отзыв

отзыв
официального оппонента Пермякова Владимира Николаевича
на диссертационную работу Ковшовой Юлии Сергеевны
на тему «ОСТАТОЧНЫЙ РЕСУРС ОБОЛОЧКОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ,
РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ КВАЗИСТАТИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ»,
представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук
по специальностям 05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность
(нефтегазовая отрасль) и 05.16.09 - Материаловедение (машиностроение в
нефтегазовой отрасли)
1 Актуальность темы исследования
Предприятия нефтегазового комплекса, обеспечивающие добычу,
транспортировку и переработку нефти и газа, оборудованные большим числом
высоконагруженных оболочковых конструкций (колонн, сепараторов, емкостей,
адсорберов), работающих в широких интервалах температур и внутреннего
избыточного давления, представляют собой высокорисковые объекты. Наличие
значительной доли технологического оборудования, выработавшего проектный
срок эксплуатации или не имеющего расчетного срока эксплуатации, повышает
вероятность возникновения тяжелых аварий и катастроф на опасных
производственных объектах.
Недостаточное
знание
спектра
эксплуатационных
нагрузок,
закономерностей изменения физико-механических свойств металла, механизмов
возникновения и развития различного рода дефектов в процессе длительной
эксплуатации в условиях квазистатического нагружения, нарушение технологий
на стадии изготовления, эксплуатации и ремонта технологического оборудования
потенциально опасных объектов может привести к разрушению сосудов и
трубопроводов в случае нештатной ситуации.
Работа Ковшовой Ю.С. посвящена актуальному вопросу оценки
остаточного ресурса
и продления
срока
безопасной
эксплуатации
технологического оборудования опасных производственных объектов (ОПО)
нефтегазовой отрасли, длительное время работающего в условиях
квазистатического нагружения.
Исследование закономерностей изменения физических параметров и
механических характеристик материала, изучение процесса накопления
повреждений при квазистатическом нагружении оболочковых конструкций,
выполненное в диссертационной работе, позволяет решить важную задачу
своевременного предупреждения перехода материала технологического
оборудования в предельное состояние.
Разработка и использование эффективных расчетно-экспериментальных
методов оценки остаточного ресурса оболочковых конструкций, основанных на
установленных закономерностях изменения физико-механических свойств, и
учитывающих наиболее значимые факторы повреждаемости несущих элементов и
конструкций, позволит контролировать техническое состояние сосудов и
трубопроводов и предупредить возникновение крупных аварий на опасных
производственных объектах нефтегазовой отрасли.
2 Степень обоснованности научных
положений, выводов и
рекомендаций
Основные положения и выводы диссертационной работы обоснованы
теоретически
и экспериментально
подтверждены
большим
объемом
исследований, выполненных с использованием стандартных и апробированных
методик.
При обосновании научных положений был проведен комплексный анализ
существующих методов оценки технического состояния и остаточного ресурса
технологического оборудования, произведен обзор работ наиболее авторитетных
авторов, занимающихся проблемами обеспечения прочности, ресурса и
безопасности.
Полученные закономерности изменения скорости ультразвуковых волн,
напряженности постоянного магнитного поля, прочностных и пластических
характеристик материала в результате длительного воздействия квазистатической
нагрузки, верифицированы автором путем сравнения с результатами работ и
выводов отечественных и зарубежных исследователей.
В качестве базового подхода автором использовался расчетно­
экспериментальный метод оценки ресурса технологического оборудования
Н.А. Махутова, учитывающий время эксплуатации при длительном статическом и
циклическом нагружении, в котором используются степенные уравнения
изменения механических характеристик с учетом температурно-временного
фактора. С использованием данного подхода для установленной зависимости
отношения основных механических характеристик стали 09Г2С от времени
нагружения (aT/aB)=f(x) соискателем получена формула определения ресурса,
реализованного материалом при эксплуатации в условиях квазистатического
нагружения.
3 Достоверность и новизна результатов
Достоверность результатов проведенных исследований не вызывает
сомнений, так как эксперименты и испытания выполнены на высокоточном
сертифицированном оборудовании, прошедшем государственную поверку с
использованием утвержденных методов измерения. Массивы экспериментальных
данных обработаны с помощью методов теории ошибок эксперимента и
математической статистики.
Автором впервые показана возможность оценки ресурса оболочковых
конструкций, работающих при квазистатическом нагружении, с применением
расчетно-экспериментальной
зависимости,
связывающей
изменяющееся
соотношение механических характеристик (ат/ов) и рабочие условия
эксплуатации объекта, на основании которой разработан алгоритм оценки
остаточного ресурса оболочковых конструкций из стали 09Г2С, работающих в
условиях квазистатического нагружения.
