Расчет остаточного ресурса сосудов работающих под давлением

Предыдущая часть документа

     Для первого, второго и четвертого случаев п. 6.5.1 коэффициент b определяется по кривой I рис. 6.1. Для третьего случая п. 6.5.1 – по кривой II.

6.6. Определение гарантированного (гамма-процентного) и среднего остаточных ресурсов сосудов и аппаратов

     В заключении, подготавливаемом по результатам диагностирования сосудов и аппаратов, должен указываться допускаемый срок их безопасной эксплуатации или гарантированный остаточный ресурс.

     Этот ресурс должен рассчитываться для возможного наименее благоприятного режима предстоящей эксплуатации с учетом максимальной возможной погрешности контроля параметров, определяющих техническое состояние сосуда (аппарата).

     В тех случаях, когда указанные факторы определяются в детерминированных значениях (однозначно), то гарантированный остаточный ресурс определяется по минимальным (либо максимальным) значениям установленных при диагностировании сосуда параметров.

     Например, если при периодическом контроле скорости коррозии стенок сосуда установлены максимальная скорость коррозии , минимальная толщина стенки сосуда , определенная при последнем диагностировании, расчетная толщина стенки , то в этом случае остаточный гарантированный ресурс сосуда по критерию коррозионной стойкости определяется по формуле

(6.8)

     В тех случаях, когда прогнозирование ресурса осуществляют по результатам выборочного контроля параметров, имеющих некоторый естественный разброс (см. подразд. 4.2), то при определении остаточного ресурса рассчитывают средний и гамма-процентный остаточные ресурсы.

     Средний ресурс представляет собой наиболее вероятное (ожидаемое) значение ресурса сосуда, по которому можно планировать необходимые затраты на ремонт или замену сосуда. Гамма-процентный ресурс определяет минимальное значение ресурса, которое способен отработать сосуд при обеспечении нормативных запасов прочности с доверительной вероятностью , достаточно близкой к единице. При этом остается некоторая вероятность (1 – ) выхода контролируемых параметров за пределы нормативных значений; при реализации этой вероятности потребуется остановка сосуда для проведения внепланового диагностирования.

     В соответствии с Методическими указаниями по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, поднадзорных Госгортехнадзору России (РД 09-102-95) [23], при определении гамма-процентного ресурса рекомендуется принимать значение 90 %.

     Формулы для вычисления гамма-процентного и среднего остаточного ресурса сосудов и аппаратов для различных вариантов исходных данных по параметрам технического состояния приведены в Методике прогнозирования остаточного ресурса безопасной эксплуатации сосудов и аппаратов по изменению параметров технического состояния [16].

     Если в процессе эксплуатации исходные характеристики материала сосуда могут изменяться под воздействием среды или минусовых температур, то предельное состояние сосуда определяется с учетом хрупкого разрушения или трещиностойкости. Расчет остаточного ресурса в этом случае определяется с учетом подразд. 6.5, 7.1, 7.2, 7.4.

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

Сосуды, работающие под давлением. Определение термина.

Сосуд, работающий под избыточным давлением – это техническое устройство выполненное в виде герметически закрытой стационарной или передвижной емкости, предназначенной для ведения химических, тепловых и других технологических процессов, а также для хранения и транспортировки газообразных, жидких и других веществ (ТР ТС 032/2013 “О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением”).

Границами сосуда является – входные и выходные штуцера, а также присоединенные к ним патрубки (трубопроводы обвязки) с установленными на них арматурой, предохранительными и иными устройствами (при их наличии в случаях, установленных проектом), входящие в состав конструкции сосуда и указанные его изготовителем в паспорте и чертежах общего вида сосуда (Приложение № 1 ФНП ОРПИД).

Проведение экспертизы промышленной безопасности сосудов, работающих под давлением.

При эксплуатации ОПО, на которых используется оборудование под давлением (сосуды, котлы, паропроводы и т.д.), в соответствии с требованиями законодательства Российской Федерации в области промышленной безопасности должно быть обеспечено проведение экспертизы промышленной безопасности документации, зданий, сооружений ОПО и оборудования под давлением, а также испытаний, технического диагностирования, технических освидетельствований оборудования под давлением в случаях, предусмотренных нормативными правовыми актами Российской Федерации.

В каких случаях проводится экспертиза сосуда?

Согласно статьи 7 Федерального закона 116-ФЗ и п.411 ФНП ОРПИД оборудование под давлением, используемое на ОПО, подлежит экспертизе промышленной безопасности, если иная форма оценки его соответствия не установлена техническими регламентами, в следующих случаях:

до начала применения на ОПО оборудования под давлением, требования к которому не установлены ТР ТС 032/2013;
по истечении срока службы, расчетного ресурса или при превышении количества циклов нагрузки оборудования, указанных в технической документации или в заключении экспертизы промышленной безопасности;
при отсутствии в технической документации данных о сроке службы оборудования, если фактический срок его службы превысил 20 лет, или при отсутствии технической документации;
после проведения работ, связанных с изменением конструкции, заменой материала основных элементов оборудования под давлением, либо восстановительного ремонта после аварии или инцидента на ОПО, в результате которых было повреждено оборудование под давлением.

