Методика оценки остаточного ресурса трубчатых печей нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств

Управление по надзору в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности рассмотрело "Методику оценки остаточного ресурса трубчатых печей нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств" и считает возможным согласовать её применение при диагностировании трубчатых печей.

исп. Селезнёв Г.М

тел. 263-95-24

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
"ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙИ И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ"
(ОАО "ВНИКТИнефтехимоборудование")

МЕТОДИКА
оценки остаточного ресурса трубчатых печей нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств

г. Волгоград

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

"Методика оценки остаточного ресурса трубчатых печей нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств" (в дальнейшем "Методика...") разработана в развитие "Положения о порядке диагностирования технологического оборудования взрывоопасных производств топливно-энергетического комплекса", утвержденного Минтопэнерго РФ в январе 1993 г., и в соответствии с требованиями "Общих правил взрывоопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств", утвержденных Госгортехнадзором СССР 06.09.88 г., "Методических указаний по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, поднадзорных Госгортехнадзору России". РД 09-102-95, утвержденных Госгортехнадзором России 17.11.95 г.

Настоящая "Методика..." составлена с учетом обобщенного опыта работ исследовательских организаций, специализирующихся на оценке ресурса дальнейшей эксплуатации технологического и энергетического оборудования, а также предприятий, эксплуатирующих данное оборудование.

"Методика..." определяет необходимый перечень работ, исследований, испытаний и расчетов, позволяющих произвести оценку ресурса остаточной работоспособности трубчатых печей, и основана на индивидуальной диагностике каждой обследуемой печи.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящая "Методика..." устанавливает порядок и комплекс выполняемых работ по диагностированию технического состояния трубчатых печей и определению возможности и срока их дальнейшей эксплуатации.

1.2. "Методика..." распространяется на все типы трубчатых печей технологических установок, работающих с давлением в змеевике до 10,0 МПа. Оценка остаточного ресурса трубчатых печей, для которых в силу конструктивных или эксплуатационных особенностей имеются специальные нормативные документы, производится по настоящей "Методике..." с учетом требований этих документов.

1.3. Диагностирование печей и их основных элементов проводится в обязательном порядке, если они:

1. Выработали установленный автором проекта расчетный срок службы или ресурс;

2. Не имели установленного расчетного срока службы или расчетного ресурса и находились в эксплуатации 20 лет и более;

3. Выработали разрешенный к дальнейшей эксплуатации ресурс остаточной работоспособности сверх установленного расчетного срока службы или остаточного ресурса;

4. Временно находились в эксплуатации или условиях на параметрах, превышающих расчетные.

1.4. Ресурс остаточной работоспособности трубчатых печей устанавливается на основании экспертного обследования, включающего:

- обследование технического состояния печи и ее основных элементов;

- исследование физико-механических свойств металла неразрушающими методами контроля на основании результатов замера твердости;

- исследование физико-механических свойств металла, вырезанного из наиболее теплонапряженных или изношенных элементов печи:

а) из углеродистых сталей, работающих при температуре выше 425 ºС;

б) из хромомолибденовых сталей, работающих при температуре выше 490 ºС;

в) из сталей аустенитного класса установок гидроочистки;

- оценку фактической нагруженности и износа элементов печи;

- оценку прочности элементов печи на рабочих параметрах и прогнозирование ресурса остаточной работоспособности основных элементов и печи в целом;

- анализ результатов выполненных исследований и составление Заключения.

1.5. Определение ресурса остаточной работоспособности печей проводится организациями (предприятиями), имеющими разрешение (лицензию) органов Госгортехнадзора на проведение таких работ.

1.6. Обследование, выполняемое для определения ресурса остаточной работоспособности трубчатых печей, проводится во время их ремонтов.

1.7. Для проведения обследования печь должна быть подготовлена в соответствии с действующими правилами безопасности при эксплуатации нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств.

1.8. При проведении обследования участие лица, ответственного за безопасную эксплуатацию печей, обязательно.

1.9. Эксплуатация, ревизия, отбраковка и ремонт трубчатых печей в период назначенного ресурса остаточной работоспособности должны осуществляться в соответствии с требованиями ИТН-93, действующими нормативно-техническими документами и производственными инструкциями.

1.10. При истечении установленного ресурса, для оценки возможности дальнейшей эксплуатации печей и их основных элементов, необходимо провести очередное обследование в соответствии с настоящей "Методикой...".

2. ОБСЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

2.1. Обследование проводится с целью оценки технического состояния печи, ее основных элементов и узлов и включает следующие этапы работы:

- изучение технической документации печи (проектной, исполнительной, эксплуатационной);

- оперативная диагностика печи;

- экспертное обследование печи:

- наружный и внутренний осмотр печи и ее основных элементов;

- проверку геометрических форм элементов печи и оценку их деформации;

- толщинометрию основных элементов змеевика и других частей печи;

- замеры твердости металла;

- стилоскопирование (при необходимости);

- дефектоскопию сварных соединений;

- оценку металлографических структур (при необходимости);

- испытание на прочность и плотность.

2.1.1. При обследовании печи следует руководствоваться требованиями:

- настоящей "Методики...";

- "Инструкции по техническому надзору, методам ревизии и отбраковке трубчатых печей, резервуаров, сосудов и аппаратов нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств". ИТН-93;

- РД РТМ 38.14.006-86. "Методика определения сроков эксплуатации змеевиков печей установок каталитического риформинга, отработавших проектный ресурс". Волгоград, ВНИКТИнефтехимоборудование, 1986;

- других нормативно - технических документов по безопасной эксплуатации трубчатых печей, их обследованию, ревизии и ремонту.

2.2. Изучение технической документации.

2.2.1. Изучение технической документации имеет целью детальное ознакомление с конструктивными и эксплуатационными особенностями печи, а также с объемами и причинами выполненных ремонтов, что позволит сделать предварительную оценку технического состояния печи и выявить элементы печи с наиболее вероятными отказами и повреждениями, рост поврежденности в которых и дефектность могут привести к ресурсному отказу.

2.2.2. Предварительный анализ технического состояния печи и её основных элементов включает сбор и обобщение следующей информации:

- проектные и фактические сведения по печи (организация-проектировщик, дата проектирования, характеристика печи, схемы змеевиков и их обвязка, материальное и конструктивное исполнение, параметры работы, расчетный срок службы; - сведения (при наличии) по изготовлению основных элементов печи (завод-изготовитель, дата изготовления, паспорта с чертежами общего вида, материальное исполнение, копии сертификатов, возможные отклонения от проекта при изготовлении, а также сведения по сварным соединениям: копии сертификатов на электроды и результаты испытаний сварных соединений);

- дата ввода печи в эксплуатацию и фактическое время работы на момент обследования;

- количество проведенных ремонтов (плановых, аварийных), причины аварий;

- перечень, количество и причины замен элементов змеевиков и печи за время эксплуатации;

- результаты предыдущих ревизий (проверки наружных диаметров печных труб, замеров твердости, толщин стенок змеевиков, дымовых труб и др.);

- результаты исследований металла, если таковые проводились;

- сведения о перегреве металла змеевиков в процессе эксплуатации;

- сведения о скорости коррозионного износа основных элементов печи;

- научно-техническая информация по отказам и повреждениям по данному виду оборудования.

