Испытания сосудов на прочность гидравлическим давлением
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
Источник
Гидравлическое испытание[1] — один из наиболее часто используемых видов неразрушающего контроля, проводящийся с целью проверки прочности и плотности сосудов, трубопроводов, теплообменников, насосов и другого оборудования, работающего под давлением, их деталей и сборочных единиц. Также гидравлическим испытаниям могут подвергаться схемы тепломеханического оборудования в сборе и даже целые тепловые сети. По принятой в большинстве стран практике, всё оборудование, работающее под давлением, подвергают гидравлическим испытаниям:
- после изготовления предприятием-изготовителем оборудования или элементов трубопроводов, поставляемых на монтаж;
- после монтажа оборудования и трубопроводов;
- в процессе эксплуатации оборудования и трубопроводов, нагружаемых давлением воды, пара или пароводяной смеси.
Гидравлическое испытание — необходимая процедура, свидетельствующая о надёжности оборудования и трубопроводов, работающих под давлением, в течение всего срока их службы, что крайне важно, учитывая серьёзную опасность для жизни и здоровья людей в случае их неисправностей и аварий.
Давление проведения гидравлических испытаний называется
поверочным, и оно превышает рабочее обычно в 1,25, 1,5 или в 5/3 раза. После производства и при периодической проверке сосудов внутреннего давления с целью надёжности их нагружают поверочным давлением с определением степени изменения объёмных характеристик ОРБ.
Ход процедуры[править | править код]
Объявление о проведении гидравлических испытаний
В испытуемом оборудовании, трубопроводе или системе (контуре) создаётся пробное давление (во избежание гидроударов и внезапных аварийных ситуаций это производится медленно и плавно), превышающее рабочее на определяемую по специальным формулам величину, чаще всего на 25 %. При этом тщательно контролируют рост давления по двум независимым поверенным манометрам или каналам измерений, на этом этапе допускается колебание давления вследствие изменения температуры жидкости. В процессе набора давления в обязательном порядке должны быть приняты меры для исключения скопления газовых пузырей в полостях, заполненных жидкостью. Затем, в течение так называемого времени выдержки, оборудование находится под повышенным давлением, которое не должно падать вследствие неплотности испытуемого оборудования, что также внимательно отслеживается. После чего давление снижается до [2]обоснованного расчетом на прочность значения, но не менее рабочего давления. На протяжении этих этапов персонал должен находиться в безопасном месте, нахождение рядом с испытуемым оборудованием строжайше запрещено. После снижения давления персонал проводит визуальный осмотр оборудования и трубопроводов в доступных местах в течение времени, необходимого для осмотра. В комбинированных сосудах с двумя и более рабочими полостями, рассчитанными на разные давления (например в теплообменниках), гидравлическому испытанию должна подвергаться каждая полость.
Оценка результатов[править | править код]
Оборудование и трубопроводы считаются выдержавшими гидравлические испытания, если в процессе испытаний и при осмотре не обнаружено течей жидкости и разрывов металла, в процессе выдержки падение давления не выходило за пределы, объясняемые колебаниями давления вследствие изменения температуры жидкости, а после испытаний не выявлено видимых остаточных деформаций.
Пневматическое испытание[править | править код]
В случаях, специально оговорённых в проектной документации на испытуемое изделие или государственными правилами и стандартами, допускается замена гидравлических испытаний пневматическими. Чаще всего это разрешается при условии дополнительного обследования предприятием-изготовителем изделия другими методами неразрушающего контроля, например сплошным ультразвуковым и радиографическим контролем основного металла и сварных соединений. В некоторых случаях пневматические испытания являются своеобразным подготовительным этапом перед гидравлическими. Они проводятся аналогично гидравлическим, иногда, при небольших давлениях и применительно к оборудованию со специфической конструкцией (например теплообменникам), места, где могут быть неплотности, обрабатываются мыльным раствором. После повышения давления на местах, имеющих дефекты, вздуваются мыльные пузыри, что позволяет легко их обнаружить. Таким способом определяется плотность, но не прочность оборудования.
Определение параметров гидравлических (пневматических) испытаний[править | править код]
Определение давления[править | править код]
Существует, как минимум, восемь подходов к выбору величины испытательного давления[3], везде рассматриваются повреждения коррозионной природы, а также используется связь давления с диаметром трубопровода. Принимается во внимание, что на выбор величины должны влиять как марка стали, так и геометрические характеристики трубопровода и прочностные характеристики сварной конструкции. Связь в виде прямо- и обратно пропорциональных зависимостей не соответствует современным представлениям о механизме разрушения металлического трубопровода. Положение, согласно которому разрушение стенки трубы при гидравлическом испытании происходит, когда напряжение в стенке достигает временного сопротивления разрыву, является чрезвычайно упрощенным. Имеется методика определения максимального давления опрессовки с учетом толщины стенки в рассматриваемый момент, скорости коррозии, величины диаметра и марки стали трубопровода. Имеется запатентованная методика, ее недостатками является сложность и отсутствие программной реализации. Кроме того, нет даже потенциальной возможности интеграции с современными программными расчетными комплексами.
Давление гидравлических испытаний должно быть не менее определяемого по формуле:
(нижняя граница)
и не более давления, при котором в испытуемом изделии возникнут общие мембранные напряжения, равные , а сумма общих или местных мембранных и общих изгибных напряжений достигнет (верхняя граница). Где:
— расчётное давление при испытаниях на предприятии-изготовителе или рабочее давление при испытаниях после монтажа и в процессе эксплуатации,
— номинальное допустимое напряжение при температуре гидравлических испытаний для рассматриваемого элемента конструкции,
— номинальное допускаемое напряжение при расчётной температуре рассматриваемого элемента конструкции.
