Analýza metod testování zařízení pracujících pod tlakem (stručný přehled) – téma vědeckého článku o mechanice a strojírenství, přečtěte si text výzkumné práce zdarma v elektronické knihovně CyberLeninka

Podle odstavce 363 „Doporučení pro návrh a bezpečný provoz procesních potrubí“ (Nařízení Rostekhnadzor č. 784) se po dokončení instalačních prací doporučuje podrobit potrubí vizuální kontrole, zkoušce pevnosti a hustoty a , pokud jsou v projektové dokumentaci uvedeny pokyny, dodatečné zkoušky těsnosti se stanovením tlakové ztráty .

1. Pokud specifikace návrhu vyžadují shodu s doporučeními tohoto dokumentu, je nutné provést hydraulické zkoušky potrubí v následujících případech:

• výměna těsnění;
• výměna potrubních armatur nebo jejich dočasné odstranění za účelem kontroly nebo opravy;
• překonfigurování pružinových závěsů nebo podpěr, jakož i jejich výměna;
• přivaření k trubce nosných prvků nezatížených tlakem (svařované podpěry);
• přivaření k potrubí nebo přírubám prvků, které nenesou zatížení (pásy pro připevnění uzemnění, prvky pro připevnění bočníkových propojek k přírubám atd.).

2. Jedná se o stavební práce a lze je považovat za opravy potrubí?

1. Odpověď je obsažena v ustanoveních oddílu 14.3 mezistátní normy GOST 32569-2013 „Technologická ocelová potrubí. Požadavky na konstrukci a provoz v průmyslových odvětvích s nebezpečím výbuchu, požáru a chemicky“, s ohledem na většinu požadavků Bezpečnostního průvodce „Doporučení pro návrh a bezpečný provoz procesních potrubí“.

Ustanovení 14.3.2, 14.3.14, 14.3.17.3, 14.3.17.4 GOST 32569-2013 uvádí:

“14.3.2. Kontroly potrubí by měly být zpravidla načasovány pro plánovanou preventivní údržbu jednotlivé jednotky, instalace nebo dílny.“

“14.3.14. Všechna potrubí a jejich části, které byly v průběhu kontrolního procesu podrobeny demontáži, řezání a svařování, jsou po montáži podrobeny zkoušce pevnosti a hustoty..

Při demontáži jednotlivých přírubových spojů spojených s výměnou těsnění, armatur nebo jednotlivých prvků (T-kus, cívka atd.) je povoleno provádět pouze zkoušku hustoty. V tomto případě nově instalované armatury nebo potrubní prvek musí být předem testována na pevnost zkušebním tlakem“.

„14.3.17.3. Audit a opravy potrubních armaturvčetně zpětných ventilů, jakož i zařízení pohonu ventilů (elektrický, pneumatický, hydraulický, mechanický pohon), zpravidla, provedené při kontrole potrubí“.

„14.3.17.4. Při kontrole armatur, včetně zpětných ventilů, je třeba provést následující práce:

• vizuální kontrola;
• demontáž a kontrola stavu jednotlivých dílů;
• kontrola vnitřního povrchu a v případě potřeby nedestruktivní testování;
• broušení těsnících ploch;
• shromáždění, test propevnost a hustota tělesa a svarů, těsnost ventilu a fungování.”

2. Požadavky na zkoušení technologických ocelových potrubí na pevnost a hustotu (hydraulické a pneumatické) jsou stanoveny v části 13 GOST 32569-2013.

Z úhrnu výše uvedených požadavků vyplývá, že zkoušky potrubí na pevnost nebo hustotu po provedení druhů prací uvedených v dotazu nelze provádět pouze v případě „Rekonfigurace pružinových závěsů nebo podpěr, jakož i jejich výměna“ (viz RD 153-34.0-39.604-00 „Směrnice pro uvolnění podpěrně-závěsného systému při opravách potrubí a převzetí podpěrně-závěsného systému upevnění po dokončení oprav funguje”).

Použité regulační zdroje

• Bezpečnostní příručka „Doporučení pro návrh a bezpečný provoz procesních potrubí“
• GOST 32569-2013. Technologické ocelové potrubí. Požadavky na konstrukci a provoz v průmyslu s nebezpečím výbuchu, požáru a chemicky
• RD 153-34.0-39.604-00. Pokyny pro uvolnění podpěrně-závěsného systému při opravách potrubí a přejímku podpěrně-závěsného systému upevnění po dokončení oprav

HYDRAULICKÁ ZKOUŠKA / PNEUMATICKÁ ZKOUŠKA / ZKOUŠKA ZATÍŽENÍ / TRVALÁ OBJEMOVÁ ROZTAŽNOST / PLASTICKÁ DEFORMACE / AKUSTICKÁ EMISE

Abstrakt vědeckého článku o mechanice a strojírenství, autor vědecké práce — Smirnov A. N., Ožiganov E. A., Baklanov D. N., Kuzněcov A. G., Kuzněcov G. G.

Článek porovnává současné metody provádění hydraulických a pneumatických zkoušek zařízení pracujících pod tlakem v nebezpečných výrobních zařízeních. Analyzuje proveditelnost provedení „zátěžového testu“ a měření koeficientu objemové roztažnosti ve srovnání s tradičními testy. Zdůvodňuje použití metody akustické emise při provádění zkoušek s možnou plastickou deformací.

Podobná témata vědeckých prací v mechanice a strojírenství, autor vědecké práce — Smirnov A. N., Ozhiganov E. A., Baklanov D. N., Kuzněcov A. G., Kuzněcov G. G.

K problematice využití technologie testování plynovodů metodou „Stress test“ ke zpomalení defektů SCC (přehled zahraničních zkušeností)

Fyzikální a matematický model zátěžové zkoušky potrubí
Studium hydrodynamiky zkoušek plynovodů metodou “Stress Test”
Vývoj technologie pro zátěžové testování plynovodů pro jejich rehabilitaci po velkých opravách
Analýza přístupů k přidělování hodnoty zkušebního tlaku na hlavních plynovodech
i Nemůžete najít, co potřebujete? Vyzkoušejte službu výběru literatury.

Analýza technik pro testování tlakových zařízení (stručný přehled

Článek porovnává stávající techniky pro hydraulické a pneumatické testování tlakových zařízení v nebezpečných výrobních zařízeních. Analyzujeme užitečnost »zátěžového testu« a měření objemové roztažnosti ve srovnání s konvenčními testy. Je zdůvodněno použití metody akustické emise v testech s možnou plastickou deformací.

Text vědecké práce na téma „Analýza metod pro testování zařízení pracujících pod tlakem (stručný přehled)“

A.N. Smirnov, E.A. Ozhiganov, D. N. Baklanov, A. G. Kuzněcov, G. G. Kuzněcov

ANALÝZA METOD PRO ZKOUŠENÍ ZAŘÍZENÍ PRACUJÍCÍCH POD TLAKEM (STRUČNÝ PŘEHLED).

Trvanlivost, spolehlivost a provozuschopnost zařízení pracujících pod tlakem přímo závisí na včasnosti a kvalitě prací provedených při posouzení jejich technického stavu. Pro tento účel se používají různé metody nedestruktivního zkoušení, stejně jako zkoušky přetlakem. Současná NTD umožňuje zkoušení různých technických zařízení (TU) nebezpečných výrobních zařízení (VPZ) při různém zatížení a s různou frekvencí.

Cílem této práce je analyzovat stávající metody a způsoby testování TUOP s přetlakem a posoudit možnost jejich optimalizace.

Tradiční testovací metody.

Hydraulické zkoušky (GI) jsou jedním z hlavních typů nedestruktivního zkoušení (NDT) používaných ke kontrole pevnosti a hustoty zařízení pracujících pod tlakem. Zkušební objekt (TO) se považuje za vyhovující GI, pokud během zkoušky nejsou zjištěny žádné netěsnosti, deformace ani praskliny a pokles tlaku na manometru nepřekročí přípustnou hodnotu. Hodnoty zkušebního tlaku Risp se v závislosti na materiálu a povaze provozu TO během GI mohou pohybovat od 1,25 do 1,66 [1-8] ve vztahu k vypočítané1 hodnotě Pcalc. Obecně se hodnota zkušebního tlaku určuje [2]:

kde [st]20, [st] jsou přípustná napětí pro materiál OK, respektive jeho prvky, při 20 °C a návrhové teplotě, MPa (kgf/cm2); Kh je součinitel zohledňující povahu materiálu a součinitel bezpečnosti (obr. 1). V tomto případě:

kde n je korekční součinitel pro přípustná napětí; pt je součinitel bezpečnosti na mezi kluzu; Re/t jsou minimální hodnoty meze kluzu pro návrhovou teplotu, MPa

1 Návrhový tlak Pcalc — během zkoušek na

u výrobce, pracovní tlak Pwork – během zkoušek po instalaci a během provozu.

(kgf/cm). Je třeba poznamenat, že v závislosti na tloušťce stěny a materiálu testovaného OK se doba jeho vystavení zkušebnímu tlaku liší. Pokud v projektu (pasu) nejsou uvedeny konkrétní pokyny, může se doba expozice pohybovat od 10 do 60 minut.

Po provedení GI lze s jistotou konstatovat, že součinitel bezpečnosti OK není nižší než koeficient překročení zkušebního tlaku nad pracovním tlakem, ale hodnotu skutečného součinitele bezpečnosti nelze určit [8]. Kromě toho není možné odhadnout součinitel bezpečnosti pro mez kluzu. Takové zkoušky neumožňují detekovat změny v geometrii OK a odhadnout její zbytkovou deformaci, na které, jak je známo, závisí rezerva plasticity a sklon ke křehkému porušení.

Zkoušky pro stanovení zbytkových deformací

Jedním z ukazatelů měřených v poslední době v GI je koeficient zbytkové roztažnosti Kor. Jeho stanovení je podle některých NTD [11] povinné. Koeficient zbytkové roztažnosti je definován jako:

kde, D»^ст — zbytková změna objemu OK; ДWпол — celková změna objemu OK pod tlakem. Kor charakterizuje stupeň plastických deformací ve stěně nádoby a je integrálním kritériem spolehlivosti [8]. Tento koeficient by neměl překročit stanovenou mezní hodnotu (Кпр), která se zpravidla rovná 5 % [10, 7].

Důležitou výhodou metody GI s měřením zbytkové roztažnosti oproti běžnému zatěžování OK přetlakem je, že tato metoda zahrnuje splnění všech požadavků týkajících se jednoduché zkoušky a navíc poskytuje integrální charakteristiku OK jako struktury jako celku. Metoda propojuje geometrické charakteristiky OK (procento ovality, odchylka tloušťky atd.) s mezí kluzu materiálu a vnitřním tlakem do jednoho celku.

Existuje několik hlavních způsobů, jak stanovit Cor [9, 10]:

Obr. 1. Maximální hodnoty součinitele Kh, regulované v různých regulačních dokumentech (zleva doprava): 1) FNP „Pravidla průmyslové bezpečnosti pro nebezpečná výrobní zařízení používající zařízení pracující pod tlakem“; 2) SP 75.13330.2012; 3) Bezpečnostní příručka „Doporučení pro návrh a bezpečný provoz technologických potrubí“; 4) Pokyny pro používání, kontrolu, péči a pravidelné zkoušení kompozitních lahví SCI; 5) GOST R 51753-2001; 6) NP 044-03; 7) VSN 005-88.

• Schéma s vodním pláštěm se provádí ponořením nádoby (válce) do hermeticky uzavřené nádoby naplněné kapalinou (vodním pláštěm). Měří se objem kapaliny vytlačené z vodního pláště během rozpínání nádoby působením zkušebního tlaku (ДWпол) a objem kapaliny, která se po odstranění tlaku nevrátila do vodního pláště (Д»^ст). Toto schéma lze použít pro malé nádoby (válce), navíc má největší přesnost.

• Schéma přímé expanze. Měří se objem kapaliny čerpané do nádoby k dosažení zkušebního tlaku a objem kapaliny vytlačené z nádoby po snížení tlaku na atmosférický. Zbytková objemová deformace se určí rozdílem objemů kapaliny s přihlédnutím k její stlačitelnosti při okolní teplotě. Použití tohoto schématu je vhodné pro velké nádoby.

• Použití vysoce přesných vah. Měří se hmotnost kapaliny čerpané do nádoby (válce) k dosažení zkušebního tlaku a hmotnost vody vytlačené z nádoby při snížení tlaku na atmosférický. Zbytková objemová deformace se určí rozdílem v hmotnosti kapaliny s přihlédnutím k její stlačitelnosti při okolní teplotě. Toto schéma lze použít pro nádoby (válce) s malým objemem.

Zkouška vysokým tlakem.

Nedávno, aby se posoudil stav zařízení,

Kromě tradičního testování se zátěžové testování stále častěji stává součástí tlakových testovacích zařízení (především potrubí).

„Zkouška pevnosti“ je speciální forma GI pro pevnost, která eliminuje možnost vzniku nepřijatelných deformací a umožňuje zachovat garantovanou rezervu plasticity OK během provozu [11]. Podstata těchto zkoušek spočívá v zatížení úseku potrubí na skutečnou mez kluzu s následnou kontrolou těsnosti [13]. Výsledkem zkoušek je dosaženo následujícího:

• Identifikace kritických vad spojených s výrobními a instalačními vadami;

• Identifikace přehlédnutých vad;

• Snížení ovality trubice;

• Snížení lokálních zbytkových napětí vznikajících během výroby trubek a instalace potrubí;

• Stanovení skutečné bezpečnostní rezervy ve vztahu k pracovnímu zatížení;

• Posouzení technicky odůvodněné doby bezpečného provozu potrubí (po větších opravách).

Aby bylo možné posoudit pevnost a těsnost testovaných potrubí a potvrdit jejich spolehlivost, jsou v různých zemích metody testování potrubí regulovány

existující NTD. Tyto metody jsou klasifikovány podle různých kritérií (hodnoty zkušebního tlaku, metody řízení parametrů a typ zkušebního prostředí). Je třeba poznamenat, že předpisy, normy a pravidla platná v Ruské federaci [12, 13], Německu [14], Velké Británii [15], USA a Kanadě [16, 17] se mírně liší v hodnotách zkušebního tlaku, zatímco požadavky na zkušební technologii a metody jsou prakticky shodné.

Podle [12] se hodnota zkušebního tlaku během „zátěžové zkoušky“ plynovodů určuje jako:

kde v je standardní mez kluzu pro danou ocel; 5 je jmenovitá tloušťka stěny potrubí; Dvn je vnitřní průměr potrubí. Normy Ruské federace, Německa, USA a Kanady umožňují zkoušení potrubí se zvýšeným tlakem a zatížením až 110 % meze kluzu kovu potrubí.

1,5^práce ^ ^použití ^ 1D0G

Při vysokém zkušebním tlaku je nutné v první řadě zohlednit přípustné deformace v oblastech s vysokou koncentrací napětí (místa sevření, ohyby atd.). Pro identifikaci nestabilních vad se používá dvojnásobné působení zkušebního tlaku po dobu nejméně 60 minut [11].

Kritériem provozní spolehlivosti plynovodu je bezpečnostní faktor, jako poměr zkušebního tlaku k maximálnímu přípustnému (konstrukčnímu) provoznímu tlaku v plynovodu.

Použití tohoto kritéria při provádění

Provedení zátěžových zkoušek potrubí může přinést pozitivní technologický efekt a s přihlédnutím k možnosti optimálního využití stávajícího potrubí i ekonomický efekt.

Pneumatické zkoušky. Akustická emise.

V některých případech, konkrétně stanovených v NTD [1], je možné použít pneumatické zkoušky (PT). Například při zkoušení kyslíkových zásobníků je účelnější provádět PT s pracovním médiem, a to zejména kvůli vysokým nákladům na uvedení do provozu a odmaštění vnitřního povrchu nádoby. Nesmíme zapomínat, že kinetická energie stlačeného plynu během PT je výrazně vyšší než kinetická energie vody během GI. Proto je nahrazení GI PT povoleno za předpokladu, že je provedena dodatečná kontrola metodou akustické emise (AE) [18].

Metoda AE je založena na jevu emise a šíření elastických akustických vln během nelineárních transformací struktury testovaného objektu v důsledku fyzického nárazu na něj. V tomto případě je každý parametr signálu AE spojen s nějakým parametrem procesu destrukce a je jeho akustickým zobrazením (obr. 3). Proto je důležité používat metodu AE při testování zařízení pracujících pod tlakem jen těžko přeceňovat.

Teoreticky elastické deformace nezpůsobují AE, protože aktivita signálu AE přímo souvisí s povahou plastické deformace. Registraci AE v oblasti elastických deformací lze vysvětlit výskytem plasticky deformovatelných mikroobjemů v materiálu již při nízkém zatížení, stejně jako přítomností šumu [19]. Práce zbytkové plastické deformace během rozpínání nádoby tedy.

Obr. 3. Změna parametrů AE během napínání vzorku StZsp dle GOST 380-2005, provedeného ručním obloukovým svařováním do porušení: I — fáze makroelastické deformace; II — fáze meze kluzu; III — fáze zpevnění předcházející porušení.

(obr. 2, 3) bude úměrná uvolněné energii AE:

Nespornými výhodami této metody jsou schopnost lokalizovat zdroje signálu AE (rozdílem v časech příchodu signálů AE k piezoelektrickým měničům) a také identifikace každého zdroje podle stupně nebezpečí a povahy jeho původu. Například defekt typu netěsnosti je charakterizován spojitým signálem AE střední a malé amplitudy, zatímco růst křehké trhliny odpovídá AE s vysokou intenzitou a krátkým trváním signálu.

Aplikace současné NTD [18, 20] a různých kritérií pro posuzování AE (amplitudových, integrálních, lokálně-dynamických, integrálně-dynamických atd.) během testování specifikací nebezpečných výrobních zařízení umožňuje rozdělit zdroje AE na 4 třídy nebezpečí:

• Pasivní (zdroje třídy I). Registrováno pro analýzu dynamiky jeho následného vývoje.

• Aktivní (zdroje třídy II). Registrujte a sledujte vývoj během testování. Dodatečně monitorováno dalšími metodami NDT.

• Kriticky aktivní (zdroje třídy III). Zaznamenávejte a sledujte vývoj během testování. Proveďte kroky k přípravě na odpojení zátěže.

• Katastroficky aktivní (zdroje třídy IV). Zatížení je okamžitě sníženo na 0 nebo na hodnotu, při které třída zdroje AE klesne na třídu II nebo III. Stav OK je kontrolován a monitorován pomocí doplňkových metod NDT.

Je třeba poznamenat, že při provádění zkoušek metodou AE se pro snížení hluku a zabránění náhlému selhání zatěžuje OC postupně (například: 0,5Prab, 0,75Prab, Prab, Risp). Expozice v každé fázi by měla být alespoň 10 minut.

Tradiční metody GI a PI nemohou poskytnout dostatečnou flexibilitu při posuzování stavu OK, jejich kritérium je redukováno na „vyhověl“ nebo „nevyhověl“. Tyto zkoušky navíc neumožňují určit skutečnou hodnotu součinitele bezpečnosti, lze pouze konstatovat, že součinitel bezpečnosti OK není nižší než součinitel překročení zkušebního tlaku nad pracovní tlak. Není také možné odhadnout součinitel bezpečnosti pro mez kluzu a zbytkovou deformaci spojenou jak s rezervou plasticity, tak s tendencí ke křehnutí.

Použití GI s měřením koeficientu zbytkové roztažnosti umožňuje odhadnout rezervu plasticity, procento ovality a odchylku tloušťky stěny OK od nominální hodnoty. Omezením této metody je citlivost na

– změny teploty během zkoušek v důsledku zvýšení chyby měření spojené s odchylkou objemu pracovní kapaliny a teplotními deformacemi materiálu tělesa OK.

Testování OK metodou „stresového testu“ umožňuje detekovat podkritické vady, snížit zbytková napětí, eliminovat ovalitu, a také stanovit součinitel bezpečnosti a optimálně upravit provozní zatížení potrubí. Použití „stresového testu“ je však možné pouze u zařízení vyrobených z materiálu s

známá nominální fyzikální

mechanické vlastnosti, jinak je vysoká pravděpodobnost nehody.

Použití metody AE se jeví jako nejslibnější. Tato metoda, i přes vysoké náklady na zařízení a vysoké požadavky na kvalifikaci specialistů NDT, umožňuje monitorovat stav zařízení po celou dobu testu, sledovat vznik a vývoj vad, lokalizovat je a identifikovat.

1. Federální normy a pravidla v oblasti průmyslové bezpečnosti „Pravidla pro průmyslovou bezpečnost nebezpečných výrobních zařízení, která používají zařízení pracující pod tlakem“.

2. GOST R 52857.1-2007. Nádoby a přístroje. Normy pro výpočet pevnosti. Obecné požadavky.

3. Bezpečnostní příručka „Doporučení pro návrh a bezpečný provoz procesních potrubí“.

4. SP 75.13330.2012. Technologická zařízení a technologické potrubí. Aktualizovaná verze SNiP 3.05.05-84.

5. VSN 005-88. Konstrukce průmyslových ocelových potrubí. Technologie a organizace.

6. NP 044-03. Pravidla pro konstrukci a bezpečný provoz tlakových nádob pro jaderná energetická zařízení.

7. Pokyny pro použití, kontrolu, péči a pravidelné testování kompozitních lahví Sci.

8. Dmitrienko R.I. Zbytková roztažnost balónků (stručný přehled) / R.I. Dmitrienko, E.F. Garf

V.P. Čižičenko // Technická diagnostika a nedestruktivní testování. 2014, č. 1. S. 23-28.

9. GOST R 51753-2001. Vysokotlaké lahve na stlačený zemní plyn používaný jako motorové palivo v motorových vozidlech.

10. Dmitrienko R.I., Michovsky M. Metodika pro stanovení zbytkové roztažnosti válců // Vědecké novinky v NTSM. 2014. Godina XXII, Broy 1(150). S. 494-499.

11. Zkoušky pevnosti hlavních plynovodů metodou „stresového testu“ [Elektronický zdroj] / A.V. Topilin [et al.] // Oil & Gas Journal Russia 2013, č. 11. — Způsob přístupu: http://ogj russia.com/issues/article/ispytaniya-magystralnyh-gazoprovodov .

12. VN 39-1.9-004-98. Pokyny pro provádění hydraulických zkoušek potrubí se zvýšeným tlakem (metodou stresové zkoušky).

13. STO Gazprom 2-3.5-354-2009 „Postup zkoušení hlavních plynovodů v různých přírodních a klimatických podmínkách“.

14. Vd TÜV – Merkblatt Rohrleitungen 1060. Richtlinien für Duchfuhrung des Strebtest.

15. IGE/TD/1 Vydání 5 – Ocelové potrubí pro vysokotlakou přepravu plynu.

16. ANSI/ASMEB „Zkoušky potrubí“. Soubor postupů.

17. Z 183 -M, Svazek II „Potrubní systémy pro přepravu ropy“.

18. PB 03-593-03. Pravidla pro organizaci a provádění zkoušek akustické emise nádob, přístrojů, kotlů a procesních potrubí.

19. Smirnov A.N., Ozhiganov E.A. Akustická emise při různých stupních deformace a metody svařování oceli St3sp // Věstník Kuzbaské státní technické univerzity. 2014. Č. 6. –

20. GOST R 52727-2007. Diagnostika akustické emise. Obecné požadavky. Autoři článku:

i Nemůžete najít, co potřebujete? Vyzkoušejte službu výběru literatury.

Smirnov Alexandr Nikolajevič, doktor technických věd, profesor katedry strojírenské technologie KuzSTU. Ožiganov Jevgenij Anatoljevič, doktorand katedry strojírenské technologie KuzSTU. Baklanov Dmitrij Nikolajevič, výkonný ředitel Kuzbass RICC LLC, odborník v chemickém, petrochemickém a ropném průmyslu.

Kuzněcov Alexej Gennadyjevič, vedoucí oddělení dohledu nad kotli a plynem společnosti Kuzbass RICC LLC, odborník na zařízení pro dohled nad plynem.

Kuzněcov Gennadij Gennadjevič, přední specialista-expert společnosti Kuzbass RICC LLC, expert na zařízení pro dohled nad kotli.

Přijato redakcí dne 21.02.2015