2.2.3. По результатам анализа технической документации составляется:

- перечень проанализированной документации;

- схема печи в виде эскизов с нанесением основных ее элементов (змеевика, несущих металлоконструкций, гарнитуры, боровов, дымовой трубы и др.) их размеров, материального оформления, рабочих параметров (Р, t,…);

- заключение по результатам анализа;

- программа оперативной диагностики печи.

2.3. Оперативная диагностика.

2.3.1. Оперативная диагностика печи проводится с целью получения данных о техническом состоянии печи, технологических параметрах ее работы и загруженности элементов печи в реальных условиях эксплуатации.

2.3.2. Оперативная диагностика печи проводится в период работы установки в соответствии с разработанной программой с использованием штатных контрольно-измерительных приборов установки и включает следующие основные этапы:

- регистрацию основных технологических параметров печи (Р, t, t_ст…) на момент обследования и выборочно за предыдущее время эксплуатации (по показаниям КИП, картограммам приборов, режимным листам); проверку их соответствия нормам технологического регламента; обработку и анализ полуденных данных;

- наблюдение через гляделки или смотровые окна за режимом горения форсунок, состоянием трубного змеевика, гарнитуры, кладки и огнеупорной футеровки печи с целью определения степени загруженности данных элементов, выявления прогиба труб, отдушин и темных пятен на поверхности труб, обрыва и деформаций подвесок, образования трещин, выпучиваний, наклонов и других признаков ослабления и разрушения футеровки;

- наблюдение за состоянием обшивки каркаса, опорных стоек, несущих балок, ферм, обслуживающих площадок и лестниц, кровли печи, дымовых труб, их вертикальностью, состоянием фундаментов печи и дымовой трубы.

2.3.3. Результаты оперативной диагностики печи оформляются в виде акта (протокола) и прилагаются к заключению (п. 2.2.3.).

2.4. Экспертное обследование.

Экспертное обследование печи проводится в период ее остановки с целью получения информации о реальном техническом состоянии печи, ее основных элементов и узлов, и включает следующие этапы работ.

2.4.1. Наружный и внутренний осмотр.

2.4.1.1. При визуальном (наружном и внутреннем) осмотре печи устанавливается состояние наружной поверхности и наличие деформаций, коррозионного и эрозионного износа и др. дефектов основных элементов печи: трубного змеевика, металлоконструкций, гарнитуры, кладки и футеровки печи, боровов и газоходов, дымовых труб, горелок и др.

2.4.1.2. Осматриваются все трубы и калачи (отводы) в радиантной части печи и в доступных местах конвекции с целью выявления коррозии поверхностей, прогаров, отдушин, трещин, свищей, прогибов, дефектов в сварных швах.

При наличии двойников (ретурбендов) осмотру подвергаются все двойники с целью выявления трещин, раковин, следов остаточной деформации ушек, наличия забоин на уплотнительных поверхностях под пробки, коррозионного и эрозионного износа внутренних поверхностей (у вскрытых ретурбендов), трещин, вмятин, изгибов, износа резьб траверс и болтов двойников.

2.4.1.3. По металлоконструкциям и гарнитуре печи осматриваются обшивка каркаса, кровля, опорные стойки, несущие балки, швеллера и фермы, обслуживающие площадки и лестницы, трубные решетки, подвески и кронштейны, сварные швы и болтовые соединения с цепью выявления степени их обгорания, деформаций, трещин, разрушений, коррозионного износа (при необходимости проводится замер остаточных толщин их элементов).

2.4.1.4. При осмотре кладки и футеровки печи выявляется:

- состояние кирпичной кладки или бетона торцовых и боковых стен, пода, перевальных стен, футеровки форсуночных окон, наружного изоляционного покрытия;

- степень выгорания футеровки, расслоений, выкрашивания и выпадения кирпича из кладки;

- наличие обрывов, обгорания и ослабления кирпичной подвески;

- состояние температурных швов и их заполнение асбестовым шнуром.

2.4.1.5. В боровах, газовоздушных коробах и шиберах осматриваются своды, стены, под дымоходов (боровов), шибера, их крепления и опоры с целью выявления дефектов и отклонений в огнеупорной футеровке или кладке дымоходов (выпучин или провалов на поверхности, расслоений или выкрашивания кирпича, провисание свода, наличие пустот под полом или оседание борова), состояния и крепления шиберов.

2.4.1.6. При осмотре форсунок выявляют состояние корпуса форсунки, завихрителя, паромазутной головки, газового коллектора, сопла, керамических призм и трубок (у беспламенных горелок), запорной арматуры.

2.4.1.7. У дымовой трубы производится:

- осмотр ствола дымовой трубы с целью выявления: сквозного коррозионного износа листов обечаек и состояния сварных швов обечаек (у металлических труб):

- наличия сколов, выветриваний, трещин, степени их раскрытия, разрушений и выкрашивания кирпичной кладки, состояние закладных элементов, состояние прутков гарнитуры бетона, состояние бетона между царгами (у кирпичных, железобетонных труб);

- нарушения целостности и исправности стяжных колец, ходовых скоб, площадок для обслуживания, устройств молниезащиты, сигнальных устройств;

- осмотр крепления ствола трубы с фундаментом, опорных плит и анкерных болтов, выявление износа и деформаций, состояния фундамента трубы (неравномерность осадки, наличие сквозных трещин и выкрашиваний).

2.4.1.8. Ревизия и отбраковка трубопроводов обвязки трубчатых печей производится в соответствии с РД 38.13.004-86 "Эксплуатация и ремонт технологических трубопроводов под давлением до 10,0 МПа (100 кгс/см²)".

2.4.1.9. В случае необходимости, для повышения надежности результатов осмотра, а также для осмотра поверхностей в труднодоступных местах могут применяться средства подсветки, оптические линзы, зеркала, бинокли, а также специальные оптические приборы.

2.4.1.10. На основании результатов осмотра специалистами, выполняющими обследование, назначаются места замера деформаций, толщин, твердости, стилоскопирования, дефектоскопии, а при необходимости - места контрольной вырезки для исследования свойств металла, либо, при наличии неисправимых дефектов и деформаций, производится отбраковка элементов печи согласно действующей нормативно-технической документации.

2.4.2. Проверка геометрических форм элементов печи и оценка их деформации.

2.4.2.1. Первичная оценка геометрической формы основных несущих элементов печи производится визуально при проведении ее наружного и внутреннего осмотра.

2.4.2.2. Выявленные при осмотре элементы, имеющие отклонения геометрической формы, должны быть промерены с целью установления границ деформированных участков и величины деформаций, отклонений.

2.4.2.3. Проверка наружного диаметра труб змеевика печи проводится по всей длине у каждой трубы в радиантной части и в доступных местах конвекционной части печи.

Особенно тщательному промеру подлежат участки труб зон возможного перегрева и в местах видимого увеличения диаметра.

2.4.2.4. Измерение внутреннего диаметра труб ретурбендного змеевика в двойниках и за двойником (на глубину 0,5 м) производится в радиантной и конвекционной частях печи выборочно из различных температурных зон (экранов) и исходя из анализа результатов предыдущих ревизий и опыта эксплуатации печей на данном предприятии.

