По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 660.21

Исследование и анализ кинетических закономерностей износа внутренних поверхностей оборудования в условиях интенсивной коррозии с применением разных рабочих сред

Гадалов В. Н. д-р техн. наук, профессор, Юго-Западный государственный университет, Курск
Губанов О. М. канд. техн. наук, руководитель проектов по разработке новых видов продукции, НЛМК ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат», Липецк
Алымов Д. С. аспирант, Юго-Западный государственный университет, Курск
Рощупкин В. М. канд. техн. наук, доцент, Воронежский государственный университет, Воронеж

Рассмотрены причины отказов технологического оборудования из конструкционных сталей при длительной эксплуатации в различных средах и областях применения. Приведены исследования интенсивности износа отказов оборудования через скорость повреждающих процессов. Моделирование процессов износа стального оборудования, его отказов осуществлялось с использованием регрессионного и корреляционного анализов. Представлены результаты диагностирования в соответствии с теоретическими положениями статистического анализа, эксперимента в виде полиноминальных кинетических моделей износа. Также приведены результаты сопоставления экспериментальных и теоретических данных по скорости износа для различных типов оборудования. Показаны результаты нормального распределения экспериментальных значений степени износа для различных типов оборудования, подтверждающегося общей равномерной коррозии. Технологическое оборудование является весьма индивидуальным в кинетическом аспекте повреждающих процессов. Скорость износа различна как для отдельных аппаратов, так и для их элементов, следовательно, различно и их техническое состояние — степень износа. Применение разработанных кинетических моделей износа при анализе потенциальной опасности оборудования может способствовать получению адекватных оценок риска, а также разработке мероприятий по снижению интенсивности отказов и реализации мер по повышению износоустойчивости технического оборудования.

Литература:

1. Гилмор, Р. Прикладная теория катастроф: в 2х т. / Р. Гилмор // М.: Мир, 1984. Т. 1. — 350 с.; Т. 2. — 285 с.

2. Хенли, Э.Дж. Надежность системе и оценка риска. / Э.Дж. Хенли, Х. Кумамото. Под ред. В.С. Сыромятникова // М.: Машиностроение, 1984. — 528 с., 2010. — 184с.

3. Гребенник, В.М. Надежность металлургического оборудования (оценка эксплуатационной надёжности и долговечности). Справочник / В.М. Гребенник, В.К. Цапко // М.: Металлургия, 1989. — 592 с.

4. Королёв, В.П. Теоретические основы инженерных расчетов стальных конструкций на коррозионную стойкость и долговечность / В.П. Королёв // Научные труды ДГАСА. Вып. 1. 1995. — 108 с.

5. Костиков, В.А. Надежность технологических систем и техногенные риски: учебное пособие / В.А. Костиков, М.: Изд-во МГТУ гражданской авиации, 2008. — 136 с.

6. Сосновский, Л. Концепция поврежденности материалов / Л. Сосновский, С. Щербаков // Вестник ТНТУ, 2011. Ч. 1. — С. 14–23.

7. Алимов, С.В. Оценка технического состояния о определение сроков безопасности трубопроводов / С.В. Алимов, Б.Н. Антипов, А.В. Захаров и др. // Газовая промышленность, 2009. №1. — С. 6–61.

8. Гадалов, В.Н. Оптимизация технического обслуживания оборудования и снижение технологического риска / В.Н. Гадалов, О.Н. Болдырева // Технология машиностроения, 2011. №1. — С. 39–41.

9. Гадалов, В.Н. Повышение эксплуатационной надежности и качества тяжелонагруженных деталей / В.Н. Гадалов, С.В. Сафонов, Ю.В. Скрипкина // Вестник Воронежского государственного университета, 2012. Т. 9. №6–2. — С. 121–123.

10. Белецкая, С.Ю. Преобразование оптимизационных моделей при проектировании производственных систем / С.Ю. Белецкая, В.Н. Гадалов, Н.В. Боковая // Труды ГОСНИТИ, 2013. Т. 112. Ч. 1. — С. 145–150.

11. Гвоздев, А.Е. Универсальный программный комплекс прогнозирования экстремальных эффектов в металлических, композиционных и нанокристаллических материалах / А.Е. Гвоздев, В.Н. Гадалов, А.С. Пустовгар // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013661397. Заявка № 2013617968. Регистрация 06.12.2013. М.: Реестр программ для ЭВМ 2013 г.

12. Болдырева, О.Н. Оценка остаточного ресурса металлоконструкций / О.Н. Болдырева, А.В. Звягинцева, В.Н. Гадалов // «Материалы и упрочняющие технологии — 2014». Под ред. В.Н. Гадалова. Курск: ЮЗГУ, 2014. — С. 244–250.

