7. Диагностирование технического состояния сосудов и аппаратов, работающих под давлением

7.1. Диагностирование сосудов, работающих под давлением

Основная цель диагностирования - установление соответствия технического состояния сосуда требованиям, установленным Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. Этими правилами также регламентирован перечень сосудов, работающих под давлением, на которые эти правила распространяются.

В зависимости от ведомственного назначения, вида оборудования, технологической среды и особенностей эксплуатации разработаны специальные методики диагностирования технического состояния сосудов и аппаратов потенциально опасных производств. Однако все эти методики не должны вступать в противоречие с Методическими указаниями по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, поднадзорных Госгортехнадзору России.

Подготовку сосудов и аппаратов к диагностированию выполняет предприятие-заказчик.

7.1.1. Составляющие диагностирования

Диагностирование должно носить комплексный характер и в общем случае включает в себя следующие виды работ:

1. Анализ технической документации, при котором наибольшее внимание уделяется:

• сварным швам и местам их пересечения,

• местам сочленения конструктивным элементам (приварки патрубков, люков, бобышек, переходов и т.д.);

• местам гибов металла,

• местам конструктивных утонений,

• наиболее нагруженным участкам (крепление опор),

• местам соединения и контакта различных материалов,

• застойным зонам,

• местам воздействия потоков и границ раздела агрегатных состояний рабочей среды,

• участкам с дефектами металла, обнаруженными в процессе эксплуатации.

2. Для потенциально опасных участков устанавливают:

• марку конструкционного материала,

• проектное значение эксплуатационных напряжений и коэффициентов запаса прочности,

• проектные значения рабочих температур,

• характеристики рабочей среды и условия ее взаимодействия с материалом конструкции,

• вероятный характер возможных повреждений.

3. В результате анализа условий эксплуатации устанавливают:

• соответствие оборудования его прямому назначению,

• соответствие рабочие среды,температуры и давления паспортным данным,

• возможность возникновения коррозионного растрескивания металла, его наводораживания, обезуглероживания, межкристаллической коррозии и других повреждений,

• характер изменения режимов эксплуатации (температуры, давления, концентрации компонентов и др.),

• определяют время и количество циклов взаимодействия.

4. В результате анализа планово-профилактических и ремонтных мероприятий получают:

• информацию об объеме и характере проведенных ремонтных работ и их причинах,

• уточнение физико-механических характеристик металла, его химического состава и структуры на участках, подвергнутых ремонту,

• оценку интенсивности развития дефектов.

5. При анализе аварий обращают внимание на следующие моменты:

• места локализации очагов аварий,

• причины аварий (нарушение технологического режима, брак при изготовлении, монтаже, старение материала и т.п.),

• характер разрушения, физико-механические свойства и структуру материала в очаге разрушения,

• изменение геометрических параметров,

• объем и характер ремонтно-восстановительных работ.

6. На основании анализа технической документации производится следующее:

• формулируются задачи обследования,

• составляется карта аппарата с указанием потенциально опасных участков,

• выбираются методы и аппаратура для обследования,

• выбираются методы обработки результатов обследования и порядок их представления,

• устанавливаются меры безопасности при диагностирования.

7. Натурное обследование аппарата включает в себя:

• наружный и внутренний осмотр,

• неразрушающий контроль сварных соединений и потенциально опасных участков,

• толщинометрию несущих элементов конструкции,

• исследование фактической нагруженности основных несущих элементов,

• исследование физико-механических свойств, состава и структуры материалов,

• коррозионные свойства металла в конкретной рабочей среде,

• прочность и герметичность конструкции.

При визуальном выявлении дефектов путем наружного и внутреннего осмотра внутренние защитные покрытия и футеровка подлежат обязательному удалению в местах нарушения их целостности, а также определенных специалистом, производящим диагностику. При осмотре поверхностей используют луны, индикаторы с иглами для измерения глубины дефектов и измерительный инструмент для определения протяженности и площади дефекта, шаблоны для контроля деформации трубных элементов. Внутренняя поверхность аппарата, недоступная для осмотра, исследуется с помощью эндоскопа зондом из стекло­волокна. При осмотре выявляют следующие дефекты:

• поверхностные трещины, расслоения, вмятины, гофры, раковины и другие дефекты в основном металле,

• поверхностные трещины, непровары, отслоения, свищи и другие несплошности в сварных швах,

• коррозионные повреждения,

• видимые деформации конструкционных элементов,

• видимые отслоения и отрывы плакирующего слоя, разрушение футеровки.

