Методы и приборные средства безопасной транспортировки и хранения энергоносителей презентация

(по отраслям)

Соискатель учёной степени кандидата технических наук: Ли Шунь Минь Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Коршунов Геннадий Иванович

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения"

Санкт-Петербург , 2017

являются актуальной темой исследований, в том числе в области обеспечения безопасности данных процессов. Кроме этого актуальность темы исследований подчеркивается в программе энергетической стратегии России на период до 2030 года, в которой одной из основных принципов в сфере энергетической безопасности является обеспечение надежного функционирования и предсказуемого развития энергетической инфраструктуры (глава V «Государственная энергетическая политика»).
В связи с этим возникает необходимость разработки методов и средств безопасной транспортировки и хранения энергоносителей с целью уменьшения потерь энергоресурсов и обеспечения безопасности данных процессов.

применения автоматизированной производственно-технической системы и приборов.
2. На основе анализа рисков, исследования процессов транспортировки энергоносителей и их формализации разработать критерий и математическую модель надежности трубопроводных систем и компонентов в процессе транспортировки энергоносителей в условиях внезапной нагрузки давления;
3. Разработать методику оценки надежности трубопроводных систем и компонентов в процессе транспортировки энергоносителей в условиях внезапной нагрузки давления;
4. Разработать методику построения зоны опасности относительно заданного потенциально-опасного объекта для хранения энергоносителей для корректного применения сенсоров и приборов контроля.

учетом применения автоматизированной производственно-технической системы и приборов с элементами концепции «Индустрия 4.0».
2. Критерий и математическая модель надежности трубопроводных систем и компонентов в процессе транспортировки энергоносителей в условиях внезапной нагрузки давления.
3. Методика оценки надежности трубопроводных систем и компонентов в процессе транспортировки энергоносителей в условиях внезапной нагрузки давления для их корректного приборного мониторинга.
4. Методика построения зоны опасности относительно заданного потенциально-опасного объекта для хранения энергоносителей для корректного применением сенсоров и приборов контроля.
5. Методика и алгоритм оценки надежности шарового крана в быстроразъемном устройстве наливной системы танкера.

с учетом применения автоматизированной производственно-технической системы и приборов с элементами концепции «Индустрия 4.0».
2. Впервые разработаны критерий и математическая модель надежности трубопроводных систем и компонентов в процессе транспортировки энергоносителей в условиях внезапной нагрузки давления.
3. Разработана новая методика оценки надежности трубопроводных систем и компонентов в процессе транспортировки энергоносителей в условиях внезапной нагрузки давления для их корректного приборного мониторинга.
4. Разработана методика построения зоны опасности относительно заданного потенциально-опасного объекта для хранения энергоносителей для корректного применением сенсоров и приборов контроля.
5. Разработаны методика и алгоритм оценки надежности шарового крана в быстроразъемном устройстве наливной системы танкера.

рисков

2. Критерии и показатели надежности трубопроводных систем и компонентов в процессе транспортировки энергоносителей в условиях внезапной нагрузки давления

3. Разработка построения зоны опасности относительно заданного потенциально-опасного объекта для хранения энергоносителей

4. Оценка надежности компонента трубопроводной системы в процессе транспортировки энергоносителей

Анализ процессов транспортировки энергоносителей

Особенности транспортировки энергоносителей в условиях технических и экологических рисков

Модель управления рисками процесса транспортировки энергоносителей с учетом применения автоматизированной производственно-технической системы с элементами концепции «Индустрия 4.0»

Критерий надежности трубопроводных систем и компонентов в процессе транспортировки энергоносителей в условиях внезапной нагрузки давления

Определении частных зон опасного действия по каждому поражающему фактору

Минимально-допустимое удаление границы по термическому воздействию

Математическая модель построения зоны опасности относительно заданного потенциально-опасного объекта для хранения энергоносителей

Применение методики оценки надежности шарового крана в быстроразъемном устройстве наливной системы танкера

Алгоритм оценки надежности шарового крана в быстроразъемном устройстве наливной системы танкера

Результаты расчета показателя надежности и ожидаемой надёжность шарового крана в быстроразъемном устройстве наливной системы танкера

Определение зоны опасности относительно заданного объекта

Методика оценки надежности трубопроводных систем и компонентов в процессе транспортировки энергоносителей в условиях
внезапной нагрузки давления

Математическая модель надежности трубопроводных систем и компонентов в процессе транспортировки энергоносителей
в условиях внезапной нагрузки давления

функции:
– транспортировка энергоносителей с заданными режимами;
– учет энергоносителей на основании информации от измерительных систем в резервуарах и хранилищах;
– управление насосным оборудованием;
– управление и контроль запорной арматурой;
– мониторинг работы всех элементов системы управления;
– хранение информации об ошибках в работе системы управления;
– непрерывный контроль уровня температуры, давления, загазованности и других параметров.

