Опыт диагностики трубных змеевиков технологических печей Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ОПЫТ ДИАГНОСТИКИ ТРУБНЫХ ЗМЕЕВИКОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ

EXPERIENCE IN DIAGNOSIS OF PIPE COILS PRODUCTION FURNACES Ф.Г. АХУНДОВ С.В. МИЛОВАНОВ

начальник отдела Технического Надзора НПЗ «Азернефтьяг» Госнефтекомпании Азербайджана ЗАО «Панатест»

Баку

faikl [email protected]

F.G. AKHUNDOV S.V. MILOVANOV

Head of Technical Supervision refinery Azerneftyag «SOCAR» «Panatest Company»

Baku

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: KEYWORDS:

Тепловизор, печь, трубный змеевик Imager, wave, pipe coil

В данной статье автор делится опытом проведения диагностики технологический печей нефтеперерабатывающих предприятий, различными методами и приборами неразрушающего контроля .Представленно несколько способов определения дефектов и приведен анализ их происхождения.

In this article the author shares the experience of the diagnosis process furnaces refineries, various methods and instruments for nondestructive testing. Presented several ways to determine the defects and the analysis of their origin.

Одним из основных узлов технологических установок нефтехимических процессов являются технологические печи, точнее трубные змеевики этих печей. В силу происходящих процессов, условия работы в печах по праву считаются наиболее агрессивными, с одной стороны химически активный продукт под высоким давлением и температурой, а с другой мощное термическое воздействие в связи с чем надзор за их безопасной эксплуатацией считается одним из важным и первостепенным.

Технологию технического осмотра и диагностику за этим видом оборудования можно разделить на две части; первая - во время эксплуатации, вторая - при плановой остановки оборудования для проведения планового - предупредительного ремонта (ППР) .

В первом случае надзор за техническим состоянием можно осуществлять при помощи специальной тепловизионной системы, например как тепловизор от компании NEC марки TH 9100 с неохлождаемой балометри-ческой матрицей с диапазоном длин волн от 8 до 14мкм (рис. 1) с возможностью смотреть сквозь пламя на оборудование в период эксплуатации. Визуально при помощи гляделок

или смотровых окон непосредственно расположенных на стенках печи для контроля состояния трубчатого змеевика, трубных решеток, подвесок и кронштейнов, тепловой изоляцией т.д. а так же - набором термопар установленных в камерах конвекции и радиации для снятия и контроля показания температур необходимых при управлении технологическим процессом согластно эксплуатационному регламенту.

Во втором случае диагностика оборудования производится во время проведения планово - предупредительного ремонта то есть в момент вывода оборудования из эксплуатации при помощи визуального и уль-трозвукового вида контроля.

Предоставляем вашему вниманию один из примеров применения этих комбинированных методов контроля в определении технического состояния технологической печи вакуумного блока установки первичной перегонки нефти ЭЛОУ - АВТ 2 (рис 2);

До остановки установки на плановый ремонт было проведена первая часть технического осмотра - термографическое исследование при помощи тепловизора как с внешней стороны для определения

Рис. 1. Пример применения теплового контроля для оценки состояния топочной камеры

состояния теплоизоляции, так и через гляделки осмотрена внутренняя часть, форсуночное оборудование, трубы а так же проконтролировано температурное распределение внутри печи (рис 1) ,в результате чего было выявлено что на двух форсунках из восьми обнаружен ненормативный перегрев околосопловой зоны и поверхности некоторых труб а так же при визуальном осмотре через гляделки был выявлен обрыв опорного якоря в шатровой части печи, потдерживающего трубы (рис 4). Позже при внутреннем осмотре печи во время ремонта было определенно что ненормативный перегрев форсунок был вызван частичным разрушением изоляции муфельной части форсунки (рис 3), а перегрев труб вызван отложением большого количества нефтяного кокса который препятствует нормальному теплообмену трубы (рис 5, 7).

Во второй части проведения технического освидетельствования при проведения планово - профилактических ремонтных работ на установке был произведен визуальный осмотр трубных змеевиков непосредственно в камере радиации. В результате визуального осмотра обнаружился прогар (рис 5.) на трех секциях из четырех имеющихся.

