Программа работ по экспертизе промышленной безопасности и оценке остаточного ресурса поршневых компрессоров типа ао-1200 п-2 Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Кузнецова Е.Н.* 1, Пилипенко В.С.2, Отводенко Ю.В.3, Игнатов И.В.4, Дашкевич Ю.Н.5 ©

Эксперт ООО "ИТЦ "Диагностика и экспертиза"; эксперт Общества с ограниченной ответственностью "Аскотехэнерго-диагностика"; 3главный специалист по ТД и ЭПБ ООО НПФ "ЭНТЕХМАШ"; 4начальник лаборатории ЛНК ООО "Предприятие по возведению одноэтажных строений, ремонту машин и механизмов "ВОСТЕХРЕМИМ";

5 директор ООО "ОРДЭК"

ПРОГРАММА РАБОТ ПО ЭКСПЕРТИЗЕ ПРОМЫШЛЕННОМ БЕЗОПАСНОСТИ И ОЦЕНКЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ ТИПА АО-

1200 П-2

Аннотация

Целью работы является техническое обследование поршневого компрессора типа АО-1200 П-2, определение возможности его безопасной эксплуатации, определение величин износа основных узлов и деталей, расчет их остаточного ресурса в заданных условиях эксплуатации.

Ключевые слова: техническое устройство, техническое диагностирование, поршневой компрессор, программа.

Keywords: technical device, technical diagnosis, reciprocating compressor, program.

Программа разработана на основании действующих нормативных документов Ростехнадзора, конструкторской, расчётной и эксплуатационной документации с учетом следующих документов:

1. Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97 г. № 116-ФЗ [1];

2. Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила проведения экспертизы промышленной безопасности», утвержденные Приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 14.11.2013 г. № 538 [2].

Данная программа обследования распространяется на поршневые компрессора типа АО-1200 П-2.

Объектами обследования являются следующие узлы и элементы поршневого компрессора АО-1200 П-2, определяющие его ресурс:

- рама и элементы крепления рамы к фундаменту;

- детали механизма движения (вал коленчатый, шатуны, штоки, крейцкопфы, пальцы, шатунные болты);

- детали цилиндровой группы (корпуса, втулки, крышки, крепеж);

Для периодически заменяемых (быстроизнашивающихся) узлов и деталей (клапаны, сальники, вкладыши подшипников и т.д.), а также для элементов, износ которых превышает отраженные в эксплуатационной документации предельные значения, остаточный ресурс работы не определяется.

Основные направления работ.

Обследование оборудования с целью установления возможных сроков его дальнейшей эксплуатации включает следующие работы:

1. Изучение технической документации включающее в себя:

- составление перечня деталей и узлов компрессора, подлежащих обследованию;

- изучение нормативно-технической, конструкторской, эксплуатационной, в том числе

© Кузнецова Е.Н., Пилипенко В.С., Отводенко Ю.В., Игнатов И.В., Дашкевич Ю.Н., 2016 г.

1

монтажной, ремонтной документации компрессора;

- сбор паспортных данных по маркам, термообработке и механическим свойствам примененных материалов обследуемых деталей компрессора;

- сбор информации о выполненных ранее ремонтах, результатах неразрушающего контроля, имевших место отказах, их причинах, о фактическом износе трущихся поверхностей машины, коррозионном износе, о вибрационном состоянии оборудования по результатам замеров уровней вибрации, полученных перед выводом компрессора в ремонт;

- получение данных о технологических параметрах, нагруженности, в том числе: производительности, давлении и температуре во всасывающем и нагнетательном трубопроводах, потребляемой мощности и частоте вращения, ходе поршня и др. параметрах;

- сбор данных о фактических сроках службы узлов и деталей машины.

