logo search
Е

13.3. Диагностирование сосудов и аппаратов, работающих под давлением

Требования к техническому состоянию сосудов и аппаратов уста­новлены ПБ 03-576-03 «Правила устройства и безопасной эксплуа­тации сосудов, работающих под давлением». Диагностика сосудов и аппаратов на объектах добычи нефти и газа осуществляется в соот­ветствии с требованиями РД 26.260.16-2002 «Экспертное техниче­ское диагностирование сосудов и аппаратов, работающих под давле­нием на объектах добычи и переработки газа, конденсата и нефти в северных районах Российской Федерации, и подземных газохрани­лищ» Технические требования и рекомендации применительно к сосудам и аппаратам, эксплуатируемым в химической, нефтехимиче­ской нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности приведены в РД 03-421-01 «Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточ­ного срока службы сосудов и аппаратов».

Перечисленные руководящие документы аккумулируют в себе последние достижения металловедения и механики разрушения. Рас­пространяются на сосуды и аппараты, изготовленные из углероди­стых, низколегированных и аустенитных сталей. РД 03-421-01, кро­ме того распространяются на сосуды, аппараты и их элементы, ра­ботающие со средами, содержащими сероводород, вызывающими межкристаллитную коррозию металла, и на сосуды из двухслойной стали.

Диагностирование технического состояния осуществляется по программе, разрабатываемой на основе типовой программы (см. 1.5) на каждый сосуд или группу сосудов одной конструкции, работаю­щих в одинаковых условиях (на одной «площадке» в одном цехе и т.п.) с учетом конструктивных особенностей и условий эксплуата­ции возможностей применения конкретного вида неразрушающего контроля. В ней приводится перечень потенциально опасных зон, объем и виды неразрушающего контроля. Зоны контроля изобра­жаются на карте контроля с привязкой их месторасположения к бли­жайшим сварным швам или элементам сосуда с указанием разме­ров, обеспечивающих выполнение применяемых методов контроля

(рис. 13.15).

Предприятие, эксплуатирующее сосуд в соответствии с програм­мой обследования, обеспечивает подготовку сосуда к обследованию и безопасное проведение работ, а именно:

обеспечение освещением для проведения визуального осмотра внутри сосуда от источника тока не более 12 В и, при необходимости, электропитанием приборов и технических средств контроля е соответствии с действующими на объекте правилами техники безо­пасности;

• проведение анализа воздуха внутри сосуда на содержание вред­ных и взрывоопасных веществ, снабжение персонала средствами ин­дивидуальной защиты органов дыхания, предупредительными плака­тами и табличками установленного образца.

Работы по диагностике сосуда выполняют по наряду-допуску, оформляемому предприятием, эксплуатирующим сосуд. Предохранительные устройства сосуда, а также контрольно-измерительные Приборы (КИП), установленные на щитах системы автоматизации СА) и по месту должны соответствовать рабочей (проектной) доку­ментации на СА сосуда. КИП должны быть метрологически повере­ны и иметь соответствующие клейма и отметки.

Рис. 13.15. Пример оформления эскиза сосуда и карты его контроля:

А – вход газа; Б – выход газа; В – дренаж; Г – выход конденсата; Н – люк; К1 – К4 – кольцевые сварные швы; П1 – П3 – продольные сварные швы; 1 – 48 – номера точек контроля толщины стенки обечаек и днищ; (49 – 54) а, б, в, г – номера точек контроля толщины патрубков штуцеров (а – 0 ч., б – 3ч., в – 6ч., г – 9ч.)

При выполнении визуального и измерительного контроля обра­щается особое внимание на оценку коррозийного и эрозионного из­носа в зонах раздела сред, в местах скопления воды или конденсата, в зонах резкого изменения траектории движения потока (например на элементах корпуса или внутренних устройствах напротив входа продукта)и резкого изменения проходного сечения; наличие трещин в местах приварки патрубков, штуцеров и люков к корпусу сосуда деталей крепления внутренних технологических устройств к корпусу состуда и тп.; трещин, образующихся в местах геометрической, тем­пературной и структурной неоднородности (чаще всего в сварных соединениях); смешение или увод кромок или непрямолинеиности соединяемых элементов; наличие вмятин или выпучин и других де­фектов формы; отклонение сосуда колонного типа от вертикали, от­рыв трубопроводов входа и выхода технологической среды от ближайших к сосуду фундаментов. Выявленные повреждения и дефекты изображаются на карте-контроле или эскизе с привязкой к ближай­шим ориентирам. При необходимости в индивидуальную программу исследования вносят дополнения, предусматривающие применение различных видов неразрушаюшего контроля в зоне выявленных повреждений.