2.4.2.5. Замеры диаметра гнезда в двойниках под трубы и глубины канавок под развальцовку производятся в случае замены труб или установки нового двойника.

2.4.2.6. При наличии деформации (прогиба) труб змеевика, элементов несущих металлоконструкций проводится замер стрелы прогиба.

2.4.2.7. Оценке величины отклонений, выпучин, впадин, расслоений, выкрашивания и др. дефектов подвергается огнеупорная футеровка и кирпичная кладка стен, свода печи, боровов, дымовой трубы.

2.4.2.8. Кладка и футеровка печи подвергается, при необходимости, проверке на вертикальность (торцевые, боковые, перевальные стены) и горизонтальность (свод и под печи).

2.4.2.9. Проверка дымовых труб на вертикальность проводится по мере необходимости и в сроки, соответствующие требованиям ИТН-93.

2.4.2.10. Измерения выполняются специальными измерительными инструментами и приборами (скобами, калибрами, нутромерами, кронциркулями, теодолитами и др.), обеспечивающими требуемую нормативной документацией точность измерений.

2.4.2.11. На основании полуденных результатов измерений и выявления неисправимых дефектов и деформаций проводится отбраковка элементов печи согласно действующей нормативно-технической документации.

2.4.3. Толщинометрия.

2.4.3.1. Измерение толщин стенок основных элементов печи (трубы змеевика, ретурбенды, калачи, металлоконструкции, дымовые трубы и др.) проводится методом ультразвуковой толщинометрии. Для измерения используются отечественные или зарубежные толщиномеры с точностью измерения не ниже 0,2 мм и соответствующие требованиям ГОСТ 25863-83 (например, типа УТ-93П, ДМ-2 и др.).

2.4.3.2. Замеры толщин стенок труб змеевика для радиантной части делаются по трем образующим и на каждой образующей не менее чем в 3-х точках по длине каждой трубы в местах наиболее вероятного износа, установленных исходя из результатов предыдущих ревизий и опыта эксплуатации печи, а также на, участках, имеющих увеличение наружного диаметра и прогиб.

Для конвекционной части змеевика печи - в доступных местах.

2.4.3.3. Измерение толщин стенок калачей (отводов) для радиантной части печи проводится полностью у всех отводов, в конвекционной части змеевика печи - в доступных местах.

Изменение толщины стенок выполняется на наибольшем, наименьшем радиусах закругления и в нейтральной зоне, для штампосварных отводов - вблизи продольного шва и на каждой половине.

2.4.3.4. Замер толщин стенок двойников и мостов между отверстиями под пробки проводится выборочно, в местах видимого максимального износа на двойниках, вскрытых для замера внутреннего диаметра труб, или демонтажа труб.

2.4.3.5. Замер толщины стенки дымовой трубы делается на каждой обечайке и каждой ее составляющей, если она сварная. Особое внимание при контроле толщин стенок необходимо обращать на места вероятного коррозионного износа (нижние и верхние пояса трубы).

2.4.3.6. Выборочно проводятся замеры остаточных толщин элементов гарнитуры металлоконструкций и других частей печи.

2.4.3.7. Поверхность в местах замера толщины стенки ультразвуковыми приборами должна быть освобождена от грязи, отложений и окалины, зачищена без заметных рисок, выпуклостей и углублений. Шероховатость поверхности в месте контроля должна быть не выше 40 мкм по ГОСТ 2789-73.

2.4.4. Замер твердости.

2.4.4.1. Замер твердости металла и сварных соединении основных элементов и узлов печи проводится с целью получения косвенной оценки их прочностных характеристик и выявления элементов с отклонениями от стандартных значений временного сопротивления и предела текучести по ГОСТ 22761-77 и ГОСТ 22762-77.

2.4.4.2. Замеры твердости металла элементов змеевиков из подкаливающихся сталей (15X5М, 12X88Ф, 12X2М1, X9M, 15X5M-X, X5MЛ и др.) осуществляются переносными твердомерами выборочно в доступных местах в объеме 25 % равномерно по всем экранам, при этом в каждом месте должно быть сделано не менее трех замеров.

2.4.4.3. Шероховатость поверхности мест замеров должна соответствовать требованиям действующей нормативно-технической документации и инструкций на применяемые приборы.

2.4.4.4. В случае если полученные результаты показывают, что твердость металла или сварного соединения не соответствует требованиям ИТН-93, проводится удвоенное количество дополнительных замерев. При подтверждении полученных неудовлетворительных результатов данный участок или элемент змеевика выбраковывается.

2.4.5. Стилоскопирование.

Стилоскопирование (химический анализ) металла элементов змеевика (труб, калачей, отводов, ретурбендов и др.) из легированных сталей проводится при отсутствии документации на этот вид контроля и на вновь устанавливаемые элементы в объеме 100 %.

2.4.6. Дефектоскопия.

2.4.6.1. Дефектоскопия (ультразвуковая или радиационная) сварных соединений змеевика проводится выборочно в зонах возможного перегрева, увеличения наружного диаметра и прогиба труб, а также при сомнении в качестве по результатам внешнего осмотра.

2.4.6.2. Объем контроля сварных соединений устанавливается специалистами, проводящими обследование.

2.4.6.3. Метод дефектоскопии (или сочетание различных методов) выбирается специалистами, проводящими обследование, таким образом, чтобы была обеспечена максимальная степень выявления недопустимых дефектов.

2.4.6.4. Ультразвуковая дефектоскопия и радиографический контроль должны проводиться в соответствии с ГОСТ 24782, ГОСТ 7512-82, РДИ 38.18.016-94, РДИ 38.18.020-95, другими отраслевыми стандартами или инструкциями, разработанными специализированными организациями.

2.4.6.5. Магнитопорошковый и капиллярный (цветной) методы контроля должны выполняться согласно ГОСТ 21105-87, ГОСТ 18442-80, РДИ 38.18.017-94, РДИ 38.18.019-95, других отраслевых стандартов или инструкций, разработанных специализированными организациями.

2.4.6.5. При неудовлетворительных результатах дефектоскопии дефектные участки, элементы змеевика подлежат замене, а специалистами, выполняющими обследование, должно быть принято решение о дополнительном объеме контроля дефектоскопией.

2.4.6.6. Металлографические исследования металла (сварных швов) элементов змеевиков должны проводиться, когда по условиям эксплуатации (среда, температура, давление) и (или) выполненных ремонтно-восстановительных работ возможны изменения структуры металла, если значения твердости металла ниже или выше допустимых нормативных значений, по требованию действующих нормативно-технических документов или проекта и по усмотрению специалистов, проводящих обследование печи.

2.4.6.7. Контроль микроструктуры неразрушающим (безобразовым) методом производится по действующим методикам непосредственно на наружной поверхности элементов и сварных швах по репликам (оттискам) в доступных местах.

2.4.6.8. При получении неудовлетворительных результатов исследований структуры металла должен быть отобран металл для комплексного исследования.

2.4.7. На основании анализа полученных результатов обследования специалистами, выполняющими обследование, принимаются решения:

- о необходимости, местах, размерах и количестве контрольных вырезок металла для проведения его детального исследования;

- об объеме ремонтно-восстановительных работ.

2.4.8. Испытание на прочность и плотность.