1. Проверка соответствия оборудования технологической схеме и регламенту;

2. Анализ фактического технического состояния оборудования по результатам визуального наружного и внутреннего осмотров, замеров геометрии, толщин;

3. Дефектоскопия неразрушающими методами контроля;

4. Проведение экспертизы механических свойств металла отдельных деталей и узлов по результатам замеров твердости;

5. Исследование микроструктуры металла (неразрушающий контроль с использованием метода металлографических реплик);

6. Анализ основных повреждающих факторов и механизмов выработки ресурса оборудования;

7. Расчетная оценка прочности оборудования с учетом отработанного ресурса и эксплуатационной поврежденности по фактическим нагрузкам;

8. Определение остаточного ресурса;

9. Анализ результатов обследования и составление отчета с выдачей заключения о возможности, условиях и допустимых сроках дальнейшей эксплуатации оборудования.

Содержание работ.

1. Анализ технической документации.

Целью настоящего этапа работы является установление номенклатуры технических параметров, определяемых техническое состояние, выявление наиболее вероятных отказов и повреждений, а также элементов конструкции, узлов и деталей, дефекты и рост поврежденности которых могут вызвать ресурсные отказы.

Анализируются и изучаются следующие документы:

• инструкция по эксплуатации компрессора;

• чертежи, формуляры, расчеты, сертификаты (карты свойств) материала основных деталей;

• ТУ на ремонт;

• журналы учета ремонтов оборудования;

• план-график ППР;

• журнал наработок оборудования;

• журналы начальников смен и машинистов компрессорных установок;

• акты расследования аварий;

Выполнение данного пункта работы требует сбора следующей информации:

- схема компрессорной установки;

- наработка компрессора в часах, примерное число пусков-остановок;

- данные по заменам и ремонтам деталей и узлов;

- данные по аварийным ситуациям и поломкам, имевшим место за время эксплуатации;

- параметры рабочей среды и их возможный разброс;

- имеющиеся данные по применяемым материалам; 2

2

- данные периодического виброконтроля.

2. Требования по подготовке компрессора к обследованию.

2.1. Разборка компрессора должна включать:

- вскрытие всех клапанных коробок;

- демонтаж шатунно-поршневых групп всех рядов;

- шатуны и крейцкопфы разбираются на составные детали;

- коренные подшипники валов разбираются;

- фланцевые соединения рама - фонарь - цилиндр не разбираются.

2.2. Подготовка поверхностей деталей компрессора к обследованию должна включать:

- очистку от грязи и налёта наружных поверхностей деталей;

- очистку от ила и коррозии водяных рубашек цилиндров;

- зачистку шкуркой площадок 50*50мм для измерения твёрдости металла (места уточняются экспертом);

- полировку участков 30*30мм для металлографии (места уточняются экспертом)

2.3. Места зачисток могут уточняться Исполнителем в ходе проведения обследования.

3. Методы и объемы контроля.

Работы по техническому обследованию выполняются аттестованными специалистами Исполнителя.

Методы и объемы контроля оборудования представлены в таблице 1.

В процессе проведения работ по обследованию перечень, объем и метод контроля деталей и узлов может уточняться или дополняться. Необходимые изменения обосновываются и отражаются в приложениях к акту обследования (либо самом Акте обследования) и в отчетных документах по экспертизе.

Таблица 1

№ п/п Узел Методы контроля

1 2 3 4 5 ~ж* 6 7**

1 Коленчатый вал (шейки, галтели,отверстия) + + + + +

2 Шатуны (головки) + + + +

3 Шатунные болты + + + +

4 Поршни + + +

5 Штока (концевые части) + + + + +

6 Крейцкопфы Поверхности под палец + + +

7 Пальцы + + +

8 Цилиндры и зеркало цилиндров + + + + + **) + )

9 Крышки цилиндров и клапанов (галтели, фланцы) + + +

10 Крепеж + + +*)

11 Рама и фундамент + +

12 Элементы крепления рамы к фундаменту + +

Где: 1 - визуальный контроль;

2 - контроль твердости;

3 - снятие металлографических реплик для микроструктуры;

3

4 - цветная дефектоскопия;

5 - микрометрия;

6 - гидроиспытания;

7 - ультразвуковой контроль.

) - при необходимости.

’ - выполняется силами Заказчика.

4. Внешний и внутренний осмотр.

Внешний и внутренний осмотр проводится невооруженным глазом и с применением лупы с 2,5 - 10 кратным увеличением.

