РД 03-421-01 - МУ по проведению диагностирования технич. состоян. Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов
 Скачать 0.92 Mb.
|
|
6.6. Определение гарантированного (гамма-процентного) и среднего остаточных ресурсов сосудов и аппаратов В заключении, подготавливаемом по результатам диагностирования сосудов и аппаратов, должен указываться допускаемый срок их безопасной эксплуатации или гарантированный остаточный ресурс. Этот ресурс должен рассчитываться для возможного наименее благоприятного режима предстоящей эксплуатации с учетом максимальной возможной погрешности контроля параметров, определяющих техническое состояние сосуда (аппарата). В тех случаях, когда указанные факторы определяются в детерминированных значениях (однозначно), то гарантированный остаточный ресурс определяется по минимальным (либо максимальным) значениям установленных при диагностировании сосуда параметров. Например, если при периодическом контроле скорости коррозии стенок сосуда установлены максимальная скорость коррозии  , минимальная толщина стенки сосуда  , определенная при последнем диагностировании, расчетная толщина стенки  , то в этом случае остаточный гарантированный ресурс сосуда по критерию коррозионной стойкости определяется по формуле . (6.8)В тех случаях, когда прогнозирование ресурса осуществляют по результатам выборочного контроля параметров, имеющих некоторый естественный разброс (см. подразд.4.2), то при определении остаточного ресурса рассчитывают средний и гамма-процентный остаточные ресурсы. Средний ресурс представляет собой наиболее вероятное (ожидаемое) значение ресурса сосуда, по которому можно планировать необходимые затраты на ремонт или замену сосуда. Гамма-процентный ресурс определяет минимальное значение ресурса, которое способен отработать сосуд при обеспечении нормативных запасов прочности с доверительной вероятностью  , достаточно близкой к единице. При этом остается некоторая вероятность (1- ) выхода контролируемых параметров за пределы нормативных значений; при реализации этой вероятности потребуется остановка сосуда для проведения внепланового диагностирования.В соответствии с Методическими указаниями по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, поднадзорных Госгортехнадзору России (РД 09-102-95) [23], при определении гамма-процентного ресурса рекомендуется принимать значение  90%.Формулы для вычисления гамма-процентного и среднего остаточного ресурса сосудов и аппаратов для различных вариантов исходных данных по параметрам технического состояния приведены в Методике прогнозирования остаточного ресурса безопасной эксплуатации сосудов и аппаратов по изменению параметров технического состояния [16]. Если в процессе эксплуатации исходные характеристики материала сосуда могут изменяться под воздействием среды или минусовых температур, то предельное состояние сосуда определяется с учетом хрупкого разрушения или трещиностойкости. Расчет остаточного ресурса в этом случае определяется с учетом подразд.6.5, 7.1, 7.2, 7.4. 7. ОСОБЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ДИАГНОСТИРОВАНИЮ И ОПРЕДЕЛЕНИЮ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА СОСУДОВ 7.1. Требования к диагностированию сосудов, находящихся в эксплуатации на открытом воздухе 7.1.1. Сосуды, установленные на открытом воздухе, в холодное время года подвергаются воздействию низких температур, в результате чего температура стенки может стать ниже, чем минимальная разрешенная температура применения стали; это может привести к снижению пластических свойств металла и опасности возникновения и развития хрупких трещин. Это относится в первую очередь к углеродистым и некоторым низколегированным сталям, из которых изготовлено значительное количество сосудов, работающих на открытом воздухе (воздухосборников, цистерн, емкостей для хранения различных химических реагентов и другого оборудования). 7.1.2. Неразрушающий контроль сварных швов сосудов, указанных в п.7.1.1, должен проводиться в следующих объемах: для сосудов, работающих в режиме воздействия циклических нагрузок, контролю УЗК или РД методами подлежат сварные швы в объеме 100%; швы, не подлежащие контролю УЗК или РД (например, патрубки диаметром менее 100 мм, швы с конструктивным зазором и др.), должны быть проконтролированы цветным, магнитопорошковым или вихретоковым методами; для сосудов, режим нагружения которых является непрерывным, контролю методами УЗК или РД в объеме 100% должны быть подвергнуты продольные швы обечайки и места пересечений продольных и кольцевых швов; сварные швы приварки патрубков и горловин люков контролируются в объеме 100%, при этом для контроля швов патрубков диаметром до 100 мм используются цветной, магнитопорошковый или вихретоковый методы (как самостоятельно, так и в сочетании друг с другом). 