При детальном осмотре прогоревших труб на их поверхности были обнаружены (рис 6.) области вспучивания. Обнаруженные участки были зачищены абразивными материалами, и в этих местах был произведен замер толщины при помощи ультразвукового толщиномера. Измерения показали, что на данном участке утонение составило всего 3% от первоначальной толщины трубы (учитывая то обстоятельство что трубный змеевик эксплуатируется на протяжении 8 лет), при этом твердость материала труб, замеренная при помощи твердомера, составила по шкале Брюнеля более 520 НВ. С такими параметрами, данный змеевик, изготовленный из стали марки Х9М, согласно нормативно - технической документации, (ИТН - 77 , раздел 1.5 пункт В, где говорится, что «отбраковочным» считается превышение более 270 единиц НВ), подлежит выбраковке. Как известно, трубные змеевики, изготовленные из жаропрочной стали, должны хорошо сопротивляться ползучести и обладать высокой кратковременной ►

ЭКСПОЗИЦИЯ НЕФТЬ ГАЗ 3/Н (15) июнь 2011 г.

ДИГНОСТИКА

Рис 2. Установка первичной перегонки нефти ЭЛОУ - АВТ 2

Производительность 2 млн. т в год

установки

Температура в

камере радиации 5800С

вакуумной печи

Число потоков 2

Число секций 4

Число форсунок 8

Изоляция печи Ceramik Fiber Blanket 102 мм

Габаритные размеры печи диаметр 5906 мм

высота камеры радиации 10974 мм

Материал трубного змеевика Х9М

и длительном прочностью при высокой температуре. Жаропрочность зависит от межатомных связей сплава. В сплавах на одной и той же основе можно значительно увеличить жаропрочность легированием, так как при этом возрастает прочность межатомных связей и повышается температура рекристаллизации. Однако довольно высокая твердость, превосходящая нормативные параметры, приводит к хрупкости материала, что в конечном итоге вызывает разрыв труб и, как следствие, разгерметизации змеевика - что в конечном итоге приводит к аварии.

Хотелось бы обратить ваше внимание

еще и на тот факт, что бывают случаи так называемого «ложного прогара» способные дать неверную картину дефекта. Специфика работы данных печей заключается в способности их работать как на природном газе с теплотой сгорания топлива Qр = 6500 - 9000 ккал/м3, так и на мазуте Qр = 9500 - 10850 ккал/кг. Во время подготовки оборудования к ремонту, в силу объективных и субъективных причин, происходит попадание топочного мазута на поверхность труб. Согласно регламенту по проведению ремонтных работ на технологических печах, змеевики подвергают термическому воздействию как с наружи, так

и внутренней части, с целью удаления образовавшегося на внутренних стенках нефтяного кокса. При проведении этих работ оставшиеся пятна топочного топлива начинают тлеть на поверхности труб, что вызывает их поверхностное структурное изменение, выражающееся в виде почернения и шелушения металла. При измерении твердости, приборы показывают повышенную твердость - однако опыт показал что, зачистив эти участки при помощи шлифовальной машины и повторно замерив, твердость, получаем совсем другие значения, которые не выходят за рамки «отбраковочных» параметров. ►

Рис 3

Рис 4

Рис 5. Прогар на трех секциях

Рис 6. Области вспучивания

На наш взгляд это связанно с тем, что жаропрочные свойства стали (длительная прочность, предел ползучести) в значительной степени зависят также от микроструктуры, термической обработки, размера зерна, наличия легкоплавких примесей и других компонентов которые в результате попадания на их поверхность изменяют свою структуру. В данном случае под термической обработкой ни в коем случае не подразумевается непосредственное горение топочного материала на поверхности труб, что вызывает частичное повышение твердости материала, вызывающие ошибочное мнение о дефектности змеевика в целом.

На основании анализа полученных значений было принято решение и выдано заключение о непригодности к дальнейшей эксплуатации данного змеевика. Трубный

змеевик был демонтирован и заменен на новый. Исследуя внутреннюю часть, после ремонта отбракованных труб, мы обнаружили, что стенки труб изнутри покрыты толстым слоем, доходящим в некоторых местах до 5 мм. нефтяного кокса, который активно мешал теплообмену, проходящему по трубам продукту (рис 7).

