12.1. Методология оценки остаточного ресурса

Наряду с установлением технического состояния оборудования второй важнейшей задачей диагностики является определение (про­гнозирование) остаточного ресурса. Принципиальные положения методологии определения остаточного ресурса изложены в РД 09-102-95 «Методические указания по определению остаточного ресур­са потенциально опасных объектов, подконтрольных Госгортехнадзору России».

В качестве базовой концепции предлагается подход, основанный на принципе безопасной эксплуатации по техническому состоянию, согласно которому оценка технического состояния объекта осущест­вляется по параметрам технического состояния, обеспечивающим его надежную и безопасную эксплуатацию, а остаточный ресурс ус­танавливается по определяющим параметрам технического состоя­ния. В качестве определяющих параметров технического состояния принимаются параметры, изменение которых (в отдельности или в некоторой совокупности) может привести объект в неработоспособ­ное или предельное состояние.

В общем случае математическое ожидание остаточного ресурса по времени t определяется двумя составляющими: регулярной у(t) и случайной z(t)

Регулярная составляющая у(t) отражает детерминированную ос­нову процесса и является преобладающей. Для описания регулярной составляющей в зависимости от вида определяющих параметров принимаются различные аппроксимирующие функции: линейная, степенная, экспоненциальная и др. Случайная составляющая z(t) обусловливает дисперсию математического ожидания Т(t) и опреде­ляется статистическими вероятностными законами распределения параметров, влияющих на величину Т. В большинстве случаев опре­деление z(t) представляет значительные трудности.

В тех случаях, когда определяющие параметры удается оценить в детерминированных значениях (однозначно), гарантированный оста­точный ресурс определяется по минимальным (либо максимальным) значениям установленных при диагностировании оборудования пара­метров. Для крупных объектов, когда оценку технического состояния обычно осуществляют по результатам выборочного контроля парамет­ров, имеющих некоторый естественный разброс, при прогнозирова­нии остаточного ресурса используют вероятностные показатели.

Основным показателем остаточного ресурса, прогнозируемого по результатам выборочного контроля, является гамма-процентный ресурс, задаваемый двумя численными значениями: наработкой и выраженной в процентах вероятностью того, что в течение этой на­работки предельное состояние не будет достигнуто. Важным показа­телем является также средний ресурс, представляющий собой наибо­лее вероятное (ожидаемое) значение ресурса объекта, по которому можно планировать затраты на ремонт или замену.

Гамма-процентный ресурс определяет минимальное значение ре­сурса, которое способен отработать объект при обеспечении норма­тивных запасов прочности с доверительной вероятностью у, доста­точно близкой к единице. При этом остается некоторая вероятность (1 - у) выхода контролируемых параметров за пределы нормативных значений. Выбор вероятности должен осуществляться в зависимости от назначения и степени ответственности объекта (для ответствен­ных у = 90...95 %). Если переход в предельное состояние (ресурсный отказ) связан с опасностью для жизни и здоровья людей или тяже­лыми экологическими последствиями (при отсутствии непрерывного контроля за техническим состоянием), то устанавливают так назы­ваемый назначенный ресурс, который принимается заведомо мень­ше расчетного ресурса. Кроме того, по РД 09-102-95 ресурс считает­ся назначенным, если при установлении остаточного ресурса не оп­ределялась его вероятность.

На основании данных по оценке технического состояния и оста­точного ресурса специализированной организацией, проводившей техническое диагностирование и оценку остаточного ресурса объек­та, принимается решение о его дальнейшей судьбе: продолжение эксплуатации при паспортных параметрах после выполнения необ­ходимого ремонта; дальнейшая эксплуатация на пониженных рабо­чих параметрах; прекращение эксплуатации объекта и его списание. Для оценки (прогнозирования) остаточного ресурса могут быть использованы следующие основные методы:

• математическое моделирование деградационных процессов и на этой основе расчет предполагаемого ресурса до достижения опре­деляющими параметрами их предельного значения;

• графическая или аналитическая экстраполяция трендов опре­деляющих параметров при наличии сведений об их величине за пре­дыдущий период (трендом параметров называют тенденцию их изме­нения, а графическое или аналитическое продолжение тренда в бу­дущее время - экстраполяцией);

• анализ статистических данных об отказах и ресурсах аналогич­ ных объектов, эксплуатируемых в тех же или похожих условиях.

При наличии большого числа наблюдений последний метод по­зволяет определить гамма-процентный ресурс по кривой распределе­ния ресурсного показателя и является наименее трудоемким.

В экстраполяционных методах на базе трендирования, нашедших наибольшее распространение, ожидаемый ресурс объекта устанавливается достижением определяющими параметрами предельной вели­чины. Оценка вероятности исчерпания остаточного ресурса при этом возможна, но, как правило, представляет большие трудности и производится только тогда, когда известен закон распределения оп­ределяющего параметра.

Применение экстраполяционных методов позволяет эффективно прогнозировать остаточный ресурс, если контроль параметров тех­нического состояния объекта осуществлялся в течение длительного времени. Эти методы с использованием результатов вибродиагности­ки являются основными для роторных машин, в первую очередь для ГПА большой единичной мощности, компрессоров и др. Прогнози­руемая величина остаточного ресурса при этом определяется с уче­том доверительных границ, обусловленных погрешностями методи­ки измерений (см, например, РД 153-39.4Р-124-02).

Критерии перехода оборудования в предельное состояние опре­деляются типом оборудования и условиями его эксплуатации. Так, для оборудования, работающего при повышенных температурах, ос­новным критерием работоспособности является длительная проч­ность. Параметром, определяющим остаточный ресурс оборудова­ния, при этом является степень структурных повреждений материа­ла, определяемая в результате металлографических исследований. Дня сосудов, аппаратов и трубопроводов нефтегазовой промышлен­ности основными критериями перехода в предельное состояние яв­ляются: статическая или циклическая прочность; устойчивость несу­щих металлоконструкций; нарушение герметичности.

Определяющими параметрами в зависимости от критерия пре­дельного состояния и доминирующего механизма повреждения яв­ляются: глубина и площадь поверхностного разрушения (износа, эрозии, поверхностной или язвенной коррозии); напряженное со­стояние материала и его механические характеристики; состояние изоляции; величина переходного сопротивления изоляции; величина и характер прилагаемых нагрузок и др. Разработанные в настоящее время методики оценки остаточного ресурса по различным опреде­ляющим параметрам приведены в специальной технической литера­туре и нормативно-технических документах. Расчетное значение остаточного ресурса используют не только для назначения срока службы оборудования до перехода его в неработоспособное или пре­дельное состояние, но и для установления последующей периодич­ности технического диагностирования и разработки компенсирую­щих мероприятий с целью снижения скорости развития доминирую­щих механизмов повреждений в процессе дальнейшей эксплуатации.

Вместе с тем следует отметить, что в настоящее время из-за не­достаточности научных данных остаточный ресурс не может быть определен с требуемой достоверностью в целом ряде случаев: напри­мер, при развитии коррозийного растрескивания под напряжением, зернограничного и водородного охрупчивания и т. п. Наиболее часто применяемые методики оценки остаточного ресурса рассмотрены ниже.