системы и приборов с элементами концепции «Индустрия 4.0» (п.1 слайд 5)

Таблица 1 – Фрагмент результатов оценки рисков по методу FMEA

транспортировки энергоносителей в условиях внезапной нагрузки давления (п.2 слайд 5)

Надежность всей системы (Rs), будет зависеть от надежности ее компонентов и их влиянии на работу данной системы:
– надежность наливной подсистемы (Rt);
– надежность подсистемы забора/утилизации (Rz);
– надежность подсистемы наблюдения гидроотсека (Rn).

(1)

энергоносителей в условиях внезапной нагрузки давления (п.2 слайд 5)

r – прочность материалов;
σ – напряжение;
X – вектор случайной величины.

μg и σg – средняя величина и стандартное отклонение функции состояния

ф – стандартная нормальная функция распределения

r(t) – случайный процесс деградации прочности,
σ(Y，t）– случайный процесс нагрузки,
Y– вектор случайной величины, связанный с эффектом действия нагрузки.

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

Уравнение состояния для предельного состояния

(7)

(8)

в условиях внезапной нагрузки давления (п.3 слайд 5)

Пусть случайные величины X(X1,X2,…,Xn) подчиняются нормальному распределению N（μ，σ2), функция распределение:

Zn является максимальной величиной в случайных величинах X1，X2,…, Xn, поэтому максимальной величиной（X-μ）/σ является A=(Zn-μ)/σ, и функция распределения принимает вид

(9)

внешняя нагрузка является постоянной

(10)

нагрузка изменяется в зависимости от времени

(11)

(12)

(15)

пик нагрузки во времени разрушения;
n/N – отношение продолжительности;
c – показатель.

Методика оценки надежности трубопроводных систем и компонентов в процессе транспортировки энергоносителей в условиях внезапной нагрузки давления (п.3 слайд 5)

(23)

Рассмотрим пик нагрузки во время разрушения в период

Пусть σ(Smax) является максимальным эквивалентным эффектом, тогда

(24)

где ri – остаточная прочность трубопровода в t＝i.

При действии переменной случайной нагрузки функция трубопровода будет выражена как:

(25)

Применяя (25) в (7) и (8), можно получить динамический коэффициент надежности и соответствующую динамическую надежность.

угла в принятой системе координат объекта;
Rуд.в , Rтерм.(φ), Rхим(φ) , Rрад(φ) , Rмех  - минимально-допустимые для заданного полярного угла удаления границы опасных зон, по известным поражающим факторам, от центра рассматриваемого объекта.

Методика построения зоны опасности относительно заданного потенциально-опасного объекта для хранения энергоносителей(п.4 слайд 5)

Методика построения зоны опасности относительно заданного ПОО заключается в определении частных зон опасного действия по каждому поражающему фактору с последующим их объединением:

(27)

где – объединённая область точек, принадлежащих зоне опасности n-го ПОО;
– области точек, принадлежащих зонам опасного действия ударной волны, термического действия пожаров, токсического воздействия отравляющих химических и биологических веществ, радиационного воздействия радиоактивных веществ и механического действия осколков (элементов конструкций) при развитии ЧС на n-ом ПОО.

Из найденных значений минимально-допустимых удалений выбирается максимальное значение, с помощью которого определяется местоположение границы зоны опасности для заданного полярного угла системы координат объекта:

(28)

горении промышленных объектов и зданий имеет вид:

  - удаление от центра ПОО границы опасной зоны по критической степени поражения персонала и транспортных средств при горении промышленных объектов и строений;
R* - приведенный размер очага горения;
l- длина объекта горения;
h - высота объекта горения;
Dрез.- диаметр резервуара для хранения газообразных и жидких углеводородных горючих веществ;

Методика построения зоны опасности относительно заданного потенциально-опасного объекта для хранения энергоносителей (п.4 слайд 5)

(30)

(31)

системы танкера (п.5 слайд 5)

Исходные данные для апробации методики и алгоритма оценки надежности шарового крана в быстроразъемном устройстве (БРУ) наливной системы танкера:
– диаметр трубы D = 485 мм;
– начальная твердость материалов r0=（686.9，35.8）MPa;
–количество циклов работы N≥4000;
– время работы 1000 ч.

1 — кран шаровый; D — диаметр трубы

Напряжение кручения для круглого и трубчатого сечения

где Т- момент кручения,
D-диаметр сечения,
d-внутренний диаметр трубчатого сечения (для круглого сечения d=0).

(34)

показателя надежности и ожидаемой надёжность без учета изменения твердости относительно времени, получены значения β=3.0865 и R=0.998998.

