|
Стр. 2
задиры и т.д.).
3.8.6. При кристаллическом характере поверхности разрушения
элемента сосуда очаг зарождения трещины определяется по
"шевронному" рисунку (рельефу), а именно по направлению сходимости
лучей (ступенек) рельефа, указывающего на направление к очагу
зарождения трещины.
3.8.7. Для усталостного излома свойственна относительно
плоская, без развитого рельефа поверхность разрушения, не
обнаруживающая признаков пластической деформации, а при условии
отсутствия смыкания берегов трещины - наличие на поверхности
разрушения усталостных бороздок (следов периодической остановки
трещины).
3.8.8. В ряде случаев очаг зарождения усталостной трещины
выявляется по изменению цвета излома и наличию на поверхности
разрушения концентрических (относительно очага зарождения трещины)
линий (бороздок), появление которых связано с изменением режима
нагружения и состава коррозионной среды.
3.8.9. Электронно-фрактологический анализ изломов, возникших
при эксплуатации сосудов, проводится после очистки поверхности
разрушения от грязи и продуктов с помощью органических
растворителей (ацетон, керосин, толуол, бензин, гексан, гептан и
т.п.) и последующей осушки излома с целью удаления влаги.
3.8.10. Выбор оборудования для проведения
электронно-фрактографического анализа изломов осуществляют в
соответствии с МР 5-81 [42].
3.8.11. При определении технического состояния сосудов,
выполненных из материалов, у которых под действием
эксплуатационных факторов может происходить изменение исходных
свойств, приводящее к их охрупчиванию, проводится оценка вида и
величины (степени) охрупчивания материала под воздействием
технологических и эксплуатационных факторов.
3.8.12. К технологическим факторам охрупчивания относятся все
виды воздействий на стадиях изготовления (вальцовка, подгиб
кромок, сварка, термообработка и т.д.), транспортировки и монтажа
сосуда.
3.8.13. К эксплуатационным факторам охрупчивания относятся все
виды тепловых, механических, коррозионно-механических и
коррозионных воздействий в период эксплуатации сосуда, включая
технологические и внеплановые остановы.
3.8.14. К числу основных видов охрупчивания, возникающих при
эксплуатации конструкций, относятся:
а) тепловая хрупкость, обусловленная сегрегацией вредных
примесей типа фосфора и его химических аналогов и выделением
карбидов по границам зерен при длительном воздействии повышенных
температур (150 - 500 -C);
б) водородная хрупкость, вызванная воздействием водорода и
водородосодержащих газовых и жидкостных сред;
в) деформационное старение в зонах конструкции, испытывающих
малоцикловую усталость и статическую или циклическую перегрузку в
результате накопления при пластической деформации дефектов
кристаллической решетки типа дислокаций и последующего закрепления
их атомами внедрения типа углерода и азота;
г) сульфидное растрескивание, обусловленное влиянием
сульфидсодержащих составляющих в жидкой и газовой средах;
д) коррозионное растрескивание под напряжением, вызванное
одновременным воздействием механических нагрузок и
электрохимических процессов коррозии;
е) хлоридное растрескивание, связанное с присутствием в жидкой
фазе ионов хлора.
3.8.15. В зависимости от конструктивных особенностей сосуда,
наличия зон с различными условиями эксплуатации (температура,
давление, среда и т.д.), режимов сварки и материального исполнения
элементов конструкции степень охрупчивания металла может
существенно различаться, что следует учитывать при выборе места
отбора проб.
3.8.16. В зависимости от потенциальной опасности, возникающей
при разрушении конструкции, возможных механизмов повреждаемости
металла, сроков ее эксплуатации и иных важных обстоятельств
организация, проводящая диагностирование, совместно с владельцем
сосуда согласовывает методику отбора проб металла,
предусматривающую вырезку заготовок (макропроб) или спил, срез,
сруб малых проб (микропроб), не нарушающих целостность
конструкции.