Причинами образования этого кокса, а также запредельных параметров твердости труб, как мы считаем, является неподготовленность сырья к переработке, не отрегулированные топочные форсунки, нарушение температурного режима эксплуатации печи. Персонал вынужден был поднимать температуру в камере радиации с целью достижения необходимой температуры, и работать на температурном пределе, вследствие чего на поверхности

стальных труб (рис 8) образовались области с эффектом «Rhino - Hide», то есть, «шкура носорога» - мелкие поверхностные вспучивания и усталостные трещины, а так же, расслоение металла, имеющее характерное распределение по высоте труб, что подтверждает их «термическое» происхождение.

Наряду с выявлением дефектов и составлением заключения, нами были разработаны рекомендации для обслуживающего персонала, которые помогут исключить такие происшествия в будущем. Соблюдение указаний регламента и правил эксплуатации, плюс профессиональный технический надзор, с использованием методов неразрушающего контроля - это, на наш взгляд, гарант безопасной и долговечной эксплуатации оборудования. ■

■ . ■. 1./ -

Рис. 7. Рис. 8.

КОМПЛЕКТНЫЕ РАСПРГДЕЛИТЕЛЬИЫС УСТРОЙСТ&Л Сэш&г 59 61М 43

u

I 1 ifr

КОМПАКТНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ СЭШФ-MOAÉPHHJHPOBAHHfclE

у51и6ерсальные ■'ï я

городские, наружные ЙШ ■ \ Г J^J

железиодогожные ев i j

собственных н^жд l-i д ' * '

киосков ого гнпа

универсальные мачто&ые. промышленный^ с аварийным вводом от дизель-генератора

ПОДСТАНЦИИ В МОДУЛЬНЫХ ЗДАНИЯХ

ВАЯУУМНЫЕ ВЫ КЛЮЧ АГЕЛН-СЭЩ®

вьу-Э(п)у ш-г> рву па. eiy э(0]. ввн-м

КАМЕГЫ СБОРНЫЕ

од№сто*оннего

ОБСАУЛСИВАНИА^СЭЩ^

ксо

КСО-тМ

ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА +1 НАПРЯЖЕНИЯ-СЭЩ ТОЛ ТШЛ. ТГЛ. Gl. Olfr ОК. 54. НОЛ. ^НОЛ ¿xJHOA G-E.GEf. Cl, GIF. H АЛ 14

ТРАНСФОРМАТОРЫ-С Э01Э ТМ. TMf. ТИФ. ШГФ, тле. ОЛС, ШПНГ. ТМ1К

РАЗЪ^ДНННТЕАН-'с эщ в мпд W PB

РОТЦЛ)

Р Г П С ПРШОДвМ

ргп гал1

РАК

выключатели а ШОМ.ЙТИЧ вр(нвд:эдо

iA-i ЬД-ТС 15

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Û;

КОМЛЛ*КТНЬ>4 раСПреЛ»А.иТ» устройство

Кфмчры ■ ''j ûpnL ' ■ ùAiHOiTçpùHHoro сй^ужиафчиа Комплектные тршнефорьштерньк' подстанции hfHinnC'.ibr-Hhie- комплектные' устройства ЩнТЧ остсиргло ЛИ ТОЛОЧЬ' -ОдяОСТйрвННОГЬ ùSthVJKn-idMMi n-yMKTÉi распределительны* п унЩТцс упрвкААМчН

С&ШЯЧДСТОЧинвИЧЫ» Трансформаторы

Силоиыг транссрормыторь! малой мощности шпа ОАО РмпрвделнТвлкичв громсформаторп mm TAjCt dO

44220 кВ

" трачфорлчзторы ютружныя hqcqcq»