С учётом зависимости твёрдости и нагрузки от времени, в первом случае, когда внешняя нагрузка является постоянной нагрузкой и подчиняется определенному распределению, β=1.86248，R=0.967986. Во втором случае, когда нагрузка изменяется в зависимости от времени, и не подчиняется распределению, β=1.68625，R=0.984629.

Методика и алгоритм оценки надежности шарового крана в быстроразъемном устройстве наливной системы танкера (п.5 слайд 5)

(35)

Уравнение состояния:

с учетом применения автоматизированной производственно-технической системы и приборов с элементами концепции «Индустрия 4.0».
2. На основе анализа процессов транспортировки энергоносителей определен критерий и разработана математическая модель надежности трубопроводных систем и компонентов в процессе транспортировки энергоносителей в условиях внезапной нагрузки давления. Представлены оценки критерия надежности и динамической надежности. Описаны отношения прочности, нагрузки, надежности компонентов с изменением времени для поддержки принятия решений.
3. Исходя из тенденции постоянного совершенствования систем транспортировки энергоносителей рассмотрены вопросы обеспечения надежности всей производственно-технической системы транспортировки, и наливной подсистемы в частности, выбора сенсоров и приборов контроля. Разработана методика оценки надежности трубопроводных систем и компонентов в процессе транспортировки энергоносителей в условиях внезапной нагрузки давления для обеспечения их мониторинга с помощью приборов контроля.
4. Разработана методика построения зоны опасности относительно заданного потенциально-опасного объекта, с целью обеспечения безопасности персонала и материально-технической базы на промышленных объектах, используемых для хранения энергоносителей.
Рассмотрены и формализованы основные поражающие факторы, учитываемые при построении зон опасности и выборе приборов на промышленных объектах. Приведены расчеты минимально-допустимого удаления границы по термическому воздействию для различных видов пожара (разлития, типа «огненного шара», горение зданий и промышленных объектов).
5. На основе разработанной математической модели была апробирована методика оценки надежности трубопроводных систем и компонентов в условиях внезапной нагрузки давления.
Выполненная модернизация наливной подсистемы позволила повысить надежность как самой наливной подсистемы, так и всей производственно-технической системы транспортирования. В связи с этим были получены следующие результаты:
- повышение надежности наливной системы на 11%;
- повышение надежности всей системы на 9%;
6. Результаты диссертационной работы использованы в деятельности компании «Shanghai Xi Sheng Industrial Co. Ltd.» (Китай) и ООО «Российские мониторинговые системы», что подтверждается актами внедрения.

1. Коршунов, Г.И. Сокращение времени производственного цикла морской транспортировки нефти на основе внедрения методов менеджмента и технологических инноваций / Г.И.Коршунов, Ли Шунь Минь // Информационно-управляющие системы. №5(66), СПб.: ГУАП, 2013., с.86-92.
2. Коршунов, Г.И. Система управления и отображения информации для обеспечения безопасной перегрузки жидких углеводородов при морской транспортировке / Г.И.Коршунов, Ли Шунь Минь // Вопросы радиоэлектроники, Серия СОИУ, Выпуск 1, Изд-во: Электроника, Москва, 2015, с.94-104.
3. Коршунов, Г.И. Надежность трубопроводных систем для объектов повышенной опасности в условиях динамических нагрузок / Г.И.Коршунов, Ли Шунь Минь // Вопросы радиоэлектроники, Выпуск 6, Изд-во: Электроника, Москва, 2016, с.14-18.
4. G I Korshunov, S L Polyakov, Li Shunmin Assurance of reliability and safety in liquid hydrocarbons marine transportation and storing. IOP: Earth and Environmental Science (SCOPUS). 2017.
5. Коршунов, Г.И. Обеспечение безопасности процесса хранения углеводородных горючих веществ на промышленных объектах / Г.И.Коршунов, Ли Шунь Минь, С.Л. Поляков // Вопросы радиоэлектроники, Выпуск 5, Изд-во: Электроника, Москва, 2017, с.20-24.

Научные работы в других изданиях:
6. Коршунов, Г.И. Организация эффективного контрактного производства на основе технологических инноваций / Г.И. Коршунов, Ли Шунь Минь, С.Л. Поляков // Научная сессия ГУАП: cб. докл.: В 3 ч. Ч. I. Технические науки / СПб.: ГУАП, 2012. - 246с., с.166-168.
7. Коршунов, Г.И. Модели, методы и технологические инновации для организации морской транспортировки нефти / Г.И. Коршунов, Ли Шунь Минь // Научная сессия ГУАП: cб. докл.: В 3 ч. / СПб.: ГУАП, 2013.