2020-01-14
121
Отбраковка элементов сосудов (аппаратов) работающих под давлением, определение скорости коррозии основных конструктивных элементов сосуда, работающего под давлением и периодичности технического освидетельствования
Учебно-методическое пособие
к выполнению практической работы по дисциплине
«Техническое освидетельствование технологического оборудования»
Уфа 2015
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения направлений подготовки 151000, 15.03.02 «Технологические машины и оборудование» профиля «Оборудование нефтегазопереработки».
Составители: Рубцов А.В., доцент, канд. техн. наук
Закирничная М.М., докт. техн. наук, профессор
Ковшова Ю.С., канд. техн. наук
Рецензенты: Габбасова А.Х., канд. техн. наук, доцент каф. ТМО
Хасбутдинова Е.В., канд. техн. наук, доцент каф. ТМО
© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2015
Содержание
| С | ||
| Введение | 4 | |
| Практическая работа. Отбраковка элементов сосудов (аппаратов) работающих под давлением, определение скорости коррозии основных конструктивных элементов сосуда, работающего под давлением и периодичности технического освидетельствования | 5 | |
| Пример выполнения задания | 16 | |
| Контрольные вопросы | 27 | |
| Перечень вариантов к практической работе | 28 | |
| Список использованных источников | 29 | |
| Приложение А. Допускаемые напряжения для материала элемента сосуда (аппарата) при расчетной температуре | 30 | |
| Приложение Б. Максимальные допустимые длина, ширина и суммарная длина пор, шлаковых, вольфрамовых и окисных включений для любого участка радиограммы длиной 100 мм для классов 3-7 | 32 | |
| Приложение В. Требования к оформлению отчета о практической работе | 37 | |
| Приложение Г. Пример оформления титульного листа отчета о практической работе | 38 |
ВВЕДЕНИЕ
|
|
|
На предприятиях нефтегазопереработки и нефтехимии эксплуатируется большое количество сосудов и аппаратов, работающих под давлением, которые участвуют в различных технологических процессах. В процессе эксплуатации сосуды и аппараты подвергаются воздействию эксплуатационных нагрузок и рабочих сред. Это приводит к развитию различных дефектов, которые снижают эксплуатационную безопасность оборудования и могут привести к возникновению аварийных ситуаций.
Основным мероприятием по обеспечению безопасной и надежной эксплуатации сосудов и аппаратов являются периодическое техническое освидетельствование и своевременная отбраковка дефектных элементов.
|
|
|
Целью данного учебно-методического пособия является приобретение навыков студентами по нормам отбраковки сосудов и аппаратов, работающих под давлением, а также определению периодичности их технического освидетельствования по скорости коррозионного износа основных конструктивных элементов.
Практическая работа. Отбраковка элементов сосудов (аппаратов) работающих под давлением, определение скорости коррозии основных конструктивных элементов сосуда, работающего под давлением и периодичности технического освидетельствования
Цель работы:
1. Изучение и определение норм отбраковки основных конструктивных элементов сосудов (аппаратов), работающих под давлением;
2. Определение периодичности технического освидетельствования сосудов давления, исходя из максимальной скорости коррозии основных элементов сосуда (аппарата).
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Нормы отбраковки основных конструктивных элементов сосудов (аппаратов) давления
Отбраковка элементов сосудов (аппаратов) давления производится согласно СТО-СА-03-004-2009 «Трубчатые печи, резервуары, сосуды и аппараты нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. Требования к техническому надзору, ревизии и отбраковке».
1) Элементы сосудов и аппаратов (в том числе и литых), определяющие их прочность, должны отбраковываться если при толщинометрии выявится, что под действием коррозии и эрозии уменьшилась толщина металла стенки (обечаек корпуса, днищ, крышек, заглушек, штуцеров и др.) до значений, определенных расчетами по действующим методикам (ГОСТ Р 52857.1¸12-2007. и др.) или по паспорту, с учетом всех действующих нагрузок (внутреннего или наружного давления, весовых, ветровых, сейсмических, температурных и пр.) без учета прибавки на коррозию (отбраковочный размер);
2) Если расчетная толщина стенки (без учета прибавки на коррозию) оказалась меньше величины, указанной ниже, то за отбраковочный размер принимается величина:
- для обечаек и днищ сосудов (аппаратов) - 4 мм;
- для патрубков - в соответствии с таблицей 1.
