Разработка методики оценки интегрального показателя методов неразрушающего контроля технологических трубопроводов

УДК005:621. 644.2:620.179.11

В. А. Лукашенко, Е. В. Петрова, А. Ф. Дресвянников

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ИНТЕГРАЛЬНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ МЕТОДОВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ

Ключевы еслова: техническое диагностирование; технологический трубопровод; методика определения остаточного ресурса; неразрушающий контроль; интегральный показатель.

Разработана обобщенная методология оценки остаточного ресурса технологических трубопроводов в виде блок схемы, рассчитан интегральный показатель методов неразрушающего контроля промышленных трубопроводов.

Keywords: technical diagnostics; process piping; method of determining the residual life; non-destructive testing; integral indicator.

Developed a generic methodology for remaining life assessment ofprocess piping in the form of a block diagram, calculated integral indicator of nondestructive testing of industrial pipelines.

Согласно данным статистики на сегодняшний день только каждый четвертый технологический трубопровод удовлетворяет требованиям промышленной безопасности, при этом доля объектов, содержащих недопустимые дефекты, достигает 78,6% [1].

Большинство дефектов на трубопроводах появляются в результате коррозионных и механических повреждений, определение места и характера которых связано с рядом трудностей и большими материальными затратами. Вскрытие трубопровода для его визуального обследования предоставляет возможность обследовать только внешнюю поверхность и является экономически неоправданным мероприятием. Поэтому техническое диагностирование с использованием современных методов исследования представляет собой важную процедуру, которая позволяет оценить техническое состояние трубопроводов и их остаточный ресурс без нарушения целостности конструкции [2].

В течение последних лет в нашей стране и за рубежом усилия специализированных научно-исследовательских и проектных организаций направлены на решение проблемы определения состояния трубопроводов без их вскрытия. В связи с этим разработка новых подходов к выбору и реализации методик проведения технического диагностирования объектов промышленности является актуальной задачей, решение которой позволит снизить затраты на диагностику трубопроводов и уменьшить число аварий.

В результате проведенного анализа нормативной, технической, периодической и справочной литературы разработана обобщенная методология оценки остаточного ресурса технологических трубопроводов, представленная в виде в виде блок-схемы (рис.1), из которой следует, что неразрушающий контроль занимает неотъемлемую часть технического диагностирования [3].

К достоинствам методов неразрушающего контроля относятся: относительно высокая скорость контроля, их высокая, возможность механизации и автоматизации процессов, возможность применения изделий в пооперационном контроле сложной формы, возможность применения в условиях эксплуатации без разборки машин и сооружений, относительная дешевизна контроля и др.

Экспертная организация, проводящая диагностирование трубопроводов, имеет в своём арсенале надёжную базу популярных средств диагностики, таких как визуально-измерительный контроль, ультразвуковая толщинометрия, твердометрия, ренгено-

гаммаграфический контроль, магнитно-порошковая дефектоскопия, акустико-эмиссионный контроль. Большинство этих методов применяется уже не один десяток лет, их особенности хорошо изучены, приборы контроля эффективны и удобны в использовании. Однако развитие науки и техники в области неразрушаю-щего контроля предлагает и более новые, эффективные методы [4].

Каждый метод неразрушающего контроля обладает своим набором достоинств и недостатков и для выявления более практичных и эффективных методов необходимо провести сравнительный анализ средств измерений НК.

В каждой группе методов приборы могут иметь различные характеристики и достаточно большой размах значений показателей, что в свою очередь обуславливает необходимость проведения оценки технических характеристик средств измерения неразруша-ющего контроля. Это позволит сделать вывод об эффективности и рациональности применения того или иного метода, что поможет модернизировать существующую методологию технического диагностирования.

Совершенствование существующей методологии возможно с использованием системы критериальных показателей, которые помогут сориентироваться эксперту при выборе наиболее объективных методов оценки.

Целью настоящего исследования является разработка системы критериальных показателей с использованием методов квалиметрии для выбора наиболее объективных методов неразрушающего контроля для оценки надежности трубопроводов промышленного назначения.

Важнейшим элементом планирования модернизации является поиск взаимосвязей и взаимозависимостей между показателями технического уровня, уровня применяемых технологических решений с их эффективностью. Этим условиям в значительной мере соответствуют обобщенные (интегральные) показатели [5].

Рис. 1 - Обобщенная методология оценки остаточного ресурса технологических трубопроводов в виде блок схемы

Потребность в проведении интегральных оценок возникает также в связи с тем, что частные индикаторы, давая оценку тем или иным сторонам технологического развития, не позволяют получить комплексное представление об этом процессе в целом.