■ Тррисфдр**атдрм т^ид и мппрАнех^п

■ Ра^^сдиынтсли ÎJt> - J5 «в » За: емлпт-с-ль типа ЗОН

■ ■ ыклчзчпто-ли

■ Комплекты адаптации

■ ^Ш^нМИХА иШйф«( КРУ If КСО

■ В ыключатели лепеиатичве

■ токопроюлы h шинопродолы й.л - î5 кв ' Ц^фроьдв 1ЩчГГ I тчп &MÎJ

■ Гвкитасяея гпд/лржуа. шеф-монтаж iPD<:T<iii:<]"rojkt'.H?-i'

■ Сср»нст-гпо обслули+аамн*

СТРОИТЕЛЬСТВО

^Оъеи'ов промышленного и {рдч^и некого идэнаыщтшСПЗЧ0Й ЦбЬНГТО ■: Щ к."нуч-

КОМПЛЕКСНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Обичгси ТрамСПОрЧ хр^н.'яий НМ, НОфТИЫ

ОбустТройСтв! нсот!-: газона ыссго(к1/*рем1ий промиспри 1« С№№>н Г^арси.1* терминалов

• Гирр,- - .¡к Нвфш-йи

• О&ье^гтса пром^идленна» сгялерьзтп,!

• Од^о+гт0* ГраждйнсиоГй ро-11 о.-■ в-р:

• и^Ь'-КТСА гщт ■ Ипе1нодоро*нв(1 инфрЗЦХтрМетурь

• <Г» "10фШ И ГЭЫ; Млгистр ■■■п-.Ит1|- трубопроводов

• Ж/ДсПиво- ■■>■ ■■[¿чих

• Автоарправочныч Рта^'ЦМ^ н 7_д

• РачмЯоткз ^ак^араиш! ЦЙМЫШГ-ННО.-бпМПвснгат

• ^ЛрабОТКЯ СПР - рА^тЭМ

ООС, 090С. го - 4С, ин>."РНЕрчп1! защиты пг ............л*. пр*фОДчыч ПрОЩсСОя

Авторским надзор при строительстве. Техническая экспертиза проектов.

емпаН:

wwwjnjgeo.ru

350038, г. Краснодар, ул. Головэтого, тел. +7 (861) 279-23-06 факс: +7 (061)275-47-59

Закрытое акиионАрн« о&щсство

л) П у ЧНй ■ ■' Г Г Л' '.Г.Г| II ПТГП к и П риищ 0-И 11.1■— ■ Л Ь-Р |.ИНИН №Е гитут

НамШ

Шлет

ОТ цостигнгих ЦЕПГИ - К ИВИУН ГОРИЗОНТ!!»

гк'зропогичасш?.

'ВОфИМЧКИИО, МСПГ 1гу1Ч|:Г.к^-.

• СщАдь-иа тошографичвешд таиатимееммя тоьгреннгия стон раМпчНы* ■ срря1 ¡-¡й .1 рСьактм кнз №ВДа ра грябнтыпаеыьл

.!.■: ровых иодаянй ДаЩньл форивт« "мС

• АзрОСЬвМИй. Д^вриее «НИ00« .и:

• ооа р^Лрннрондиие иеьтовд! я

ЭКСПОЗИЦИЯ НЕФТЬ ГАЗ 3/Н (15) июнь 2011 г.

ДИАГНОСТИКА

ЭМА ДИАГНОСТИКА

ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ

Н.А. ВЛАСОВА

Большая часть действующей инфраструктуры магистральных газо- и трубопроводов во всем мире довольно быстро приближается к окончанию своего срока эксплуатации. Это означает, что продление этого срока, а также постоянный мониторинг трубопроводов становится все более критичным, по сравнению с тем как это было всего лишь несколько лет назад. Поэтому, традиционные методики инспектирования, которые использовались ранее, представляют собой лишь статистический подход к поиску потенциальных проблем.

Наиболее распространенными проблемами для трубопроводов являются трещины, коррозии и расслоения. Расслоения металлов, как правило, образуются при движении магистральной трещины, и значения толщин расслоений варьируются. Трещины, как правило, зарождаются на практически бездефектной поверхности металла. Случаи коррозии имеют место только на магистральных газопроводах и не наблюдаются на магистральных трубопроводах, построенных из таких же труб для транспорта жидких углеводородов, даже если они проложены в одном технологическом коридоре. Это, очевидно, связано с разным характером нагружения этих трубопроводных систем.