2.4.8.1. Испытание змеевика печи на прочность и плотность является завершающей стадией обследования печи и, как правило, производится гидравлическим методом. Для отдельных печей в обоснованных случаях разрешается проведение пневматического испытания змеевиков по специально разработанной инструкции, предусматривающей необходимые меры безопасности.

2.4.8.2. Гидравлическое испытание производится только для змеевиков, техническое состояние которых по результатам обследования признана удовлетворительным.

2.4.8.3. Гидравлическое испытание змеевика печи производится в соответствии с ИТН-93.

2.4.9. Результаты экспертного обследования технического состояния печи оформляются в виде акта (протокола), в котором должна быть отражена возможность (или невозможность) эксплуатации печи на проектных (регламентных) или сниженных параметрах до получения результатов оценки ее ресурса.

2.4.10. Акт (протокол) должен быть подписан специалистами проводившими обследование (см. п.п. 1.5., 1.8.) и утвержден руководством предприятия.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА.

3.1. Исследование состояния металла элементов печи с целью определения его остаточного ресурса осуществляется на образцах, изготовленных из контрольных вырезок, назначенных специалистами, выполняющими обследование.

3.2. Вырезка металла должна производиться из наиболее нагруженного силовыми и температурными нагрузками элемента печи. Размеры контрольных вырезок и их количество должны обеспечить необходимую возможность изготовления заданного количества образцов.

3.3. При наличии в печи элементов из различных марок сталей вырезки назначаются (как минимум - одна) из каждой марки стали.

3.4. При необходимости исследования физико-механических свойств металла сварных соединений вырезается по одному однородному и одному разнородному сварному соединению (по металлу шва и основному металлу) и работающих с наибольшей температурой стенки.

3.5. Допускается в качестве контрольной вырезки металла использовать металл, вырезанный при проведении ремонта, например, при замене участка трубы или отвода змеевика.

3.6. Вырезка металла из элементов печи может осуществляться механическим или огневым способом, при этом, в последнем случае, места термического влияния должны быть механически удалены.

3.7. Вырезка заготовок для изготовления образцов из контрольных вырезок должна осуществляться только механическим способом без правки и без обработки наружной и внутренней поверхностей в соответствии с картами-схемами раскроя, выполненными специалистами, производящими обследование и выполняющими исследование механических свойств.

3.8. Количество изготавливаемых образцов из контрольных вырезок, необходимость того или иного вида испытаний, температура, образцов при испытании назначаются специалистами, выполняющими обследование.

3.9. Исследование металла печных змеевиков может быть осуществлено в следующем объеме:

а) трубы и радиусные участки гибов (отводов), двойники змеевиков:

- оценка химического состава металла;

- металлографические исследования;

- рентгеноструктурный фазовый анализ (при необходимости);

- определение механических свойств при комнатной и рабочей температурах;

- испытание кольцевой пробы на сплющивание (при необходимости);

- определение твердости металла по поперечному сечению;

- испытание на длительную прочность металла змеевиков, работающих при температуре выше 490 ºС для хромомолибденовых и выше 590 ºС для сталей аустенитного класса;

- определение склонности к МКК для аустенитных сталей;

- испытание на длительную пластичность для аустенитных сталей и температурой эксплуатации выше 450 ºС;

б) для сварных соединений:

- оценка химического состава основного и наплавленного металла;

- определение наличия микродефектов в поперечном сечении сварного соединения, а также микроструктуры в зонах шва и термического влияния, межкристаллитной коррозии (для аустенитных сталей);

- определение механических свойств при комнатной и рабочей температурах;

- определение твердости по поперечному сечению в зонах шва и термического влияния;

в) для крепежа, гарнитуры печи и несущих металлоконструкций (исследования проводятся при необходимости):

- оценка химического состава;

- металлографические исследования;

- определение механических свойств при комнатной и рабочей температурах.

3.10. Все анализы и испытания металла должны проводиться в соответствии с действующими стандартами и нормативно - техническими документами.

3.10.1. Химический анализ выполняется по ГОСТ 7565, ГОСТ 20560.

3.10.2. Металлографические исследования проводятся:

- качественное и количественное определение неметаллических включений по ГОСТ 1778-70*;

- исследование микроструктуры основного металла, металла шва и околошовной зоны по ОСТ 26-1379-76, ГОСТ 5640-68;

- определение балла зерна по ГОСТ 5639-82;

- определение глубины обезуглероженного слоя по ГОСТ 1763-68*;

- определение балла структурных составляющих по ГОСТ 9450-76*;

- испытания на МКК по ГОСТ 6032-89.

В качестве эталонов микроструктуры используются данные ОСТ 8233-56.

3.11. Механические свойства определяются:

- растяжение при комнатной и повышенных (рабочих) температурах по ГОСТ 1497-84, ГОСТ 9651-84;

- ударный изгиб при комнатной и повышенной температурах по ГОСТ 9454-78;

- твердость по ГОСТ 9012-59, ГОСТ 9013-59, ГОСТ 9450-76*;

- изгиб по ГОСТ 14019-80;

- длительная прочность по ГОСТ 10145-81;

- растяжение, ударный изгиб, угол загиба сварных соединений по ГОСТ 6996-66;

- сплющивание па ГОСТ 8695-75*.

3.12. Кроме вышеуказанных исследований могут проводиться и другие специальные исследования (определение возможного науглероженного слоя и др.), необходимость которых определяется специалистами, выполняющими обследование.

Методики проведения этих испытаний должны быть утверждены специализированными организациями, если на них нет нормативных или методических документов.

3.13. Образцы для исследования изготавливаются из заготовок в соответствии с требованиями стандартов, с учетом конструктивных особенностей испытательного оборудования и по чертежам организации, исследующей металл.

3.14. По результатам исследований специалистами, проводившими исследования и испытания, дается оценка (заключение) о работоспособности металла (сварных соединений) и о возможности его дальнейшей эксплуатации.

4. ОЦЕНКА ФАКТИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ И РАБОТОСПОСОБНОСТИОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПЕЧИ.

4.1. Оценка фактической нагруженности основных элементов печи может быть выполнена расчетными или экспериментальными методами на основе:

- предварительного анализа конструкционных особенностей печи, проектных и фактических условий эксплуатации, причин "отказов" и аварий, результатов предыдущих ревизий;

- результатов экспертного обследования печи;

- результатов расчета элементов печи с учетом фактических температур, толщин стенок и свойств металла, после длительной эксплуатации.

4.2. Расчётная оценка прочности основных элементов змеевиков печи проводится на основе результатов обследования и должна выполнятся с учётом требований РТМ 26.02.67-84, ОСТ 108.031.02-85 и других действующих нормативно-технических документов.

4.3. На основе расчета толщин стенок элементов печи назначается отбраковочная величина.

Отбраковочные значения толщин стенок основных элементов печи должны определятся путём суммирования расчётных толщин, величин, возможного слоя, коррозионного и эрозионного износа и других оказывающих возможное отрицательное воздействие факторов до следующей ревизии.

5. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕСУРСА ОСТАТОЧНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПЕЧИ.

3.1. Прогнозирование ресурса остаточной работоспособности деталей и узлов печи базируется на результатах обследования ее технического состояния, исследовании механических свойств, химического состава, структуры металла, причин коррозии, эрозии и расчетов на прочность.

