ПРОБЛЕМА ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ОБЪЕКТОВ КОТЛОНАДЗОРА
А.В. Школа, начальник ОНОДТ МТУ Ростехнадзора по СЗФО
А.Ю. Губернский, государственный инспектор ОНОДТ МТУ Ростехнадзора по СЗФО
Ю.А. Дмитриев, технический директор ООО «НПО Котлотехника»
При проведении экспертизы промышленной безопасности любого технического устройства (например, объекта котлонадзора) основная задача: - установить, можно ли данное оборудование безопасно эксплуатировать, с учетом каких параметров и в течение какого периода. То есть необходимо определить остаточный ресурс этого устройства. Однако для объектов котлонадзора, в отличие, к примеру, от объектов кранового хозяйства, до сих пор отсутствует утвержденная методика оценки остаточного ресурса. И это, несмотря па то, что требование определения остаточного срока эксплуатации (до прогнозируемого наступления предельного состояния) при проведении технического диагностирования оборудования вступило в законную силу еще 5 августа 2002 года, с момента официальной регистрации «Положения о порядке продления срока безопасной эксплуатации технических устройств, оборудования и сооружений на опасных производственных объектах» в Минюсте РФ (в дальнейшем - «Положения»). Документ был утвержден Постановлением Госгортехнадзора России № 43 9 июля 2002 года.
Необходимо отметить, что понятие остаточного ресурса, то есть срока, который остается до наступления предельного состояния объекта, для оборудования малой энергетики, работающего на низких параметрах, не вполне корректно, поскольку для такого оборудования не определено само понятие «предельное состояние».
При проведении экспертизы высоконагруженного оборудования, например, для того чтобы уточнить, насколько можно продлить эксплуатацию трубопроводов I- IIкатегории, которые длительно эксплуатировались при температурах, вызывающих изменения механических свойств металла, определение остаточного ресурса крайне необходимо.
Ниже мы представляем возможный вариант оценки остаточного ресурса объектов котлонадзора, позволяющего выполнить требования упомянутого «Положения» на примере паропроводов IIкатегории, отработавших расчетный срок службы. (Для примера выбран стандартный паропровод IIкатегории, изготовленный из стали 20, с рабочими параметрами р = 40кгс/см2, Т = 440°С).
Дело в том, что значительное количество аналогичных паропроводов введено в эксплуатацию еще 30-40 лет назад и имеет наработку 250 -300 тыс. часов (при проектировании для них был заложен расчетный ресурс при номинальных расчетных параметрах - 100 тыс. часов эксплуатации). Естественно, что при планируемом сроке эксплуатации паропровода, рассчитанного на работу в пределах 100 тыс. часов, не было необходимости изготавливать элементы паропровода с повышенными запасами прочности (например, по толщине стенки), которые позволили бы безопасно эксплуатировать его за пределами расчетного ресурса.
Продлить эксплуатацию паропровода можно при положительных результатах неразрушающего контроля и выполнении условий прочности в соответствии с РД 10-249-98 «Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды».
Без расчетов на прочность положительные результаты неразрушающего контроля недостаточны для того, чтобы разрешить в дальнейшем эксплуатировать паропровод, отработавший свой расчетный ресурс. Поскольку в данном примере речь идет о стали 20, механические характеристики которой при рабочей температуре более 400°С снижаются в зависимости от длительности эксплуатации, необходимо провести исследование металла на вырезках, чтобы определить фактическую степень снижения механических свойств металла, используя в расчетных формулах характеристики прочности, полученные в результате испытаний образцов. В частности, если номинальное допускаемое напряжение этой стали для расчетного ресурса 100 тыс. часов равно 6,6 кг/мм2, то при наработке 200 тыс. часов значение номинального допускаемого напряжения снижается до 5,0 кг/мм2, то есть на 25%. При этом фактическая степень снижения длительной прочности у стали 20 по сравнению с исходным состоянием неоднозначна и может зависеть от исходной структуры, уровня свойств металла и условий эксплуатации.
Таким образом, чтобы определить возможность и условия дальнейшей эксплуатации паропровода по истечении расчетного срока службы, в соответствии с п. 5.2.12. Правил Госгортехнадзора России по трубопроводам (РД 03-94) проводится обследование состояния элементов паропроводов и, в первую очередь, исследование металла.
Прогнозирование остаточного ресурса металла рассчитывается по фактическим значениям уровня длительной прочности, определенным на вырезках металла, и действующим напряжениям в паропроводе.
Следует отметить, что в процессе эксплуатации элементов оборудования, работающего при высоких температурах в условиях, когда активно протекают процессы ползучести, структура и свойства материалов претерпевают значительные изменения.
Разрушение в процессе ползучести происходит постепенно. Накопившиеся повреждения в металле влекут за собой процессы зарождения и роста несплошностей (пор). Первые поры обычно образуются задолго до разрушения. Наиболее характерный механизм образования пор в теплоустойчивых сталях - зернограничное проскальзывание. Поры образуются преимущественно по границам ферритных зерен, в плоскости, перпендикулярной действию растягивающих напряжений.
Изменения, происходящие в микроструктуре металла, обычно сопровождаются снижением характеристик кратковременной и длительной прочности, сопротивления ползучести. Характер снижения значений каждой характеристики индивидуален и зависит от многих факторов. Наибольшее изменение структуры и снижение характеристик прочности, снижение временного сопротивления при комнатной и повышенной температурах, отношения σtв/а20в происходит в начальный период эксплуатации металла в течение первых 50-100 тыс. часов. В этот же период возрастает остаточная деформация ползучести. Замечено, что наиболее прочный в исходном состоянии металл в начальный период эксплуатации разупрочняется быстрее.
На протяжении второй стадии установившейся ползучести идет ее медленное накопление, и свойства металла меняются мало вплоть до наступления третьей стадии ускоренной ползучести, сопровождающейся активным образованием и ростом пор.
В данном конкретном случае остаточный ресурс элементов трубопроводов определяется для того, чтобы установить максимально допустимое количество часов наработки, после которого элемент подлежит замене, и сводится к установлению временного интервала перехода от второй, установившейся стадии, к третьей стадии ускоренного разупрочнения металла паропроводов.
При длительной эксплуатации в условиях повышенных температур наибольшую опасность (начало разрушения) представляют гибы и сварные швы паропроводов, так как именно в них, а не в прямых трубах, возникает более высокий уровень напряжений. Поэтому контроль гибов и сварных швов паропроводов чрезвычайно важен.
Во время исследований за состоянием металла оборудования после длительной эксплуатации при повышенных температурах для прогнозирования его остаточного ресурса рассматриваются следующие факторы:
1) изменения, произошедшие в микроструктуре (возможен распад перлитной составляющей и образование пор);
2) изменение механических свойств;
3) значения характеристик длительной пластичности, определяющие опасность хрупких разрушений;
4) величина деформации ползучести, контролируемой в процессе эксплуатации;
5) уровень длительной прочности.
Для оценки остаточного ресурса и накопленной повреждаемости применяется модель повреждаемости Качанова-работнова, использующая связь скорости накопления повреждаемости с действующими напряжениями δ:
— Все документы — Разъяснения специалистов — ПРОБЛЕМА ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ОБЪЕКТОВ КОТЛОНАДЗОРА
Городом с самыми дешевыми квартирами в новостройках оказался Воронеж
Аналитик Гутман: период с мая по июль является лучшим периодом для продажи дачи
«МК»: в России не отменят льготную ипотеку
Аренда квартир в Москве подешевела на 10 %
Вице-премьер Хуснуллин: ставка по ипотеке должна быть пять процентов