4.1. Внешний и внутренний осмотр, дефектация, замеры фактических геометрических размеров основных деталей и узлов предполагает выявление видимых поверхностных дефектов:

- следов пропуска продукта и потения в сварных швах и основном металле;

- наличия трещин, отслоений, следов коррозии, видимых нарушений геометрической формы;

- исправности подвижных опор, возможности их свободного перемеще—ния;

- на внутренней поверхности - трещин, язв, раковин, надрывов, сле—дов коррозии, видимых деформаций на поверхностях основного металла и сварных швов.

4.2. Замер толщины стенок несущих элементов (цилиндр, крышка, днище, фланцы и др.). Замеры проводятся согласно имеющейся сетке или разметке, обеспечивающей надежную оценку толщины стенки на данном участке поверхности.

4.3. Толщинометрия стенок трубопроводов проводится на участках трубопроводов работающих в наиболее сложных условиях (коленах, тройниках, местах сужения трубопроводов перед арматурой и после нее, местах скопления влаги и продуктов коррозии), в местах соединения трубопровода с фланцами, а также на прямых участках. Толщины стенок измеряют для трубопроводов внутри объекта.

5. Измерение твердости.

5.1. Замер твердости металла деталей компрессора проводится с целью косвенной оценки его прочностных характеристик и выявления их отклонений от исходных первоначальных значений.

5.2. Места замера твердости и их количество устанавливается специалистами, производящими обследование, см. таблицу 1. При этом в каждом конкретном случае должно быть сделано не менее 3-х замеров, за результат принимается их среднее арифметическое значение.

5.3. В случае если полученный результат показывает, что твердость металла не соответствует требованиям исходной техдокументации, производится не менее двух дополнительных замеров на расстоянии 20...50 мм от точек, показавших неудовлетворительный результат.

Контроль твердости производится на предварительно подготовленных площадках размером 30х30 мм с шероховатостью не более Rz <16 мкм по ГОСТ 2789 с помощью переносного твердомера 54-459М с погрешностью измерений ±5-7% в диапазоне измерений по Бринеллю 90....450НВ. Результаты контроля фиксируются в картах контроля.

6. Дефектоскопия.

6.1. Объем контроля методами дефектоскопии проводится в соответствии с таблицей 1, а также в местах концентрации напряжений наиболее ответственных узлов и деталей.

6.2. По результатам визуального контроля и при наличии видимых дефектов дополнительно выполняется контроль данных мест на отсутствие трещин методом цветной дефектоскопии и, при необходимости, контроль микроструктуры.

Выбор места и методов контроля определяется в каждом конкретном случае

4

исполнителем.

6.3. На основании анализа результатов контроля неразрушающими методами, принимается решение о необходимости, местах, размерах и количестве контрольных вырезок металла оборудования для проведения исследований, а также об объеме ремонтновосстановительных работ.

Контроль производится по действующим отраслевым инструкциям в соответствии с ГОСТ 18442-80 [3];, класс чувствительности II. Ширина раскрытия дефектов 1-10 мкм. Шероховатость контролируемой поверхности должна быть Ra<2,5-5,0 мкм, Rz < 20 мкм в соответствии с ГОСТ 2789-73 [4].

Результаты контроля фиксируются в картах контроля.

7. Анализ результатов технического обследования. Составление и утверждение Акта обследования

По результатам исследования технической документации, по результатам ВИК, замеров твердости и дефектоскопии неразрушающими методами контроля составляется Акт технического обследования в котором фиксируются:

- данные по проектным и фактическим параметрам работы компрессора;

- наработки по основным узлам и количество пусков-остановок за время эксплуатации;

- данные по выполненным за время эксплуатации заменам элементов компрессора (элементов не являющихся периодически заменяемыми);

- выявленные дефекты и возможные способы их устранения, отклонения от документации разработчика и режимов эксплуатации, данные последних замеров вибрации.

На основании анализа вышеперечисленного в Акте даются рекомендации о проведении ремонтно-восстановительных работ или о замене элементов компрессора не подлежащих восстановлению, которые должны быть выполнены за период остановки компрессора для обследования. Принимается решение о возможности дальнейшей эксплуатации компрессора до выдачи утвержденного Заключения ЭПБ, в котором будет указан срок дополнительной эксплуатации на продлеваемый период.

