3.1.6. Техническое диагностирование автоклавов

Система технического диагностирования автоклавов предназначена для определения технического состояния и возможности их дальнейшей безопасной эксплуатации. Она содержит обязательные требования по организации систематического наблюдения за работоспособностью металла на всех этапах эксплуатации оборудования для своевременного обнаружения дефектов и предупреждения их развития и по применению комплексных методов исследования в случаях, когда проявляется тенденция к трещинообразованию, корродированию и пр.

Это и принято за основу в методической части Положения [93]. Положение - преемственный документ действовавшего временного положения и ряда различных рекомендаций, касающихся автоклавов, включающих комплекс регламентных работ на протяжении всего периода эксплуатации. В Положении учтены пожелания различных заинтересованных организаций, направленные на подробное изложение порядка проведения технической диагностики, ремонта и оформления необходимой документации. Ответственность за выполнение требований Положения по обеспечению безопасной эксплуатации и своевременного технического диагностирования автоклавов несет главный инженер предприятия, а качественного проведения диагностирования или ремонта - организации, выполняющие эти работы. Положение устанавливает лишь минимум требований к мероприятиям, обеспечивающим эксплуатацию. Объемы работ и периодичность диагностирования могут быть изменены в зависимости от состояния объекта. В Положении определены организации, имеющие право проведения технического диагностирования, а также выдачи заключений о возможности и условиях эксплуатации автоклавов. В соответствующих разделах документа [93] изложены указания по основным этапам работ: подготовке, проверке и анализу технической документации, осмотру, контролю овальности и износа байонетного зацепления автоклавов. Предусматривается проведение не одиночных, а многократных эксплуатационных дефектоскопических обследований, которые подразделяются в зависимости от назначения, сроков и объемов выполнения на четыре вида: первое, периодическое, внеочередное, экспертное. При этом учитываются также типоразмеры и рабочее давление оборудования.

Введение первых обследований (не применявшихся ранее) имеет принципиальное значение. Обследования состоят из анализа технической документации по изготовлению, монтажу оборудования и дефектоскопического обследования всех сварных швов с помощью различных видов неразрушающего контроля. Особенно важны они в случаях, когда оборудование работает в условиях, существенно снижающих эксплуатационную надежность, так как дают возможность уже на начальной стадии выявить склонность металла к повреждаемости и установить основные ее причины.

Первое диагностирование проводится после наработки автоклавом от начала эксплуатации числа циклов, не более указанных в табл. 3.1 при внутреннем диаметре корпуса автоклавов от 2 до 3,6 м.

Таблица 3.1

Таблица 3.2

Целесообразно измерить овальность автоклава, а также проверить состояние опор и фундаментов с фиксацией результатов для сравнения с данными последующих наблюдений.

Периодические дефектоскопические обследования выполняются на протяжении всего срока службы автоклавов при наработке (в циклах) между обследованиями, не более указанной в табл. 3.2, но не реже одного раза в четыре года. Программа работ определяется исходя из особенностей эксплуатации оборудования и его состояния. Поскольку дефекты возникают и развиваются, как правило, на внутренней поверхности нижней части автоклава (точнее, в межрельсовом пространстве), этой зоне уделяется особое внимание. В ней расположено примерно 15% общей длины сварных швов корпуса и 80% швов приварки оснастки. Обследуются также и места приварки опор автоклава. Места повреждений, где необходим ремонт, фиксируются на схеме-развертке автоклава. Они подлежат первоочередной проверке при последующем диагностировании.

Полученные при диагностировании данные анализируются, фиксируются размеры повреждений и даются указания по их ликвидации. Если на основании результатов текущего и более раннего диагностирования обнаруживается рост повреждаемости, выносится заключение о целесообразности введения ограничений режимов работы. Данные дефектоскопического контроля и исследования состава, структуры, свойств металла автоклава сопоставляются, по возможности между ними устанавливается зависимость. Например, при нарушениях сплошности основного металла следует обращать внимание на состояние пластических показателей в поверхностных слоях металла внутри автоклава.

