4.8 Оценка технического состояния технологических трубчатых печей.

Обследование проводится с целью оценки технического состояния печи, ее основных элементов и узлов и включает следующие этапы работы:

- изучение технической документации печи (проектной, исполнительной,

эксплуатационной);

- оперативная диагностика печи;

- экспертное обследование печи:

- наружный и внутренний осмотр печи и ее основных элементов;

- проверку геометрических форм элементов печи и оценку их деформации;

- толщинометрию основных элементов змеевика и других частей печи;

- замеры твердости металла;

- стилоскопирование (при необходимости);

- дефектоскопию сварных соединений;

- оценку металлографических структур (при необходимости);

- испытание на прочность и плотность.

Изучение технической документации

Изучение технической документации имеет целью детальное ознакомление с конструктивными и эксплуатационными особенностями печи, а также с объемами и причинами выполненных ремонтов, что позволит сделать предварительную оценку технического состояния печи и выявить элементы печи с наиболее вероятными отказами и повреждениями, рост поврежденности в которых и дефектность могут привести к ресурсному отказу.

Предварительный анализ технического состояния печи и её основных элементов включает сбор и обобщение следующей информации:

- проектные и фактические сведения по печи (организация-проектировщик, дата проектирования, характеристика печи, схемы змеевиков и их обвязка, материальное и конструктивное исполнение, параметры работы, расчетный срок службы; - сведения (при наличии) по изготовлению основных элементов печи (завод-изготовитель, дата изготовления, паспорта с чертежами общего вида, материальное исполнение, копии сертификатов, возможные отклонения от проекта при изготовлении, а также сведения по сварным соединениям: копии сертификатов на электроды и результаты испытаний сварных соединений);

- дата ввода печи в эксплуатацию и фактическое время работы на момент обследования;

- количество проведенных ремонтов (плановых, аварийных), причины аварий;

- перечень, количество и причины замен элементов змеевиков и печи за время эксплуатации;

- результаты предыдущих ревизий (проверки наружных диаметров печных труб, замеров твердости, толщин стенок змеевиков, дымовых труб и др.);

- результаты исследований металла, если таковые проводились;

- сведения о перегреве металла змеевиков в процессе эксплуатации;

- сведения о скорости коррозионного износа основных элементов печи;

- научно-техническая информация по отказам и повреждениям по данному виду оборудования.

По результатам анализа технической документации составляется:

- перечень проанализированной документации;

- схема печи в виде эскизов с нанесением основных ее элементов (змеевика, несущих металлоконструкций, гарнитуры, боровов, дымовой трубы и др.) их размеров, материального оформления, рабочих параметров (давление, температура, рабочая среда и т.д.);

- заключение по результатам анализа;

- программа оперативной диагностики печи.

Оперативная диагностика

Оперативная диагностика печи проводится с целью получения данных о техническом состоянии печи, технологических параметрах ее работы и загруженности элементов печи в реальных условиях эксплуатации.

Оперативная диагностика печи проводится в период работы установки в соответствии с разработанной программой с использованием штатных контрольно-измерительных приборов установки и включает следующие основные этапы:

- регистрацию основных технологических параметров печи (Р, t, t_ст) на момент обследования и выборочно за предыдущее время эксплуатации (по показаниям КИП, картограммам приборов, режимным листам); проверку их соответствия нормам технологического регламента; обработку и анализ полуденных данных;

- наблюдение через гляделки или смотровые окна за режимом горения форсунок, состоянием трубного змеевика, гарнитуры, кладки и огнеупорной футеровки печи с целью определения степени загруженности данных элементов, выявления прогиба труб, отдушин и темных пятен на поверхности труб, обрыва и деформаций подвесок, образования трещин, выпучиваний, наклонов и других признаков ослабления и разрушения футеровки;

- наблюдение за состоянием обшивки каркаса, опорных стоек, несущих балок, ферм, обслуживающих площадок и лестниц, кровли печи, дымовых труб, их вертикальностью, состоянием фундаментов печи и дымовой трубы.

