Цель: определение свойств металлов неразрушаемым способом, прогнозирование с учетом предыдущих показаний, условий эксплуатации и правильностью выбора режима, а также пуска и остановки оборудования, работающего под большим давлением и (или) высоких температурах. Методы: неразрушающий контроль. Вывод: правильность выбора режима и условий эксплуатации продляют срок службы оборудования.
Ключевые слова: твёрдость, ТЭМП, оборудование, работающее под давлением и (или) температурой, котельные установки, сосуды, трубопроводы, условия эксплуатации.
При проведении экспертизы промышленной безопасности опасных производственных объектов, а именно при обследовании объектов котлонадзора, к которым относятся оборудование, работающее под большим давлением (свыше 1,07МПа) и (или) высоких температурах (свыше 115°С), контролируют такой параметр, как твердость металла. Этот контроль является обязательным при экспертном обследовании.
Металл, на протяжении определенного времени, может менять свои свойства в зависимости от среды, в которой он эксплуатируется, а также от правильности эксплуатации (технологии пуска и остановки оборудования) и выполнении требований правил промышленной безопасности. Этот показатель интересно разобрать более подробно. Зачем он нужен? Что если сталь мягче, чем должна быть? Или наоборот, сталь тверже, чем максимальное значение в нормативно-технической документации? Чем это чревато, и какие рекомендации мы должны сделать?
Как известно, твёрдость — это способность материала сопротивляться внедрению другого материала или деформации. В нашем случае нам интересен такой параметр, как деформация. Чем тверже металл, тем его сложнее согнуть, деформировать, изменить геометрию. Твердость зависит от марки стали. Для каждой марки она находится в определенных пределах, но со временем эксплуатации в различных условиях этот показатель может меняться.
Начнём с того, что получив данные по твердости металла, которые не сильно отличаются от допустимых, зачастую, учитывая погрешность прибора, мы пишем значение в допуске (ссылаясь на погрешность прибора).
Рассмотрим вариант, когда полученное значение менее допуска, допустим, составляет 80 НВ, а должно быть минимально 110 НВ. Это значит, что металл на этом участке «мягкий» податливый, он может легко расширяться и сужаться без нарушения сплошности и образования трещин — достаточно пластичный материал. Казалось бы, хорошее свойство для оборудования, которое работает с переменным давлением (воздухосборники). У такого металла есть недостаток — он в процессе работы, особенно при нагрева-остывания (барабаны котлов работают при 190°С и их останавливают в неотопительный сезон — если нарушить режим остывания металл может «повести») деформируется. Нарушается геометрия, а на неё также существуют допуски. Можно забраковать оборудование из-за изменения геометрических размеров.
Рассмотрим вариант, когда металл твердый, больше допуска (210 НВ и выше). Он устойчив к внешним воздействиям, хорошо держит высокое давление и температуру.
Рассмотрим различные условия эксплуатации оборудования, которые встречаются при проведении экспертного обследования технических устройств:
В первом случае, мы рассмотрим котельные установки, установленные внутри здания, работающие под давлением в 10 кгс/см² и более температурой 115°С и выше. Металл при таких условиях становится более пластичным. Так как температура в здании котельной в течение года не сильно меняется, то она не сильно влияет изменение состояния твердости металла и он остаётся в пределах определенных значений. Определив твердость, и сопоставив с предыдущими значениями, мы сможем убедиться, что она не сильно будет отличаться. Но надо учитывать требования правил при пуске и остановке оборудования. При неправильной остановке металл, вследствие резкого перепада температур, может потерять свои характеристики в худшую сторону.
Во втором случае, сосуды, работающие под давлением в 6 кгс/см² и выше с циклическими нагрузками, т.е в диапазоне от 4 до 6 кгс/см². Сосуд в течение дня то расширяется, то сужается — как лёгкие у человека, когда мы дышим — это постоянный процесс. Сосуд может быть установлен как внутри здания, так и снаружи. При расположении его снаружи он испытывает сильные перепады температур (от -30°С зимой до +30 летом), поэтому контролю подвергается 100 % длины сварных швов (для тех, которые расположены в здании достаточно обследовать 20 % длины сварных швов). Эти перепады температур никак не нивелируются. Что это значит? Сосуд не утепляют. Он работает с воздухом — а как известно он (воздух) не «замерзает». Поэтому зимой металл становится более хрупким, а летом более пластичным. И при обследовании сосудов и измерении твердости, сопоставляя с предыдущими значениями, у нас цифры будут разниться в достаточных пределах.
В третьем случае, трубопроводы пара, работающие под давлением в 14 кгс/см² и выше и температурой 194°С. Металл в таких условиях становится пластичным. Давление в системе на всём протяжении постоянно. Значение твердости не сильно будут отличаться от предыдущих значений. Они будут находиться в нижних пределах — порядка 110 НВ. Особенностью обследования трубопроводов является то, что находясь снаружи, они утеплены и заизолированы, поэтому найти стыки труб достаточно проблематично.
Измерить показатель твердости можно приборами серии ТЭМП (ТЭМП-2, ТЭМП-4) — это довольно простой и удобный прибор. Но при измерении показания разнятся, так как сам мерительный инструмент, который надо прижимать к поверхности металла, имеет достаточно малую площадь. В результате приходится несколько раз определять в одной и той же точке.
Рассмотрев изменение свойств металла от условий эксплуатации, технологии пуска и остановки оборудования, осталось указать требования, предъявляемые при определении твердости различных объектов котлонадзора (котлам, сосудам, трубопроводам).
В статье 162 Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением» написано, что измерение твердости металла сварного соединения проводят в целях проверки качества выполнения термической обработки сварных соединений… и в объеме, установленными технологической документацией. [1]
В целях проверки качества металла, сварных швов, а также околошовную зону — это участок металла, прилегающий к сварному шву, используют «Инструкцию по визуальному и измерительному контролю» РД 03–606–03. [2] При визуальном и измерительном контроле этот участок зачищается по 20 мм в обе стороны от сварного шва. Предлагается на ширине этого участка в 40 мм измерять 4 точки твердости: 2 непосредственно у сварного шва и 2 на расстоянии 15±2 мм от сварного шва. А по длине делать интервал в 500 мм. Получается, что при длине сварного шва в 3 метра (обечайка воздухосборника или барабан котла) будет 24 замера твёрдости. При обнаружении показаний твердости меньше или больше допустимого значения необходимо уменьшить интервал в 2 раза (до 250 мм). На этом участке будет 12 замеров — этого достаточно, чтобы сделать вывод о качестве сварного соединения с точки зрения твердости.
Есть «Инструкция по продлению срока безопасной эксплуатации паровых котлов и водогрейных котлов» [3] и в «Инструкции по продлению срока безопасной эксплуатации сосудов под давлением» [4] и в «Инструкция по продлению срока безопасной службы трубопроводов 2, 3 и 4 категорий» [5]. В которых написано, что точки замеров твердости могут совпадать с точками замеров толщин — они уже зачищены от коррозии и (или) накипи.
Как видно, оборудования котлонадзора достаточно специфично, работают в различных режимах, с различными величинами давления и температуры. Рассмотренные варианты, лишь маленький перечень из объектов котлонадзора. Так как автор (вместе с соавторами) не обследовал более мощные установки. Для каждого объекта есть свои особенности.
На данный момент, большинство объектов устарело, как морально, так и физически. Нами обследовались технические устройства 50-х годов выпуска. Котлы, которые в своё время эксплуатировались на высоких параметрах, работали как нужды своего предприятия, так и соседнего предприятия, сейчас эксплуатируются на 70 % от номинальной производительности. Да и они не смогут работать на номинальных параметрах, так как устарели. Но это оборудование будет и дальше работать при правильном выборе режима и условий эксплуатации.
Литература:
1. Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением» (утв. Приказом Ростехнадзора от 25.03.2014 N 116);
2. РД 03–606–03 «Инструкции по визуальному и измерительному контролю» (зарегистрирован в Министерстве юстиции Российской Федерации 20.06.2003 N 4782);
3. СО 153–34.17.469–2003 «Инструкция по продлению срока безопасной эксплуатации паровых котлов с рабочим давлением до 4,0 мпа включительно и водогрейных котлов с температурой воды выше 115 °с» (утв. приказом Минэнерго России от 24.06.2003 N 254);
4. СО 153–34.17.439–2003 «Инструкция по продлению срока службы сосудов, работающих под давлением» (утв. приказом Минэнерго России от 24.06.2003 N 253)