Суть методики расчета интегрального показателя состоит в использовании системы критериев, отвечающих принципам объективности, надежности, измеримости. Объективность критериев должна быть обеспечена полнотой отражения реально действующих факторов, определяющих условия функционирования объекта; надежность - выражаться достоверностью получаемых оценок; измеримость - состоять в их количественной определенности, сопоставимости оценок для различных объектов и различных временных периодов. Кроме того, целесообразно применение коэффициентов весомости, учитывающих значимость (весомость) каждого из критериев[5].

Коэффициенты весомости обычно устанавливают экспертными методами, при которых определяющее значение имеют процедуры подбора экспертов, ранжирования показателей и обработки результатов.

Коэффициенты весомости, установленные на основе данных экспертного опроса специалистов, обрабатываются методами математической статистики. Они выражаются в относительных единицах и колеблются в пределах от 0 до 1,0.

Первым этапом интегральной оценки уровня технологического обеспечения отрасли технического диагностирования трубопроводов является выбор ис-

ходной системы оценочных показателей. При выборе таких показателей необходимо учитывать возможность их получения и трудоемкость расчета в рамках существующей системы статистической отчетности. С учетом этих требований был сформирован начальный перечень таких показателей: погрешность измерения; диапазон рабочих температур; габариты; метрологическое обеспечение; стоимость; потребляемая мощность; коэффициент сложности метода; длительность измерения; срок службы.

Для выявления перечня наиболее существенных факторов (единичных показателей), определяющих уровень развития, использовались известные методы априорного моделирования, т.е. методы выявления, формализации и обработки субъективной информации, которая может содержаться в мнениях и высказываниях специалистов.

Для количественного ее представления был применен метод ранжирования с использованием порядковой шкалы. В качестве экспертов выступили специалисты различных организаций РТ, занимающиеся оценкой остаточного ресурса промышленных трубопроводом. Всего было опрошено 9 экспертов.

Для ранжирования показателей методов экспертам было предложено расставить показатели в порядке их важности (1 - наиболее важный показатель, 10 - не оказывающий влияние показатель).

Результаты ранжирования методов были сведены в таблицу 1.

Таблица 1 - Ранжирование показателей методов и средств оценки остаточного ресурса экспертным способом

номер показателя номер эксперта погрешность измерения диапазон рабочих температур габариты метрологическое обеспечение стоимость потребляемая мощность коэффициент сложности метода длительность измерения срок службы

1 1 8 7 9 2 5 3 6 4

2 2 8 6 7 1 4 5 9 3

3 5 9 6 7 1 2 3 8 4

4 1 9 7 6 2 4 3 8 5

5 2 8 7 6 1 4 5 9 3

6 2 9 6 7 1 5 4 8 3

7 3 7 6 8 2 4 5 9 1

8 1 9 7 8 2 3 4 5 6

9 4 6 1 3 5 6 7 9 8

сумма 21 73 53 61 17 37 39 71 37

Среднее значение 2,33 8,11 5,89 6,78 1,89 4,11 4,33 7,89 4,11

Степени согласованности экспертов (коэффициент конкордации W), вычисляли по формуле 1:

Ш = т-Ц-,

где п - число показателей; т - число экспертов, Т -показатель равных рангов в ьм столбце.

5 = £Г=1 [^Ы - ~2т

где Ху - число (ранг), проставленное j -м экспертом ьму показателю.

Ъ = - *г).= 642

где а - число групп равных рангов в ьм столбце; й -количество равных рангов в ьм столбце.

В зависимости от степени важности мнений экспертов коэффициент конкордации лежит в пределах от 0 (при полном отсутствии согласованности) до 1

(при абсолютном единогласии экспертов). Если W= 0.6 - 0.8, то согласованность экспертов сильная.

Расчетное значение коэффициента в данном случае равно 0,75. Это означает, что эксперты единодушны во мнении относительно важности показателей средств измерения.

Для оценки значимости коэффициента конкорда-ции используем х - распределение с определенным числом степеней свободы.

тэ 2

В этой связи определили величину критерия х и

сравнили ее с табличной. Если соблюдается соотно-

22

шение х расчет >Х табл., то можно говорить о достаточной (при данном уровне вероятности) согласованности экспертов по всей совокупности оцениваемых показателей.

Х2 =

12Б

-, =54,33

__54 33

т*п(п+ Т/ '

Рассчитанное значение сравнивается с табличным для некоторого уровня вероятности Р. В нашем случае при числе степеней свободы >>=8 и принятому уровню вероятности (Р=0,99) табличное значение % = 29,1. Поскольку условие х2> Х2табл.соблюдено, кон-кордация считается значимой.