Результаты оперативной диагностики печи оформляются в виде акта (протокола) и прилагаются к заключению.

Экспертное обследование

Экспертное обследование печи проводится в период ее остановки с целью получения информации о реальном техническом состоянии печи, ее основных элементов и узлов, и включает следующие этапы работ.

Наружный и внутренний осмотр

При визуальном (наружном и внутреннем) осмотре печи устанавливается состояние наружной поверхности и наличие деформаций, коррозионного и эрозионного износа и др. дефектов основных элементов печи: трубного змеевика, металлоконструкций, гарнитуры, кладки и футеровки печи, боровов и газоходов, дымовых труб, горелок и др.

Осматриваются все трубы и калачи (отводы) в радиантной части печи и в доступных местах конвекции с целью выявления коррозии поверхностей, прогаров, отдушин, трещин, свищей, прогибов, дефектов в сварных швах.

При наличии двойников (ретурбендов) осмотру подвергаются все двойники с целью выявления трещин, раковин, следов остаточной деформации ушек, наличия забоин на уплотнительных поверхностях под пробки, коррозионного и эрозионного износа внутренних поверхностей (у вскрытых ретурбендов), трещин, вмятин, изгибов, износа резьб траверс и болтов двойников.

По металлоконструкциям и гарнитуре печи осматриваются обшивка каркаса, кровля, опорные стойки, несущие балки, швеллера и фермы, обслуживающие площадки и лестницы, трубные решетки, подвески и кронштейны, сварные швы и болтовые соединения с цепью выявления степени их обгорания, деформаций, трещин, разрушений, коррозионного износа (при необходимости проводится замер остаточных толщин их элементов).

При осмотре кладки и футеровки печи выявляется:

- состояние кирпичной кладки или бетона торцовых и боковых стен, пода,

перевальных стен, футеровки форсуночных окон, наружного изоляционного покрытия;

- степень выгорания футеровки, расслоений, выкрашивания и выпадения кирпича из кладки;

- наличие обрывов, обгорания и ослабления кирпичной подвески;

- состояние температурных швов и их заполнение асбестовым шнуром.

В боровах, газовоздушных коробах и шиберах осматриваются своды, стены, под дымоходов (боровов), шибера, их крепления и опоры с целью выявления дефектов и отклонений в огнеупорной футеровке или кладке дымоходов (выпучин или провалов на поверхности, расслоений или выкрашивания кирпича, провисание свода, наличие пустот под полом или оседание борова), состояния и крепления шиберов.

При осмотре форсунок выявляют состояние корпуса форсунки, завихрителя, паромазутной головки, газового коллектора, сопла, керамических призм и трубок (у беспламенных горелок), запорной арматуры.

У дымовой трубы производится:

- осмотр ствола дымовой трубы с целью выявления: сквозного коррозионного износа листов обечаек и состояния сварных швов обечаек (у металлических труб):

- наличия сколов, выветриваний, трещин, степени их раскрытия, разрушений и выкрашивания кирпичной кладки, состояние закладных элементов, состояние прутков гарнитуры бетона, состояние бетона между царгами (у кирпичных, железобетонных труб);

- нарушения целостности и исправности стяжных колец, ходовых скоб, площадок для обслуживания, устройств молниезащиты, сигнальных устройств;

- осмотр крепления ствола трубы с фундаментом, опорных плит и анкерных болтов, выявление износа и деформаций, состояния фундамента трубы (неравномерность осадки, наличие сквозных трещин и выкрашиваний).

Ревизия и отбраковка трубопроводов обвязки трубчатых печей производится в соответствии с РД 38.13.004-86 "Эксплуатация и ремонттехнологических трубопроводов под давлением до 10,0 МПа (100 кгс/см²)".

В случае необходимости, для повышения надежности результатов осмотра, а также для осмотра поверхностей в труднодоступных местах могут применяться средства подсветки, оптические линзы, зеркала, бинокли, а также специальные оптические приборы.

