1.6.2. Техническое освидетельствование теплообменников нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств

На предприятиях нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности около 35% технологического оборудования составляет теплообменная аппаратура (нагреватели, испарители, конденсаторы, холодильники). Наиболее распространенным в этой группе оборудованием являются теплообменники с выдвижными трубными системами (с плавающей головкой и -образными трубками). В соответствии с "Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением", внутренний осмотр теплообменников, работающих с некоррозионными средами, проводится не реже одного раза в два года, а работающих с коррозионными средами, - не реже одного раза в год. Внутренний осмотр теплообменного аппарата связан с демонтажом трубного пучка, представляющим собой трудоемкую операцию. При ее выполнении в ряде случаев нарушалась герметичность вальцовочных соединений трубок с трубными досками, что приводило к дополнительным затратам на ремонт.

Опыт многолетней эксплуатации теплообменников на предприятиях отрасли показал, что корпуса их достаточно надежны, редко выходят из строя и имеют незначительный коррозионный износ. Наиболее подвержены коррозии трубные пучки (особенно в местах крепления трубок в трубных досках). Это связано с тем, что по трубному пучку движутся наиболее агрессивные и загрязненные среды (по сравнению с межтрубным пространством), а в местах крепления трубок в трубной доске создаются повышенные механические напряжения. Исследования Уфимского филиала ВНИИнефтемаша подтвердили высокую надежность корпусов теплообменников. По всем обследованным аппаратам за время работы 25570 ч ни одного отказа по корпусу не было отмечено. В связи с этим особую актуальность приобретает установление рациональных сроков технического освидетельствования теплообменников, обеспечивающих при значительном снижении трудоемкости подготовки к освидетельствованию безопасную, безаварийную и надежную работу.

Для этого ВНИКТИнефтехимоборудования обследовал техническое состояние теплообменных аппаратов на шести предприятиях отрасли (с охватом самых представительных технологических процессов, большинства перерабатываемых нефтей, сред различной агрессивности, а также различных климатических условий эксплуатации). Обследование включало: наружный осмотр аппаратов, внутренний осмотр некоторых из них, анализ результатов технических освидетельствований инспекторами госгортехнадзора и службой технадзора предприятия, проведенных в течение всего срока эксплуатации, исследование структуры и механических свойств металла корпусов после различных сроков их эксплуатации. Обследованные аппараты по скорости коррозии в среде, находящейся в межтрубном пространстве, были разделены на две группы: со скоростью коррозии не более 0,1 мм/год (890 шт.) и со скоростью коррозии более 0,1 до 0,3 мм/год (48 шт.) включительно. Скорость коррозии аппаратов более 0,3 мм/год на обследованных теплообменниках не выявлена.

Обработка и анализ полученных данных показали, что по всем 938 теплообменникам со средней наработкой 11,2 года имелось девять случаев ремонта корпусов, вызванных износом в виде коррозионных язв глубиной 4 мм и более, и коррозии сварных швов в основном в нижней части корпуса в районе штуцеров. Эти случаи коррозионного износа не привели к вынужденной остановке аппарата и квалифицировались как потенциально возможный отказ. Из указанных случаев ремонта корпусов только два пришлись на аппараты со скоростью коррозии не более 0,1 мм/год.

Было установлено, что металл корпусов теплообменников, эксплуатирующихся длительное время (до 22 лет), работоспособен с точки зрения как микроструктуры, так и прочностных свойств. Микроструктура металла мелкозернистая, феррито-перлитная; балл зерна составляет 7-9; соотношение между ферритом и перлитом в норме, что соответствует нормальному состоянию малоуглеродистой стали; прочностные свойства исследуемого металла близки к нормативным.

Показатели надежности корпуса теплообменников определены вероятностно-статистической обработкой данных обследования 938 аппаратов. Изменение вероятности безотказной работы показано на рис. 1.22, а. При периоде эксплуатации лет вероятность безотказной работы корпуса близка к единице . Только после указанного срока заметно некоторое незначительное снижение надежности, поэтому при скорости коррозии корпуса не более 0,3 мм/год целесообразно установить срок работы аппарата до внутреннего осмотра не более 12 лет.

Рис. 1.22. Изменение вероятности: а - безотказной работы корпусов теплообменников;

б - демонтажа трубных пучков теплообменников

Так как необходимость ремонта теплообменного аппарата в большинстве случаев связана с выходом из строя трубного пучка, проанализирована также периодичность его демонтажа для замены или ремонта и оценена возможность совмещения этой операции с внутренним осмотром корпуса. Результаты расчета, представленные на рис. 1.22, б, показывают, что вероятность демонтажа трубного пучка за 12 лет эксплуатации теплообменников составляет 0,955. Таким образом, при совмещении операции по демонтажу трубного пучка с внутренним осмотром корпуса вероятность того, что все аппараты пройдут техническое освидетельствование, весьма высока.

На основании выполненных исследований установлены следующие сроки проведения периодических технических освидетельствований эксплуатирующихся на предприятиях нефтеперерабатывающей промышленности теплообменных аппаратов с выдвижными трубными пучками (рабочее давление до 100 кгс/см) при скорости коррозии корпуса не более 0,3 мм/год:

администрация предприятия производит внутренний осмотр регистрируемых и нерегистрируемых в органах госгортехнадзора теплообменников после каждой выемки трубного пучка;

инспектор котлонадзора выполняет техническое освидетельствование (внутренний осмотр и гидравлическое испытание) регистрируемых теплообменников, работающих со средой, при которой скорость коррозии металла не превышает 0,1 мм/год, не реже одного раза в 12 лет, а при скорости коррозии 0,1-0,3 мм/год - не реже одного раза в 8 лет.