3.8.17. Места вырезки заготовки для изготовления стандартных
образцов, ориентация оси концентраторов (надрезов) в этих образцах
определяются в зависимости от конструктивных особенностей сосуда,
ожидаемых мест максимальной повреждаемости материала и условий
возможного ремонта конструкции.
3.8.18. Технология вырезки заготовки для изготовления
стандартных образцов определяется по ГОСТ 7268-82 [43] с учетом
конструктивных особенностей сосуда и условий максимального
облегчения последующих ремонтных работ по восстановлению
работоспособности конструкции.
3.8.19. Каждая заготовка должна иметь маркировку с указанием
мест отбора проб и направления ориентировки характерного элемента
заготовки по отношению к элементу конструкции.
3.8.20. При использовании методики малых проб с толщиной
микропроб, не превышающих глубину коррозионных язв, питтинга или
толщиной 2,5 - 5% от толщины стенки сосуда, отбор проб проводят
механическим (спил, срез, сруб) или физическим (электроискровым и
т.д.) способами без применения огневого воздействия на металл.
Технология проведения работ должна обеспечить минимальную
деформацию металла при отборе проб.
3.8.21. Рекомендуемый размер микропроб от элементов сосуда
должен быть не менее 1,2 x 1,5 x 15 мм, а минимальная площадь
сечения в ее срединной части - не менее 3 кв. мм.
3.8.22. Каждая микропроба должна иметь сопровождающую записку,
указывающую место ее отбора и направление ориентировки длинной
стороны микропробы относительно элемента конструкции.
3.8.23. После проведения отбора микропроб металла места отбора
подвергаются механической зачистке (с помощью шлифмашинки или
другими способами) для устранения концентраторов напряжений.
3.8.24. На каждую конструкцию составляется карта отбора
микропроб с указанием места отбора по отношению к сварному
соединению: основной металл, металл сварного шва и околошовной
зоны и зон сосуда; при этом для двухфазной среды выделяются зоны с
исключительно газовой и жидкостной средой и зоной переменного
смачивания.
3.8.25. Подготовка проб к исследованию.
3.8.25.1. В целях выявления межзеренной хрупкости, которая
свойственна видам хрупкости, указанным в п. 3.8.14, "а", "б", "г",
"д", "е" и др., электронно-фрактографический анализ проводится на
хрупких кристаллических зонах изломов стандартных образцов
(ГОСТ 9454-88 [24]) или микропроб, а также на элементах
конструкции в случае их разрушения.
3.8.25.2. При фрактографическом анализе излома стандартных
образцов исследованию подлежит поверхность разрушения в пределах
"хрупкого квадрата" (кристаллического строения поверхности
разрушения центральной части образца).
3.8.25.3. При определении доли межкристаллитного разрушения на
микропробах форма их и размеры произвольны в той степени, чтобы
хрупкий излом надежно характеризовал состояние материала в
исследуемых зонах (элементах) конструкции.
3.8.25.4. В целях ограничения влияния предварительной
пластической деформации, возникающей при разрушении, на строение
изломов рекомендуется использовать образцы и микропробы с острым
V-образным надрезом (ГОСТ 9454-88).
3.8.25.5. Температура испытания T стандартных образцов,
исп
предназначенных для электронно-фрактографического анализа,
устанавливается по положению кривой температурной зависимости
ударной вязкости KC = f(T ) и доли волокна в изломе B = f(T )
исп исп
для исследуемого материала так, что T должна быть ниже T и
исп 50
T (KCV = 20 Дж/кв. см) на 70 -C и 20 -C соответственно, где T -
к 50
критическая температура, устанавливаемая по наличию в изломе
50%-ной волокнистой составляющей, T (KCV = 20 Дж/кв. см) -
к
критическая температура, определяемая по величине ударной вязкости
на образцах с V-образным надрезом, равной 20 Дж/кв. см.
3.8.25.6. Температура испытания микропроб от сосудов, которые
изготовлены из известных сталей, определяется аналогичным образом.