На основании результатов осмотра специалистами, выполняющими обследование, назначаются места замера деформаций, толщин, твердости, стилоскопирования, дефектоскопии, а при необходимости - места контрольной вырезки для исследования свойств металла, либо, при наличии неисправимых дефектов и деформаций, производится отбраковка элементов печи согласно действующей нормативно-технической документации.

Проверка геометрических форм элементов печи и оценка их деформации

Первичная оценка геометрической формы основных несущих элементов печи производится визуально при проведении ее наружного и внутреннего осмотра.

Выявленные при осмотре элементы, имеющие отклонения геометрической формы, должны быть промерены с целью установления границ деформированных участков и величины деформаций, отклонений.

Проверка наружного диаметра труб змеевика печи проводится по всей длине у каждой трубы в радиантной части и в доступных местах конвекционной части печи.

Особенно тщательному промеру подлежат участки труб зон возможного перегрева и в местах видимого увеличения диаметра.

Измерение внутреннего диаметра труб ретурбендного змеевика в двойниках и за двойником (на глубину 0,5 м) производится в радиантной и конвекционной частях печи выборочно из различных температурных зон (экранов) и исходя из анализа результатов предыдущих ревизий и опыта эксплуатации печей на данном предприятии.

Замеры диаметра гнезда в двойниках под трубы и глубины канавок под развальцовку производятся в случае замены труб или установки нового двойника.

При наличии деформации (прогиба) труб змеевика, элементов несущих металлоконструкций проводится замер стрелы прогиба.

Оценке величины отклонений, выпучин, впадин, расслоений, выкрашивания и др. дефектов подвергается огнеупорная футеровка и кирпичная кладка стен, свода печи, боровов, дымовой трубы.

Кладка и футеровка печи подвергается, при необходимости, проверке на вертикальность (торцевые, боковые, перевальные стены) и горизонтальность (свод и под печи).

Проверка дымовых труб на вертикальность проводится по мере необходимости и в сроки, соответствующие требованиям СТО-СА-03-004-2009 «Трубчатые печи, резервуары, сосуды и аппараты нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. Требования к техническому надзору, ревизии и отбраковке».

Измерения выполняются специальными измерительными инструментами и приборами (скобами, калибрами, нутромерами, кронциркулями, теодолитами и др.), обеспечивающими требуемую нормативной документацией точность измерений.

На основании полуденных результатов измерений и выявления неисправимых дефектов и деформаций проводится отбраковка элементов печи согласно действующей нормативно-технической документации.

Толщинометрия

Измерение толщин стенок основных элементов печи (трубы змеевика, ретурбенды, калачи, металлоконструкции, дымовые трубы и др.) проводится методом ультразвуковой толщинометрии. Для измерения используются отечественные или зарубежные толщиномеры с точностью измерения не ниже 0,2 мм и соответствующие требованиям ГОСТ 25863-83.

Замеры толщин стенок труб змеевика для радиантной части делаются по трем образующим и на каждой образующей не менее чем в 3-х точках по длине каждой трубы в местах наиболее вероятного износа, установленных исходя из результатов предыдущих ревизий и опыта эксплуатации печи, а также на, участках, имеющих увеличение наружного диаметра и прогиб.

Для конвекционной части змеевика печи - в доступных местах.

Измерение толщин стенок калачей (отводов) для радиантной части печи проводится полностью у всех отводов, в конвекционной части змеевика печи – в доступных местах.

Изменение толщины стенок выполняется на наибольшем, наименьшем радиусах закругления и в нейтральной зоне, для штампосварных отводов – вблизи продольного шва и на каждой половине.

Замер толщин стенок двойников и мостов между отверстиями под пробки проводится выборочно, в местах видимого максимального износа на двойниках, вскрытых для замера внутреннего диаметра труб, или демонтажа труб.

Замер толщины стенки дымовой трубы делается на каждой обечайке и каждой ее составляющей, если она сварная. Особое внимание при контроле толщин стенок необходимо обращать на места вероятного коррозионного износа (нижние и верхние пояса трубы).

Выборочно проводятся замеры остаточных толщин элементов гарнитуры металлоконструкций и других частей печи.