В данной статье мы намерены изложить свой подход к решению вопроса диагностики вышеназванных дефектов методами неразрушающего контроля на примере универсального дефектоскопа УД4-Т «Томографию». Этот дефектоскоп - собственная разработка компании. Сделаем небольшое отступление и расскажем коротко о себе. Компания «Вотум» - разработчик и производитель оборудования дефектоскопии, входит в перечень передовых отечественных разработчиков, заслужила признание на международных уровнях, является постоянным партнером крупнейших государственных и негосударственных производственных компаний и отраслевых программ в различных отраслях отечественной промышленности. Исключительная разработка компании, в плане технического решения -универсальный дефектоскоп УД4-Т, который по своим техническим и функциональным характеристикам не уступает оборудованию известных мировых лидеров в области дефектоскопии и неразрушающего контроля.

директор по маркетингу ООО «Вотум»

А в данном случае, мы с уверенностью говорим: особенность и уникальность УД4-Т в том, что один прибор способен реализо-вывать одновременно, во-первых, многие методы контроля - ультразвуковой, вихре-токовый, резонансный, а во-вторых, быть одновременно и Дефектоскопом, и Толщиномером и Тензометром. В «Томографик» УД4-Т также предусмотрен режим «многозадачности», когда несколько УЗ приложений могут работать одновременно (фоново), скажем оператору, работающему с дефектоскопией доступны все режимы толщи-нометрии и наоборот. Но в данной статье рассматривается дефектоскоп/толщиномер, для контроля трубопроводов, с функциональными возможностями ЭМА (электромаг-нитоакустического) и УЗ (ультразвукового) прецизионного толщиномера, которые реализованы в УД4-Т в полном объеме. Прибор сертифицирован, внесен в отраслевые реестры и допущен к применению в нефтегазовой промышленности.

До 2002 года для обнаружения трещин в трубопроводах использовались обычные ультразвуковые контактные методы контроля в заполненных трубопроводах. Интенсивное развитие производства и промышленный скачок во всем мире привел к появлению новых материалов, новых технологий, специфики монтажа, а также к необходимости ускорить и удешевить процесс дефектоскопии, не потеряв при этом в качестве и соответственно сделать механизм развития дефектов более предсказуемым.

УД4-Т, как говорилось выше, реализует весь набор функций ультразвукового дефектоскопа, что позволяет:

- определять наличие дефектов типа нарушение сплошности и однородности материалов, полуфабрикатов, готовых изделий и сварных соединений;

- измерять глубины дефектов и координаты их залегания;

- определять толщину, скорость распространения и затухания ультразвуковых колебаний (УЗК) в материале.

По аналогии с ультразвуком, ЭМА способом в металлах успешно возбуждаются и регистрируются импульсы всех известных типов упругих колебаний. Метод является бесконтактным, и следовательно, хорошо зарекомендовал себя при диагностики трубопроводов в различных климатических условиях, также эффективен при работе с загрязненными и корродированными поверхностями т.е. не нуждаться в предварительной очистке зоны контроля. Сканирование в ЭМА режиме проходит на высоких скоростях, так как угол ввода сигнала преобразователя - прямой.

Устойчивая работа ЭМА датчика в УД4-Т «Томографик 1.2.» обеспечивается при воздушном зазоре с контролируемой поверхностью (0...1.5 мм), в зависимости

Москва

[email protected]

от электропроводности контролируемого материала.

Для измерения толщины в УД4-Т «Томографик 1.2.» используется несколько типов преобразователей: ЭМАП - совмещенный ЭМАП - интеллектуальный (с более высокой чувствительностью) ПЭП - совмещенный ПЭП - раздельно-совмещенный

ЭМА/УЗ Толщиномер использует три метода контроля: резонансный, корреляционный и импульсный.

Измерения резонансным методом используются для особо тонких изделий, где необходим высокий класс точности:

Ч

;'[■№, -г

../ у^*—

14- ' '|ИГЧ

н- I т

н _

" '•' 13 ТТь."

