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