Методика прогнозирования остаточного ресурса сосудов и аппаратов

Остаточный ресурс сосуда определяется на основании анализа условий эксплуатации, результатов технического диагностирования и критериев предельного состояния. Когда остаточный ресурс определяется на основании рассмотрения нескольких критериев предельного состояния, то остаточный ресурс назначается по тому критерию, который определяет минимальный срок остаточного ресурса.

Если полученный в результате расчетов остаточный ресурс превышает 10 лет, то его следует принять равным 10 годам.

Прогнозирование ресурса аппаратов, подвергающихся коррозии и изнашиванию (эрозии).

Остаточный ресурс аппарата, подвергающегося действию коррозии Тк (эрозии Тэ), определяется по формуле:

(20.1.)

где SP- расчетная толщина стенки элемента, мм;

Sф – фактическая минимальная толщина стенки элемента (по результатам измерений), мм ;

а – скорость равномерной коррозии (эрозионного износа), мм/год;

Формула (20.1.) используется, если число замеров N толщины стенок за время эксплуатации сосуда не превышает трех. При N 4 остаточный ресурс сосуда определяется по «Методике прогнозирования остаточного ресурса безопасной эксплуатации сосудов и аппаратов по изменению параметров технического состояния», утвержденной Минтопэнерго, Центрхиммаш, 1993 (Далее по тексту «Методика прогнозирования…..»).

Скорость равномерной коррозии «а» определяется следующим образом.

Если после проведения очередного обследования имеется только одно измерение контролируемого параметра Sф (ti), полученное при рассматриваемом обследовании, то скорость коррозии определяется по формуле:

, (20.2)

где Sи – исполнительная толщина стенки элемента , мм;

С0 – плюсовой допуск на толщину стенки, мм;

t1 – время от момента начала эксплуатации до момента обследования (год).

Если после проведения очередного обследования имеются два измерения контролируемого параметра Sф (t2), Sф(t1), то скорость коррозии определяется по формуле:

(20.3.)

где Sф (t1), Sф(t2), – фактическая толщина стенки, определенная при первом и втором обследовании соответственно, мм;

t1, t2 – время от момента начала эксплуатации до момента первого и второго обследования, соответственно (в годах);

К1 – коэффициент, учитывающий отличие средней ожидаемой скорости коррозии (эрозии ) от гарантированной скорости коррозии (эрозии ) с вероятностью =0,7-0,95.

К2 – коэффициент, учитывающий погрешность определения скорости коррозии (эрозии) по линейному закону, от скорости коррозии, рассчитанной по более точным (нелинейным ) законам изменения контролируемого параметра.

Коэффициенты K1 и К2 выбираются на основе анализа результатов расчета скорости коррозии для аналогичного оборудования на основе формул при N 4. При отсутствии данных для такого анализа значения коэффициентов К1 и К2 следует принимать в пределах К1=0,5 0,75; К2=0,75 1,0 . При этом большие значения K1 K2 принимаются при незначительной фактической скорости коррозии (меньше 0.1 мм/год) и при общей величине коррозии не превышающей проектную прибавку на коррозию (2-3 мм ). меньше значения К1 К2 принимаются при значительной скорости коррозии и при общей величине коррозии , превышающей проектную прибавку на коррозию ,

Если после проведения очередного обследования имеются три значения контролируемого параметра Sф (t1), Sф(t2), Sф(t3), полученные при обследованиях в моменты времени t1, t2, t3, то для определения скорости коррозии «а» проводятся следующие вычисления. Вычисляются величины:

После чего « а » определяется по формуле:

(20.4)

Если число измерений N контролируемого параметра Sф(ti) больше или равно четырем (N 4), то расчет остаточного ресурса проводится по «Методике прогнозирования остаточного ресурса безопасной эксплуатации сосудов и аппаратов по изменению параметров технического состояния», утвержденной Минтопэнерго, Центрхиммаш, 1993».

