Гидравлические испытания сосудов на герметичность

Гидравлические испытания герметичности изделий и систем осуществляются в зависимости от предъявляемых к объектам требований тремя методами: гидравлическим давлением; наливом воды; поливом водой.

Рабочее и пробное давления для сосудов, работающих под давлением при температуре до 200 °С:

Испытаниям гидравлическим давлением (опрессовка) подвергают различного рода замкнутые системы (емкости, трубопроводы, гидравлические системы и т. п.). При испытаниях систем, работающих под воздействием жидкостей, в качестве контрольного вещества используют, как правило, рабочую жидкость. Некоторые газовые системы, например трубопроводы, контролируют водой или какой-либо другой жидкостью (маслом, 2…5%-ным раствором хромпика K2Cr2O7, гидросмесями, и др.).

При испытаниях контролируемый объект после операции предварительной очистки заполняют рабочей жидкостью, герметизируют, с помощью гидравлического насоса создают в нем необходимое избыточное давление и выдерживают изделие при этом давлении в течение времени, установленного ТУ. Испытания гидравлическим давлением позволяют одновременно с контролем герметичности оценивать и прочность контролируемого изделия. Испытательное давление при гидравлических испытаниях сосудов, работающих под давлением, зависит от рабочей температуры объекта контроля.

Время выдержки сосудов под пробным давлением:

При испытаниях трубопроводов пробное давление выбирают по соотношению pпр = kтр · pр.

Значения коэффициента kтр:

В процессе испытания необходимо обеспечивать плавное повышение и снижение давления в контролируемых объектах.

Течи обнаруживают по отпотеванию наружной поверхности изделия, либо по пятнам рабочей или контрольной жидкости на фильтровальной бумаге, наложенной на места контроля. Для удобства индикации течей в ряде случаев на наружную поверхность контролируемого объекта предварительно наносят слой меловой обмазки толщиной 40…60 мкм. После обнаружения течей и регистрации величин утечек давление жидкости в объекте сбрасывают.

Величина течи определяется объемом вытекшей через нее жидкости за время выдержки. Объем вытекшей жидкости определяют путем взвешивания наложенной на место контроля фильтровальной бумаги до и после испытаний.

Чувствительность метода визуально характеризуется диаметром пятна рабочей или контрольной жидкости на фильтровальной бумаге и зависит от времени выдержки под давлением. Как уже отмечалось, в ряде случаев контроль герметичности изделий, работающих под давлением, совмещают с их прочностными испытаниями. В этом случае в качестве контрольного вещества часто используют воду. Перепад температур воды и окружающей среды при этом не должен превышать 5 °С.

В целях обеспечения требуемой надежности испытаний, а также для их механизации или автоматизации в серийном производстве применяют специальные гидростенды. Вид контрольного вещества, значение избыточного давления, время выдержки под давлением, время наложения фильтровальной бумаги и другие параметры режима испытаний определяются техническими требованиями к изделию.

Гидравлическим испытаниям наливом воды подвергают открытые изделия – баки, цистерны, отсеки судов и др. Перед испытаниями изделия просушивают сжатым воздухом, после чего заполняют водой до заданного уровня и выдерживают и течение определенного времени. Параметры режима испытаний установлены ТУ на изделие. В зависимости от назначения изделия, его формы и размеров продолжительность испытаний составляет 0,5…24 ч. Температура воздуха при испытаниях должна быть не ниже 0 °С, а воды – не ниже 5 °С. Чувствительность контроля этим способом составляет до 10-3 мм · МПа/с.

Поливом водой испытывают открытые изделия простой формы, к которым не предъявляют высоких требований. При испытании на одну сторону изделия направляют струю воды под давлением 0,1…1 МПа с расстояния до 3 м и одновременно осматривают его противоположную сторону. Места течей обнаруживают по струйкам или каплям воды. Чувствительность такого способа достигает 10-1 мм3 · МПа/с, но может быть повышена применением люминесцирующих индикаторных покрытий для осматриваемых поверхностей объектов.

Существенным недостатком гидравлических методов испытаний является возможность ложного принятия за дефект пятен на меловой обмазке или фильтровальной бумаге, причиной возникновения которых является смазка, использующаяся при сборке изделий. Поэтому перед проведением испытаний все контролируемые элементы изделия должны быть снаружи тщательно очищены от следов смазки.

Сосуды, работающие под давлением, паровые и водогрейные котлы, трубопроводы пара горячей воды относятся в соответствии с Федеральным законом « О промышленной безопасности опасных производственных объектов» к опасным производственным объектам. Изготовление сосудов и эксплуатации регламентируется: «правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» Эксплуатация – повышенная опасность. (особенно опасны взрывы: котлов, сосудов, трубопроводов пара и горячей воды – большие разрушения, травмы, несчастные случаи, материальный ущерб).

Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением, котлов, трубопроводов пара и горячей воды принято называть Правилами котлонадзора, а объекты, на которые они распространяются, – объектами котлонадзора. (контроль – Ростехнадзор РФ; на предприятии и в организациях контроль за соблюдением Правил котлонадзора осуществляется инспекторами котлонадзора, которые проводят технические освидетельствование и обследование объектов котлонадз.- не соблюдение правил карается наложением штрафов. (ответственность за соблюдение правил, состоянием и эксплуатации сосудов отвечают руководители и специалистов, осуществляющих надзор за техническим сос-ем и эксплуат сосудов. ))

Сосуд – герметически закрытая емкость, предназначена для ведения химических, тепловых и других технологических процессов, а так же хранения , транспортировку газообразных, жидких и других веществ. Границей сосуда являются входные и выходные штуцера.

Пробное давление – давление, при котором проводится испытание сосудов.

Давление рабочее – максимальное внутреннее избыточное или наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса.

Давление расчетное – давление, используемое при расчете на прочность.

Давление условное – расчетное давление при температуре 20 С, используемое при расчете на прочность стандартных сосудов.

Основные причины аварий сосудов, работ под давлением.

Основные причины аварий:

• а) значительное превышение давления из-за неисправности предохранительных клапанов, нарушение технологического процесса или воспламенение паров масла в воздухосборниках, отсутствие(неисправность) редуцирующих устройств;
• б)неисправность или отсутствие предохранительных устройств сосудов с быстросъемными крышками;
• в) дефекты при изготовлении, монтаже и ремонте сосудов;
• г) переполнение сосудов сжиженными газами;
• д) износ стенок сосудов;
• е) обслуживание сосудов необученным персоналом, нарушение технологической и трудовой дисциплины;
• ж) нарушение требований Правил из-за их незнания;
• з) выдача должностными лицами указаний или распоряжений, принуждающих подчиненных им лиц нарушать Правила.

Опасность: – возможность их разрушения при внезапном адиабатическом расширении газов и паров. т.е потеря механической прочности стенок обечайки(коррозия, локальный перегрев, трещины. (взрывы при потере механической прочности сосудов, местный перегрев, удары, превышение рабочего давления(потенциальная энергия – в кинетическую энергию осколков, разрушенного оборудования и ударную волну (травмы людей.))) (k-1)/k

Потенциальная энергия сжатой среды: W= [p1V1/(K-1)]*(1-(p1/p2) ) К – показатель адиабаты. P1 и P2- начальное и конечное давление соответственно.V-начальный объем газа.

Потенциальная энергия сжатой среды пропорциональна произведению начального давления на объем сосуда: W~PV

• – взрывная волна (поражение оборудования и гибель людей.)
• – опасны сосуды, содержащие токсическую среду(опасность отравления) и горючую среду (опасность пожара и взрыва)

Область применения «правил устройства и безопасной эксплуатации»:

Правила, распространяются на :

• – сосуды, работающие под давлением воды с температурой выше 115 С или другой жидкости с температурой, превышающей темпер кипения при давлении 0.07 МПа бег учета гидравлического давления;
• -сосуды, работающие под давлением пара или газа свыше 0.07 МПа
• – баллоны, предназначенные для транспортирования и хранения сжатых, сжиженных и растворенных газов под давлением свыше 0.07МПа
• – цистерны и бочки для транспортирования и хранения сжиженных газов, давление паров которых при температуре до 50С превышает 0.07МПа.
• – цистерны и сосуды для транспортирования, хранения сжиженных газов, жидкостей и сыпучих тел, в которых давление свыше 0.07МПа создается периодически для опорожнения;

Правила не распространяются на :

• – сосуды, изготовляемые в соответствии с «правилами устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок», (Ростехнадзор), а так же сосуды, работающие с радиоактивной средой ;
• – сосуды, вместимостью не более 25 литров не зависимо от давления, используемые для научно-экспериментальных целей.
• – сосуды и баллоны вместимостью не более 25 литров, у которых произведение давления МПа на вместимость в литрах не превышает 200.
• – сосуды, работающие под давлением, создающие при взрыве внутри них в соответствии с технологическим процессом;
• – сосуды, работающие под вакуумом;
• – сосуды, устанавливаемые на морских, речных судах и других плавучих средствах;
• – сосуды, устанавливаемые на самолетах и других летательных аппаратах;
• – воздушные резервуары тормозного оборудования подвижного состава железнодорожного транспорта, автомобилей и других средств передвижения;
• – сосуды специального назначения военного ведомства;
• -приборы парового и водяного отопления;
• – трубчатые печи;

ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ И ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ ИСПЫТАНИЕ.

Гидравлическое испытание:

Этому испытанию подлежат все сосуды, после изготовления(с покрытием и изоляцией, сосуды испытываются до наложения изоляции и покрытия);

Не литые сосуды: Pпр=1,25р (у20/уf)

Pпр- пробное давление; МПа

р- расчетное давление сосуда, МПа

у20 – допускаемое напряжение материала сосуда при 20 С , МПа;

уf – допускаемое напряжение материала осуда при расчетной температуре, МПа

Гидравлическое испытание литых сосудов и деталей проводится пробным давлением, определяется по формуле: Pпр=1,5р (у20/уf).

Гидравлическое испытание сосудов и деталей не из Ме , с вязкостью более 20 Дж/см2;

Pпр=1,3р (у20/уf). Если менее 20 то по Pпр=1,6р (у20/уf).