Сосуды и аппараты, изготовленные из углеродистых малолеги­рованных сталей, подвергаются в основном сплошной, язвенной, щелевой и точечной (питтинговой) коррозии. Оборудование, изго­товленное из коррозионно-стойких (нержавеющих) сталей, может быть подвержено межкристаллитной коррозии (МКК), характери­зующейся избирательным разрушением границ зерен металла и при­водящей к резкому снижению его прочности и пластичности. МКК проявляется в зоне термического влияния сварных швов.

В некоторых средах возможно проявление ножевой коррозии по линии сплавления сварного шва, которая является Разновидно­стью МКК при наличии в технологической среде сопутствующих растворов хлоридов, щелочей, ряда кислот при температурах выше 40 50 °С нержавеющие стали подвержены коррозийному растрес­киванию (КР). Наибольшая вероятность КР возникает в местах наибольших остаточных напряжений после сварки штамповки гибки и т.п. Для выявления склонности к МКК и КР в местах наибольших остаточных напряжений сосудов и аппаратов, изготовлен­ных из нержавеющих аустенитных сталей, следует применять метод травления по ГОСТ 6032-89 и (или) методы неразрушающего кон­троля, позволяющие выявить поверхностные дефекты: вихретоковый капиллярный, магнитопорошковыи и др.

Неразрушающий контроль сосудов проводят:

Неразрушающий контроль осуществляют методами ультразву­ковой, магнитопорошковой, капиллярной дефектоскопии и др. Объем неразрушающего контроля определяется индивидуальной программой диагностирования. Сварные соединения сосудов, ра­ботающих при отрицательных температурах ниже минимально раз­решенного уровня, подвергаются контролю ультразвуковым или радиационным методом в объеме 100 %.

На основании анализа технической документации, данных визу­ального и измерительного контроля, а также контроля элементов со­суда неразрушающими методами принимается решение о необходи­мости определения химического состава, структуры и механических свойств металла. Такая необходимость возникает, например, при ди­агностировании сосудов, установленных на открытом воздухе, кото­рые в холодное время года подвергаются воздействию низких темпе­ратур, в результате чего температура стенки может стать ниже, чем минимальная разрешенная температура применения стали, что мо­жет привести к снижению пластических свойств металла и опасно­сти возникновения и развития хрупких трещин. Это относится в первую очередь к сосудам, изготовленным из углеродистых и неко­торых низколегированных сталей. Эти работы выполняются обяза­тельно при выявлении аномальных зон с наличием микротрещин или твердостью металла, выходящей за допускаемые пределы. По возможности работы выполняют без вырезки массивных образцов неразрушающим способом путем отбора малых проб (микропроб).

В сосудах и аппаратах, эксплуатирующихся в сероводородсодержащих средах (сероводород всегда сопутствует добыче нефти и газа), помимо общей коррозии может происходить коррозийное растрес­кивание и расслоение металла, вызванное водородом, образующимся в результате электрохимических процессов на поверхности стали при участии сероводорода, углекислого газа и воды. Сероводородное рас­трескивание и расслоение могут начаться внутри металла, вдалеке от поверхности. Сероводородному расслоению подвергаются в основ­ном углеродистые и малолегированные стали с пределом прочности 300...800 МПа, в то время как сероводородное коррозийное рас­трескивание под напряжением более характерно для высокопрочных сталей.

Для обнаружения расслоений используют в основном ультразву­ковую дефектоскопию и толщинометрию. Эти методы позволяют выявить дефекты на любой глубине в толще стенки аппарата. На­дежность выявления дефектов (расслоений) обеспечивается сплош­ным сканированием поверхности.

Основной особенностью диагностирования сосудов и аппаратов, имеющих односторонний доступ к поверхности, является сложность (или невозможность) проведения их визуального и приборного кон­троля в полном объеме; при этом для контроля недоступны именно те поверхности, появление дефектов на которых наиболее вероятно (наружная поверхность сосудов, заглубленных в грунт; внутренняя поверхность футерованных сосудов и аппаратов и др.). Характерным дефектом для таких объектов является коррозийное поражение ме­талла из-за нарушений защитного покрытия. Поэтому одной из ос­новных задач диагностирования является определение состояния за­щитного покрытия.

У сосудов, заглубленных в грунт, наружная поверхность обычно покрыта гидроизоляционным составом и недоступна для полного контроля. Частичный контроль состояния защитного покрытия мо­жет быть проведен путем рытья шурфов на глубину 1...2 м для осмот­ра. Основными видами контроля технического состояния изоляции и коррозийного состояния корпуса подземных сосудов являются внутренний осмотр и ультразвуковая толщинометрия, являющаяся в данной ситуации также и методом проверки качества изоляции.