Внеочередное диагностирование проводят в следующих случаях:

при обнаружении дефектов (повреждений), способных привести к аварии. Такими дефектами могут быть выпучины, вмятины, задиры, трещины, коррозионные разрушения;

при обнаружении дефекта, требующего ремонта с применением сварки;

не позднее одного года эксплуатации после ремонта с применением сварки.

Определяя влияние восстановительного ремонта на последующую эксплуатационную надежность, надо тщательно проверить состояние металла участков, на которых были выявлены и абразивно удалены дефекты в ходе предыдущих обследований. В этих местах измеряется фактическая толщина металла, и если она удовлетворяет условиям прочности, т. е. находится в пределах величин, регламентированных Положением [93], сварочные работы не производят. Усиления участков сварных швов, расположенных в зоне воздействия конденсата, одновременно с подготовкой металла к магнитной дефектоскопии целесообразно удалять абразивным методом заподлицо с основным металлом. Такая операция значительно улучшает условия работы металла. При необходимости ведения ремонтно-сварочных работ они должны выполняться в соответствии с разработанной для конкретного случая технологией, которая предусматривает, как правило, предварительный подогрев металла и проковку наплавленного металла после каждого слоя специальным зубилом с закругленной гранью.

Технология составляется на базе инструкции [105], где описаны основные приемы ремонта наиболее часто встречающихся повреждений металла, возникающих в процессе эксплуатации автоклава. В ней даны также рекомендации по предварительной подготовке к ремонтной сварке и наплавке, устранению поверхностных дефектов без применения сварки и их предельных величин, рассмотрены особенности заварки протяженных дефектов типа трещин, непроваров и наплавки мест поверхностных дефектов коррозионного происхождения; оговорены ограничения по числу наплавок одного участка за весь срок службы обечайки; введены оценочные критерии ремонтопригодности обечаек автоклава при наличии групповых поверхностных дефектов с учетом их количества и линейных размеров; дана схема корпуса при вырезке дефектного участка и вварке вставки. Качество всех ремонтных работ оценивается с использованием методов неразрушающего контроля, что также регламентируется инструкцией.

После завершения работ предприятию - владельцу автоклава выдается техническое заключение с выводами, сделанными на основе анализа результатов диагностики и качества ремонта, и рекомендациями об условиях дальнейшей эксплуатации до очередного диагностирования.

Экспертное диагностирование автоклава проводят в расширенном объеме, согласно Положению [93], по истечении срока службы, указанного заводом-изготовителем в прилагаемой документации. Если такие данные отсутствуют, срок службы принимается по табл. 3.3.

Таблица 3.3

При положительных результатах экспертного диагностирования специализированная организация имеет право принять решение о продлении срока эксплуатации автоклава до наработки 2000 циклов, но не более 3 лет. Каждому последующему решению о продлении срока службы должны предшествовать экспертное диагностирование и заключение о пригодности и условиях дальнейшей эксплуатации.

Экспертное диагностирование, кроме работ, проводимых при периодическом диагностировании, включает контроль байонетного зацепления, исследование состава, структуры и свойств основного металла сварных соединений автоклава и гидравлическое испытание.

В системе технического диагностирования разработаны методики комплексного дефектоскопического обследования и исследования состояния металла автоклавов. В них дается подробный перечень работ в зависимости от назначения проводимого контроля с указанием используемых методов неразрушающего контроля и объема проверок. Одна из методик обязывает выполнять дефектоскопию с учетом рекомендаций предыдущего технического заключения, а также указаний Госгортехнадзора России, министерств (ведомств), ВНИИцеммаша и заводов-изготовителей. Неразрушающий контроль проводится двумя методами, один из которых предназначен для выявления поверхностных дефектов, а другой - для проверки сплошности основного металла и сварного соединения по площади сечения. Объемы дефектоскопических работ по видам диагностирования приведены в табл. 3.4.