Впервые установлено периодическое изменение скорости продольных
ультразвуковых волн (Vy3) и составляющих вектора напряженности постоянного
магнитного поля рассеяния (Нр) при длительном статическом нагружении стали
09Г2С, которое сопровождается изменением твердости, микротвердости, предела
прочности, предела текучести и снижением степени однородности структуры.
4 Значимость результатов для науки и практики
Автором установлены закономерности влияния квазистатической нагрузки
на физические (скорость ультразвуковых волн, напряженность постоянного
магнитного поля рассеяния) и механические свойства (твердость, прочность,
пластичность, ударную вязкость) стали 09Г2С и получена расчетно­
экспериментальная
зависимость
соотношения
основных
механических
характеристик от продолжительности квазистатического нагружения.
Получено степенное уравнение для оценки ресурса, реализованного
материалом конструкции за время эксплуатации, которое включает коэффициент
(шх), зависящий
от
продолжительности
нагружения
и параметров
технологического процесса, для которого впервые получены пределы изменения
от 0,0002 до 0,01; при этом значение шт=0,01 соответствует наступлению
предельного состояния материала, что является диагностическим признаком при
оценке ресурса оболочковых конструкций.
Полученные результаты позволяют контролировать изменение физико­
механических свойств под действием квазистатического нагружения и определять
момент наступления предельного состояния
материала оболочковых
конструкций.
Значение полученных соискателем результатов исследования для практики
подтверждается тем, что:
- Ковшовой Ю.С. разработан стандарт организации ФГБОУ ВПО
«Уфимский государственный нефтяной технический университет»: СТО УГНТУ
«Оценка остаточного ресурса оболочковых конструкций, работающих в условиях
квазистатического нагружения, по результатам определения механических
характеристик материала методами неразрушающего контроля», который
применяется при выполнении работ в области экспертизы промышленной
безопасности.
- результаты исследований используются при чтении курса лекций по
дисциплине «Изменение свойств конструкционных материалов в процессе
эксплуатации»
магистерской
подготовки
по
направлению
151000
Технологические машины и оборудование на кафедре «Технологические машины
и оборудование» в Уфимском государственном нефтяном техническом
университете.
5 Общая характеристика содержания диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов к работе,
списка использованной литературы, включающего 155 наименований. Работа
изложена на 127 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка,
11 таблиц.
В первой главе показаны факторы потенциальной опасности
технологического оборудования объектов нефтепереработки и нефтехимии,
причины возникновения аварийных ситуаций, связанных с сосудами и
аппаратами. Проведен анализ существующих методов и подходов к оценке
остаточного ресурса технологического оборудования и исследований,
посвященных обоснованию расчетных характеристик прочности, долговечности и
безопасности технических устройств. Представлена концепция влияния
квазистатической нагрузки на ресурс оболочковых конструкций, согласно
которой изменение рабочих параметров (давления и температуры) в пределах,
допустимых технологическим регламентом, приводит к накоплению повреждений
и изменению механических характеристик конструкционного материала. На
основании проведенного анализа автором обоснованы цель и задачи
исследования.
Во второй главе обоснованы выбор объекта исследования, методы
реализации экспериментальной части работы, показан алгоритм проведения
экспериментов и обработки полученных результатов.
Эксперименты проводились на образцах плоского типа из стали 09Г2С.
Исследование влияния статической и казистатической нагрузки на физические и
механические характеристики материала выполнялось экспериментально путем
деформирования образцов в упругой области посредством продольного изгиба.
Изменение физических характеристик определялось путем измерения скорости
распространения ультразвуковых волн и напряженности магнитного поля, для
оценки изменения механических свойств выполнялись испытания на статическое
растяжение, на ударный изгиб, измерения твердости и микротвердости, анализ
микроструктуры в исходном состоянии и после выдержки под статической
нагрузкой. Исследование процесса адаптации материала в процессе
деформирования выполнялось на примере стали 20 с помощью метода
акустической эмиссии.
В третьей главе приведены результаты исследований изменения скорости
продольных ультразвуковых волн, напряженности постоянного магнитного поля
и механических свойств стали 09Г2С под действием статической и повторной
квазистатической нагрузки, а также параметров акустической эмиссии при
статическом растяжении стали 20.