После проведения вышеуказанных работ по диагностированию в соответствии с разделами 2, 3, 4 приступают к выбору расчетной схемы оценки остаточного ресурса, которая выбирается с учетом действия факторов износа или ухудшения физико-механических свойств.

5.2. Основными факторами, отрицательно влияющими на несущую способность элементов печи, снижению их прочностных свойств являются следующие:

- общая коррозия наружной и внутренней поверхности;

- ухудшение структуры аустенитного металла при температурах выше 450 ºС, приводящих к резкому снижению пластических свойств металла;

- снижение прочности металла при длительной работе в условиях высоких температур (длительная прочность металла);

- науглероживание внутренней поверхности металла;

- азотирование внутренней поверхности металла;

- межкристаллитная коррозия аустенитных сталей.

5.3. Если выявлено, что основным повреждающим фактором элементов печи является коррозионный износ, оценку остаточного ресурса производят по формуле:

                                                              (5.1)

где Т_ост. - ресурс остаточной работоспособности элемента печи. годы;

S_ф - фактическая толщина элемента, мм;

S_отб - отбраковочная толщина элемента, мм;

А_ф - фактическая скорость коррозионного и эрозионного износа, мм/год.

Значение отбраковочной толщины несущего элемента принимается из паспорта, ИТН-93 или устанавливается на основании расчетной допустимой толщины с учетом фактических свойств металла.

Скорость коррозии определяется по несущему элементу, имеющему наибольший коррозионный износ за весь срок эксплуатации, и может быть вычислена по формуле:

                                                                    (5.2)

где S_o - первоначальная (исполнительная) толщина наиболее изнашиваемого элемента, мм;

t - срок эксплуатации, в годах ( начиная с момента ввода печи в эксплуатацию).

5.4. Для элементов печей, основным повреждающим фактором которых является ползучесть металла, прогнозирование остаточного ресурса производится исходя из фактической скорости ползучести, накопленной величины пластической деформации (ползучести) и предельно-допустимой величины деформации ползучести.

Расчет производится по формуле:

(час)                                                       (5.3)

где Е_дп - величина предельно-допустимой деформации ползучести, определяемой в процессе исследований свойств металла контрольных, вырезок, %;

V - скорость ползучести за данный срок эксплуатации, %/час.

Е - величина накопленной остаточной деформации за данный срок промежуток времени эксплуатации, %.

                                                          (5.4)

где D_исх - начальный размер (диаметр) контролируемого участка, мм;

D_к - конечный размер (диаметр) контролируемого участка после эксплуатации в течении данного промежутка времени, мм;

5.5. Для элементов печей, работающим длительное время в условиях высоких температур (500; 600 ºС) и давлений (5,0; 6,0 МПа) вызывающих снижение прочностных свойств металла, срок дальнейшей эксплуатации определяется в соответствии с РД РТМ 38.14.006-86 "Методика определения сроков эксплуатации змеевиков печей установок каталитического риформинга, отработавших проектный ресурс.

5.6. Для элементов печей, работающих в условиях вызывающих науглероживание, азотирование и наводораживание поверхности металла, а также подверженных МКК, оценка остаточного ресурса производится по индивидуальным методикам, разрабатываемым специализированными научно-исследовательскими организациями для каждого конкретного случая.

Если обнаружено несколько повреждающих факторов, расчет следует проводить для каждого из них.

5.7. На основании проведенного диагностирования и принятого фактора повреждения и параметра технического состояния элементов печи, возможен и вероятностный расчет гамма - процентного остаточного ресурса.

Так при прогнозировании остаточного ресурса элементов печи, когда происходит только коррозионный износ толщины стенки элемента печи (п.5.3.), расчет ресурса ведется по изменению текущей толщины стенки.

Представим текущую толщину стенки в виде

S_t = S_n - S_o - S                                                                       (5.5)

где: S_n - номинальная толщина стенки:

S_о - начальное технологическое изменение толщины стенки;

S - износ стенки;

или, если начальное технологическое отклонение толщины стенки S_o и абсолютную величину износа стенки S привести к номинальной толщине стенки элемента, на котором проводятся замеры:

Тогда условие прочности элемента печи в терминах относительного износа можно представить в виде:

[σ]_д ≥ σ                                                                                  (5.6)

где [σ]_д = 1 - S_p/S_n - σ_о                                                         (5.7)

Здесь [σ]_д и σ - допустимый и текущий относительный износ стенки, σ_о - начальное изменение толщины стенки.

Допустим, что за период эксплуатации проведено "n" диагностирований в моменты времени t_i. Число замеров толщины стенки при каждом диагностировании N_i. Таким образом всего имеется  замеров толщины стенки, которые обозначаются S_k (k = 1, 2,...N).

Положим, что процесс износа стенки описывается степенной функцией:

σ = а × t^m,                                                                              (5.8)

где: "а" - случайный, "m" - детермированный параметры. Полагаем, что параметр "а" - имеет нормальное распределение.

При m = 1 износ осуществляется с постоянной скоростью "а", при m > 1 процесс износа ускоряется при эксплуатации, при m < 1 - замедляется.

Если диагностирование проводилось один раз, в этом случае показатель степени "m" рекомендуется принимать равным единице.

Как правило, такое допущение идет в запас прочности.

Если диагностирование проводилось не один раз (n ≥ 2), то параметр "m" может быть определен по результатам статистической обработки замеров толщины стенки.

В начале определяются средние значения утонений стенки для каждого i-того диагностирования (σ_iср.), а затем методом наименьших квадратов строится зависимость в координатах lgσ_iср. - t_i.

В результате по формуле (5.8), где "а" заменяется на "а_ср." и "t" на ''t_i", определяются "а_ср." и "m" .

Необходимые для расчетов значения среднего относительного износа диагностируемого элемента печи на момент i-того диагностирования определяется по формуле:

,                                                          (5.9)

где: S_k - текущая толщина стенки в месте k-того замера,

S_nk - номинальная толщина стенки диагностируемого элемента.

В первом случае, когда при оценке остаточного ресурса приходится иметь дело только с результатами одного диагностирования, величина  где t_д - время последнего диагностирования.

Статическая оценка среднего квадратического отклонения параметра "а" - величина "Q_a" определяется по формуле:

                                       (5.10)

где σ_к = (S_n - S_k) / S_n, Q_o - начальное среднеквадратическое отклонение толщины стенки, в расчетах можно принимать равным 0,05; t_i - время диагностирования, когда проводился k-ый замер толщины стенки.

В начальный момент времени а_ср. = Q_a = 0. Если диагностирование проводилось в момент времени t_д, то

                                                           (5.11)

где Q_s - среднее квадратическое отклонение относительной толщины стенки в момент времени t_д.

Положим, что допускаемый относительный износ [σ] также имеет нормальное распределение. Тогда из уравнения (5.7) его среднее значение имеет вид:

,                                                                      (5.12)

где S_cp. = S_p/S_n.

Дисперсия допустимого относительного износа определяется по формуле:

                                                                                                                (5.13)

где  и  - дисперсии начального технологического отклонения и значений S_p / S_n , для всех диагностируемых элементов.