Приводимая в Положении форма заключения о результатах технического диагностирования обязательна, поскольку содержит минимум нужных сведений. При необходимости этот документ может быть дополнен технической программой обследования, если она отличается от рекомендуемой, и другими сведениями. Результаты контроля сводят в таблицы с параметрами обнаруженных дефектов, а на прилагаемых схемах наносят дефектные зоны с указанием их координатной привязки. К заключению могут прикладываться другие иллюстративные материалы: фотографии, графики, эскизы и т.д. Последним разделом заключения служит анализ результатов с выводами и рекомендациями по ремонту, по срокам очередного обследования и условиям дальнейшей эксплуатации.

Составлению заключения предшествует заполнение формуляра, в котором отражаются краткие сведения об автоклаве и характере проведенных на нем работ в разные годы, формуляр - приложение к заключению. Система технического диагностирования автоклавов считается достаточно отработанной для своевременного обнаружения дефектов. Ее выполнение позволяет избежать аварийных остановок оборудования.

С целью полного выявления дефектов различного характера и обеспечения достоверности результатов при диагностировании металла и сварных швов автоклава соблюдается определенная последовательность операций:

анализ технической документации по изготовлению и эксплуатации сосуда, по ремонтам и контролю металла и сварных соединений;

Таблица 3.4

осмотр автоклава, его агрегатов и узлов;

контроль овальности корпуса;

контроль байонетного зацепления;

дефектоскопический контроль автоклава неразрушающими методами;

исследования состава, структуры и свойств основного металла и сварных соединений автоклава;

устранение дефектов, выявленных при диагностике;

повторный уточняющий контроль;

выдача заключения.

Перед техническим диагностированием автоклав останавливают, охлаждают, освобождают от заполняющей его рабочей среды, отключают заглушками от всех трубопроводов, соединяющих сосуд с источником давления; крышки автоклава фиксируют хомутами. Электрооборудование автоклава отключают от всех источников напряжения. На органах управления вывешивают плакаты "Не включать - работают люди!" Удаляют из автоклава конденсат.

При работе внутри автоклава применяют освещение от источников напряжения не более 12 В. Допускается применять освещение от источников напряжения более 12 В (прожектора) при условии установки их вне автоклава. Внутреннюю поверхность автоклава очищают от силикатных и других отложений. Сварные стыки и околошовную зону зачищают до металлического блеска абразивным или другим методом до на ширину по 150 мм в нижней части и по 100 мм в остальных местах в каждую сторону от оси шва; при зачистке ось вращения инструмента должна быть параллельна оси контролируемых швов. Сварные соединения с наружной стороны в случае необходимости освобождают от изоляции по 100 мм в каждую сторону от оси шва. Производят демонтаж съемной внутриавтоклавной оснастки, в том числе рельсов; подрельсовые опоры удаляются в объеме, указанном в табл. 3.4 (только для уголковых опор). Технологические приварки на внутренней поверхности автоклавов (особенно в нижней части) срубают или удаляют огневым методом с последующей зашлифовкой абразивным инструментом. Первичный визуальный осмотр внутренней и наружной поверхностей автоклавов проводят для выявления недопустимых дефектов.

При анализе технической документации знакомятся с содержанием паспорта на автоклав, заключениями по предыдущим техническим диагностированиям, документами на выполненные в ходе эксплуатации автоклава ремонтные работы, другими материалами, в которых содержится оценка уровня эксплуатационной надежности металла.

По представленным документам определяют время изготовления, начало эксплуатации автоклава, число циклов работы после предыдущего диагностирования, общее число циклов за время эксплуатации. Особое внимание обращают на реальный режим работы, грубые его нарушения, могущие привести к повреждениям основного металла и металла сварных соединений, а также на объемы производившихся ранее ремонтов и расположение ремонтных участков.

При анализе сведений по металлу сопоставляют данные технической документации с нормативными требованиями к материалам, из которых изготовлен автоклав, согласно правилам по сосудам [1]. При диагностировании металла автоклавов импортной поставки определяют отечественные аналоги стали иностранных марок.

