Основные дефекты колонных аппаратов и методы их выявления

ВВЕДЕНИЕ

 

В настоящее время в мире насчитывается более 700 нефтеперерабатывающих заводов общей мощностью более 3,8 млрд. тонн в год. Оборудование потенциально опасных химических, нефтехимических, нефтегазоперерабатывающих производств изношено на 80 %. Кроме того, из-за перебоев с сырьем, низкой технологической и трудовой дисциплины и по другим причинам нарушаются регламентные режимы эксплуатации оборудования. Это приводит к снижению надежности и долговечности оборудования и в свою очередь — к повышению аварийности на производстве. В новых экономических условиях предприятия вынуждены эксплуатировать оборудование до их частичного или полного выхода из строя. Поэтому основным мероприятием по обеспечению безопасности эксплуатации оборудования является их своевременное обследование, диагностирование и техническое освидетельствование.

Причины возникновения аварийных ситуаций, по данным зарубежных источников и сведениям Ростехнадзора, связаны в основном с разгерметизацией технологического оборудования, выбросом и проливом взрывоопасных продуктов.

При проведении технологических процессов на нефтегазоперерабатывающих и нефтехимических предприятиях перерабатываются, хранятся и транспортируются легковоспламеняющиеся и горючие жидкости и газы, которые обладают различными физико-химическими свойствами и являются взрывопожароопасными веществами. При разгерметизации оборудования и истечении продуктов существует опасность образования взрывоопасных парогазовых облаков.

Для снижения показателей аварийности и травматизма необходимо проводить регулярный мониторинг и прогноз технического состояния оборудования, исчерпавшего нормативный ресурс [1].

 

1 Основные дефекты колонных аппаратов

 

Колонны и аппараты являются объектами сложных технических систем, к прочности, ресурсу и надежности которых должны предъявляться весьма высокие требования. В настоящее время общепризнано, что при изготовлении таких крупногабаритных сварных конструкций оболочкового типа, создание бездефектных конструкций практически невозможно.

В инженерных расчетах на прочность, при анализе причин и характера разрушения объектов сложных технических систем традиционно рассматриваются дефекты, имеющие металлургическую природу или технологическое происхождение, а также дефекты, которые могут появиться или развиваться в результате длительной эксплуатации оборудования. Доказано, что под воздействием коррозионно-активной среды, циклического нагружения и других факторов дефекты могут увеличиваться в размерах и тогда их развитие переходит из стадии стабильного в стадию спонтанного разрушения. Поэтому неслучайно, что в практике эксплуатации сварных конструкций отмечаются случаи их преждевременного разрушения.

Характерными дефектами корпусных сосудов и аппаратов появляющимися в процессе эксплуатации являются: трещины в сварных швах и в околошовной зоне; коррозионное поражение основного металла; эрозионный износ; вмятины [2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Трещины в сварных швах и в зоне термического влияния

 

Трещина - несплошность, вызванная местным разрывом шва, который может возникнуть в результате охлаждения или действия нагрузок. Продольная трещина - трещина, ориентированная параллельно оси сварного шва, может располагаться: в металле сварного шва; на границе сплавления; в зоне термического влияния; в основном металле. Поперечная трещина - трещина, ориентированная поперек оси сварного шва. Оба вида трещин могут быть: в металле сварного шва; в зоне термического влияния; в основном металле. Трещины в сварном шве показаны на рисунке 1. Трещина в сварном шве колонного аппарата показана на рисунке 2.

Рисунок 1 – Трещины в сварном шве

 

Рисунок 2 – Трещина в сварном шве колонного аппарата

Микротрещина - трещина, имеющая микроскопические размеры, которую обнаруживают физическими методами не менее чем при пятидесятикратном увеличении. Микротрещина сварного шва показана на рисунке 3.

Рисунок 3 – Микротрещина сварного шва [3]

 

2.1 Методы  выявления трещин в сварных  швах и в зоне термического  влияния

 

2.1.1 Визуальный и измерительный  контроль (ВИК)

 

Визуальный осмотр и при необходимости выполнения текущего контроля измерениями являются необходимыми и обязательными условиями контроля качества как при изготовлении, так и при эксплуатации технологического оборудования, работающего под внутренним давлением.

В соответствии с ПБ 576 ВИК относится к основным видам неразрушающего контроля (НК) металла и сварных соединений при изготовлении, реконструкции, наладке, монтаже, ремонте, техническом диагностировании и эксплуатации сосудов, работающих под избыточным давлением [4].

ВИК проводится после анализа технической документации на аппарат.

ВИК подлежат все сварные соединения колонных аппаратов. Особое внимание уделяется на состояние сварных соединений в зонах концентрации напряжений (местах приварки горловины люка и штуцеров к обечайке и днищам, особенно в зонах входных и выходных штуцеров, на участках пересечения швов, в зонах сопряжения обечайки с днищами, местах приварки опорных узлов и др.), а также в местах возможного скопления конденсата и зонах проведенного ранее ремонта.

 При внешнем и внутреннем  осмотре сварных колонных аппаратов фиксируются следующие поверхностные дефекты и повреждения:

- наличие заплат и заварки  различных локальных повреждений типа коррозионных язв, трещин и т.п. дефектов сварных соединений на корпусе аппаратов;

- наличие различных механических  повреждений (вида вмятин, выпучин, рисок, погнутостей, отклонений форм и размеров корпуса или приварных элементов, неплотности в соединениях, коррозионных язв, трещин и т.п.);

- наличие на сварных  швах внешних дефектов (в частности, чрезмерное усиление шва более 3,0 мм, подрезов, смещения кромок, трещин, особо обратить внимание на узлы вварки наиболее нагруженных при эксплуатации штуцеров, на перекрещивающиеся швы;

- наличие трещин в местах  концентрации технологических напряжений и остаточных напряжении от сварки, особенно в местах резкого изменения сечения элементов, неплавного изменения размеров, несплавления кромок, наплывов, пор и др.;

- состояние окраски элементов  корпуса и теплоизоляции (различные механические повреждения, шелушение, потеки, пропуски, пузыри, отлупы, места нарушения и протекания ее);

- указать расположение  аппарата (вертикальное, горизонтальное, на какой отметке, на улице или в помещении и т.д.).

