CC BY
16
ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЕРТИЗЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ АППАРАТОВ
Потеряхин Дмитрий Иванович
Ведущий специалист ЗАО НДЦНПФ «Русская лаборатория», г. Санкт-Петербург
Савинцева Юлия Игоревна
Ведущий специалист ЗАО НДЦ НПФ «Русская лаборатория», г. Санкт-Петербург
Смирнов Алексей Игоревич
Ведущий специалист ЗАО НДЦ НПФ «Русская лаборатория», г. Санкт-Петербург
Шипунова Татьяна Владимировна
Ведущий специалист ЗАО НДЦ НПФ «Русская лаборатория», г. Санкт-Петербург
АННОТАЦИЯ
В статье рассмотрены особенности проведения экспертизы промышленной безопасности высокотемпературных аппаратов. Приведен перечень необходимой нормативной документации. Показано влияние особых условий эксплуатации таких аппаратов на свойства материала. Описаны характерные для таких аппаратов дефекты.
ABSTRACT
In the present paper there were considered special features of the safety expert review of high temperature vessels. There were given required references to the regulatory documents. There was shown the influence of the special operating conditions of such vessels on the material properties. The property damages of such vessels were outlined.
Ключевые слова: высокотемпературные аппараты, экспертиза промышленной безопасности, прочностные расчеты.
Keywords: high temperature vessels, safety expert review, Srength prediction.
Для обеспечения безопасной эксплуатации сосудов и аппаратов, у которых температура стенки при работе превышает плюс 450°С, создан специальный документ, регламентирующий техническое освидетельствование таких аппаратов [4]. [4] определяет порядок, объем, методы, периодичность контроля (неразрушающего или разрушающего) и регламентирует требования к видам этого контроля при дополнительном освидетельствовании сосудов в целях обеспечения их безопасной эксплуатации. Настоящая работа посвящена особенностям проведения экспертизы промышленной безопасности с учетом требований [4] на примере реактора.
Реактор, эксплуатируемый на установке производства стирола, представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат наружным диаметром 4250 мм с двумя торос-ферическими днищами. Высота реактора 20000 мм. Вместимость реактора 180,1 м3. Реактор установлен на опорной обечайке и теплоизолирован. Предназначен для проведения каталитического процесса дегидрирования этилбензольной шихты в стирол.
Обечайка и днища выполнены из стали марки 1.4876Н VDTUEV-W.Bl.-434, отечественный аналог - сталь марки ХН32Т ГОСТ 5632. Реактор работает при следующих параметрах: вакуум 0,03 МПа (0,3 кгс/см2), рабочая температура 640°С, рабочая среда - контактный газ. Группа аппарата по проекту - 5А. Аппарат эксплуатируется в соответствии с положениями [6].
При анализе технической документации выявлены несоответствия: приварка плоских фланцев к патрубкам люков-лазов ДУ600 и ДУ800 и приварка штуцеров ДУ50, ДУ20 в корпус и верхнее днище реактора выполнена с конструктивным зазором, что противоречит требованиям [5].
Вернемся к [4]. [4] регламентирует порядок, периодичность, мероприятия и объем дополнительного освидетельствования реактора, определяет критерии оценки работоспособности аппарата.
Контроль состояния элементов реактора производится путем:
- мониторинга температурного режима эксплуатации;
- измерения линейных размеров основных элементов;
- определение физико-механических и фазо-струк-турных характеристик материала с оценкой допускаемых напряжений.
В результате контроля системы автоматизации установлено соответствие требованиям [6, 7] в части установки контрольно-измерительных приборов и аппаратуры. В соответствии с [4] контроль температуры поверхности корпуса производится существующими контактными термопарами с регистрацией показаний самопишущими приборами. Периодичность записи ведется 1 раз в смену. По результатам температурного мониторинга установлено, что реактор не подвергался воздействию температур, превосходящих разрешенные. Превышений температуры среды более чем на 10°С не выявлено.
По результатам визуального и измерительного контроля в соответствии с [4] изменения геометрии корпуса аппарата в виде выпучин, вмятин, гофр не обнаружено. Не выявлено увеличения линейных размеров контрольных участков по реперам более чем на 1%.
Мониторинг контролируемых параметров включает в себя сравнительный анализ результатов предыдущего и последующего освидетельствования в целях оценки текущего состояния аппарата. В 2004, 2005, 2007, 2009, 2010, 2011, 2013 гг. в соответствии с [4] были проведены испытания образцов металла 10Х^гАКП32-20Н (1.4876Н), из которого изготовлен корпус реактора, и исследования реплик корпуса аппарата. В результате исследований установлено, что длительный нагрев повысил твердость металла со 168 НВ (в исходном состоянии) до 245НВ. Также повысились
и прочностные характеристики металла шва при снижении пластичности и ударной вязкости металла в образцах. В 2013г. в основном металле аппарата обнаружена сигма-фаза по границам тела зерна - трещина, образовавшаяся при статическом изгибе (межкристаллический характер, развилась по границам дендритов).
В 2015г. также проведен замер твердости основного металла корпуса реактора. Длительный нагрев повысил твердость металла со 168 НВ (в исходном состоянии) до 228 НВ. В соответствии с [4] измерение твердости элементов аппарата производилось приборами прямого измерения на специально подготовленных контрольных участках, включая места контроля микроструктуры.
Расчеты выполнены в соответствии с действующей в настоящее время нормативной документацией ([2, 3]). В качестве расчётной толщины элемента аппарата принято наименьшее измеренное значение толщины соответствующего элемента. По результатам расчета условия статической прочности для основных элементов аппарата выполняются.
Подводя итоги, элементы аппарата находятся в работоспособном состоянии, поскольку их состояние удовлетворяет требованиям нормативно-технической документации, регламентирующей эксплуатацию реактора. Аппарат соответствует требованиям промышленной безопасности. Периодические технические освидетельствования аппарата необходимо проводить в соответствии с требованиями [6, 7].
Список литературы:
1. ГОСТ 5639-82 «Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна».
В этом же году проведен и анализ микроструктуры основного металла корпуса реактора методом реплик. Микроструктура металла в точке №1 оттиска металла, снятого с поверхности реактора, состоит из двойникового аустенита и карбидов, зерно № 4..5 в соответствии с [1]. Микроструктура металла в точке №2 аналогична микроструктуре в точке №1.
Расчет действующих напряжений производился с учетом значений отбраковочных толщин и минимальных толщин стенок соответствующих элементов аппарата, измеренных в ходе ультразвукового контроля (см. табл.).
Таблица
2. ГОСТ Р 52857.2 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек».
3. ГОСТ Р 52857.3 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер».
4. ТИ «Инструкции по дополнительному освидетельствованию сосудов, у которых температура стенки при работе превышает плюс 450°С».
5. ОСТ 26-291-94 «Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия».
6. РУА-93 «Руководящие указания по эксплуатации и ремонту сосудов и аппаратов, работающих под давлением ниже 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) и вакуумом».
7. ФНП ПБ «Общие правила взрывобезопасности для взрывоопасных химически, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств».
Результаты ультразвуковой толщинометрии
Наименование элемента Отбраковочная толщина, мм Толщина стенки, мм
УЗТ 2015 г. По паспорту
Обечайка корпуса 20,0 25,1 25,0
Верхнее торосфериче-ское днище 12,5 28,7 27,0
Нижнее торосферическое днище 12,5 31,2 28,0