Все эти величины могут быть определены с заданной точностью. Однако целесообразность детального расчета невелика, когда износ достаточно высок и именно его рассеяние определяет величину остаточного ресурса.

Как правило, отношение S_p / S_n для фасонных деталей ниже, чем для прямых элементов. Поэтому с достаточной для практических целей точностью можно при отсутствии подробных данных при диагностировании принять

S[σ] = S_o = 0,05

Вероятность выполнения условия (5.6), т.е. вероятность безопасной работы на интервале времени от 0 до t_д (время последнего диагностирования: является функцией надежности и обозначается как

P(t_д) = F_r {[σ] ≥ σ, 0 ≤ t ≤ t_д},                                                (5.14)

где P_r - знак указывающий на вероятность события.

Гамма - процентный остаточный ресурс получаем из решения уравнения:

                                                                 (5.15)

где γ / 100 - условная вероятность безотказной работы,

t_д - время эксплуатации элемента на момент диагностирования,

t_ocт - гамма-процентный остаточный ресурс.

Величина γ % выбирается в зависимости от ответственности элемента печи в пределах от 80 до 99 (см. Приложение 1).

Учитывая, что параметры σ и [σ] имеют нормальное распределение вероятности, получаем в соответствии с (5.15) выражение вероятности безотказной работы на интервале времени от 0 до t_д:

                                             (5.16)

где Ф - функция Лапласа.

Записав аналогичное выражение для P(t_д + t_д) и подставив его вместе с (5.16) в (5.15), получим:

                                                                                               (5.17)

Обозначим

                                        (5.18)

Точечная оценка остаточного ресурса определяется из следующего уравнения, вытекающего из (5.17):

                                         (5.19)

где U_r - квантиль нормального распределения.

При равенстве нулю первого слагаемого в подкоренном выражении уравнения (5.19) из него можно получить точечную оценку остаточного ресурса:

                                               (5.20)

Для получения общего решения обе части уравнения (5.19) возведем в квадрат и после преобразований получим:

t_ост = t_д×(γ^1/m-1),                                                                     (5.21)

где

    (5.22)

где [σ]_ср. и σ_ср. - допускаемое и текущее средние значения относительного износа при диагностировании в момент времени t_д,

Q[σ] и  - среднее квадратическое отклонение дапускаемого и текущего значений относительного износа (если Q_σ ≤ Q_o), то полагается Q_д = 0)

U_r - квантиль нормального распределения, соответствующий вероятности

           (5.23)

По уравнениям (5.21), (5.22), (5.23) определяется точечное значение γ - процентного остаточного ресурса. Для получения нижнего интервального значения воспользуемся идущей в запас приближенной оценкой. Полагаем, что интервальные значения подсчитываются по тем же формулам (5.21), (5.22), (5.23), что и точечные, но в них вместо среднего значения и среднеквадратического отклонения текущего износа подставляются их верхние оценки с односторонней доверительной вероятностью "q".

Значения "q" изменяются в пределах от 0,88 до 0,99 (см. Приложение 1). В этом случае вместо Q_д и σ_ср. в формулы подставляются приближенные оценки, полученные аппроксимацией точечных сценок. При N ≥ 5:

 и            (5.24)

В результате данного решения будет найдена нижняя доверительная граница γ - процентного остаточного ресурса. Изложенная выше методика расчета остаточного ресурса мот быть обобщена на случай, когда со временем изменяются механические свойства материалов диагностируемых элементов печи. По существу, это эквивалентно изменению во времени допускаемого относительного износа [σ].

Полагаем, что процесс деградации свойств материала определяется одной и той же функцией времени. Примем, что [σ]_ср. и Q[σ] обозначает среднее значение допускаемого износа и его среднеквадратическое отклонение, определенные в момент диагностирования t_д. Тогда их текущие значения при t ≥ t_д определяются по формулам:

[σ]_cp(t) = [σ]_сp × F(t),                                                            (5.25)

Q[σ](t) = Q[σ] × F(t)                                                             (5.26)

Здесь F(t) - монотонно убывающая функция времени, равная единице при t = t_д. Уравнение для точечной оценки остаточного ресурса вместо (5.19) записывается в виде:

              (5.27)

Наиболее просто задача решается при линейных функциях текущего (m = 1,0) и допускаемого (F(t) = 1 - С × t_ocт/t_д) относительных износов. В этом случае возможно получение точного решения, однако в общем случае необходимо решать задачу методом последовательных приближений.

Пример расчета γ - процентного остаточного ресурса по данной методике приведен в приложение 2.

5.8. Когда на момент прогнозирования остаточного ресурса отсутствуют в полном объеме данные об износе элементов печи, однако имеются данные по отказам и информация о величине общего (среднего) износа на момент диагностирования, возможен расчет гамма-процентного остаточного ресурса по отказам ее элементов.

Величина общего износа равна произведению средней скорости износа на величину наработки к моменту диагностирования:

S_cp = V_cp × t_д                                                                          (5.28).

В данном разделе будет рассматриваться только линейная модель износа, которой в формуле (5.8) соответствует показатель m = 1,0. В обозначениях относительного износа, использованных в предыдущем разделе 5.7:

S_cp × σ_ср × S_n и V_cp = а_ср. × S_n                                               (5.29)

Линейная модель износа является в большинстве случаев консервативной и достаточно широко используется на практике при расчете ресурса оборудования.

Следует отметить, что по скорости общей коррозии в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности имеется определенный банк данных, который используется при проектировании для назначения прибавки на коррозию и которым можно воспользоваться и при диагностировании, однако учитывая при этом следующее ограничение:

                                                               (5.30)

Положим, что условие прочности элемента печи имеет вид (5.6), но рассеиванием [σ] будем пренебрегать (такое допущение приводит к некоторому занижению значения расчетного остаточного ресурса и идет в запас), и, таким образом, формула для определения [σ] имеет следующий вид:

[σ] = 1 – S_r / S_n                                                                      (5.31)

Допустим, что доля отказавших элементов на момент диагностирования t_д составляет а = (r + 1) / Z, где r - число отказавших элементов, Z - полное число элементов печи. При этом точечная оценка вероятности безотказной работы на момент диагностирования равна [41]

P(t_д) = 1 - а                                                                            (5.32)

В данном случае полагается, что на момент диагностирования возможно дополнительное, не зафиксированное в паспорте разрушение. Таким образом, в качестве расчетного числа разрушений принимается действительное значение плюс единица, что идет в запас.

При детерминированном параметре [σ] формула (5.16) для вероятности безотказной работы на момент диагностирования t_д имеет вид:

                                                          (5.33)

С другой стороны, вероятность безотказной работы на момент диагностирования определена по формуле (5.32). Приравнивая правые части выражений (5.32) и (5.33) получим следующее соотношение:

                                                               (5.34)

Обозначения в данной формуле те же, что и в п. 5.7.

Для расчета остаточного ресурса при линейной модели износа получается формула, совпадающая с (5.20), в которой :

                                                      (5.35)

Исключив из последних двух уравнений Q_a, получим следующее выражение для расчета остаточного ресурса:

                       (5.36)

В данном выражении [σ] определяется по формуле (5.31), а

                                                          (5.37)

Задаваясь величиной V_cp. по формулам (5.37) и (5.36) можно определить остаточный ресурс.