Таким образом, с помощью опроса экспертов удалось выделить наиболее существенные оценки.

Ими являются: погрешность измерения, (%); стоимость прибора, (руб); потребляемая мощность, (Вт); срок службы, (лет).

Далее, экспертам было предложено заполнить матрицу попарных сравнений 4х4. Названия строк и столбцов в данном случае ни что иное, как показатели, по которым оценивали методы НК.

Если: А и В одинаково важны, заносили 1; А незначительно важнее, чем В, - 3; А значительно важнее В, - 5; А явно важнее В, - 7; А по своей значительности абсолютно превосходит В, заносим 9 в позицию, где пересекаются строка и столбец.

Сравнении элемента с самим собой дает равную значительность, так что на пересечении строки А со столбцом А в позиции (А, А) ставили 1. Форма матрицы попарных сравнений представлена на рисунке 2.

Рис. 2 - Форма матрицы попарных сопоставлений

Таблица 2 - Интегральный показатель методов неразрушающего контроля

Показатель Радиоскопия УЗ АЭ Вихретоковый метод Магнитные методы

погрешность 0,56 0,56 0,38 0,00 0,38

стоимость 0,79 0,31 0,79 0,39 0,39

мощность 0,12 0,00 0,12 0,02 0,00

срок службы 0,05 0,07 0,03 0,07 0,05

Интегральный показатель 1,53 0,95 1,32 0,48 0,82

Для обработки результатов суммировали элементы каждой строки и нормировали делением каждой суммы на сумму всех элементов, в результате чего получили единицу.

Сумму строк этой матрицы представили в виде вектора-столбца. Сумму всех элементов матрицы получили путем сложения компонент этого вектора. Разделив каждую компоненту вектора на это число, получили вектор-столбец приоритетов. Эту процедуру проделали с каждой матрицей. В результате обработки опросных листов экспертов составили матрицу рангов. Проставленные экспертами ранги по столбцам матрицы суммировали, и определили среднее значение по каждому столбцу.

Для расчета интегрального показателя оценки уровня технологического обеспечения использовали формулу 5:

г =

где W1 - весомость отдельных показателей в общей сумме; К - расчетные показатели, характеризующие уровень технологического развития методов НК; N -общее число показателей.

Так как существуют различия в размерности показателей, их приводили к сопоставимому (безразмерному) виду, разделив фактические значения показателей на их базовую величину:

*= I

За базовые значения приняли средние значения показателей.

После этого, значения q1 были перемножены с весомостью отдельных показателей и суммированы в каждом столбце для выявления интегрального показателя методов неразрушащего контроля. Результаты представлены в таблице 2.

По итогу вычисления интегрального показателя методов можно сделать вывод, что такие методы как радиоскопия, ультразвуковая дефектоскопия и аку-стико-эмиссионная дефектоскопия характеризуются наиболее высокими показателями. С ними может конкурировать метод магнитной памяти металла.

Таким образом, предложенная система расчета интегрального показателя позволит значительно упростить процедуру выбора метода диагностики, снизить стоимость процедуры и, в конечном итоге, снизить число аварий на объектах.

Литература

1. Р.А. Шайбаков, Д.Г. Давыдова, А.В. Жуков, Д.Б. Журавлев, Н.Х. Абдрахманов, А.Г. Марков, Нефтегазовое дело: электронный научный журнал, 4, 258-269, (2013).

2. Д. Р. Гайсина, Я. В. Денисова, Вестник технологического университета, 19, 14,129-130 (2016).

3. Е.Г. Койнов, В.В. Мухин, В.И. Шуляк, Ю.В. Таратин, А.В. Оберман, Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук, 12-2, 124-127, (2015).

4. Е.И. Величенко, М.Г. Приходько, А.Е. Нижник, Научные труды КубГТУ, 6, 57-66, (2016).

5. Ю.Л. Морозов, Д.А. Максимов, Технологии и технические средства механизированного производства продукции, . 84, 172-180,(2013).

© В. А. Лукашенко - магистр кафедры аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КНИТУ, valeria.lukashenko@mail.ru; Е. В. Петрова - канд. хим. наук, доц. той же кафедры; А. Ф. Дресвянников - д-р хим. наук, проф. той же кафедры

© V. A. Lukashenko Master of the Department of Analytical Chemistry, Certification and Quality Management KNRTU, valeria.lukashenko@mail.ru; E. V. Petrova - PhD, Assoc. Prof., Department of Analytical Chemistry, Certification and Quality Management KNRTU; A. F. Dresvyannikov - Dr. of Chem. Sci, Prof., Department of Analytical Chemistry, Certification and Quality Management KNRTU, alfedr@kstu.ru.