Полученные
результаты
показали
чувствительность
скорости
распространения продольных ультразвуковых волн и напряженности постоянного
магнитного поля к изменениям на макро- и микроуровнях материала,
возникающим под действием квазистатической нагрузки в упругой области
деформаций и обусловливающим накопление повреждений. Установлено, что
длительное воздействие квазистатической нагрузки в рассмотренных условиях
приводит к изменению состояния стали 09Г2С, которое вызывает уменьшение
характеристик пластичности и энергии разрушения и повышение сопротивления
пластическим деформациям, что может привести к снижению временного ресурса
конструкции.
В четвертой главе описан алгоритм, позволяющий оценить ресурс
безопасной
эксплуатации
оболочковых
конструкций,
подверженных
квазистатическому нагружению, на основании экспериментально установленного
изменения физических и механических свойств стали 09Г2С под действием
статической и квазистатической нагрузки.
Диссертационная работа Ковшовой Ю.С. является завершённой, по своему
содержанию и качеству оформления соответствует требованиям ВАК Российской
Федерации. Поставленные в диссертации задачи решены и цель достигнута.
Полученные результаты являются новыми, обоснованными, достоверными и
необходимыми для практики.
Замечания
1. В работе не показано, на каком масштабном уровне организации
структуры конструкционного материала под действием статической нагрузки
происходит изменение, которое вызывает повышение характеристик прочности,
уменьшение пластичности и ударной вязкости стали 09Г2С.
2. Из проведенных исследований не понятно, будут ли установленные для
стали 09Г2С закономерности изменения физических и механических
характеристик под действием квазистатической нагрузки аналогичными для
сварных соединений.
3. В реальных тонкостенных оболочковых конструкциях при нагружении
внутренним избыточным давлением реализуются в основном неодносное
напряженое состояние. В данной работе в качестве основной схемы нагружения
был выбран продольный изгиб. Будут ли полученные в диссертационной работе
закономерности повторяться при изменении схемы нагружения?
6 Публикации, отражающие основное содержание диссертации
По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 2
статьи в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных
журналов и изданий в соответствии с требованиями ВАК Министерства
образования и науки РФ.
7 Автореферат отражает основное содержание диссертации
Основные идеи, положения, результаты, выводы и содержание
диссертационной работы отражены в автореферате.
8 Заключение
Диссертационная работа Ковшовой Ю.С. «Остаточный ресурс оболочковых
конструкций, работающих в условиях квазистатического нагружения» охватывает
основные вопросы поставленной научной задачи и соответствует критерию
внутреннего единства, что подтверждается наличием последовательного плана
исследования, взаимосвязью и обоснованностью выводов.
Диссертационная
работа
соответствует
области
исследования
специальностей 05.26.03 — Пожарная и промышленная безопасность
(нефтегазовая отрасль) и 05.16.09 — Материаловедение (машиностроение в
нефтегазовой отрасли), требованиям п. 9 «Положения о присуждении ученых
степеней» ВАК Минобразования и науки РФ (утвержденного Постановлением
Правительства Российской Федерации от 24 сентября 2013 г. № 842) и является
научно-квалификационной работой, в которой решена актуальная задача
повышения безопасности эксплуатации технологического оборудования
нефтегазовой отрасли.
Разработанный соискателем алгоритм оценки ресурса оболочковых
конструкций, работающих при квазистатическом нагружении, основанный на
применении
расчетно-экспериментальной
зависимости,
связывающей
соотношение основных механических характеристик материала и рабочие
условия эксплуатации объекта (давление, температуру, коррозионную активность
среды и др.) на примере стали 09Г2С, применим при оценке технического
состояния сосудов и аппаратов, позволяет оценить ресурс, реализованный
материалом конструкции за время эксплуатации, и своевременно предотвратить
наступление предельного состояния конструкции.
Считаю, что Ковшова Юлия Сергеевна заслуживает присуждения ученой
степени кандидата технических наук по специальностям 05.26.03 - Пожарная и
промышленная
безопасность
(нефтегазовая
отрасль)
Материаловедение (машиностроение в нефтегазовой отрасли).
и
05.16.09
-
Официальный оппонент
доктор технических наук,
профессор, заведующий кафедрой
«Техносферная безопасность»
Института геологии и нефтегазодобычи
ФГБОУ ВПО «Тюменский
государственный нефтегазовый
университет»
Пермяков
Владимир Николаевич
Адрес: 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38
E-mail: v.n.permyakov@mail.ru
Тел.: +7(3452)46-54-27