Осмотр автоклава, его агрегатов и узлов производят с целью визуального (с применением лупы до 10) обнаружения и оценки повреждений и износа элементов сосуда, а также оценки ранее ремонтированных участков. Осмотру подлежат все внутренние поверхности обечаек, днищ и крышек автоклавов, элементы байонетных затворов, участки ранее выполненных ремонтных работ, узлы крепления внутриавтоклавной оснастки. Характерными повреждениями, выявляемыми при осмотре, являются:

трещины, подрезы, пористость, кратеры, чаще всего возникающие в зоне швов, околошовной зоне, зоне опор автоклава и подрельсовых опор, в зоне приварки штуцеров и фланцев, местах приварки ребер жесткости и в местах ранее проведенных ремонтов, в кольцевых швах крышек автоклава;

вмятины, царапины и износ металла корпуса, днищ и крышек автоклава;

деформации и износ элементов байонетного зацепления. В случае выявления дефектов проводят контроль элементов байонетного зацепления в соответствии с методикой, приведенной ниже;

коррозионные повреждения металла автоклава, особенно в межрельсовой зоне, в местах опор автоклава и подрельсовых опор, около сварных соединений и в местах приварки штуцеров;

растрескивание металла;

видимая остаточная деформация и потери формы элементов автоклава.

Осматривая внешние опоры автоклава, обращают внимание на состояние сварных соединений опор с корпусом, наличие и работоспособность противоугонных устройств, обеспечение свободы температурных удлинений корпуса. Состояние опорной системы и наличие остаточных деформаций корпуса сосуда более точно оценивают по результатам нивелировки фундаментных опор и нижней образующей корпуса автоклава. Нивелировку проводят на остывшем автоклаве, совмещая места измерений на внутренней поверхности корпуса с центрами фундаментных опор в плоскости, перпендикулярной оси автоклава. Одновременно с нивелировкой замеряют зазоры между внешней опорой и опорными роликами; если внешние опоры не приварены к корпусу, то измерения производят между внешней опорой и корпусом. По результатам нивелировки строят схему, которая наглядно иллюстрирует состояние опор и корпуса автоклава.

Выявленные места коррозии, износа, дефекты типа трещин обмеряют и фиксируют на схеме-развертке. Фиксируются также вмятины, забоины, концентраторы напряжений в виде подрезов у швов, утолщений швов, резких переходов от шва к металлу, смещения кромок и кратеров. Коррозионные повреждения оценивают по их количеству, глубине и площади, приходящейся на квадрат 1000 1000 мм в зоне наиболее пораженного участка автоклава. Глубину поражений определяют после зачистки их от продуктов коррозии до металла. Если при осмотре будут выявлены выпучины или вмятины в элементах автоклава, то возможность дальнейшей эксплуатации его определяется специализированной организацией.

Контроль овальности корпуса автоклава проводят в поперечных сечениях, проходящих через фундаментные опоры, а также посередине между этими опорами. С этой целью последовательно измеряют внутренние диаметры конструкции в направлениях I-I, II-II, III-III, IV-IV (рис. 3.12). Допускается смещение направлений измерения диаметров на угол ±20°, если внутриавтоклавные устройства не позволяют проводить измерения строго в указанных направлениях. Замеры проводят нутромером с ценой деления 1,0 мм.

Рис. 3.12. Схема контроля овальности: I, II, III, IV - сечения измерения овальности;

а - 2000 мм; b - 300-500 мм

Порядок проведения измерения диаметров обечаек следующий:

по всей длине внутренней поверхности обечайки с помощью натянутого намелованного шнура намечают восемь линий по образующим, соответствующим направлениям I-I, II-II, III-III, IV-IV; на каждой линии мелом наносят риски, отмечающие левое и правое сечения;

в местах установки нутромера (площадью 80 80 мм) предварительно очищают внутреннюю поверхность обечайки от ржавчины, силикатных отложений и других загрязнений;

головку и пятку нутромера устанавливают на диаметрально противоположные места обечайки по одному из направлений (соответственно рискам), причем при измерениях в негоризонтальной плоскости головку размещают вверху, а пятку внизу. Наличие вмятин и выпучин в точках установки нутромера не допускается;

при неподвижной пятке нутромер покачивают в плоскости I-I и, изменяя его длину, находят положение, перпендикулярное продольной оси автоклава (по минимальной длине полученного диаметра). Аналогично замеряют диаметры по другим направлениям данной обечайки. Измерения проводят в каждой секции обечайки.