Акт технического обследования утверждается главным механиком.

8. Металлографический анализ

Исследование химического состава, макро- и микроструктуры деталей компрессора проводится в случае отсутствия в паспортной документации необходимых данных о марке стали, ее химсоставе, механических свойствах материала, а также с целью определения изменения структуры металла в процессе длительной эксплуатации. Контроль производится на наиболее нагруженных деталях и узлах агрегата.

Контроль микроструктуры производится Исполнителем методом снятия металлографических реплик на полированных участках размером не менее 10x10 мм при шероховатости поверхности Ra<1,25мкм по ГОСТ 2789-73[4] с последующим их исследованием в стационарных условиях на оптическом микроскопе типа МИМ-8, МИМ-10, «Неофот-32» и др. при увеличении 100 и 400 крат.

Результаты исследования микроструктуры представляются в Отчете, прилагаемом к заключению ЭПБ.

9. Оценка фактической нагруженности и расчет напряженного состояния

Оценка фактической нагруженности основных деталей компрессора выполняется расчетным методом на основе эксплуатационных данных конкретной машины и включает:

Динамический расчет компрессора:

- построение расчетной схемы компрессора, принятой при поверочном расчете;

- построение индикаторных диаграмм;

- расчет сил инерции и сил трения;

5

- построение суммарных диаграмм поршневых сил и определение расчетных нагрузок для основных деталей кривошипно-шатунного механизма (кривошипного вала, шатунов, шатунных болтов, штоков, узла шток-крейцкопф, крейцкопфа и его деталей, цилиндров низкого и высокого давления, поршней).

Расчет напряженно-деформированного состояния деталей и узлов производится на основании анализа документации, режимов и условий эксплуатации, результатов обследования элементов компрессора и его фактической нагруженности.

При отсутствии детальных чертежей и данных технического проекта в части прочностных расчетов, выполняются оценочные расчеты элементов на прочность с учетом замеров геометрии и снятия размеров.

Исходя из критериев анализа выработки ресурса оборудования, проводимого на основании результатов обследования выполняются один или несколько из следующих видов расчетов:

- расчеты на малоцикловую усталость, связанную с количеством пусков-остановок;

- расчеты на многоцикловую усталость, связанную с частотой вращения коленчатого

вала;

- расчеты на скорость коррозионно-эрозионного утонения трущихся элементов компрессора.

10. Расчет и обоснование остаточного ресурса и дополнительного срока эксплуатации оборудования

На основании результатов обследования, расчетов напряженно-деформированного состояния элементов компрессора, оценки изменений механических и служебных свойств, качества металла, анализа условий эксплуатации, определяется остаточный (дополнительный) ресурс оборудования с учетом эксплуатационного фактора и коэффициентов запаса.

11. Оформление, согласование и утверждение экспертизы ПБ

По результатам всех выполненных работ оформляется Заключение экспертизы ПБ, включающее в себя, как приложение, технический Отчет с результатами технического обследования и картами контроля.

В заключительной части Заключении ЭПБ принимается обоснованное решение о возможности (или невозможности) дальнейшей эксплуатации объекта, указывается дополнительный срок безопасной эксплуатации и, при необходимости, составляется план компенсирующих мероприятий по обеспечению безопасной эксплуатации объекта на продлеваемый период.

Проект Заключения ЭПБ с приложениями и план компенсирующих мероприятий по обеспечению безопасной эксплуатации объекта на продлеваемый период согласовывается Заказчиком.

Окончательное, согласованное Заказчиком Заключение ЭПБ утверждается в Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору.

Экспертная организация должна быть письменно уведомлена Заказчиком о проведении запланированных компенсирующих мероприятий. Только после данного уведомления экспертиза ПБ считается законченной.

Программа работ может уточняться или дополняться по результатам выполнения работ на первом компрессоре.

Литература

1. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97 г. № 116-ФЗ;

6

2. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила проведения экспертизы промышленной безопасности», утвержденные Приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 14.11.2013 г. № 538;

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

4. ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики. 7

7