Надзор за сосудами и трубопроводами, работающими при повышенных температурах

На предприятиях отрасли эксплуатируется значительное количество сосудов и трубопроводов, работающих при повышенных температурах. Многие из них подпадают под действие требований Правил промышленной безопасности (п. 9.1.9. ПБ 03-585-03; п. 6.3.23. ПБ 03-576-03), согласно которым для технических устройств (ТУ), работающих при температуре свыше определенной соответствующим НТД необходимо проведение "дополнительного освидетельствования" (сосуды) или "осуществление контроля за ростом остаточных деформаций" (трубопроводы).

 

ПБ 03-576-03 п.6.3.23. 

Сосуды, у которых действие среды может вызвать ухудшение химического состава и механических свойств металла, а также сосуды, у которых температура стенки при работе превышает 450°С, должны подвергаться дополнительному освидетельствованию в соответствии с инструкцией, утвержденной организацией в установленном порядке. Результаты дополнительных освидетельствований должны заноситься в паспорт сосуда. 

 

ПБ 03-585-03 п.9.1.9.

На трубопроводах из углеродистой и кремнемарганцовистой стали с рабочей температурой 400°С и выше, а также на трубопроводах из хромомолибденовой (рабочая температура 500°С и выше) и из высоколегированной аустенитной стали (рабочая температура 550°С и выше) следует осуществлять контроль за ростом остаточных деформаций в установленном порядке.

 

Правила не дают конкретных указаний по составлению исполнительных документов на требуемые виды контроля или освидетельствования, прежде всего - вследствие чрезвычайного разнообразия конструкций и условий работы сосудов и трубопроводов. Таким образом, организация-владелец ТУ встает перед необходимостью разработки соответствующего нормативного документа.

Учитывая ответственность работающего при высокой температуре оборудования, очевидно, что сложный вопрос разработки необходимых инструкций является прерогативой соответствующих специализированных научно-исследовательских организаций. Он требует наличия определенного опыта - прежде всего в сфере диагностирования и сопровождения эксплуатации аналогичных или близких ТУ. Безусловно, организация-автор инструкции, должна обладать также опытом контроля за высокотемпературным поведением металла и собственно оборудования - как в условиях его эксплуатации, так и в лабораторных экспериментах. Вообще, возможность параллельного сопровождения эксплуатирующегося при высокой температуре материала дает неоценимое преимущество предсказания поведения материала в реальных условиях эксплуатации.

Кроме того, создание работоспособного нормативного документа значительно упрощается при наличии определенного опыта и практики взаимодействия с владельцем ТУ и утверждающей документ инстанцией - структурным подразделением Ростехнадзора по разработке и согласованию НТД.

Так, за десятилетия исследовательской работы в области жаропрочности и ползучести, ОАО"ВНИКТИнефтехимоборудование" накопило значительный потенциал в исследовании высокотемпературного поведения широкого спектра сталей - от низколегированных до коррозионостойких и жаропрочных. Лабораторные исследования нашли свое применение при контроле за деформацией ползучести печных змеевиков и конструктивных элементов крупногабаритных сосудов и аппаратов.

Все это дало неоценимый опыт и было использовано при создании инструкций по дополнительному освидетельствованию и осуществлению контроля за ростом остаточных деформаций и их практическому внедрению на предприятиях отрасли.

Внимательное рассмотрение требований ПБ выявляет существенную разницу в подходах к надзору за сосудами и трубопроводами: по направлению и объему контроля, температурным пределам, зависимости от класса металла. Однако, несмотря разные задачи, поставленные ПБ, а также на естественные различия (конструктивные, технологические, эксплуатационные и проч.), в решении поставленной ПБ задачи надзора за работающими при высокой температуре сосудами и трубопроводами есть много общего.

Прежде всего - это понимание самого факта необходимости создания и внедрения соответствующего инструктивного документа (Инструкции). Понимание того, что высокотемпературное поведение металла в принципе отличается от низкотемпературного возможностью развития пластической деформации при нагрузках, существенно меньших нормативных значений предела текучести металла, и что эти процессы должны отслеживаться адекватным образом для каждого конкретного случая применения металла.

Основными практическими проблемами, с которыми сталкивается разработчик такой инструкции, являются:
- обеспечение полноты и достоверности контроля при дополнительном освидетельствовании,
- реализация дополнительного освидетельствования приемлемым (прежде всего, в организационном плане) для владельца сосуда образом. Следовательно, задача разработчика - найти удовлетворительный баланс между технической и организационной сторонами общего подхода к созданию полноценного инструктивного документа.

Опыт ВНИКТИнефтехимоборудование по разработке нормативных документов показал, что основные ограничения выбора методов контроля это: 
- факторы эксплуатационного воздействия и технологического режима;
- конструктивные особенности ТУ; 
- приборная оснащенность и организационная обеспеченность владельца ТУ.
При этом только комплексное рассмотрение и анализ частных особенностей эксплуатационного и конструктивного характера каждого конкретного ТУ позволяет создать полноценный работоспособный документ.

Применяемый при разработке инструкции комплексный подход должен оптимальным образом сочетать оценку общего состояния ТУ и вероятных структурно-физических изменений металла. Взаимодополняемость отдельных методов контроля - необходимый элемент полноценной системы диагностики, используемый как для повышения достоверности получаемых результатов, так и для обоснования достаточности принятого объема контроля одним методом по результатам контроля другими.

Практически это выражается, прежде всего в необходимости подтверждении структурно-фазовой стабильности металла на протяжении его высокотемпературной эксплуатации. Кроме того, учитывая термоактивируемый характер процессов ползучести, неотъемлемым компонентом системы контроля является температурный мониторинг металла основных несущих элементов ТУ.

Вместе с тем, основным контролируемым параметром и элементом системы контроля высокотемпературной работы ТУ остается изменение линейного размера элементов конструкции, вызываемое деформацией ползучести. Преимущественно, группы базовых марок (реперов) для контроля за деформацией должны размещаться на наиболее нагруженных и имеющих наибольшую температуру участках ТУ.

Назначение разработчиком Инструкции предельных значений контролируемых параметров, выполняемое на основе исследований высокотемпературного поведения металла имеет своей задачей недопущение спонтанного развития процессов ползучести и высокотемпературной деградации металла ТУ и всей конструкции в целом.

Собственно контрольные мероприятия по надзору за высокотемпературными ТУ выполняются в две основные стадии: получение первоначальных значений контролируемых параметров и периодический последующий мониторинг, приурочиваемый, как правило, к остановочному ремонту и освидетельствованию. В случае достижения предельных установленных Инструкцией значений контролируемых параметров необходимо проведение дополнительных контрольных мероприятий, обеспечивающих принятие мотивированного решения о возможности и условиях дальнейшей эксплуатации ТУ.

Заключение
1. Реализация мероприятий по контролю за состоянием металла высокотемпературного оборудования - сложная, но вполне решаемая задача.
2. Решающее значение для создания работоспособной и в полном смысле слова пригодной для применения Инструкции имеет наличие у разработчика: 
- достаточного опыта технического диагностирования соответствующих ТУ. 
- собственной достаточной базы данных поведения материала ТУ для обеспечения адекватности назначения периодичности, методик и объемов контрольных мероприятий.
- опыта разработки, внедрения и сопровождения нормативных документов по контролю за состоянием высокотемпературного оборудования.
3. Система контрольных мероприятий должна основываться на комплексном сочетании температурного и деформационного мониторинга ТУ, при подтверждении стабильности структурно-фазового состояния металла.