Овальность каждого сечения секции обечайки определяют по формуле:

где и - соответственно максимальная и минимальная замеренные величины внутреннего диаметра в сечениях секции обечайки; s - толщина стенки обечайки, мм. Овальность обечайки для автоклавов всех типоразмеров при работе с паспортным рабочим давлением не должна превышать ±1%. В случае превышения указанной величины автоклавы отечественного изготовления могут быть допущены к дальнейшей эксплуатации при условии снижения рабочего давления в пределах, регламентированных рекомендациями ВНИИстроммаш, приведенными ниже:

При овальности > 3% автоклавы следует ремонтировать для использования их в работе с давлением 0,8 МПа (8 кгс/см).

Контроль байонетного зацепления производят на автоклаве с предварительно отцентрованной (при наличии в документации завода-изготовителя требований о центровке) крышкой. Неконцентричность установки крышки относительно оси автоклава определяется разницей значений зазора А на диаметрально противоположных зубьях крышки (для автоклавов, изготовленных заводом "Волгоцеммаш", ее значение не должно превышать 3 мм).

Параметрами, подлежащими проверке, являются: величина С - радиального перекрытия зубьев затвора для каждой их пары в зацеплении; величина К - осевого зазора между фланцем корпуса и пластиной прилегания уплотнительной прокладки (при отсутствии пластины зазор измеряют между фланцем корпуса и фланцем крышки).

Измерения величины С на каждом зубе производят на затворе, закрытом на половину зубьев. Осевой зазор определяют как разность величин m и n, измеренных не менее чем в восьми точках (диаметрально противоположных), равномерно расположенных по окружности. Измерения производят во время гидравлического испытания при рабочем давлении в автоклаве.

Байонетный затвор считается исправным, если:

зазор K 5 мм;

радиальное перекрытие для изготовленных заводом "Волгоцеммаш" автоклавов составляет (Рр - рабочее давление в автоклаве):

Автоклав не может быть пущен в эксплуатацию, если при осмотре и измерениях элементов байонетного затвора будет установлено:

неполное перекрытие зубьев при контрольном закрывании крышки;

скосы на рабочей поверхности зубьев;

вытяжка болтов, соединяющих байонетные полукольца;

трещины, деформация, коррозионные или эрозионные изъязвления и раковины.

Дефектоскопический контроль сварных соединений и основного металла является аппаратурным средством технического диагностирования металла корпуса автоклава в процессе эксплуатации с целью определения его технического состояния по диагностическим признакам (параметрам) по ГОСТ 20911-89 [38].

Перечень основных работ и их минимальный объем при каждом виде диагностирования приведен в табл. 3.4. Контроль проводят обязательно с учетом рекомендаций, изложенных в заключении по предыдущему диагностированию, а также в директивных, циркулярных, информационных документах ведомства, ВНИИцеммаша, заводов-изготовителей, органов госгортехнадзора.

Технология проведения работ с использованием конкретной аппаратуры и материалов определяется ведомственными инструкциями по соответствующим методам контроля, утвержденными в установленном порядке. Диагностирование металла предусматривает использование не менее двух методов неразрушающего контроля, один из которых предназначен для надежного обнаружения поверхностных дефектов, а второй - для проверки сплошности металла и сварных швов по сечению.

Контроль сплошности поверхности металла проводят магнитопорошковым (по ГОСТ 21105-87 [39]), капиллярным (по ГОСТ 18442-80 [35]) или другими методами, обеспечивающими необходимый уровень чувствительности к выявлению дефектов. Контроль сплошности металла и сварных швов по сечению выполняется акустическими (ультразвуковыми по ГОСТ 20415-82 [37], #M12291 1200001359ГОСТ 14782-86#S[34]) или радиационными методами (по#M12291 1200001358ГОСТ 7512-82#S[25]). Контроль толщины металла может быть произведен ультразвуковым или другим методом, обеспечивающим погрешность измерения ± 0,15 мм.