7.1.3. Применение метода АЭК (см. п.3.6.3) вместо методов контроля, указанных в п.7.1.2 настоящих Методических указаний, не рекомендуется. Для получения достоверных данных о склонности дефектов к развитию в условиях эксплуатации сосуда при отрицательных температурах АЭК должен проводиться при температуре стенки, соответствующей минимальной температуре окружающего воздуха. Проведение АЭК при более высоких температурах усложняет получение достоверной информации о склонности металла сосуда к хрупкому разрушению при минимальной рабочей температуре. 7.1.4. При положительных результатах неразрушающего контроля (п.7.1.2) возможность эксплуатации сосудов при минимальных климатических температурах может быть обоснована: испытаниями материала сосуда на ударную вязкость при требуемой температуре; расчетом на прочность. 7.1.5. Образцы для испытаний на ударную вязкость изготовляются из заготовок, вырезаемых из корпуса сосуда (как правило, из каждой царги обечайки и каждого днища; в случаях когда сосуд изготовлен из металла одной плавки, допускается вырезка одной заготовки); рекомендуемый размер заготовки 100х100 мм или  100 мм. Количество образцов для испытаний на ударную вязкость должно быть не менее трех из каждой заготовки. Используются образцы типа 1 по ГОСТ 9454-88 [24] (в случаях когда из-за малой толщины стенки элементов сосуда изготовление образцов типа 1 не представляется возможным, допускается применение образцов типов 2-4). Значение ударной вязкости KCU 3 кгс·м/см . На одном из образцов допускается KCU 2,5 кгс·м/см .7.1.6. Возможность эксплуатации сосудов при отрицательных температурах ниже минимальных разрешенных температур применения материала сосуда (например, ниже -20 °С для сосуда из стали Ст3) может быть обоснована с учетом требований Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 10-115-96), расчетом с использованием более низких, чем нормативные, допускаемых напряжений  , где  - нормативное допускаемое напряжение в соответствии с ГОСТ 14249-89;  =1,35 для термообработанных и =2,85 для нетермообработанных сосудов с толщиной стенки до 36 мм).7.1.7. Расчет на прочность можно выполнить, рассматривая материал сосуда как хрупкий. Коэффициенты запаса в этом случае принимаются как для чугуна с пластинчатым графитом по ГОСТ 26159-84 [25]. 7.2. Особенности диагностирования сосудов и аппаратов, эксплуатирующихся в сероводородсодержащих средах 7.2.1. Характерные повреждения сосудов и аппаратов, эксплуатирующихся в сероводородсодержащих средах. В сероводородсодержащих средах помимо общей коррозии металла сосуда может происходить коррозионное растрескивание и расслоение металла, вызванные водородом, образующимся в результате электрохимических процессов на поверхности стали при участии сероводорода, углекислого газа и влаги. В отличие от хлоридного коррозионного растрескивания, которое начинается с поверхности, сероводородное растрескивание и расслоение могут начаться внутри металла, вдалеке от поверхности. Сероводородное растрескивание под напряжением (СРН) характерно для сталей аустенитного и аустенитно-мартенситного классов. Водород в этих сталях облегчает протекание мартенситного превращения и зарождение трещин. Наиболее часто СРН наблюдается в зонах термического влияния сварного шва при рН водной фазы <5, в наиболее опасном интервале температур 30-40 °С. Кроме того, склонность к СРН определяется особенностью структуры самого металла: наличием структурных неоднородностей, количеством и распределением неметаллических включений, химическим составом. Сероводородное расслоение (СР) металла проявляется в образовании трещин в направлении прокатки стали даже в отсутствие внешних напряжений. Обычно вследствие этого возникает расслоение металла и образуются "пузыри" на поверхности. Иногда трещины распространяются ступеньками - такой вид растрескивания называют ступенчатым растрескиванием, инициированным водородом. Сероводородному расслоению подвергаются в основном стали с пределом прочности от 300 до 800 МПа, в то время как сероводородное коррозионное растрескивание под напряжением более характерно для высокопрочных сталей. Анализ разрушений оборудования, эксплуатирующегося в сероводородсодержащих средах, показал, что, как правило, сосуды и трубопроводы из углеродистых низколегированных материалов подвергаются расслоению, в отдельных случаях наблюдается растрескивание сварных соединений. При наличии признаков сероводородной коррозии для проведения диагностирования сосудов рекомендуется использовать Методику диагностирования технического состояния сосудов и аппаратов, эксплуатирующихся в сероводородсодержащих средах, утвержденную Минтопэнерго России 30.11.93 г. и согласованную с Госгортехнадзором России [26]. Ниже указаны основные методы выявления характерных повреждений сосудов и критерии их оценки, приведенные в этой методике. Оценка прочности сосудов, работающих в контакте с сероводородсодержащими средами, должна проводиться по РД 26-02-62-88 [50]. 