Таблица 1- Минимальный отбраковочный размер для толщины стенки патрубка
| Наружный диаметр, мм | £ 25 | £ 57 | £ 108(114) | £ 219 | £ 377 | ³ 426 |
| Наименьшая допустимая толщина стенки, мм | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 |
Расчетные толщины стенок определяются по ГОСТ Р 52857.1-2007. «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования.», ГОСТ Р 52857.2-2007. «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек», ГОСТ Р 52857.3-2007. «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».
Для цилиндрических обечаек расчетная толщина стенки определяется по формуле (1):
, (1)
где p – расчетное внутреннее избыточное давление, МПа;
D – внутренний диаметр, мм;
[s] – допускаемое напряжение для материала, из которого изготовлен элемент, МПа. Выбирается в зависимости от материала и расчетной температуры из приложения А;
j - коэффициент сварного шва, который выбирается по таблице 2.
Таблица 2 - Коэффициенты прочности сварных швов
| Вид сварного шва | Значение коэффициентов прочности сварных швов | |
| Длина контролируемых швов от общей длины составляет 100 % | Длина контролируемых швов от общей длины составляет от 10 до 50 % | |
| Стыковой или тавровый с двусторонним сплошным проваром, выполняемый автоматической и полуавтоматической сваркой | 1,0 | 0,9 |
| Стыковой с подваркой корня шва или тавровый с двусторонним сплошным проваром, выполняемый вручную | 1,0 | 0,9 |
| Стыковой, доступный сварке только с одной стороны и имеющий в процессе сварки металлическую подкладку со стороны корня шва, прилегающую по всей длине шва к основному металлу | 0,9 | 0,8 |
| Втавр, с конструктивным зазором свариваемых деталей | 0,8 | 0,65 |
| Стыковой, выполняемый автоматической и полуавтоматической сваркой с одной стороны с флюсовой или керамической подкладкой | 0,9 | 0,8 |
| Стыковой, выполняемый вручную с одной стороны | 0,9 | 0,65 |
Для эллиптических и полусферических днищ расчетная толщина стенки определяется по формуле (2):
|
|
|
, (2)
где R - радиус кривизны в вершине днища, который равен:
R = D - для эллиптических днищ с Н = 0,25 D;
R = 0,5 D - для полусферических днищ с Н = 0,5 D.
Для штуцеров расчетная толщина стенки определяется по формуле (3):
, (3)
где p – расчетное внутреннее избыточное давление, МПа;
d – внутренний диаметр штуцера, мм;
cs – прибавка на коррозию к расчетной толщине стенки штуцера, мм. Зависит от коррозионности среды. В работе принимаем cs=1;
[s]1 – допускаемое напряжение для материала, из которого изготовлен штуцер, МПа. Выбирается в зависимости от материала и расчетной температуры из приложения А;
j1 - коэффициент сварного шва. Если ось сварного шва обечайки (днища) удалена от наружной поверхности штуцера на расстояние более чем три толщины укрепляемого элемента (3s, рисунок 2б), то коэффициент прочности этого сварного соединения при расчете укрепления отверстий следует принимать j1 = 1. В исключительных случаях, когда сварной шов пересекает отверстие или удален от наружной поверхности штуцера на расстояние менее 3s, принимают j1 £ 1в зависимости от вида и качества сварного шва.
Если плоскость, проходящая через продольный шов вальцованного штуцера и ось этого штуцера, образует угол не менее 600 с плоскостью продольного осевого сечения цилиндрической или конической обечайки (рисунок 3), то принимают j1 = 1. В остальных случаях j1 £ 1 в зависимости от вида и качества сварного шва.
|
|
|
Рисунок 2
Рисунок 3
3) если в результате коррозии и эрозии за время эксплуатации до очередного технического освидетельствования (ремонта) толщина стенки элементов может выйти за пределы отбраковочного размера, определенного в соответствии с пп. 1 и 2.