Дата добавления: 2015-11-05; просмотров: 1467 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов

7. Особые требования к диагностированию и определению остаточного ресурса сосудов

7.1. Требования к диагностированию сосудов, находящихся в эксплуатации на открытом воздухе

     7.1.1. Сосуды, установленные на открытом воздухе, в холодное время года подвергаются воздействию низких температур, в результате чего температура стенки может стать ниже, чем минимальная разрешенная температура применения стали; это может привести к снижению пластических свойств металла и опасности возникновения и развития хрупких трещин. Это относится в первую очередь к углеродистым и некоторым низколегированным сталям, из которых изготовлено значительное количество сосудов, работающих на открытом воздухе (воздухосборников, цистерн, емкостей для хранения различных химических реагентов и другого оборудования).

     7.1.2. Неразрушающий контроль сварных швов сосудов, указанных в п. 7.1.1, должен проводиться в следующих объемах:

     для сосудов, работающих в режиме воздействия циклических нагрузок, контролю УЗК или РД методами подлежат сварные швы в объеме 100 %; швы, не подлежащие контролю УЗК или РД (например, патрубки диаметром менее 100 мм, швы с конструктивным зазором и др.), должны быть проконтролированы цветным, магнитопорошковым или вихретоковым методами;

     для сосудов, режим нагружения которых является непрерывным, контролю методами УЗК или РД в объеме 100 % должны быть подвергнуты продольные швы обечайки и места пересечений продольных и кольцевых швов; сварные швы приварки патрубков и горловин люков контролируются в объеме 100 %, при этом для контроля швов патрубков диаметром до 100 мм используются цветной, магнитопорошковый или вихретоковый методы (как самостоятельно, так и в сочетании друг с другом).

     7.1.3. Применение метода АЭК (см. п. 3.6.3) вместо методов контроля, указанных в п. 7.1.2 настоящих Методических указаний, не рекомендуется. Для получения достоверных данных о склонности дефектов к развитию в условиях эксплуатации сосуда при отрицательных температурах АЭК должен проводиться при температуре стенки, соответствующей минимальной температуре окружающего воздуха. Проведение АЭК при более высоких температурах усложняет получение достоверной информации о склонности металла сосуда к хрупкому разрушению при минимальной рабочей температуре.

     7.1.4. При положительных результатах неразрушающего контроля (п. 7.1.2) возможность эксплуатации сосудов при минимальных климатических температурах может быть обоснована:

     испытаниями материала сосуда на ударную вязкость при требуемой температуре;

     расчетом на прочность.

     7.1.5. Образцы для испытаний на ударную вязкость изготовляются из заготовок, вырезаемых из корпуса сосуда (как правило, из каждой царги обечайки и каждого днища; в случаях когда сосуд изготовлен из металла одной плавки, допускается вырезка одной заготовки); рекомендуемый размер заготовки 100х100 мм или 100 мм. Количество образцов для испытаний на ударную вязкость должно быть не менее трех из каждой заготовки. Используются образцы типа 1 по ГОСТ 9454-88 [24] (в случаях когда из-за малой толщины стенки элементов сосуда изготовление образцов типа 1 не представляется возможным, допускается применение образцов типов 2-4). Значение ударной вязкости КСU 3 кгс·м/см. На одном из образцов допускается КСU 2,5 кгс·м/см.

     7.1.6. Возможность эксплуатации сосудов при отрицательных температурах ниже минимальных разрешенных температур применения материала сосуда (например, ниже -20 °С для сосуда из стали Ст3) может быть обоснована с учетом требований Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 10-115-96), расчетом с использованием более низких, чем нормативные, допускаемых напряжений (, где – нормативное допускаемое напряжение в соответствии с ГОСТ 14249-89; К = 1,35 для термообработанных и К = 2,85 для нетермообработанных сосудов с толщиной стенки до 36 мм).

     7.1.7. Расчет на прочность можно выполнить, рассматривая материал сосуда как хрупкий. Коэффициенты запаса в этом случае принимаются как для чугуна с пластинчатым графитом по ГОСТ 26159-84 [25].