Гидравлическое испытание криогенных сосудов при наличии вакуума в изолированном пространстве корпуса производится

Порядок проведения испытаний должен быть оговорен в техническом проекте и указан в инструкции предприятия – производителя по монтажу и эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

Для гидравлического испытания сосудов должна применяться вода с температурой не меньше +5С и не выше +40С. По согласованию с разработчиком проекта вместо воды может быть использована другая жидкость. При заполнении сосуда водой воздух должен быть удален полностью. Гидравлическое испытание проводиться только после внутреннего осмотра сосуда. Давление в испытуемом сосуде следует повышать плавно. Использование сжатого воздуха или газа для подъема давления не допускается. Давление при гидравлическом испытании контролируется двумя манометрами одного типа, имеющие одинаковые пределы измерения, класса точности и цену деления.

Время выдержки сосуда под пробным давлением устанавливается разработчиком проекта. При отсутствии специальных указаний в проекте время выдержки(мин) должно быть не меньше :

Толщина стенки -50 – 10 мин ; свыше 50 – 100мм — 20 ; свыше 100мм – 30 ; для детых, многослойных – 60 мин.

После выдержки под пробным давлением его снижают до расчетного и проводят осмотр наружной поверхности обстругивание стенок во время испытания не допускается.

Сосуд считается выдержавшим испытание(гидравлическое) если нет: трещин, слезок, потения в сварных соединениях, остаточных деформаций, течи в разъемных соединениях, падения давления по манометру. Сосуд и его элементы – в которых были выявлены дефекты, после устранения подвергается повторному гидр. Испытанию пробным давлением. В случае когда гидравл испытание не возможно – поводят пневматическое (воздух или инертный газ.) (при условии контроля методом акустической эмиссии).

ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ ИСПЫТАНИЕ:

(давление такое же как и при гидравлическом , тщательный осмотр внутреннего состояния сосуда, до испытания; )

При пневматическом испытании применяется меры предосторожности:

• 1) вентиль на трубопроводе и манометры выносятся за пределы помещения;
• 2)люди на время испытания удаляются на безопасное расстояние;3) обратный клапан – не зависимо от колебания давления перед ним поддерживает за собой постоянное давление.

Под пробным давлением при пневматическом испытании сосуд должен находиться в течение 5 минут, после чего давление постепенно снижается до рабочего, при котором происходит осмотр сосуда с проверкой плотности его швов и разъемных соединений мыльным раствором или другим способом. Отстукивание сосуда под давлением при пневматическом испытании запрещается. Сосуды, подлежащие регистрации в органах Госгортехнадзора, должны подвергаться периодическим техническим освидетельствованиям инженером-контролером Котлонадзора. За правильность конструкции сосуда, за расчет его прочности и выбор материала, за качество изготовления и монтажа, а также за соответствие сосуда настоящим Правилам отвечает организация, выполнявшая соответствующие работы.

Все изменения проекта в процессе изготовления или монтажа сосуда должны быть письменно согласованы между проектной организацией, потребовавшей изменения проекта, и Госгортехнадзором. Если аппарат выдержал испытание на прочность – то проводят на герметичность.

ИСПЫТАНИЕ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ:

Сосуды, работающие под давлением вредных веществ(жидкостей и газов) 1-го и 2-го класса опасности по ГОСТу 12.1.007-76 испытываются владельцами сосудов на герметичность воздухом или инертным газом(азотом) под давлением,

Равным рабочему давлению. при нарушение герметичности происходит разрыв аппаратуры – опасность(осколки, взрывная волна, проводится расчет на прочность аппарата;)

По достижению испытательного давления подача сжатого воздуха или азота прекращается, между подводящим и трубопроводом и запорным вентилем ставится металл заглушка и проводится наблюдение за падением давления.(проводятся испытания – 24 часа -новые; 4 часа повторные испытания). Замер начального давления и исчисления указанного времени производится после выравнивания температур внутри и вне сосуда. Замер температуры газа в сосуде должен производиться либо путем установки ртутных термометров в имеющиеся в сосуде гильзы, либо термометры на поверхность. Степень герметичности хар-ся количеством выходящим из аппарата газам в единицу времени: m = (Pн-Pk)/ Pн ф; m- коэффициент герметичности(используется при определении количества вредных веществ попавших в воздух произ-ых помещений из оборудования, исходя из этого определяется производительность вентиляционной установки.); ф-время;

падение давления : Др= 100/ф (1- (Pk Tk/PнTн))

Др – падение давления;

Pk ;Pн – конечное и начальное давление в аппарате.

Tk, Tн – конечная и начальная температура в аппарате.

Герметичность удовл если Др не более 0.1% в час для токсичных сред и 0.2% в час для пожароопасных сред(для новых аппаратов). И 0.5% для повторных испытаний. У аппаратов при Р раб меньшем 0.7 атм, Риспыт = Рраб+30кПа. Аппараты работ – ие под вакуумом испыт на прочность и герметичность:

На прочность – 0.2МПа

На герметичность – 0.1МПа

Билет №19