Со 2 июля 2013 года после введения в действие Технического регламента Таможенного союза “О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением” ТР ТС 032/2013 поставщик к оборудованию, изготовленному после этой даты, должен в составе технической документации приложить сертификат соответствия или декларацию на сосуд.

Кто проводит экспертизу промышленной безопасности?

Экспертизу проводят организации, имеющие лицензию на деятельность по проведению экспертизы промышленной безопасности, за счет средств заказчика на основании договора. Экспертиза промышленной безопасности проводится в соответствии с ФНП «Правила проведения экспертизы промышленной безопасности» (приказ Ростехнадзора от 20 октября 2020 г. № 420), ФНП «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением» (приказ Ростехнадзора от 15.12.2020 № 536) и иными нормативными правовыми актами Российской Федерации в области промышленной безопасности, а также требованиями руководств (инструкций) по эксплуатации сосудов под давлением.

Проведением экспертизы промышленной безопасности занимаются эксперты ООО «Химнефтеаппаратура», аттестованные в порядке, установленном Постановлением Правительства РФ от 28 мая 2015г. № 509 «Об аттестации экспертов в области промышленной безопасности».

Каким сосудам, работающим под избыточным давлением нужно проводить экспертизу?

Экспертизе промышленной безопасности в случаях, установленных статьей 7 Федерального закона № 116-ФЗ должно подвергаться оборудование под давлением, перечисленное в п.3 ФНП ОРПИД:

паровые котлы, в том числе котлы-бойлеры, а также автономные пароперегреватели и экономайзеры;
водогрейные и пароводогрейные котлы;
энерготехнологические котлы: паровые и водогрейные, в том числе содорегенерационные котлы;
котлы-утилизаторы;
котлы передвижных и транспортабельных установок;
котлы паровые и жидкостные, работающие с органическими и неорганическими теплоносителями (кроме воды и водяного пара), и транспортирующие их системы трубопроводов;
электрокотлы;
трубопроводы пара и горячей воды;
сосуды, работающие под избыточным давлением пара, газов, жидкостей;
баллоны, предназначенные для сжатых, сжиженных и растворенных под давлением газов;
цистерны и бочки для сжатых и сжиженных газов;
цистерны и сосуды для сжатых, сжиженных газов, жидкостей и сыпучих тел, в которых избыточное давление создается периодически для их опорожнения;
барокамеры;
оборудование под давлением, применяемое при разработке, изготовлении, испытании, эксплуатации и утилизации ядерного оружия и ядерных установок военного назначения на опасных производственных объектах, эксплуатируемых организациями Госкорпорации «Росатом».

Как проводится экспертиза промышленной безопасности сосудов, требования к которым не установлены техническими регламентами?

В пункте 467 ФНП ОРПИД определен объем работ по экспертизе промышленной безопасностиоборудования под давлением, требования к которому не установлены ТР ТС 032/2013 и иными техническими регламентами, до начала его применения на ОПО:

Читайте также: Аневризм сосудов что это

а) анализ проектной (конструкторской), технической и технологической документации, содержащей информацию о назначении, конструкции и технических характеристиках оборудования, о примененных при его изготовлении материалах, об объёме, методах и результатах, проведенных при изготовлении неразрушающего и разрушающего контроля и испытаний оборудования;

6) наружный и внутренний осмотр, визуальный и измерительный контроль оборудования и его элементов в целях определения их соответствия представленной документации;

в) неразрушающий и при необходимости разрушающий контроль, проводимый с целью косвенного подтверждения результатов контроля, указанных в документации организации-изготовителя, выборочно в объёме, устанавливаемом экспертной организацией по результатам анализа представленной документации, осмотра и измерений. При проведении контроля должны использоваться методы из числа перечисленных в главе III настоящих ФНП и иные аналогичные примененным организацией изготовителем методы, а также спектральный анализ металла основных элементов (при необходимости уточнения достоверности сведений о марке примененного материала);

г) оценка достаточности и результатов расчетов оборудования иностранного производства применительно к используемым в Российской Федерации методам расчетов аналогичного оборудования и установленным в них запасам прочности с проведением поверочных расчетов (при необходимости);

д) гидравлические или пневматические испытания пробным давлением,если данное испытание не было проведено организацией-изготовителем оборудования (отсутствуют сведения о его проведении) или значение пробного давления и (или) время выдержкипод ним, принятые организацией-изготовителем, меньше соответствующих предусмотренных в ФНПзначений,

е) оценка соответствия оборудования требованиям нормативных документов по результатам проведенных в рамках экспертизы работ с определением возможности его безопасной эксплуатации при указанных в технической документации параметрах и условиях.