7.2. Особенности диагностирования сосудов и аппаратов, эксплуатирующихся в сероводородсодержащих средах

     7.2.1. Характерные повреждения сосудов и аппаратов, эксплуатирующихся в сероводородсодержащих средах.

     В сероводородсодержащих средах помимо общей коррозии металла сосуда может происходить коррозионное растрескивание и расслоение металла, вызванные водородом, образующимся в результате электрохимических процессов на поверхности стали при участии сероводорода, углекислого газа и влаги.

     В отличие от хлоридного коррозионного растрескивания, которое начинается с поверхности, сероводородное растрескивание и расслоение могут начаться внутри металла, вдалеке от поверхности.

     Сероводородное растрескивание под напряжением (СРН) характерно для сталей аустенитного и аустенитно-мартенситного классов. Водород в этих сталях облегчает протекание мартенситного превращения и зарождение трещин. Наиболее часто СРН наблюдается в зонах термического влияния сварного шва при рН водной фазы < 5, в наиболее опасном интервале температур 30-40 °C. Кроме того, склонность к СРН определяется особенностью структуры самого металла: наличием структурных неоднородностей, количеством и распределением неметаллических включений, химическим составом.

     Сероводородное расслоение (СР) металла проявляется в образовании трещин в направлении прокатки стали даже в отсутствие внешних напряжений. Обычно вследствие этого возникает расслоение металла и образуются “пузыри” на поверхности. Иногда трещины распространяются ступеньками – такой вид растрескивания называют ступенчатым растрескиванием, инициированным водородом.

     Сероводородному расслоению подвергаются в основном стали с пределом прочности от 300 до 800 МПа, в то время как сероводородное коррозионное растрескивание под напряжением более характерно для высокопрочных сталей.

     Анализ разрушений оборудования, эксплуатирующегося в сероводородсодержащих средах, показал, что, как правило, сосуды и трубопроводы из углеродистых низколегированных материалов подвергаются расслоению, в отдельных случаях наблюдается растрескивание сварных соединений.

     При наличии признаков сероводородной коррозии для проведения диагностирования сосудов рекомендуется использовать Методику диагностирования технического состояния сосудов и аппаратов, эксплуатирующихся в сероводородсодержащих средах, утвержденную Минтопэнерго России 30.11.93 г. и согласованную с Госгортехнадзором России [26]. Ниже указаны основные методы выявления характерных повреждений сосудов и критерии их оценки, приведенные в этой методике.

     Оценка прочности сосудов, работающих в контакте с сероводородсодержащими средами, должна проводиться по РД 26-02-62-88 [50].

     7.2.2. Проведение неразрушающего контроля.

     При проведении неразрушающего контроля сосудов и аппаратов, эксплуатирующихся в сероводородсодержащих средах, дополнительно к видам контроля, указанным в разд. 3, выполняется контроль стенок сосудов на наличие в них расслоений и вспученных участков.

     Участки с вспученной поверхностью могут быть обнаружены визуальным контролем с помощью светового луча, направленного касательно к поверхности. Такому же осмотру подвергают сварные соединения для обнаружения на них трещин. Сварные швы необходимо исследовать на участках наибольших напряжений. Чаще всего трещины возникают поперек шва. Для выявления трещин применяют методы, изложенные в пп. 3.6.2, 3.6.5.

     Для обнаружения расслоений используют в основном ультразвуковую дефектоскопию и толщинометрию. Эти методы позволяют выявить дефекты на любой глубине в толще стенки аппарата. Надежность выявления дефектов (расслоений) обеспечивается сплошным сканированием поверхности. При выборочном контроле рекомендуется контролировать не менее 5 точек на 1 м поверхности. В случаях обнаружения пораженных расслоением участков необходимо определить размеры пораженных участков (оконтурить) путем сканирования или пошагового контроля участков поверхности ультразвуковыми методами (см. пп. 3.6.1, 3.6.4).

     7.2.3. Оценка результатов контроля участков, склонных к сероводородному растрескиванию.