Рассмотренный метод расчета мажет быть применен для ориентировочных оценок, если отсутствуют конкретные изменения параметра технического состояния элементов печи, однако в их: паспортах содержится достоверная информация об имевших место разрушениях. В расчете необходимо учитывать только те отказы, которые связаны с износом и возникшими недоступными дефектами и приведшие в результате остановку печи. Кроме того, необходимо располагать справочными данными по скорости общей коррозии. Данный метод может быть использован также в дополнение к расчету, изложенному в пункте 5.7. При этом в формулу (5.37) должна быть подставлена верхняя оценка средней скорости коррозии a_cp*. После проведения двух расчетов в качестве действительного значения остаточного ресурса следует принимать минимальную из полученных оценок.

Достоинством предлагаемого метода оценки остаточного ресурса по отказам является то, что поскольку физическая природа этих отказов роли не играет, то метод может быть распространен и на другие факторы разрушения.

Пример расчета гамма-процентного остаточного ресурса по данной методике приведен в приложение 3.

5.9. За ресурс остаточной работоспособности печи принимается минимальное из полученных значений расчетного ресурса основных несущих ее элементов, которое обеспечит безопасную эксплуатацию печи в течение прогнозируемого назначенного ресурса.

5.10. В тех случаях, когда расчетный ресурс остаточной работоспособности элементов печи превышает 10 лет, ресурс остаточной работоспособности принимают равным 10 годам.

Для элементов печей установок гидроочистки и каталитическо риформинга - 50 тыс. ч.

5.11. Результаты выполненного расчета оформляются в виде заключения о ресурсе работоспособности печи, возможности и сроке её дальнейшей эксплуатации.

5.12. По истечении установленного ресурса остаточной работоспособности печи для оценки ее дальнейшей эксплуатации необходимо провести очередное обследование и расчет нового ресурса остаточной работоспособности в соответствии с настоящей "Методикой...".

6. ОФОРМЛЕНИЕ ЗАКЛЮЧЕНИЯ.

Результаты обследования технического состояния печи и ее основных, элементов должны оформляться в виде Заключения с необходимыми приложениями.

В приложения должны входить:

- техническая характеристика печи;

- результаты обследования технического состояния печи (внешний и внутренний осмотры, оценка геометрических форм элементов печи и их деформации, толщинометрия, замеры твердости, стилоскопирование. дефектоскопия и др.);

- результаты исследований физика - механических свойств металла и сварных соединений при их выполнении;

- расчеты на прочность;

- расчеты ресурса остаточной работоспособности змеевиков и всей печи в целом.

Заключение подписывается исполнителями работы и утверждается руководством организации (предприятия), специалисты которой выполняли обследование, и прикладывается к паспорту печи.

ЛИТЕРАТУРА

1 Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств, Госгортехнадзор СССР.

2. Положение о порядке диагностирования технологического оборудования взрывоопасных производств топливно-энергетического комплекса, утв. Минтопэнерго РФ, 1993.

3. РД 09-102-95. Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, поднадзорных Госгортехнадзору России. М., 1995.

4. Методика оценки ресурса остаточной работоспособности технологического оборудования нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств. Волгоград, ВНИКТИнефтехимоборудование, 1992.

5. Инструкция по техническому надзору, методам ревизии и отбраковке трубчатых печей, резервуаров, сосудов и аппаратов нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. ИТН-93. Волгоград. ВНИКТИнефтехимоборудование, 1995.

6. РД РТМ 38.14.006-86. Методика определения сроков эксплуатации змеевиков печей установок каталитического риформинга. отработавших проектный ресурс. Волгоград, ВНИКТИнефтехимоборудование, 1986.

7. РТМ 26.02.67-84. Методика расчета на прочность элементов печей, работающих под давлением.

8. Правила пожарной безопасности при эксплуатации нефтеперерабатывающих предприятий (ППБ-79). Миннефтехимпром СССР, 1979.

9. РД 33.13.004-86. Эксплуатация и ремонт технологических трубопроводов под давлением до 10,0 МПа (100 кгс \ см²). M., Химия, 1988.

10. РД 34.17.421-92. Типовая инструкция по контролю и продлению срока службы металла основных элементов котлов, турбин и трубопроводов тепловых электростанций. СПО "ОРГРЭС". М., 1992.

Дополнение и изменения к "Типовой инструкции...", 1994 г.

11. Инструкция по определению скорости коррозии металла стенок корпусов сосудов и трубопроводов на предприятиях Миннефтехимпрома СССР. ВНИКТИнефтехимоборудование. Волгоград, 1983.

12. ОСТ 108.031.08-85 - ОСТ 108.031.10-85. Котлы стационарные и трубопроводы пара и горячей воды. Нормы расчета на прочность.

13. РДИ 38.18.019-95. Инструкция по капиллярному контролю деталей технологического оборудования сварных соединений и наплавок.

14. РДИ 38.18.017-94. Инструкция по магнитопорошковому контролю оборудования и сварных соединений. Волгоград, 1995.

15. РДИ 38.18.016-94. Инструкция па ультразвуковому контролю сварных соединений технологического оборудования. ВНИКТИнефтехимоборудование. Волгоград, 1995.

16. РДИ 38.18.020-95. Радиографический контроль сварных соединений сосудов, аппаратов и трубопроводов.

17. ОСТ 26-2079-80. Швы сварных соединений сосудов и аппаратов, работающих под давлением. Выбор методов неразрушающего контроля.

18. ОСТ 26-2044-83. Швы стыковых и угловых сварных соединений сосудов и аппаратов, работающих под давлением. Методика ультразвукового контроля.

19. ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики.

20. ГОСТ 22761-77. Металлы и сплавы. Методы измерения твёрдости по Бринеллю переносными твердомерами статического действия.

21. ГОСТ 14782-86. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые.

22. ГОСТ 7512-82. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод.

23. ГОСТ 21105-87. Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод.

24. ГОСТ 18442-80. Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования.

25. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытания на растяжение.

26. ГОСТ 9651-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение при повышенных температурах.

27. ГОСТ 10145-81. Металлы. Метод испытания на длительную прочность.

28. ГОСТ 9454-78. Металлы. Методы испытания на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенной температурах.

29. ГОСТ 14019-80. Металлы. Методы испытания на изгиб.

30. ГОСТ 9012-59. Металлы. Методы испытаний. Измерение твердости по Бринеллю.

31. ГОСТ 9013-59. Металлы. Методы измерения твердости по Роквелу.

32. ГОСТ 2999-75. Металлы и сплавы. Методы измерения твердости по Виккерсу.

33. ГОСТ 6996-66. Сварные соединения. Методы определения механических свойств.

34. ГОСТ 7122-81. Швы сварные и металл наплавленный. Метод отбора проб для определения химического состава.

35. ГОСТ 22762-77. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости на пределе текучести вдавливанием шара.

36. ГОСТ 7268-67. Сталь. Метод определения склонности к механическому старению по испытанию на ударный изгиб.

37. ГОСТ 5640-68. Сталь. Металлографический метод оценки микроструктуры листов и ленты.

38. ГОСТ 5639-82. Сталь и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна.

39. ГОСТ 8233-56. Сталь. Эталоны микроструктуры.