13. Гадалов, В.Н. Применение, оптимизация процесса электроакустического нанесения покрытия для повышения эксплуатационных свойств композита из жаропрочных сплавов на никелевой основе, их структура и микронометрия / В.Н. Гадалов, А.С. Романенко, А.В. Абакумов, А.Ю. Розин // Современные проблемы машиностроения. Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2014. — С. 204–209.

14. Гадалов, В.Н. К оценке характеристик жаропрочности на основе метода многофакторного планирования эксперимента / В.Н. Гадалов, С.В. Ковалев, Ю.В. Скрипкина // Междисциплинарные подходы в материаловедении и технологии. Теория и практика. Белгород: Издательство БГТУ, 2015. — С. 72–75.

15. Ворначева, И.В. Выборы критериев оптимизации для материалов коррозионностойкой наплавкой и технологических методов получения многофункциональных покрытий / И.В. Ворначева, И.А. Макарова, В.Н. Гадалов // Актуальные проблемы технических наук в России и за рубежом. Сборник статей. НПК (10.09.2016 г. Казань). Уфа: НИЦ Аэтерна, 2016. — С. 16–17.

16. Gadalov, V.N. Decrease in technological risk by optimization of maintenance of the equipment of objects of oil and gaz complex / V.N. Gadalov, D.N. Romanenko, O.N. Boldyreva // Chemical and Petrobum Engineering Springer, 2017. №9. — P. 35–37.

17. Гадалов, В.Н. Прогнозирование надежности металлоконструкции методами статистического моделирования / В.Н. Гадалов, И.В. Ворначева, А.В. Филонович, Д.С. Алымов // Научная жизнь, 2019. Т. 14. №4 (92). — С. 457–462.

18. Гадалов, В.Н. Методология разработки комбинированного технологического процесса основанная на модификации свойств и изменении параметров поверхностного слоя / В.Н. Гадалов, Е.А. Филатов, А.В. Филонович // Главный механик. М.: Панорама, 2020. №8 (204). — С. 24–32.

19. Гадалов, В.Н. Структурные закономерности изменения акустических характеристик и разработка акустического критерия предельного состояния металлических сплавов / В.Н. Гадалов, С.В. Сафонов, О.Н. Болдырева [и др.] // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2020. №12. — С. 361–368.

20. Гадалов, В.Н. Закономерности формирования структуры частиц порошковых композиций на основе алюминия, получаемых механическим реакционным легированием [Текст] / В.Н. Гадалов, А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков [и др.] // Материаловедение, 2019. — С. 24–29.

21. Гадалов, В.Н. Нанотехнологии: материалы; покрытия; трубки и частицы. Структура фазовый состав и физико-механические свойства [Текст] / В.Н. Гадалов, Е.А. Филатов, О.М. Губанов // LAPLAMBERT. Academic Publishing, 2020. — 253 p.

22. Гадалов, В.Н. Исследование и анализ процессов протекающих при абразивном изнашивании материалов гетерогенными цементитосодержащими структурами / В.Н. Гадалов, В.Р. Петренко, Ю.В. Скрипкина, О.М. Губанов, А.Е. Гвоздев // Главный механик. М.: Панорама, 2020. № 12 (208). — С. 67–79.

23. Соколов, Г.А. Введение в регрессионный анализ и планирование регрессионных экспериментов в экономике / Г.А. Соколов, Р.В. Сагитов // М.: Инфра-М, 2016. — 352 с.

24. Дрейпер, Н. Прикладной регрессионный анализ / Н. Дрейпер, М.: Вильямс И.Д., 2019. — 912 с.

25. Новик, Ф.С. Оптимизация процессов технологии металлов методом планирования экспериментов / Ф.С. Новик, Я.Б. Арсов // М.: Машиностроение, 1980. — 232 с.

26. Соболь, И.М. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями / И.М. Соболь, Р.Б. Статникова // М.: Наука, 1981. — 252 с.

27. Ахназарова, С.Л. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии / С.Л. Ахназаров, В.В. Кафаров // 2‑ое изд. М.: Высшая школа, 1985. — 327 с.

28. Грановский, В.А. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях / В.А. Грановский, Т.Н. Сирая // Л.: Энергоатомиздат, 1990. — 288 с.

29. Гадалов, В.Н. Оптимизация технологии электроакустического способа нанесения покрытий из жаропрочных никелевых сплавов путем математического моделирования / В.Н. Гадалов, В.И. Серебровский, М.В. Поздняков // Распознавание — 2001. Курск: КГТУ. Ч. 2. — С. 352–354.

