и t2 цилиндрическая оболочка деформиру ется, причем при расчетах напряженно-деформированного состояния закрепля ли температуру охлаждаемой части колонны и изменяли температуру горячей части, тем самым имитируя процесс охлаждения одной части колонны водой и распространение пожара на другой части аппарата.

По результатам расчета напряженно-деформированного состояния ци линдрической оболочки получено изменение эквивалентных напряжений в компенсаторе по окружности L (рис. 16).

Рис. 16. Результаты расчета изменения эквивалентных напряжений Как видно из последнего графика, при достижении температуры 110 оС в компенсаторе возникают пластические деформации, а при достижении 220 °С в зоне нагрева напряжения достигают предела прочности материала (температура зоны охлаждения 20-30°С).

Разрушение компенсатора по полученным данным происходит в зоне разрушения D (рис. 17).

Зона разрушения D Рис. 17. Зона разрушения D На рис. 18 показано реальное разрушение компенсатора в результате происшедшей аварии.

Рис. 18. Разрушенный компенсатор Таким образом, показано, что методика позволяет также анализировать конкретные случаи с установлением реальных причин возникновения тех или иных ситуаций.

Хорошо известно, что конструкционные материалы обладают низкими (в де сятки и сотни раз) значениями сопротивления разрушению по сравнению с теоретиче скими величинами. Известно, что причиной резкого несоответствия реального и теоретического сопротивления разрушению твердых тел может быть наличие в них малых дефектов (трещин). Эти дефекты возникают как следствие концентрации напряжений, достигающих в локальных объемах значений, соответствующих теорети ческой прочности. При проведении расчета предельного состояния предложено учитывать коэффициенты концентрации напряжений в анкерных болтах.

Предложена система орошения аппаратов, позволяющая при возникно вении пожара обеспечить равномерное его охлаждение по всему периметру.

В четвертой главе разработан алгоритм анализа причин разрушения аппаратов при возникновении и развитии аварийных ситуаций, связанных с возникновением пожаров и деформированием оболочки в неравномерном тем пературном поле и даны рекомендации по предупреждению возникновения по добных ситуаций.

На рис. 19 показан алгоритм анализа аварии, который позволяет выяс нить причины разрушения колонных аппаратов и их элементов и рекомендует ся для практического использования.

Автор и Назарова М.Н. провели исследования возникновения характер ных структур в изломах феррито-перлитных сталей, подвергнутых воздействию усталостных нагрузок и разрушенных в результате воздействия удара. Показа но, что разрушение при статическом нагружении образцов из феррито перлитной стали, подвергнутых испытанию по схемам «растяжение-сжатие» и «чистый изгиб», происходит по различным механизмам. При воздействии из гибных нагрузок наблюдаются при прочих равных условиях более интенсивная потеря пластичности и возрастание прочностных свойств, чем при деформи ровании по схеме «растяжение-сжатие». Эти результаты необходимо учитывать при расследовании аварий, приведших к разрушению конструкции с целью вы деления объективных причин разрушения.

Авария с разгерметизацией аппаратов Наличие пожара Нет Да Расследование по су- Наличие неравномерного ществующей схеме температурного поля при возникновении или туше нии пожара Нет Да Построение схемы расчёта Расследование по су объекта обследования ществующей схеме Установление граничных условий для проведения расчётов Построение конечно-элементной модели объекта обследования Определение границ воздействия темпера турного поля Приложение нагрузок и выполнение рас чёта НДС Определение параметров наступления пре дельного состояния объекта обследования Рис. 19. Алгоритм анализа последствий аварийных ситуаций Общие выводы 1. Проведён анализ 200 аварий в период с 1980 по 2003гг. на объектах нефтехимического комплекса России, и отмечено, что причинами являются как объективные факторы (значительная изношенность оборудования), так и субъ ективные (человеческий фактор). Количество происходящих аварий из года в год не уменьшается, и имеется устойчивая тенденция к увеличению суммы ущерба от их последствий.

В результате анализа выявлены однотипные случаи возникновения и раз вития аварийных ситуаций в результате воздействия неравномерного темпера турного поля при одностороннем действии открытого огня и (или) при тушении пожара. Этот фактор не учитывается при ликвидации аварийных ситуаций, при проведении технического расследования причин аварии и при разработке пла нов локализации и ликвидации аварийных ситуаций на объектах нефтегазовой отрасли.

2. Выявлено, что при неравномерном тушении пожара либо односторон нем действии огня колонный аппарат оказывается под воздействием неравно мерного температурного поля. Моделирование реальных аварийных ситуаций с помощью МКЭ позволило выявить возникновение изгибных напряжений, дос тигающих критической величины в крепежных деталях, в элементах обвязки, способных привести к падению аппарата, либо к нарушению обвязки и разгер метизации системы.

3. В процессе моделирования напряженно-деформированного состояния колонных аппаратов с различными геометрическими размерами, находящихся под воздействием неравномерного температурного поля, возникшего в резуль тате пожара, определены предельные состояния конструкций из сталей ВСт3сп, 09Г2С, 15Х5М и 12Х18Н10Т, предшествующие разрушению.

4. Определена последовательность разрушения крепежных элементов колонного аппарата при возникновении изгибных деформаций в результате не равномерного нагрева оболочки открытым пламенем и минимальное количест во целых крепежных элементов, обеспечивающих устойчивое вертикальное по ложение аппарата.

5. Предложено при расчете предельных состояний оборудования учи тывать коэффициенты концентрации напряжений в дефектах анкерных болтов.

6. Предложен алгоритм анализа последствий аварийных ситуаций для выяснения истинных причин разрушения конструкций.

Основные результаты опубликованы в следующих печатных рабо тах:

1. Назарова М.Н., Ягафаров Р.Р. Влияние структурных факторов на ме ханические свойства и развитие процессов разрушения ферритно-перлитных сталей //Мировое сообщество: проблемы и пути решения: Сб. науч. ст.-Уфа:

Изд-во УГНТУ, 2003.-№14.- С.77-84.

2. Кузеев И.Р., Валиуллин Х.Б., Чиркова А.Г., Кузеев М.И., Зарипов Р.А., Ягафаров Р.Р. Деформация колонного оборудования при пожаре //Прикладная механика механохимического разрушения.- 2004. – № 2.- С.15-20.

3. Ягафаров Р.Р., Габбасова А.Х. Энергетическая концепция обеспече ния долговечности технологических систем //Прикладная синергетика – П:

Сб. тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. - Уфа: УГНТУ, 2004. – С.153-155.

4. Ягафаров Р.Р., Валиуллин Х.Б., Габбасова А.Х., Кузеев М.И. Влияние температурного поля на разгерметизацию оборудования при пожаре //Мировое сообщество: проблемы и пути решения: Сб. науч. ст.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004.-№16.-С.113-119.



 




 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.