При выявлении в результате проведенного контроля поврежде­ний и дефектов производится оценка их соответствия нормам и кри­териям, приведенным в руководящих документах, а также выполня­ются проверочные расчеты на прочность и устойчивость. Эти расче­ты стандартизованы и выполняются в соответствии с действующей нормативно-технической документацией.

Чаще всего выполняется проверочный расчет по ГОСТ 14249-89 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета» при обнаружении утонения стенок. Допускаемая минимальная толщина Sр по условию прочности без учета припуска на компенсацию коррозии определя­ется при этом по формулам:

для гладкой цилиндрической оболочки, нагруженной внутрен­ним давлением:

для выпуклых эллиптических и полусферических днищ:

где D – внутренний диаметр оболочки - допускаемое напряжение при расчетной температуре; - коэффициент прочности продольного шва оболочки; - коэффициент прочности сварных швов днища (в зависимости от расположения); R – радиус кривизны по внутренней поверхности в вершине днища сосуда.

При наличии трещиноподобных дефектов должен быть проведен расчет на прочность с учетом выявленных дефектов по моделям вяз­кого и хрупкого разрушения. При проведении расчетов по модели вязкого разрушения условием обеспечения прочности является пре­вышение допускаемых напряжений по сравнению с фактическими. Расчетная температура и допускаемые напряжения при этом опреде­ляются по ГОСТ 14249-89.

Сопротивление хрупкому разрушению в условиях растяжения для трещиноподобного дефекта считается обеспеченным при выпол­нении условия

где К1 — расчетное значение коэффициента интенсивности напряже­ний (см. 12.4); [К1с] - допускаемое значение коэффициента интен­сивности напряжений материала в исходном состоянии.

Расчет проводится для двух расчетных случаев: рабочих условий и гидравлических (пневматических) испытаний. В качестве расчет­ного давления при анализе рабочих условий принимается разрешен­ное давление. При гидравлическом (пневматическом) испытании - пробное давление по ПБ 03-576-03.

Оценка технического состояния сосуда проводится на основе анализа диагностической информации:

Сосуд допускается к дальнейшей эксплуатации в установленном порядке, если в результате проведенного технического диагностиро­вания определено, что при расчетных параметрах нагружения (давле­нии и температуре) он находится в исправном или работоспособном состоянии.

В случаях, когда нельзя оценить прочность сосуда по действую­щей нормативной документации, а также когда возникает необходи­мость получения дополнительной информации о несущей способно­сти и остаточном ресурсе сосуда, проводят уточненные расчеты напряженно-деформированного состояния или его оценку экспери­ментальным путем (тензометрией, магнитным методом и др.).

Сосуд, в котором по результатам технического диагностирования выявлены дефекты, подлежащие устранению с применением сварки, после завершения ремонтно-восстановительных работ подвергается внеочередному гидравлическому (пневматическому) испытанию. До­пускается проведение гидравлического (пневматического) испыта­ния непосредственно после окончания технического диагностирова­ния при условии, что до проведения планового гидравлического (пневматического) испытания остается меньше двух лет. Пневматические испытания в обязательном порядке сопровождаются контро­лем акустико-эмиссионным методом.

Пробное давление при проведении испытаний определяют в со­ответствии с ПБ 03-576-03 по формуле

где К- коэффициент избыточного давления, КР= 1,5 - для сосудов, изготовленных методом литья, К= 1,25 - для других способов изго­товления; - расчетное давление сосуда; []20, - допускаемые напряжения для материала сосуда при Т= 20 °С и расчетной темпе­ратуре T;.

Сосуд считается выдержавшим испытания, если в процессе на­гружения не обнаружено падения давления, течи и отпотевания, тре­щин и других признаков разрыва металла, видимых остаточных де­формаций, акустически активных дефектов (в том случае, когда при испытаниях осуществляется контроль методом АЭ).

Остаточный ресурс сосуда принимается минимальным по резуль­татам расчета скорости коррозии (эрозии), циклической прочности, изменения механических характеристик материала. Назначаемый по результатам расчетов срок дальнейшей эксплуатации не должен при этом превышать предельную величину: если полученный в результа­те расчетов остаточный ресурс превышает 10 лет, то его следует при­нять равным 10 годам.

При продолжении эксплуатации сосуда устанавливается регла­мент контроля его технического состояния, предусматривающий проведение периодических освидетельствований, толщинометрию элементов и проведение испытаний пробным давлением.

В технически обоснованных случаях могут назначаться дополни­тельные виды контроля: например, при выявлении повышенной вибрации - периодическое измерение виброскорости на штуцерах и патрубках входа и выхода продукта в трех взаимно перпендикуляр­ных направлениях, при выявлении деформации фундаментов - се­зонные измерения деформации фундаментов и т.п.