Поверхность в местах замера толщины стенки ультразвуковыми приборами должна быть освобождена от грязи, отложений и окалины, зачищена без заметных рисок, выпуклостей и углублений. Шероховатость поверхности в месте контроля должна быть не выше 40 мкм.

Замер твердости

Замер твердости металла и сварных соединении основных элементов и узлов печи проводится с целью получения косвенной оценки их прочностных характеристик и выявления элементов с отклонениями от стандартных значений временного сопротивления и предела текучести по ГОСТ 22761-77 и ГОСТ 22762-77.

Замеры твердости металла элементов змеевиков из подкаливающихся сталей (15X5М, 12X88Ф, 12X2М1, X9M, 15X5M-X, X5MЛ и др.) осуществляются переносными твердомерами выборочно в доступных местах в объеме 25 % равномерно по всем экранам, при этом в каждом месте должно быть сделано не менее трех замеров.

Шероховатость поверхности мест замеров должна соответствовать требованиям действующей нормативно-технической документации и инструкций на применяемые приборы.

В случае если полученные результаты показывают, что твердость металла или сварного соединения не соответствует требованиям СТО-СА-03-004-2009 «Трубчатые печи, резервуары, сосуды и аппараты нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. Требования к техническому надзору, ревизии и отбраковке», проводится удвоенное количество дополнительных замерев. При подтверждении полученных неудовлетворительных результатов данный участок или элемент змеевика выбраковывается.

Стилоскопирование

Стилоскопирование (химический анализ) металла элементов змеевика (труб, калачей, отводов, ретурбендов и др.) из легированных сталей проводится при отсутствии документации на этот вид контроля и на вновь устанавливаемые элементы в объеме 100 %.

Дефектоскопия

Дефектоскопия (ультразвуковая или радиационная) сварных соединений змеевика проводится выборочно в зонах возможного перегрева, увеличения наружного диаметра и прогиба труб, а также при сомнении в качестве по результатам внешнего осмотра.

Объем контроля сварных соединений устанавливается специалистами, проводящими обследование.

Метод дефектоскопии (или сочетание различных методов) выбирается специалистами, проводящими обследование, таким образом, чтобы была обеспечена максимальная степень выявления недопустимых дефектов.

Ультразвуковая дефектоскопия и радиографический контроль должны проводиться в соответствии с ГОСТ 14782-86, ГОСТ 7512-82, РДИ 38.18.016-94 «Инструкция по ультразвуковому контролю технологического оборудования», РДИ 38.18.020-95 «Радиографический контроль сосудов, аппаратов и трубопроводов», другими отраслевыми стандартами или инструкциями, разработанными специализированными организациями.

Магнитопорошковый и капиллярный (цветной) методы контроля должны выполняться согласно РД 13-05-2006 «Методические рекомендации о порядке проведения магнитопорошкового контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах», РД 13-06-2006 «Методические рекомендации о порядке проведения капиллярного контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах» других отраслевых стандартов или инструкций, разработанных специализированными организациями.

При неудовлетворительных результатах дефектоскопии дефектные участки, элементы змеевика подлежат замене, а специалистами, выполняющими обследование, должно быть принято решение о дополнительном объеме контроля дефектоскопией.

Металлографические исследования металла (сварных швов) элементов змеевиков должны проводиться, когда по условиям эксплуатации (среда, температура, давление) и (или) выполненных ремонтно-восстановительных работ возможны изменения структуры металла, если значения твердости металла ниже или выше допустимых нормативных значений, по требованию действующих нормативно-технических документов или проекта и по усмотрению специалистов, проводящих обследование печи.

Контроль микроструктуры неразрушающим (безобразцовым) методом производится по действующим методикам непосредственно на наружной поверхности элементов и сварных швах по репликам (оттискам) в доступных местах.

При получении неудовлетворительных результатов исследований структуры металла должен быть отобран металл для комплексного исследования.