30. Ворначева, И.В. Вопросы оптимизации технологического процесса нанесения экологических электроакустических покрытий, их структура и свойства / И.В. Ворначева, В.Н. Гадалов, И.А. Макарова, Д.С. Алымов // Молодёжь и XXI век — 2017. Курск: Издательство «Университетская книга», 2017. Т. 3. — С. 78–82.

31. Гадалов, В.Н. Оптимизация электроакустического нанесения покрытий для повышения эксплуатационных свойств композитов из жаропрочных сплавов на основе никеля / В.Н. Гадалов, С.Г. Емельянов, С.В. Сафонов [и др.] // Вестник машиностроения, 2017. №6. — С. 7–9.

32. Гадалов, В.Н. Перспективные процессы химико-термической обработки конструкционных сталей / В. Н, Гадалов, И.А. Макарова, А.Е. Гвоздев [и др.] // Известия ТулГУ. Технические науки, 2018. Вып. 12. — С. 567–575.

33. Гадалов, В.Н. Применение основ термодинамики при разработке неразрушающего метода измерения предела выносливости сталей / В.Н. Гадалов, И.В. Ворначева, И.А. Макарова [и др.] // Ремонт. Восстановление. Модернизация, 2018. №1. — С. 37–40.

34. Гадалов, В.Н. Наноструктурирование поверхности стали при электроискровой обработке новыми электродными материалами на основе карбида вольфрама / В.Н. Гадалов, С.Г. Емельянов, И.А. Макарова [и др.] // Вестник машиностроения, 2018. №5. — С. 52–57.

35. Гадалов, В.Н. Пути повышения работоспособности оснастки и инструмента штампового оборудования / В.Н. Гадалов, С.Г. Емельянов, И.В. Ворначева, Е.А. Филатов // Вестник машиностроения, 2018. №7. — С. 63–65.

36. Гадалов, В.Н. Использование метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) для получения MAXфазы типа карбоборида титана / В.Н. Гадалов, О.К. Лепакова, Е.А. Филатов [и др.] // Упрочняющие технологии и покрытия, 2018. Том 14. №7 (164). — С. 322–324.

37. Гадалов, В.Н. Исследование и разработка методов повышения надежности и работоспособности деталей ЦПГ дизелей многофункциональными покрытиями / В.Н. Гадалов, А.В. Филонович, И.А. Макарова [и др.] / Автомобильная промышленность, 2018. №6. — С. 27–30.

38. Гадалов, В.Н. Исследование фазовых превращений в быстро закристаллизованных порошках титановых сплавов / В.Н. Гадалов, И.А. Макарова, Д.С. Алымов, А.Е. Гвоздев // Известия ТулГУ. Технические науки, 2019. №3. — С. 569–578.

39. Гадалов, В.Н. Модернизация процесса технологии электроискрового легирования / В.Н. Гадалов, И.В. Ворначева, И. А, Макарова [и др.] // Ремонт. Восстановление. Модернизация, 2019. №5. — С. 41–48.

40. Гадалов, В.Н. Изучение порошковых титановых сплавов, полученных электроэрозионным диспергированием отходов металлообработки [Текст] / В.Н. Гадалов, Д.С. Алымов, И.А. Макарова, Е.А. Ельников // Упрочняющие технологии и покрытия, 2019. Т. 5 (173). — С. 201–204.

41. Гадалов, В.Н. Исследование и анализ рельсовой стали в процессе её эксплуатации / В.Н. Гадалов, И.В. Ворначева, Д.С. Алымов, И.А. Макарова // Ремонт. Восстановление. Модернизация, 2019. №7. — С. 24–29.

42. Гадалов, В.Н. Металлография металлов, порошковых материалов и покрытий, полученных электроискровыми способами. Монография. / В.Н. Гадалов, В.Г. Сальников, Е.В. Агеев, Д.Н. Романенко // М.: ИНФРА-М. 2020. 4‑ое изд., — 468 с. — (Научная мысль).

43. Гадалов, В.Н. Исследование структуры, фазового состава, физико-механических свойств, а также оптимизация процессов термической обработки литейного жаропрочного никелевого сплава Н67МВТЮ (ЭП 202) методом математического моделирования / В.Н. Гадалов, В.Р. Петренко, Е.А. Филатов [и др.] // Справочник. Инженерный журнал с приложением, 2021. №2 (287). — С. 3–10.