     Согласно вышеуказанной Методике [26] предусматривается три уровня контроля повреждений. При первом уровне – применяется стандартный ультразвуковой эхо-метод (по ГОСТ 22727-88) [27], при втором уровне – в дополнение к первому используется метод ультразвукового сканирования с помощью компьютерных дефектометров [28], при третьем уровне – в дополнение ко второму выполняются специализированные расчеты в рамках структурной механики разрушения, водородная и акустико-эмиссионная диагностика высокого разрешения. При каждом уровне контроля выделяются три области параметров, определяющих состояние сосуда: исправное, неисправное, либо состояние неопределенности, при котором решение в рамках данного уровня невозможно. Если измеренные параметры попадают в области исправного или неисправного состояния, принимается решение и диагностирование заканчивается. Если измеренные параметры оказываются в области неопределенности, диагностирование должно быть продолжено на следующем уровне в соответствии с Методикой [26].

     Согласно критериям первого уровня контроля сосуд соответствует исправному состоянию, если условные размеры выявленных в металле несплошностей в целом не превышают норм технической документации на поставку металлопроката или поковок для изготовления оборудования, а именно:

     а) условные размеры в плоскости изолированных несплошностей или их скоплений не выходят за пределы круга диаметром 50 мм (изолированными считаются несплошности, если расстояние от каждой из них до соседней в плоскости больше характерного условного размера каждого из них, а по глубине удаление превышает 20 % их характерных условных размеров в плоскости);

     б) в областях, примыкающих к сварным швам на расстоянии менее половины толщины стенки, несплошности не выходят за пределы круга диаметром 20 мм;

     в) условная толщина зоны несплошностей не превышает 5 % номинальной толщины стенки;

     г) средняя глубина залегания зоны несплошностей от ближайшей поверхности не меньше чем половина характерного размера в плоскости;

     д) общая площадь, занятая несплошностями, не превышает 1 % поверхности контроля.

     Если размеры выявленных в металле несплошностей не превышают вышеуказанных норм, то последующая эксплуатация сосуда может осуществляться в обычном режиме.

     Если размеры выявленных дефектов и повреждений превышают эти нормы, то для определения возможности дальнейшей безопасной эксплуатации сосуда требуется дополнительное исследование в соответствии с вышеуказанной Методикой [26] с применением ультразвукового сканирования, с использованием компьютерных дефектометров [28].

     При этом последующая эксплуатация должна производиться в подконтрольном режиме, основанном на рекомендациях специализированной организации.

Следующая часть документа

Источник

6.4. Прогнозирование ресурса сосуда,

работающего в условиях ползучести материала

6.4.1. Остаточный ресурс с учетом ползучести материалов
(длительной прочности) определяется для сосудов, работающих при
повышенных температурах, когда в расчетах на прочность допускаемое
напряжение определяется по пределу длительной прочности или 1%
5
предела ползучести для заданного срока эксплуатации (10 ч). Если
нет таких данных, то температура, когда учитывается ползучесть,
принимается равной и выше 380 °C для углеродистых сталей, 420 °C –
для низколегированных сталей, 525 °C – для аустенитных сталей.
6.4.2. Остаточный ресурс сосудов, работающих при непрерывном
режиме нагружения, определяется по формуле:

S – S
ф р
T = ——-,
a

где:
S – фактическая минимальная толщина стенки элемента, мм;
ф
S – расчетная толщина стенки элемента, определенная по
р
допускаемым напряжениям, учитывающим предел длительной прочности
материала элемента (1% предела ползучести) для планируемого срока
службы, мм;
a – скорость равномерной коррозии (эрозионного изнашивания),
мм/год.
Скорость равномерной коррозии (эрозии) a определяется в
соответствии с подразд. 6.1 настоящих Методических указаний.
Предел длительной прочности (1% предел ползучести) или
допускаемое напряжение для планируемого срока службы определяется
по нормативной документации (например, по ГОСТ 14249-89,
ОСТ 108.031.08-85, ПНАЭ Г-7-002-86). Если в указанных НД нет таких
данных, то предел длительной прочности для планируемого
остаточного срока эксплуатации может быть определен в соответствии
с рекомендациями подразд. 7.9 настоящих Методических указаний.
6.4.3. Если имеется какой-либо установленный фактический
размер L (t) диаметра сосуда или другого фиксированного размера в
ф
кольцевом направлении в местах с наиболее высокой температурой и
при очередном диагностировании (не более 4 лет) выявлена
остаточная деформация ползучести, то ресурс сосуда может быть
определен по следующей зависимости:

1
T = –,
п a
п

где a – скорость установившейся ползучести, %/год.
п
Остаточный ресурс сосуда в этом случае определяется по
формуле:

0
T = T – T ,
п п э

где T – продолжительность эксплуатации от начала до
э
последнего обследования.
Скорость установившейся ползучести определяется по формуле:

100 [L (t ) – L (t )]
ф 1 ф 2
a = ———————-,
п L (t ) ДЕЛЬТА t K K
ф 1 1 2

где:
L (t ), L (t ) – фактический размер диаметра сосуда или
ф 1 ф 2
другого фиксированного линейного размера в кольцевом направлении
при первом и втором обследованиях соответственно, мм;
ДЕЛЬТА t – время между первым и вторым обследованиями, лет;
K – коэффициент, учитывающий отличие средней ожидаемой
1
скорости ползучести от гарантированной скорости ползучести с
доверительной вероятностью гамма = 0,7 – 0,95;
K – коэффициент, учитывающий погрешность определения скорости
2
ползучести по линейному закону, от скорости ползучести,
рассчитанной по более точным нелинейным законам изменения
контролируемого параметра.
Значения коэффициентов K и K следует принимать в пределах:
1 2
K = 0,5 – 0,75; K = 0,75 – 1,0. При этом большие значения K , K
1 2 1 2
принимаются при незначительной скорости ползучести (меньше 0,05% в
год) и при общей остаточной деформации меньше 0,5%; меньшие
значения K , K принимаются при значительной скорости ползучести
1 2
(более 0,05% в год) и при общей остаточной деформации, превышающей
0,5%.
6.4.4. Если после проведения очередного диагностирования
имеются три значения контролируемого параметра L (t ), L (t ),
ф 1 ф 2
L (t ), полученные в моменты времени t , t , t , то для
ф 3 1 2 3
определения скорости ползучести a проводятся следующие
п
вычисления. Вычисляются величины:

3 3
L = SUM L (t ); L = SUM L (t ) t ;
1 i=1 ф i 2 i=1 ф i i

3 3 2
X = SUM t ; X = SUM t .
1 i=1 i 2 i=1 i

После этого скорость ползучести определяется по формуле:

100 (L X – 3L )
1 1 2
a = ——————-.
п 2
L (X – 3X ) K K
п 1 2 1 2

6.4.5. Если число измерений N контролируемого параметра L (t )
ф i
больше или равно четырем (N >= 4), то расчет остаточного ресурса
проводится в соответствии с нормативно-технической документацией
[16]. 6.4.6. Прогнозирование остаточного ресурса при циклических
нагрузках в условиях ползучести проводится, если аппарат работает
при температурах, вызывающих ползучесть, и при этом нагружается
повторными тепловыми или механическими усилиями. В этом случае
элементы аппарата должны быть рассчитаны на длительную циклическую
прочность.
Расчеты на длительную циклическую прочность проводятся по
нормам ПНАЭ Г-7-002-86 с помощью тех же формул, что и расчеты на
циклическую прочность при температурах, не вызывающих ползучести.
При этом в формулах вместо кратковременных механических
характеристик материала используются механические характеристики,
полученные при испытаниях на длительную статическую прочность
t 5 t t
(R / 10 , Z , A ).
m
t 5
R / 10 – предел длительной прочности при максимальной
m
температуре цикла нагружения за время t;
t
Z – равномерное сужение поперечного сечения при длительном
статическом разрушении;
t
A – относительное удлинение образца при длительном
статическом разрушении.
Остаточный ресурс определяется в соответствии с рекомендациями
подразд. 6.2.

Источник