На основании анализа полученных результатов обследования специалистами, выполняющими обследование, принимаются решения:

- о необходимости, местах, размерах и количестве контрольных вырезок металла для проведения его детального исследования;

- об объеме ремонтно-восстановительных работ.

Испытание на прочность и плотность

Испытание змеевика печи на прочность и плотность является завершающей стадией обследования печи и, как правило, производится гидравлическим методом.

Для отдельных печей в обоснованных случаях разрешается проведение пневматического испытания змеевиков по специально разработанной инструкции, предусматривающей необходимые меры безопасности.

Гидравлическое испытание производится только для змеевиков, техническое состояние которых по результатам обследования признана удовлетворительным.

Гидравлическое испытание змеевика печи производится в соответствии с СТО-СА-03-004-2009.

Результаты экспертного обследования технического состояния печи оформляются в виде акта (протокола), в котором должна быть отражена возможность (или невозможность) эксплуатации печи на проектных (регламентных) или сниженных параметрах до получения результатов оценки ее ресурса.

Акт (протокол) должен быть подписан специалистами проводившими обследование и утвержден руководством предприятия.

Исследование физико-механических свойств металла

Исследование состояния металла элементов печи с целью определения его остаточного ресурса осуществляется на образцах, изготовленных из контрольных вырезок, назначенных специалистами, выполняющими обследование.

Вырезка металла должна производиться из наиболее нагруженного силовыми и температурными нагрузками элемента печи. Размеры контрольных вырезок и их количество должны обеспечить необходимую возможность изготовления заданного количества образцов.

При наличии в печи элементов из различных марок сталей вырезки назначаются (как минимум - одна) из каждой марки стали.

При необходимости исследования физико-механических свойств металла сварных соединений вырезается по одному однородному и одному разнородному сварному соединению (по металлу шва и основному металлу) и работающих с наибольшей температурой стенки.

Допускается в качестве контрольной вырезки металла использовать металл, вырезанный при проведении ремонта, например, при замене участка трубы или отвода змеевика.

Вырезка металла из элементов печи может осуществляться механическим или огневым способом, при этом, в последнем случае, места термического влияния должны быть механически удалены.

Вырезка заготовок для изготовления образцов из контрольных вырезок должна осуществляться только механическим способом без правки и без обработки наружной и внутренней поверхностей в соответствии с картами-схемами раскроя, выполненными специалистами, производящими обследование и выполняющими исследование механических свойств.

Также могут проводиться и другие специальные исследования (определение возможного науглероженного слоя и др.), необходимость которых определяется специалистами, выполняющими обследование.

Методики проведения этих испытаний должны быть утверждены специализированными организациями, если на них нет нормативных или методических документов.

Образцы для исследования изготавливаются из заготовок в соответствии с требованиями стандартов, с учетом конструктивных особенностей испытательного оборудования и по чертежам организации, исследующей металл.

По результатам исследований специалистами, проводившими исследования и испытания, дается оценка (заключение) о работоспособности металла (сварных соединений) и о возможности его дальнейшей эксплуатации.

Оценка фактической нагруженности и работоспособности основных элементов печи

Оценка фактической нагруженности основных элементов печи может быть выполнена расчетными или экспериментальными методами на основе:

- предварительного анализа конструкционных особенностей печи, проектных и фактических условий эксплуатации, причин "отказов" и аварий, результатов предыдущих ревизий;

- результатов экспертного обследования печи;

- результатов расчета элементов печи с учетом фактических температур, толщин стенок и свойств металла, после длительной эксплуатации.

Расчётная оценка прочности основных элементов змеевиков печи проводится на основе результатов обследования и должна выполнятся с учётом требований РТМ 26.02.67-84 «Методика расчета на прочность элементов печей, работающих под давлением» и других действующих нормативно-технических документов.

На основе расчета толщин стенок элементов печи назначается отбраковочная величина.

Отбраковочные значения толщин стенок основных элементов печи должны определятся путём суммирования расчётных толщин, величин, возможного слоя, коррозионного и эрозионного износа и других оказывающих возможное отрицательное воздействие факторов до следующей ревизии.