40. ГОСТ 17510-72. Надежность изделий машиностроения. Система сбора и обработки информации. Планирование наблюдений.

41. РД 50-690-89. Надежность в технике. Методы оценки показателей надежности по экспериментальным данным. М., Госстандарт, 1990.

42. Методика диагностирования технического состояния сосудов и аппаратов, отслуживших установленные сроки службы на предприятиях Минтопэнерго, М., Центрхиммаш, 1992.

43. Методика прогнозирования остаточного ресурса безопасной эксплуатации сосудов и аппаратов по изменению параметров технического состояния. М., Центрхиммаш, 1993.

44. Методика прогнозирования остаточного ресурса нефтезаводских трубопроводов, сосудов, аппаратов и технологических блоков установок подготовки нефти, подвергающихся коррозии. М., Центрхиммаш, 1994.

45. Методика вероятностной оценки остаточного ресурса технологических стальных трубопроводов. М., 1995.

46. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. М., Машиностроение, 1990.

47. Кордонский Х.Б. Приложения теории вероятностей в инженерном деле. М.-Л-д, Физматгиз, 1963.

48. Переверзев Е.C. Надежность и испытания технических систем. Киев. Наукова Думка. 1990. - 227с.

Приложение 1

ВЫБОР РЕГЛАМЕНТИРОВАННОЙ И ДОВЕРИТЕЛЬНОЙ ВЕРОЯТНОСТЕЙ

Для того чтобы сделать достаточно определенной оценку остаточного ресурса печи, в табл. 1.1 даны рекомендуемые значения по выбору расчетных вероятностей.

Выбор значений регламентированной "γ" и односторонней доверительной "q" вероятностей для несущих элементов печи проводится с учетом рекомендаций [40, 41, 44, 45] по одному из ответственных элементов печи - трубчатому продуктовому змеевику в зависимости от ответственности производства нагреваемой среды и условий эксплуатации (Р, Т), поскольку змеевик является одним из основных элементов печи и, как показывает практика, наибольшее число "отказов", ведущих к остановке печей, связано с выходом из строя элементов змеевика.

Такое допущение приводит к некоторому занижению значений расчетного остаточного ресурса для других элементов и узлов печи, но идет в запас прочности для печи в целом.

Таблица 1.1

Как видно из данной таблицы, рекомендуется принимать γ / 100 и q одинаковыми. Необходимые для расчета остаточного ресурса значения квантилей нормального распределения U_q, соответствующие вероятности q приведены в табл. 1.2. Если в расчетах необходимо определить квантиль U_γ, то вместо q подставляется 0,01 γ.

Таблица 1.2

Примечание: для промежуточных значений q(γ) величина квантиля U_q(U_γ) определяется интерполированием.

Приложение 2

ПРИМЕР РАСЧЕТА

Проведено диагностирование одного из основных элементов печи П-1 установки гидроочистки масел Г-24 - трубчатого змеевика печи с наружным диаметром Д_н = 127 мм и номинальной толщиной стенки S_n = 10 мм. Рабочее давление 4,9 МПа, рабочая температура - 420 ºС. Змеевик изготовлен из стали 12Х88Ф. Змеевик находится в эксплуатации с 1972 г.

В 1997 г. было проведено диагностирование, которое показало, что механические свойства стали не ниже требований предъявляемых к данной марке стали.

Проведенные при диагностировании замеры толщин показаны в следующей таблице:

Требуется определить нижнюю интервальную оценку гамма-процентного остаточного ресурса змеевика.

Отбраковочная толщина стенки труб змеевика печи П-1 установки Г-24 S_r = 6,0 мм.

Согласно рекомендациям, содержащимся в приложении 1, принимаем значения регламентированной надежности γ = 95 % и односторонней доверительной вероятности q = 0,95.

Принимается линейная модель износа с показателем степени в уравнении (5.8) m = 1,0.

Последовательность расчета остаточного ресурса следующая.

По приведенным в таблице данным подсчитываются значения σ_к = 1 - S_k / S_nk. Затем по формулам (5.9) и (5.10) подсчитываются средние значения утонения стенки и его среднее квадратическое отклонение:

σ_ср. = 0,17 и Q_σ = 0,068.

Полагая среднее квадратическое отклонение технологического допуска Q_σ = 0,05, находим среднее квадратическое отклонение относительного износа S_д по формуле:

S_д = √0,068² - 0,05² = 0,047

Определим верхние интервальные значения среднего износа и его среднеквадратического отклонения:

Среднее значение допустимого относительного износа определяется по формуле (5.11):

Знамение Q[σ] принимается равным Q_o = 0,05. Для определения Г по формуле (5.23) вначале определим аргумент функции Ф который является ее квантилем:

(0,4 - 0,195) / √0,05² + 0,067² = 2,45

По табл. 3.2 приложения 3 находим значение функции Ф(.) при величине квантиля 2,45:

Ф(.) = 0,993.

Примечание: Здесь и в дальнейшем в соответствующие формулы подставляются верхние интервальные значения σ_ср* и Q_д*.

Подставляя это значение в формулу (5.23), находим значение Г = 0,95 × 0,993 = 0,943. По табл. 3.2 соответствующий квантиль U_r равен 1,59.

По формуле (5.22) находится параметр γ:

Нижняя интервальная оценка - процентного остаточного ресурса по формуле (5.21) равна:

t_ост = 25 × (1,254 - 1) = 6,3 года.

Приложение 3

ПРИМЕР РАСЧЕТА

Требуется оценить остаточный ресурс змеевика печи, рассмотренного в примере приложения 2. Средняя скорость коррозии имеет то же значение, что и в предыдущем примере. Не зарегистрировано ни одного случая разрушения или течи элементов змеевика.

Последовательность расчета следующая.

По паспорту число элементов змеевика равно 100.

Поскольку за время эксплуатации не было ни одной течи, связанной с износом стенки, то r = 0.

Значение . Величина 0,01γ = 0,95 и 0,01γ × (1 - ) = 0,95 × 0,99 = 0,94.

Квантили нормального распределения соответственно равны:

Величина относительного допускаемого износа подсчитывается по формуле (5.31):

[σ] = 1 - (6 / 10) = 0,4,

Значение σ_cр* = а_ср.* × t_д по данным первого примера расчета (см. приложение 1) равно 0,195.

Величина γ - процентного остаточного ресурса подсчитывается по формуле (5.36);

 года

Приложение 4
(рекомендуемое)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

о возможности и сроках дальнейшей эксплуатации печи____________________ установки ____________________ предприятия

На основании экспертного обследования технического состояния, выполненных исследований и расчетов элементов печи печь

может быть допущена к дальнейшей эксплуатации на рабочие параметры

Возможный ресурс остаточной работоспособности (срок дальнейшей эксплуатации) составляет

при условии соблюдения регламентных показателей работы, правил эксплуатации, требований действующих нормативно-технических документов по вопросам технического надзора, методов ревизии, отбраковки и ремонта печей.

Приложения:

1. ____________________

2. ____________________

3. ____________________

4. ____________________

Приложение 5

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. Разработчик - ОАО "ВНИКТИнефтехимоборудование"

2. Зарегистрировано - ОАО "ВНИКТИнефтехимоборудование"

3. Вводится впервые