J

от 0,2 мм до 1 мм (ПЭП) от 0,3 мм до 0,7 мм (ЭМАП)

Измерения корреляционным методом осуществляются при наличии не менее двух донных эхо сигналов (погрешность

уменьшается с увеличением количества эхо сигналов).

Метод рассчитан на работу в средних диапазонах: от 1 мм до 60 мм (ПЭП) от 0.7 мм до 60 мм (ЭМАП)

Измерения импульсным методом

осуществляются по одному донному сигналу, и используется для оценочных замеров толщины в диапазонах: от 10 мм до 4800 мм (ПЭП) от 5 мм до 650 мм (ЭМАП)

Как мы видим дефект? В УД4-Т используется томографический сканер для построения разверток и определения положения ПЭП. На экране прибора мы получаем спектр сигнала, видим не только сам дефект, но определяем его форму, координаты залегания (не только X; X но и глубину) расстояние до дефекта. В режиме толщинометрии мы видим также карту толщин, где наряду с табличным представлением результатов реализована карта толщин, позволяющая оценить весь объект контроля в целом, его графическое представление наглядно отображает зоны недопустимых отклонений.

Для поиска и оценки характера расслоений , трещин и корродированных зон в трубной арматуре, «Томографик» УД4-Т с ЭМА датчиками в настоящее время является наиболее эффективным отечественным средством диагностики.

Среди зарекомендовавших себя особенностей (из опыта эксплуатации) можно выделить следующие:

Автоматическое определение контакта преобразователя (ПЭП или ЭМАП) с контролируемой поверхностью, а также возможность включения и выключения данной функции;

В корреляционном и импульсном методах предусмотрена полуавтоматическая (ручная подстройка) и автоматическая настройки, что позволяет приступить к контролю объектов, не прибегая к предварительной настройке прибора. В импульсном методе, среди прочих, реализована функция автоматического определения положения 1-го эхо-импульса. Данная функциональная возможность также оснащена средствами активации и деактивации; А-скан + В-скан позволяет в достаточной

«Робоскоп 3000»- роботизированный комплекс неразрушающего контроля и лазерного обмера геометрических параметров

степени наглядно следить за отклонением от допустимой толщины, при недопустимом отклонении прибор сигнализирует с помощью индикатора АСД;

- Автоматическая регулировка усиления исключает необходимость постоянной установки необходимой величины при смене объекта контроля, для удобства пользования сохранена и ручная регулировка;

В результате промышленной эксплуатации «Томографик» УД4-Т в режиме ЭМА толщинометрии наработаны следующие результаты:

- эффективность обнаружения дефекта расслоения в диагностируемом объекте 96%. Т.е. на основании практического опыта диагностики объектов было установлено, что расслоения, как правило, не обнаруживаются ультразвуком. Мы не говорим о торцах и местах стыков сварных швов в трубопроводах, для которых ультразвук и вихреток прописаны в методике по контролю. Мы говорим о методе, который является единственно точным на сегодняшний день и, по сути, вообще единственным для обнаружения дефектов такого рода. А вот дать качественную полную оценку ситуации в самом объекте контроля, охарактеризовать внутренний дефект «со всех сторон» становится возможным только с УД4-Т в режиме ЭМА толщинометрии.

ЭМА дефектоскопы и толщиномеры являются экономически высокоэффективными средствами, которые дополняют группу традиционных установок, приборов и устройств, использующих контактный вариант контроля.

И ещё раз хотелось бы вернуться к началу статьи. Более 90% всех трубопроводов находится под землей. Методы контроля и диагностики постоянно совершенствуются. Поэтому следующим шагом для развития ЭМА дефектоскопии будет повышение качества отношения сигнал/шум, увеличение протяженности контролируемого участка, разработка новых алгоритмов анализа получаемой информации. А наша компания сделала ещё один шаг вперед к реализации на практике ЭМА метода, но уже в виде промышленной установки «Робоскоп 3000» - роботизированного комплекса неразрушающего контроля и лазерного обмера геометрических параметров. Более подробно с технологическими новинками Вы сможете ознакомиться на сайте www.votum.ru. ■

ья Votum

Москва,

Кронштадтский бульвар 7, т. +7 (495) 225 99 60 www.votum.ru e-mail: [email protected]