В ходе визуального осмотра для повышения надежности выявления дефектов при необходимости отдельные участки зачищаются, а также пользуются увеличительной лупой.

Измерительный контроль материала и сварных соединений выполняются с целью определения соответствия геометрических размеров конструкций и допустимости повреждений материала и сварных соединений, выявленных при визуальном контроле, требованиям рабочих чертежей, ТУ, стандартов и паспортов.

При измерительном контроле состояния материала и 
сварных соединений определяются:

- размеры механических  повреждений материала и сварных  соединений;

- размеры деформированных  участков материала и сварных  соединений, в том числе длину, ширину и глубину вмятин выпучин, отдулин;

- овальность цилиндрических элементов, в том числе гибов труб;

- прямолинейность (прогиб) образующей конструкции (элемента);

- фактическую  толщину стенки материала (при  возможности проведения прямых измерений);

- глубину коррозионных  язв и размеры зон коррозионного  повреждения, включая их глубину.

Приборы и инструменты. ВИК проводится с применением следующих приборов: лупы, микроскопов, визуально-оптических приборов, а для скрытых объектов – эндоскопы, бароскопы, зеркала и др.

Для измерения формы и размеров, угловых и линейных величин, а также поверхностных дефектов применяются следующие инструменты и приборы:

- лупы измерительные;

- линейки измерительные  металлические;

- угольники поверочные 90º;

- штангенциркули;

- щупы № 2-4;

- угломеры;

- микрометры;

- нутромеры;

- шаблоны (универсальные, радиусные  и резьбовые);

- профилографы.

Для больших линейных размеров или отклонений от формы применяются:

- поверочные плиты;

- плоскопараллельные концевые  меры;

- линейки и рулетки  металлические;

- нивелиры, теодолиты.

Нормы допустимых дефектов, выявленных при наружном и внутреннем осмотре, должны соответствовать требованиям Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ576) и ОСТ.ц

Результаты осмотра оформляются в виде заключения (протокола), подписываемого специалистами организации, проводящей техническое диагностирование [5].

 

2.1.2 Капиллярный контроль. Капиллярная дефектоскопия. Капиллярный метод неразрушающего контроля

 

Капиллярная дефектоскопия - метод дефектоскопии, основанный на проникновении определенных жидких веществ в поверхностные дефекты изделия под действием капиллярного давления, в результате чего повышается свето- и цветоконтрастность дефектного участка относительно неповрежденного.

В большинстве случаев по техническим требованиям необходимо выявлять настолько малые дефекты, что заметить их при визуальном контроле невооруженным глазом практически невозможно. Применение же оптических измерительных приборов, например лупы или микроскопа, не позволяет выявить поверхностные дефекты из-за недостаточной контрастности изображения дефекта на фоне металла и малого поля зрения при больших увеличениях. В таких случаях применяют капиллярный метод контроля.

При капиллярном контроле индикаторные жидкости проникают в полости поверхностных и сквозных несплошностей материала объектов контроля, и образующиеся индикаторные следы регистрируются визуальным способом или с помощью преобразователя.

Контроль капиллярным методом осуществляется в соответствии с ГОСТ 18442-80 «Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования» [6].

Необходимым условием выявления дефектов типа нарушения сплошности материала капиллярными методами является наличие полостей, свободных от загрязнений и других веществ, имеющих выход на поверхность объектов и глубину распространения, значительно превышающую ширину их раскрытия.

Капиллярные методы подразделяют на основные, использующие капиллярные явления, и комбинированные, основанные на сочетании двух или более различных по физической сущности методов неразрушающего контроля, одним из которых является капиллярный контроль (капиллярная дефектоскопия).

Капиллярная дефектоскопия (капиллярный контроль)предназначен для выявления невидимых или слабо видимых невооруженным глазом поверхностных и сквозных дефектов (трещины, поры, раковины, непровары, межкристаллическая коррозия, свищи и т.д.) в объектах контроля, определения их расположения, протяженности и ориентации по поверхности.

Капиллярные методы неразрушающего контроля основаны на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей (пенетрантов) в полости поверхностных и сквозных несплошностей материала объекта контроля и регистрации образующихся индикаторных следов визуальным способом или с помощью преобразователя.

Капиллярный метод контроля применяется при контроле объектов любых размеров и форм, изготовленных из черных и цветных металлов, легированных сталей, чугуна, металлических покрытий, пластмасс, стекла и керамики в энергетике, авиации, ракетной технике, судостроении, химической промышленности, металлургии, при строительстве ядерных реакторов, в автомобилестроении, электротехники, машиностроении, литейном производстве, штамповке, приборостроении, медицине и других отраслях. Для некоторых материалов и изделий этот метод является единственным для определения пригодности деталей или установок к работе.

Капиллярная дефектоскопию применяют также и для неразрушающего контроля объектов, изготовленных из ферромагнитных материалов, если их магнитные свойства, форма, вид и месторасположение дефектов не позволяют достигать требуемой по ГОСТ 21105-87 чувствительности магнитопорошковым методом и магнитопорошковый метод контроля не допускается применять по условиям эксплуатации объекта [7].