Επιθεώρηση και συντήρηση βιομηχανικού εξοπλισμού με γνώμονα την επικινδυνότητα των διεργασιών
Authors: Δευτεραίος Νικόλαος 
Published: February 2022

H παρούσα εργασία εκπονήθηκε από τον κ. Νικόλαο Κ. Δευτεραίο, Υποψήφιο Διδάκτορα της Σχολής Χημικών Μηχανικών Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, του Τομέα Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων, υπό την επίβλεψη του Ινστιτούτου Πυρηνικών και Ακτινολογικών Επιστημών & Τεχνολογίας, Ενέργειας & Ασφάλειας του Εθνικού Κέντρου Έρευνας Φυσικών Επιστημών «Δημόκριτος»Οι πρόσφατες μελέτες έχουν εξετάσει ενδελεχώς τις επιδράσεις των συμβάντων έκρηξης εγκαταστάσεων που συσχετίζονται με την παραγωγή, και διαχείριση υδρογόνου, επιβεβαιώνοντας τα καταστροφικά σενάρια απώλειας τόσο για τον άνθρωπο, το περιβάλλον, όσο και για και τα περιουσιακά στοιχεία, καθώς και την τυχόν μεσο-μακροπρόθεσμη επιχειρησιακή διακοπή των εγκαταστάσεων αυτών. Τις τελευταίες δεκαετίες η παραγωγή του υδρογόνου έχει αξιοποιηθεί κατά μεγάλο βαθμό, καθώς αποτελεί πλέον μια από τις βασικές διεργασίες στα διυλιστήρια, όπου το παραγόμενο υδρογόνο χρησιμοποιείται σε περαιτέρω στάδια της διύλισης, με σκοπό την αριστοποίηση παραγωγής κλασμάτων πετρελαίου, τόσο ποσοτικά όσο και ποιοτικά.Η παραγωγή υδρογόνου από ελαφρά κλάσματα υδρογονανθράκων (όπως για παράδειγμα το φυσικό αέριο ή μείγμα νάφθας ή υγραερίου, η ακόμα και μεθανόλης) με την εφαρμογή την αναμόρφωση ατμού, αποτελεί μια κοινή τεχνική, όπου οι πλέον σύγχρονες τεχνολογίες υιοθετούν βελτιωμένες μεταλλουργίες στην κατασκευή των μονάδων αυτών, έτσι ώστε να ελαχιστοποιείται η πιθανότητα πρόκλησης αστοχίας υλικού με επακόλουθη την έκρηξη, καθώς επίσης και να μειώνεται, όσο πρακτικά είναι δυνατόν, το κόστος συντήρησης λόγω υποβάθμισης των εγκαταστάσεων εξαιτίας του φαινομένου της διάβρωσης. Ωστόσο, ο ρυθμός διάβρωσης εξακολουθεί να είναι αρκετά μεγάλος σε συγκεκριμένες περιοχές σωληνώσεων, καθώς επίσης και σε τομείς εξοπλισμού αυτών των μονάδων.Σκοπός της διδακτορικής διατριβής είναι να αναπτύξει και να προτείνει μια καινοτόμα μεθοδολογία, η οποία είναι βασισμένη στην ανάπτυξη ημιποσοτικής μοντελοποίησης των ελέγχων και της συντήρησης μέσω της ανάλυσης επικινδυνότητας, υιοθετώντας μια οικογένεια μοντέλων πρόβλεψης γραμμικής παλινδρόμησης που απεικονίζουν τον ετήσιο ρυθμό διάβρωσης ανά βρόχο υπό διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας (για παράδειγμα θερμοκρασία, πίεση, και ταχύτητα ρευστού), το είδος μεταλλουργίας, καθώς και τις επικρατούσες φυσικοχημικές μεταβλητές καθώς και τις ιδιαιτερότητες των στοιχείων του εξοπλισμού. Η μεθοδολογία αυτή βασίζεται στην συλλογή και εξέταση των μετρήσεων πάχους μεταλλικών τοιχωμάτων σωληνώσεων με την εφαρμογή της μεθοδολογίας υπερήχων (ultrasound - UT), και στην μετέπειτα εξέταση της πιθανής ποσοτικής συσχέτισης του συνολικού αποτελέσματος της διάβρωσης με τις φυσικοχημικές και λοιπές ιδιότητες που επικρατούν ανά βρόχο της εξεταζόμενης εγκατάστασης.Η εγκατάσταση από την οποία προέκυψαν τα δεδομένα παχυμετρήσεων αποτελεί μέρος ενός Ελληνικού διυλιστηρίου, η οποία λειτουργεί περίπου 13έτη, καθώς το παραγόμενο υδρογόνο χρησιμοποιείται κυρίως σε διάφορες διεργασίες όπως η υδρογονο-αποθείωση του πετρελαίου (ντίζελ), η υδρογονο-πυρόλυση, ο υδρογονο-ισομερισμός, και η υδρογονο-αλκυλίωση. Οι παχυμετρήσεις των τοιχωμάτων έλαβαν χώρα με χρήση κατάλληλου φορητού εξοπλισμού εκπομπής υπερήχων, οι οποίες κατόπιν ομαδοποιήθηκαν χρονικά ανά τομέα, τύπο μεταλλουργίας (κράματος χάλυβα), τύπο, σχήματος, όγκου η τυχόν άλλης ιδιαιτερότητας εξοπλισμού, φύση ρευστού, κλπ. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε μια επαναλαμβανόμενη ανάλυση πολλαπλών μεταβλητών παλινδρόμησης με βάση τους παράγοντες αυτούς και των σχετικών συνδυασμών τους.Το τελικό αποτέλεσμα της ανάλυσης παλινδρόμησης είναι μια εκτεταμένη οικογένεια συναρτήσεων πολλαπλών μεταβλητών που προσδιορίζουν με προκαθορισμένη ακρίβεια, τον ετήσιο ρυθμό διάβρωσης ανά βρόχο διάβρωσης και ανά εξεταζόμενο τμήμα εξοπλισμού. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιήθηκαν ως βάση για το σχεδιασμό και την ανάπτυξη εξατομικευμένου λογισμικού (βάσης δεδομένων), χρησιμοποιώντας τα προτεινόμενα μοντέλα παλινδρόμησης, και προβλέποντας τον ρυθμό διάβρωσης και την αναμενόμενη διάρκεια ζωής ανά βρόχο. Η βάση δεδομένων αναπτύχθηκε με σκοπό να χρησιμοποιηθεί με εύχρηστο τρόπο από χειριστές αντίστοιχων μονάδων, και δύναται να εφαρμοσθεί ως πρόσθετο εργαλείο πρόληψης απωλειών. Στην εν λόγω διατριβή παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της αξιολόγησης σχετικά με την αποτελεσματικότητα του εργαλείου αυτού.