— коэффициент, равный:
- 1 для защитных оболочек и страховочных корпусов (кожухов);
- 1,25 для оборудования и трубопроводов (1,15 при пневмоиспытаниях);
- 1,5 для деталей, изготовленных из литья;
- 1,3 для сосудов и деталей, изготовленных из неметаллических материалов с ударной вязкостью более 20 Дж/см²;
- 1,6 для сосудов и деталей, изготовленных из неметаллических материалов с ударной вязкостью менее 20 Дж/см².
Для элементов, нагружаемых наружным давлением, должно также выполняться условие:
Гидравлическое испытание криогенных сосудов при наличии вакуума в изоляционном пространстве должно проводиться пробным давлением, определяемым по формуле:
Гидравлическое испытание металлопластиковых сосудов должно проводиться пробным давлением, определяемым по формуле:
где:
— отношение массы металлоконструкции к общей массе сосуда;
— коэффициент, равный:
- 1,3 для сосудов и деталей, изготовленных из неметаллических материалов с ударной вязкостью более 20 Дж/см²;
- 1,6 для сосудов и деталей, изготовленных из неметаллических материалов с ударной вязкостью менее 20 Дж/см².
Значения , , общие и местные мембранные и общие изгибные напряжения; — допускаемое наружное давление при температуре гидравлических испытаний определяют по Нормам расчёта на прочность.
В случае, если гидравлическим (пневматическим) испытаниям подвергаются система или контур, состоящие из оборудования и трубопроводов, работающих при разных рабочих давлениях и (или) расчётных температурах, или изготовленных из материалов с различными и (или) , то давление гидравлических (пневматических) испытаний этой системы (контура) следует принимать равным минимальному значению верхней границы давлений испытаний, выбранному из всех соответствующих значений для оборудования и трубопроводов, составляющих систему (контур).
Кем и в каких документах указывается.
Значения давления гидравлических испытаний для оборудования и сборочных единиц (блоков) трубопроводов должны указываться предприятием-изготовителем в паспорте оборудования и свидетельстве об изготовлении деталей и сборочных единиц трубопровода.
Значения давлений гидравлических (пневматических) испытаний систем (контуров) должны определяться проектной организацией и сообщаться предприятию-владельцу оборудования и трубопроводов, которое уточняет эти значения на основе данных, содержащихся в паспортах оборудования и трубопроводов, комплектующих систему (контур).
Определение температуры[править | править код]
В большинстве случаев для гидравлического испытания должна применяться вода температурой не ниже 5 °С и не выше 40 °C, если в технических условиях не указано конкретное значение температуры, допускаемой по условию предотвращения хрупкого разрушения и определяемое согласно Нормам расчёта на прочность. При этом во всех случаях температура испытательной и окружающей среды не должна быть ниже 5 °C.
Однако в некоторых отраслях промышленности к выбору допускаемой температуры подходят более строго, что связано с изменением физических свойств материалов и воды при очень высоких давлениях и воздействии других факторов. Например, на АЭС допускаемая температура металла при гидравлических (пневматических) испытаниях в процессе эксплуатации (в том числе после ремонта) устанавливается на основе данных расчёта на прочность, паспортов оборудования и трубопроводов, чисел циклов нагружения, зафиксированных в процессе эксплуатации, фактических флюенсов нейтронов с энергией МэВ и данных испытаний образцов-свидетелей, устанавливаемых в корпуса ядерных реакторов.
Кем и в каких документах указывается.
Допускаемая температура металла при гидравлических испытаниях, проводимых после изготовления, должна определяться конструкторской (проектной) организацией и указываться в чертежах, паспортах оборудования и свидетельствах об изготовлении деталей и сборочных единиц трубопроводов.
Определение времени выдержки[править | править код]
Время выдержки под пробным давлением устанавливается разработчиком проекта, но должно быть не менее 5 мин. При отсутствии указаний в проекте время выдержки должно быть не менее значений, указанных в табл.
| Толщина стенки, мм | Время выдержки, мин |
| До 50 | 10 |
|---|---|
| Свыше 50 до 100 | 20 |
| Свыше 100 | 30 |
| Для литых, неметаллических и многослойных сосудов независимо от толщины стенки | 60 |
Примечания[править | править код]
- ↑ иногда именуется опрессовкой, что в целом не верно, так как «опрессовка» на техническом сленге более широкое понятие, включающее в себя заполнение и постановку под давление любой средой, чаще даже рабочей, чем испытательной.
- ↑ пункт 181 Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности “Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением”
- ↑ Чичерин, С.В. Величина пробного давления при проведении ежегодных гидравлических испытаний тепловых сетей // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». — 2017. — Т. 17, № 1. — С. 13–20.
Литература[править | править код]
- Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 03-576-03); (Не действует – Отменён. Приказом Ростехнадзора № 116 от 25.03.2014 г. https://www.normacs.ru/Doclist/doc/15QP.html)
- Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (ПНАЭ Г-7-008-89);
- Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением, для объектов использования атомной энергии (НП-044-03);
- Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды для объектов использования атомной энергии (НП-045-03);
- Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварные соединения и наплавки. Правила контроля (ПНАЭ Г-7-010-89).
Источник