7.2.2. Проведение неразрушающего контроля. При проведении неразрушающего контроля сосудов и аппаратов, эксплуатирующихся в сероводородсодержащих средах, дополнительно к видам контроля, указанным в разд.3, выполняется контроль стенок сосудов на наличие в них расслоений и вспученных участков. Участки с вспученной поверхностью могут быть обнаружены визуальным контролем с помощью светового луча, направленного касательно к поверхности. Такому же осмотру подвергают сварные соединения для обнаружения на них трещин. Сварные швы необходимо исследовать на участках наибольших напряжений. Чаще всего трещины возникают поперек шва. Для выявления трещин применяют методы, изложенные в пп.3.6.2, 3.6.5. 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. При выборочном контроле рекомендуется контролировать не менее 5 точек на 1 м поверхности. В случаях обнаружения пораженных расслоением участков необходимо определить размеры пораженных участков (оконтурить) путем сканирования или пошагового контроля участков поверхности ультразвуковыми методами (см. пп.3.6.1, 3.6.4).7.2.3. Оценка результатов контроля участков, склонных к сероводородному растрескиванию. Согласно вышеуказанной Методике [26] предусматривается три уровня контроля повреждений. При первом уровне - применяется стандартный ультразвуковой эхо-метод (по ГОСТ 22727-88) [27], при втором уровне - в дополнение к первому используется метод ультразвукового сканирования с помощью компьютерных дефектометров [28], при третьем уровне - в дополнение ко второму выполняются специализированные расчеты в рамках структурной механики разрушения, водородная и акустико-эмиссионная диагностика высокого разрешения. При каждом уровне контроля выделяются три области параметров, определяющих состояние сосуда: исправное, неисправное, либо состояние неопределенности, при котором решение в рамках данного уровня невозможно. Если измеренные параметры попадают в области исправного или неисправного состояния, принимается решение и диагностирование заканчивается. Если измеренные параметры оказываются в области неопределенности, диагностирование должно быть продолжено на следующем уровне в соответствии с Методикой [26]. Согласно критериям первого уровня контроля сосуд соответствует исправному состоянию, если условные размеры выявленных в металле несплошностей в целом не превышают норм технической документации на поставку металлопроката или поковок для изготовления оборудования, а именно: а) условные размеры в плоскости изолированных несплошностей или их скоплений не выходят за пределы круга диаметром 50 мм (изолированными считаются несплошности, если расстояние от каждой из них до соседней в плоскости больше характерного условного размера каждого из них, а по глубине удаление превышает 20% их характерных условных размеров в плоскости); б) в областях, примыкающих к сварным швам на расстоянии менее половины толщины стенки, несплошности не выходят за пределы круга диаметром 20 мм; в) условная толщина зоны несплошностей не превышает 5% номинальной толщины стенки; г) средняя глубина залегания зоны несплошностей от ближайшей поверхности не меньше чем половина характерного размера в плоскости; д) общая площадь, занятая несплошностями, не превышает 1% поверхности контроля. Если размеры выявленных в металле несплошностей не превышают вышеуказанных норм, то последующая эксплуатация сосуда может осуществляться в обычном режиме. Если размеры выявленных дефектов и повреждений превышают эти нормы, то для определения возможности дальнейшей безопасной эксплуатации сосуда требуется дополнительное исследование в соответствии с вышеуказанной Методикой [26] с применением ультразвукового сканирования, с использованием компьютерных дефектометров [28]. При этом последующая эксплуатация должна производиться в подконтрольном режиме, основанном на рекомендациях специализированной организации. 7.3. Особенности диагностирования сосудов и аппаратов для аммиака 7.3.1. Наиболее опасными дефектами в сосудах для аммиака являются трещины коррозионного растрескивания (КР), которые могут возникать в сосудах из углеродистых и низколегированных сталей, особенно в тех случаях, когда сосуды не подвергались термической обработке для снятия остаточных напряжений. Поэтому выявление трещин КР является одной из основных задач при диагностировании аммиачных сосудов. 