В случае обнаружения дефектов участки в зоне дефектов шириной 100…150 мм исследуют с помощью методов неразрушающего контроля. При этом используют:

• методы количественной металлографии непосредственно на объекте,

• метод полистирольных оттисков,

• косвенные методы, использующие зависимости физико-механических свойств материалов от уровня дефектности (твердость, магнитная восприимчивость и др.).

В отдельных случаях требуется вырезка образца из потенциально опасного участка для проведения исследований методами электрон­ной микроскопии, малоугловой рентгенографии и др.

8. Неразрушающий контроль проводят:

• для обстоятельного исследования дефектов, обнаруженных визуально,

• для выявления дефектов в сварных соединениях и потенциально опасных участках,

• для обнаружения дефектов, не наблюдаемых визуально. Доля обследуемой поверхности и участки обследования зависят

от категории опасности оборудования, определяются правилами безопасности, а при отсутствии рекомендаций назначаются лицом, проводящим диагностику.

Наибольшее применение для выявления дефектов нашли следующие методы неразрушающего контроля:

• ультразвуковая дефектоскопия (УЗД),

• радиографический контроль сварных соединений,

• капиллярный (цветной) и магнитопорошковый методы,

• ультразвуковая толщинометрия (УЗТ),

• акустико-эмиссионный контроль.

Метод контроля (или сочетание методов) выбирают таким образом, чтобы обеспечить максимальную степень выявления дефекта.

9. Исследования прочности сосудов и аппаратов проводят с целью:

• определения соответствия основных элементов сосуда условиям прочности по требованиям нормативно-технической документации (НТД),

• оценки влияния выявленных дефектов на безопасность эксплуатации сосуда,

• определения влияния длительной эксплуатации на напряженно-деформированное состояние основных элементов сосуда.

Расчеты на прочность выполняют для обечаек сосуда, днищ, патрубков. Расчеты выполняют в соответствии с нормативной документацией. При расчетах учитывают объем контроля, результаты толщинометрии и дефектоскопии сварных швов. Местные напряжения определяют методами численного анализа с помощью ЭВМ по специальным программам.

При получении в результате расчета коэффициента запаса не ниже установленных в НТД, конструкция может быть допущена к последующей эксплуатации. На основании результатов расчета определяют допускаемый режим эксплуатации и остаточный ресурс.

В случае обнаружения дефектов сварных швов, которые не допускаются по действующим нормам, производится оценка их влияния на прочность сосуда. Эта работа выполняется в следующем порядке:

• определяются характеристики статической и циклической трещиностойкости материала сварных швов;

• проводится расчетная оценка влияния дефекта на прочность сосуда.

В результате циклических испытаний определяется срок работы аппарата, в течение которого дефект сварного шва достигнет опасного размера. В случае если условия прочности не обеспечиваются, должен быть произведен неразрушающий 100% контроль швов.

При неудовлетворительных результатах, полученных при прочностных исследованиях, или невозможности расчетной оценки влияния выявленных дефектов, дефектное место подлежит ремонту (в случае ремонтопригодности сосуда) с обязательным обследова­нием места ремонта.

10. Гидравлическому испытанию подлежат все сосуды после их изготовления и ремонта. Гидравлические испытания проводят пробным давлением (4):

Р_пр=КР([σ]₂₀/[σ]_I) (4)

где: Р - расчетное давление сосуда;

[σ]₂₀, [σ]_t - допускаемые напряжения для материала сосуда при 20°С и расчетной температуре;

К - коэффициент избыточного давления (К=1,5 - для сосудов, изготовленных методом литья, К=1,25 – для других способов изготовления).