4) если при контроле сварных швов визуально и неразрушающими методами контроля и металлографическими исследованиями выявлены: дефекты (свищи, трещины всех видов и направлений), расположенные в металле шва, по линии сплавления и в околошовной зоне основного металла, в том числе и микротрещины, выявленные при металлографическом исследования, межкристаллитная коррозия, коррозия сварных швов с износом их по толщине до отбраковочных величин, коррозионное растрескивание металла;
5) если при ультразвуковом контроле сварных соединений количество дефектов при заданной длине шва превышает нормативное предельно допустимое значение, указанное в конструкторской документации на контролируемый объект в зависимости от его категории; при отсутствии таких норм руководствоваться нормами, указанными в СТО 00220256-005-2005 «Швы стыковых, угловых и тавровых сварных соединений сосудов и аппаратов, работающих под давлением. Методика ультразвукового контроля» и другой нормативно-технической документации по контролю;
6) если при радиационном контроле сварных соединений, в зависимости от их вида, класс дефектности ниже нормативно допустимого класса по ГОСТ 23055-78 «Контроль неразрушающий. Сварка металлов плавлением. Классификация сварных соединений по результатам радиографического контроля» (приложение Б). Допустимые классы дефектности приведены в таблице 3;
Таблица 3 – Допустимые классы дефектности сварных соединений при радиографическом контроле
| Вид сварных соединений | Группа сосудов по ПБ 03-584-03 | |||
| 1,2,3 | 4 | 5а | 56 | |
| Классы дефектности по ГОСТ 23055-78 | ||||
| Стыковые | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Угловые и тавровые | 4 | 5 | 5 | 6 |
| Нахлесточные | 5 | 6 | 6 | 7 |
7) если при контроле сварных соединений приварки облицовки к корпусу, патрубку, фланцу, а также приварки патрубка штуцера (люка) к корпусу выявлена течь в контрольном отверстии;
8) если твердость основного металла и сварных швов выходит за нормативные значения, указанные в таблице 4.
Таблица 4 – Оценка качества сварных соединений по твердости
| Марка стали | Допустимые пределы твердости основного металла, ед. НВ* | Допустимая твердость металла шва и зоны термического влияния, ед. НВ, не более |
| Ст. 2, ст.3, сталь 10, 15, 20, 15К, 16К | 120-160 | 180 |
| 18К | 120-160 | 190 |
| 20К, 22К | 130-190 | 200 |
| 20ЮЧ | 140-190 | 220 |
| 09Г2С | 120-180 | 225 |
| 10Г2С1 | 130-190 | 22S |
| 16ГС | 120-180 | 225 |
| 10Г2 | 120-190 | 225 |
| 12МХ | 140-180 | 240 |
| 12ХМ | 140-170 | 240 |
| 15ХМ | 140-200 | 240 |
| 12Х1МФ | 130-170 | 240 |
| 10Х2М1 1Х2М1 | 160-220 | 240 |
| 15Х5М | 130-170 | 240 |
| 15Х5МУ | 170-235 | 270 |
| 08Х18Н10Т 12X18H10T 10Х17Н13М2Т 10Х17Н13МЗТ | 150-180 | 200 |
*Допустимое отклонение указанных пределов не должно превышать +20 НВ и –10 НВ
Примечания 1. По заключению специализированной организации в отдельных случаях сосуд (аппарат) может быть допущен к эксплуатации при твердости металла, отличающейся от приведенных значений.
2. Твердость коррозионностойкого слоя и переходного слоя в швах сварных соединений из двухслойной стали не должна быть более 220 НВ.
9) если сосуд (аппарат) не выдержал испытание на прочность и плотность;
10) если остаточная (локальная) деформация корпуса, а также отклонения от прямолинейности и круглости (овальность) превышают допустимые значения.
Отклонение образующих обечаек корпуса от прямолинейности не должно быть больше величин, указанных в таблице 5.
Таблица 5 – Отклонение от прямолинейности образующей корпуса сосуда (аппарата)
| Сварного из листовых обечаек (ПБ 03-584-03) | Кованого, ковано-сварного, вальцованного, штампованного (ОСТ 24.201.03-90) |
| 1. Без внутренних устройств | |
| 2 мм на 1 м длины корпуса | |
| 20 мм - при длине корпуса до 10 м | 10 мм - при длине корпуса до 10 м |
| 30 мм - при длине корпуса свыше 10 м | 20 мм - при длине корпуса свыше 10 м |
| 2. С внутренними устройствами или с антикоррозионной защитой (футеровкой) | |
| На величину номинального зазора между внутренним диаметром корпуса и наружным диаметром устройства на участке установки | 0,5 мм на длине 1 м длины корпуса 5,0 мм - при длине корпуса до 10 м 10,0 мм - при длине корпуса свыше 10 м |
Величина относительной овальности определяется по формулам (4) и (5):
1) в сечении, где отсутствуют штуцеры и люки
, (4)
2) в сечении, где имеются штуцеры и люки
, (5)
где D max, D min - соответственно, максимальный и минимальный внутренние (наружные) диаметры корпуса, мм;
Величина относительной овальности корпуса сосудов в любом поперечном сечении не должна превышать 1 %. Значение А для сосудов (аппаратов) с отношением толщины стенки обечайки корпуса к внутреннему диаметру не более 0,01 допускается увеличить до 1,5 %. Допускаемое отклонение от вертикали образующей сосуда типа ректификационных колонн высотой не более 50 м при отношении высоты к диаметру H/D ³ 5 должно быть в пределах 0,1 % высоты сосуда, но не превышать 15 мм. Для более высоких сосудов допускаемые отклонения не должны превышать 0,03 % высоты, в том числе:
а) при H=80 м – 24 мм (H/D ³ 3);
б) при H=100 м – 30 мм (H/D ³ 10);
При отношениях H/D, отличных от приведенных выше, величина допускаемого отклонения должна быть указана в документации на сосуд. Для сосудов, собираемых на фланцах, допускаемое отклонение образующих от вертикали должно быть в пределах 0,15 % высоты сосуда, но не и превышать 15 мм.
Примечание – Нормы не распространяются на монтаж сосудов с установленными в них внутренними подвижными устройствами (мешалками, центрифугами и т.д.).
11) Детали внутренних устройств колонн подлежат отбраковке в следующих случаях:
а) если толщины стенок деталей тарелок (желоб, колпачок и др.) составляют 50 % и менее от проектных;
б) если износ основных несущих элементов тарелок (опорные балки, уголок и диск) составляет 25 % и более от проектной толщины;
в) при коррозионном или механическом износе крепежных изделий;
г) при деформации отдельных деталей и тарелок в целом, если не имеется возможности их исправления;
д) в других случаях, когда техническое состояние несущих элементов и тарелок не может обеспечить нормальную работу колонны по эффективности ведения технологического процесса.
12) Крепежные детали подлежат отбраковке при выявлении:
а) вытягивания резьбы, трещин, рваных мест, выкрашивания ниток резьбы глубиной более 0,5 высоты профиля резьбы или длиной, превышающей в витке 0,25 его длины;
б) непрямолинейности стержня крепежной детали, превышающей 0,2 мм на 100 мм ее длины;
в) повреждений боковых граней и ребер гаек и головок болтов, препятствующих затяжке, или уменьшения размера под ключ более чем на 3 % от номинальной.
Заусенцы, вмятины глубиной более 0,5 высоты профиля резьбы и длиной, не превышающей 8% длины резьбы, устраняются прогонкой резьбонарезным инструментом.
Шероховатость поверхности резьбы допускается не более Rz 20.
13) Резьбовые отверстия на элементах сосуда (аппарата) должны отбраковываться при срыве, выкрашивании или коррозионном износе резьбы, а также при прохождении непроходного калибра типа Р-Р по ГОСТ 6485-69 «Калибры для конической дюймовой резьбы с углом профиля 60 град. Типы. Основные размеры и допуски», ГОСТ 2533-88 «Калибры для трубной цилиндрической резьбы. Допуски» и ГОСТ 18466-73 «Калибры для метрической резьбы свыше 68 до 200 мм. Исполнительные размеры».
14) Фланцы штуцеров должны отбраковываться:
а) при неудовлетворительном состоянии уплотнительной поверхности - наличии трещин, раковин и других дефектов, не подлежащих ремонту;
б) при уменьшении толщины стенки воротника фланца до отбраковочных (расчетных) размеров патрубка.