На какой срок может быть продлена эксплуатация сосуда по результатам экспертизы промышленной безопасности?

В результате проведенной экспертизы сосуды в заключении может быть следующий вывод:

1 объект экспертизы соответствует требованиям промышленной безопасности и может быть применен при эксплуатации опасного производственного объекта;

2 объект экспертизы не в полной мере соответствует промышленной безопасности и может быть применен при условии внесения соответствующих изменений в документацию или выполнения соответствующих мероприятий в отношении технических устройств либо зданий и сооружений (в заключении указываются изменения, после внесения которых документация будет соответствовать требованиям промышленной безопасности, либо мероприятия (в том числе мероприятия, компенсирующие несоответствия), после проведения которых или при выполнении которых в процессе применения техническое устройство, здания, сооружения будут соответствовать требованиям промышленной безопасности);

3 объект экспертизы не соответствует требованиям промышленнойи не может быть применен при эксплуатации опасного производственного объекта.

Если объект экспертизы (сосуд) соответствует требованиям промышленной безопасности, то его эксплуатация может быть продлена на 8 лет (емкости, зарытые в грунт – на 10 лет). Срок продления выбирается в соответствии с Приложением № 10 к ФНП ОРПИД и приравнивается к проведению гидравлического испытания. В период действия заключения ЭПБ экспертом могут быть назначены обоснованные мероприятия по контролю толщины стенки и/или сварных швов, периодический мониторинг выявленных дефектов.

Если объект экспертизы (сосуд) не в полной мере соответствует требованиям промышленной безопасности, то его эксплуатация может быть продлена на 4 года.

Если объект экспертизы (сосуд) не соответствует требованиям промышленной безопасности, то его эксплуатация будет запрещена.

Кто делает запись в паспорт по результатам проведения экспертизы?

В соответствии с п. 472 ФНП ОРПИД сведения о результатах экспертизы промышленной безопасностизаписываются в паспорт оборудования уполномоченным представителем проводившей её организации или специалистом эксплуатирующей организации и должны содержать:

наименование организации, проводившей экспертизу промышленной безопасности;
дату подписания заключения экспертизы промышленной безопасности;
регистрационный номер по реестру заключений экспертизы промышленной безопасности;
вывод заключения экспертизы промышленнойбезопасности.

Как продлить срок службы сосудов, не подлежащих учету в органах Ростехнадзора?

Сосудам, работающим под избыточным давлением, не подлежащим учету в органах Ростехнадзора необходимо после окончания срока службы, установленного изготовителем, необходимо провести техническое диагностирование для определения условий и сроков дальнейшей безопасной эксплуатации.

Объем мероприятий при продлении срока службы, сосудов, неподлежащих учету в органах Ростехнадзора такой же, как и при проведении экспертизы промышленной безопасности, с той лишь разницей, что разрабатывается отчет о техническом диагностировании, который не представляется в органы Ростехнадзора и хранится у владельца сосуда.

Работы выполняются специалистами неразрушающего контроля, обученными и аттестованными по применяемым видам неразрушающего контроля. Работы по неразрушающему контролю оформляются актами и протоколами. Завершающий этап натурных работ: проведение гидравлического (или пневматического) испытания. Испытание проводится силами владельца сосуда по инструкциям, разработанным эксплуатирующей организацией.При разработке отчета систематизируются полученные данные, выполняются прочностные расчеты, определяется скорость коррозии и прогнозируется остаточный ресурс. Оценка остаточного ресурса по коррозии проводится по наименьшему из полученных значений основного элемента сосуда (минимальная толщина обечайки, днища, крышки и т.д). Если сосуд работает в условиях циклической нагрузки, то проводится расчет циклов нагружения.

Документы, регламентирующие проведение экспертизы промышленной безопасности:

1 Федеральный закон от 21 июля 1997 года № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».

2 Приказ Ростехнадзора от 14.11.2013 N 538 (ред. от 28.07.2016) “Об утверждении федеральных норм и правил в области промышленной безопасности “Правила проведения экспертизы промышленной безопасности”

3 Приказ Ростехнадзора от 25.03.2014 № 116 «Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением».

4 Приказ Ростехнадзора от 21 ноября 2016 г. N 490 «Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Основные требования к проведению неразрушающего контроля технических устройств, зданий и сооружений на опасных производственных объектах».

Срок проведения натурных работ – от 1 рабочего дня;

Срок разработки заключения – от 20 рабочих дней;

Базовая стоимость работ: от 25.000 руб.

* Указанная стоимость работ не является публичной офертой. Более точные цены на экспертизу рассчитываются индивидуально по Вашему запросу.

Источник