44. Гадалов, В.Н. Применение поляризационно-оптического метода для оценки напряжений в неоднородных моделях наплавленных комбинированных покрытий / В.Н. Гадалов, Ю.В. Скрипкина, И.А. Макарова, О.М. Губанов // Сварка и диаагностика, 2021. №2. — С. 25–29.

45. Гадалов, В.Н. Многофункциональные герметики на основе жидких каучуков с повышенными физико-механическими свойствами [Текст] / В.Н. Гадалов, Ю.В. Скрипкина, В.Р. Петренко, О.М. Губанов, И.А. Макарова // Главный механик. М.: Панорама, 2021. №1 (209). — С. 32–37.

46. Гадалов, В.Н. Изучение отливок из модифицированного жаропрочного сплава ЖСЗДК, их структур, фазовый состав и физико-механические свойства / В.Н. Гадалов, В.Р. Петренко, И.В. Ворначева [и др.] // Упрочняющие технологии и покрытия, 2021. Том 17. №3 (195). — С. 122–131.

47. Гадалов, В.Н. Металловедение сварки с лабораторным практикумом по технологии конструкционных материалов (ТКМ) специальными методами сварки и пайки, контролю качества сварных соединений. Учебное пособие / В.Н. Гадалов, В.Р. Петенко, С.В. Сафонов, О.М. Губанов, Ю.В. Скрипкина // М.: АРГМАКМЕДИА, 2021. — 400 с.

48. Гадалов, В.Н. Разработка технологии производства и термической обработки порошкового титанового сплава Ti6,1Al5,4V1,8Sn. Структура, фазовый состав, свойства / В.Н. Гадалов, О.М. Губанов, Д.С. Алымов [и др.] // Заготовительные производства в машиностроении, 2021. №6. — С. 13–20.

49. Гадалов, В.Н. Нано: технологии; материалы; трубки; и частицы. Применение в машиностроении, медицине и других отраслях техники: монография / В. Н, Гадалов, В.Р. Петренко, О. М, Губанов, С.В. Сафонов // М.: АРГАМАК-МЕДИА, 2021. — 216 с.

50. Гадалов, В.Н. Материаловедение и металловедение сварки [Текст] / В.Н. Гадалов, В.Р. Петренко, С.В. Сафонов, Е.А. Филатов, А.В. Филонович // Учебник для вузов. Москва; Вологда: Инфра-Инженерия, 2021. — 308 с.

Одной из причин отказов технологического оборудования при длительной эксплуатации является накопление предельных уровней повреждений. Значительная доля повреждений оборудования связаны с протеканием в них эрозионно-коррозионных процессов или изнашивания [1–22].

Интенсивность износовых отказов оборудования λδ связана через скорость повреждающих процессов [1–7]:

в этом уравнении

где τ время эксплуатации оборудования, лет; [δ] — степень износа оборудования, [δ] = 1; δ — текущее значение степени износа, доли ед.; Sδ; Sa — статистические оценки среднеквадратичных отклонений соответственно степени и скорости износа; a — относительная скорость износа, доли ед/ год [2, 3, 5].

Уравнение (1) и (2) отражают монотонное увеличение интенсивности отказов невосстанавливаемого оборудования при нормальном законе распределения в случае накопления эрозионно-коррозионных повреждений, обуславливающих общий износ оборудования с постоянной скоростью.

Получаемые расчеты по этим уравнениям значения λδ (при известных скоростных характеристиках процесса износа) могут быть использованы в частном анализе риска методом «деревьев отказов».

Условие реализации рассматриваемого подхода к определению интенсивности отказов по износу технологического оборудования — наличие информации о скорости протекания повреждающих процессов.

Экспериментальным материалом для разработки кинетических моделей служила информация об износе оборудования, диагностируемого на временных этапах его эксплуатации, близких или соответствующих проектному ресурсу.

При изучении кинетики вместо относительной скорости износа а в уравнении (2) с размерностью доли ед/год использовалась абсолютная скорость

с размерностью мм/год.

Моделирование кинетики износа осуществлялось с использованием методов регрессионного и корреляционного анализа [23–24].

Предварительно результаты диагностирования обрабатывали в соответствии с теоретическими положениями статистического анализа и оптимизации процессов технологии методами планирования экспериментов [25–31]. При этом на основании применения новых технологий, их оптимизации, некоторые наблюдения и расчёты практически сводились к нулю [32–51].

Для Цитирования:
Гадалов В. Н., Губанов О. М., Алымов Д. С., Рощупкин В. М., Исследование и анализ кинетических закономерностей износа внутренних поверхностей оборудования в условиях интенсивной коррозии с применением разных рабочих сред. Современные методы технической диагностики и неразрушающего контроля деталей и узлов. 2022;2.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: