Москва ул Мясницкая 24/7 ст 3+7 (499) 398-04-50
Самара ул Карла Маркса 245+7 (937) 170-18-55
+7(937) 170-18-55
А.Н. Мисейко, П.В. Кудрявцев, А.А. Сергеев, А.А. Акимов, А.М. Андреев, А.М. Козлов
Как известно, целями экспертизы промышленной безопасности (ЭПБ) технологического оборудования на опасных производственных объектах (ОПО) являются определение возможности, условий и сроков его дальнейшей эксплуатации [1]. Это делается на основании анализа технической документации, результатов неразрушающего контроля (НК) и прочностных расчетов. Однако в соответствии с действующими нормативно-техническими документами в области промышленной безопасности [2-4] нормирование дефектов по результатам НК проводится одинаково как для вновь вводимого в эксплуатацию, так и для длительно эксплуатирующегося оборудования, а оценка прочности выполняется как для бездефектного материала.
Существующая идеология обеспечения промышленной безопасности предполагает, что за счет соответствующего технического обслуживания и ремонта оборудование в процессе эксплуатации сохраняет технические характеристики, заложенные в нормах на его проектирование. На самом деле это далеко не так. После 20–30 лет эксплуатации и сварные швы, и основной металл, становятся далеки от идеального состояния и не соответствуют требованиям документов на проектирование нового оборудования.
Следует отметить, что прочностные расчеты при проведении ЭПБ эксплуатирующегося оборудования должны отличаться от расчетов на прочность при проектировании нового оборудования ввиду различия задач, стоящих перед проектировщиком и экспертом. Задача проектировщика – спроектировать оборудование, пригодное к эксплуатации в достаточно широком диапазоне условий. В расчет прочности, выполненный проектировщиком, заложены различные коэффициенты запаса, которые должны скомпенсировать возможные неточности и дефекты, допущенные при изготовлении и/или приобретенные в процессе эксплуатации оборудования, обеспечить его прочность, надежность и безопасную эксплуатацию. Перед экспертом же находится готовое, длительно эксплуатировавшееся оборудование, работоспособность которого подтвердила (или опровергла) практика. Требования, изложенные в НТД к вновь изготавливаемому оборудованию, с одной стороны, являются достаточно жесткими (избыточно консервативными), а с другой стороны не учитывают тот факт, что в процессе эксплуатации происходит деградация свойств металла и образуются дефекты в конструкции. Вследствие этого длительно эксплуатирующееся оборудование может не соответствовать требованиям документов на проектирование, но быть пригодным к эксплуатации. Перед экспертом стоит задача определить насколько полно использованы коэффициенты запаса, а, следовательно, необходимы другие, уточненные подходы, критерии оценки и нормирование дефектов, что требует другой нормативно-технической базы [5, 6].
Учитывая вышеизложенное, главной задачей ЭПБ длительно эксплуатирующегося оборудования является постановка правильного диагноза (определение доминирующего механизма повреждения), на основании которого делается правильный прогноз (оценка остаточного ресурса оборудования) и назначается правильный «курс лечения» (компенсирующие мероприятия и мониторинг) [5].
На сегодняшний день имеется ряд отечественных нормативно-технических документов, позволяющих проводить оценку прочности оборудования с дефектами металла и сварных соединений [7-12]. Однако они не решают полностью проблемы корректной оценки длительно эксплуатируемого оборудования. С точки зрения авторов назрела необходимость использования современных зарубежных технологий (так называемых «фитнес-технологий») при проведении ЭПБ технологического оборудования на ОПО.
Фитнес-технологии (Fitness-For-Service) были впервые разработаны Американским Нефтяным Институтом (API) и применены в США для продления срока службы технологического оборудования, выработавшего нормативный ресурс или содержащего дефекты и отклонения. Основным документом в этой области является стандарт API RP 579-1/ASME FFS-1 «Recommended Practice For Fitness-For-Service». Фитнес-технологии, по сути, представляют собой методики и алгоритмы, которые могут быть использованы для определения возможности, условий и сроков дальнейшей эксплуатации оборудования с дефектами, недопустимыми по НТД на новые изделия, либо оборудования, эксплуатирующегося в условиях, не предусмотренных проектировщиком. Они дают возможность оценить прочность (конструктивную целостность) технических устройств с элементами, имеющими дефекты основного металла и сварных соединений (например, такими как трещины, вздутия, расслоения, равномерная коррозия, локальная коррозия и пр.), общие и местные нарушения геометрической формы.
Необходимо заметить, что базовым принципом оценок является определение типа дефекта и доминирующего механизма повреждения (ДМП). При проведении оценок недопустим формальный подход, т.е. недопустимо пользоваться какими-либо формулами, не определив причин возникновения дефектов, ДМП, скорости деградации свойств металла, не назначив компенсирующих и мониторинговых мероприятий. Принципиальным является, также, то, что процедуры предназначены для оценки не объекта (сосуд, технологический трубопровод, участок магистрального трубопровода), а элемента (обечайка, днище, конический переход, трубная секция).
В целом алгоритм оценки технического состояния с помощью фитнес-технологий представляет собой восемь шагов [13].
Первый шаг состоит в идентификации типа дефекта и причин, вызвавших повреждение. При этом для выявления вероятных ДМП могут быть использованы проектная документация и рекомендации завода-изготовителя, исполнительная документация, результаты анализа условий эксплуатации и характеристик рабочей среды, проведенных ремонтов и технических освидетельствований.
Второй шаг состоит в определении области применения и ограничений при применении конкретной процедуры оценки пригодности к эксплуатации. Они зависят от типа дефекта, ДМП и от используемого оценочного уровня.
При использовании фитнес-технологий следует применять три оценочных уровня. Каждый уровень основывается на определенном компромиссе между консервативностью оценки, количеством необходимой информации, квалификацией персонала, выполняющего оценку, и сложностью производимого анализа. Когда принятый уровень не обеспечивает получение требуемого результата, последовательно переходят к следующим уровням. Например, если при выполнении НК обнаружены дефекты недопустимые по нормам отбраковки принятым при изготовлении оборудования, то это соответствует консервативному подходу. Наличие таких дефектов еще не означает необходимости принятия безусловного решения о ремонте оборудования или прекращения его эксплуатации. Необходимо, измерив параметры дефекта, выполнить расчет прочности и только после этого принимать соответствующее решение.
Оценочный уровень 1 наиболее консервативен и, в то же время, наиболее прост в применении. На этом уровне необходим сравнительно небольшой объем информации по обследуемому техническому устройству.
Процедуры, включенные в оценочный уровень 2, предусматривают более подробное обследование, что дает больше информации по сравнению с уровнем 1. При оценке по уровню 2 выполняются более детальные расчеты.
Процедуры по уровню 3 предназначены для обеспечения наиболее детального обследования по сравнению с уровнями 1 и 2. На уровне 3 требуется наиболее полная информация о техническом устройстве (элементе). Оценочный уровень 3 используют в сложных случаях, когда нет нормативных документов по расчету конструкций с дефектами ввиду отсутствия научных данных для создания соответствующих нормативных положений. Анализ основывается, как правило, на использовании численных методов расчета (например, метода конечных элементов).
На третьем шаге определяются требования к исходным данным (ИД), необходимым для оценки пригодности оборудования к эксплуатации. Они являются общими для всех фитнес-технологий и зависят от типа оцениваемого дефекта и механизма повреждения. ИД должны включать:
Четвёртым шагом является выбор методик оценки и критериев пригодности оборудования к эксплуатации. Они зависят от ДМП и характеристик дефекта. В случае действия нескольких механизмов повреждений для оценки могут быть использованы комбинированные процедуры.
На пятом шаге выполняется оценка остаточного ресурса. Фитнес-технологии не предусматривают окончательное установление остаточного ресурса оборудования (от момента контроля технического состояния до перехода в неработоспособное или предельное состояние). Оценка остаточного ресурса (срока службы) выполняется для назначения срока следующего технического диагностирования, то есть имеет место установление назначенного ресурса оборудования с учетом имеющихся дефектов, их допустимых значений и возможного развития повреждений.
Шестой шаг состоит в назначении компенсирующих мероприятий с учетом ДМП и типа дефекта. Примеры компенсирующих мероприятий: дефект недопустим в существующих эксплуатационных условиях; оцененный остаточный ресурс (срок службы) является весьма малым или его оценка затруднена; современных научных данных недостаточно для проведения соответствующей оценки. В отдельных случаях компенсирующие мероприятия имеют целью снижение скорости развития повреждений в процессе эксплуатации оборудования. Развитие повреждений может быть связано как с ростом дефекта, так и с деградацией свойств материала.
Седьмой шаг заключается в организации мониторинга оборудования в процессе эксплуатации для выявления закономерностей возможного развития повреждений с учетом механизмов деградации и типов дефектов. Мониторинг назначают также в случаях, когда остаточный ресурс оценить не удается из-за невозможности формального описания деградации свойств металла технического устройства в условиях эксплуатации или когда рассчитанная величина ресурса слишком мала.
Обычно применяемые технологии мониторинга:
На восьмом шаге выполняется документирование, которое должно включать описание всей информации и всех решений, принятых в процессе оценки. Требования к документированию, как правило, являются общими для всех процедур фитнес-технологий.
Комплекс конкретных компенсирующих и мониторинговых мероприятий является при ОПЭ необходимой частью заключения об остаточном ресурсе. Соответствующие рекомендации разрабатываются экспертной организацией и согласовываются с владельцем технического устройства. Указанные рекомендации должны содержать объем, методы и периодичность работ по определению технического состояния оборудования в течение срока до следующего технического диагностирования.
Литература