7.3.2. Технический аммиак, выпускаемый по ГОСТ 6221-90 [29] относится в соответствии с ГОСТ 12.1.007-98 [30] к четвертому классу опасности. Выпускается жидкий аммиак марок А и Б; аммиак марки Б имеет повышенное содержание влаги (0,1-0,2% воды). Применение аммиака марки А увеличивает опасность КР, поэтому при анализе технической документации и условий работы сосудов необходимо установить группу аммиака, который использовался при эксплуатации сосуда. 7.3.3. При диагностировании аммиачных сосудов особую роль для выявления КР играет внутренний осмотр, которому в обязательном порядке подлежат все доступные для его проведения сосуды. 7.3.4. Осмотру подлежат все сварные швы; особое внимание должно быть уделено швам в зонах концентрации напряжений (зоны приварки патрубков, горловин люков, швы в местах приварки опор и др.), а также зонам ремонта. Шов должен просматриваться с помощью лупы 2,5-7-кратного увеличения. 7.3.5. В случаях когда сосуд недоступен для непосредственного внутреннего осмотра из-за отсутствия или малых размеров люков, осмотр внутренней поверхности должен проводиться с помощью специальных приборов (эндоскопов, перископов, смотровых приборов типа РВП и др.). 7.3.6. Если внутренний осмотр нельзя выполнить с помощью средств, указанных в п.7.3.5, его необходимо заменить акустико-эмиссионным методом контроля. 7.3.7. При обнаружении трещин (или при подозрении наличия трещин) зона их расположения в обязательном порядке подвергается дополнительному контролю цветным, магнитопрошковым или вихретоковым методами. 7.3.8. Зоны концентрации напряжений и зоны ремонта в аммиачных сосудах подвергаются неразрушающему контролю в объеме 100% в соответствии с подразд.3.6 настоящих Методических указаний. 7.4. Диагностирование сосудов и аппаратов, работающих в водородосодержащих средах 7.4.1. Диагностированию подвергается металл сосудов по истечении 150000-200000 часов его эксплуатации в газообразных водородосодержащих средах при парциальном давлении водорода и температуре согласно табл.7.1. Таблица 7.1 Максимальная допустимая температура применяемых сталей в водородосодержащих средах, °С
Для марок стали, не указанных в табл.7.1, предварительно, исходя из фактического химического состава, должна устанавливаться их принадлежность к какой-либо группе из числа перечисленных в данной таблице. 7.4.2. Диагностирование осуществляется специализированной организацией, имеющей опыт проектирования и эксплуатации сосудов, работающих с газообразными водородосодержащими средами, посредством металлографических исследований и измерений твердости непосредственно на поверхности стенок сосудов и аппаратов, контактирующих с водородосодержащей средой, или в лабораторных условиях путем исследования металла контрольных темплетов. 7.4.3. Диагностирование предусматривает вырезку контрольных темплетов из стенок сосудов и аппаратов. Места вырезки контрольных темплетов, технология их вырезки, размеры и способы последующей заделки мест вырезки определяются в каждом конкретном случае специализированной организацией по согласованию с предприятием, эксплуатирующим диагностируемое оборудование. Контрольные темплеты вырезаются из тех элементов, которые имели наиболее длительный и желательно прямой контакт водородосодержащей среды с материалом и наиболее высокую в данной конструкции температуру стенки. 7.4.4. Диагностированием предусматриваются оценка степени и характера изменения структурного состояния материала у поверхности со стороны контакта с водородосодержащей средой и выявление признаков, свидетельствующих о протекании в металле процесса водородной коррозии (обезуглероживание и снижение твердости). Дополнительно (при изучении металла контрольных темплетов в лабораторных условиях) определяется его химический и фазовый состав, производится послойное определение содержания водорода в металле и его механических свойств по толщине стенки, по результатам измерения твердости и испытаний на растяжение и ударную вязкость. 7.4.5. При диагностировании металла оборудования установок каталитического риформинга и гидроочистки, работающего в водородосодержащих средах при повышенных температуре и давлении, следует руководствоваться Техническими указаниями - регламентом по эксплуатации оборудования установок каталитического риформинга и гидроочистки, работающего в водородосодержащих средах [48]. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||