Для случаев, когда сериальные кривые KC = f(T ) и B = f(T )
исп исп
для обследуемой конструкции неизвестны, то температуру первого
испытания целесообразно выбрать в диапазоне температур от -60 до
-120 -C. По результатам первого испытания микропробы следует
произвести коррекцию температуры последующих испытаний.
3.8.25.7. При наличии информации о хрупком разрушении
конструкции из углеродистых и низколегированных сталей при
комнатной и более высоких температурах в целях удобства и экономии
хладагента первые испытания ударных образцов и микропроб
рекомендуется проводить при комнатной температуре.
3.8.25.8. В целях предотвращения коррозионных повреждений
поверхности разрушения отогрев изломов следует производить в ванне
с предохраняющей от коррозии жидкостью (ацетоном, толуолом,
гексаном и т.п.), а сушку - с помощью фена или вакуумирования.
3.8.25.9. При измерении доли структурных составляющих хрупкого
излома просматривают не менее 50 - 100 полей зрения при 1000 -
3000-кратном увеличении в растровом электронном микроскопе и 500 -
600 полей зрения с 3 - 5 реплик (с числом полей зрения в каждой
реплике не менее 70) при 4000 - 6000-кратном увеличении в
просвечивающем электронном микроскопе.
3.8.25.10. Рабочее увеличение, используемое при
электронно-фрактографическом анализе, определяется из условия,
чтобы размер поля (кадра) не превышал или был равен наиболее
вероятному размеру наименьшего структурного элемента, например
фасетки транскристаллитного скола.
3.8.25.11. В каждом из полей зрения (кадра) отмечают
превалирующий (+/- 85%) характер разрушения: хрупкий
транскристаллитный скол (Х), ямочный (Я), межкристаллитный (М) и
смешанные: (М + Я), (М + Х), (Х + Я). Доля межкристаллитной
составляющей определяется по формуле:
SUM М + SUM (М + Х) / 2 + SUM (М + Я) / 2
f = ----------------------------------------- x 100%,
м N
где:
N - общее число полей зрения;
SUM - суммарное число полей, занятых данным видом структурной
составляющей излома. Аналогичным образом устанавливается доля
полей f , занятая фасетками хрупкого транскристаллитного скола.
х
3.8.25.12. Приведенная доля межкристаллитной составляющей,
отражающая увеличение длины свободного пробега элементарной
хрупкой микротрещины за счет ослабленных границ зерен,
определяется по отношению величины f к площади хрупкой зоны
м
излома, занятой фасетками транскристаллитного скола и фасетками
межкристаллитного разрушения:
f
м
F = ------- x 100%.
м f + f
м х
3.8.25.13. Смещение критической температуры, связанной с
величиной межкристаллитного охрупчивания стали, устанавливается по
соотношению:
э и 0 э и
ДЕЛЬТА T = T - T = T + K (F - F ),
к к к к м м
где:
э и
T и T - критические температуры хрупкости металла после
к к
эксплуатации и в исходном состоянии (до эксплуатации)
соответственно;
0
T - постоянная материала, зависящая от типа структуры:
к
0
T = 10 -C для стали со структурой феррита и феррит + перлит,
к
0
T = 20 -C для стали со структурой мартенсита и бейнита, в том
к
числе мартенсита и бейнита отпуска, и смешанной структурой, в
которой присутствуют продукты сдвигового (бездиффузионного)
превращения;
K - коэффициент пропорциональности, зависящий от вида
межкристаллитного разрушения: K = 3,0 -C/% для межзеренного
разрушения по границам бывших зерен аустенита в сталях, структура
которых образовалась по сдвиговому механизму превращения и K =
1,04 -C/% для межсубзеренного разрушения в сталях, структура
которых образовалась по сдвиговому механизму превращения, и
межзеренного разрушения в сталях, испытавших диффузионное
превращение;
э и
F и F - приведенные доли межкристаллитного разрушения в
м м
металле после эксплуатации и в исходном состоянии соответственно.
3.8.25.14. Установление вида межкристаллитного разрушения в
сталях, показывающих в структуре продукты сдвигового превращения,
проводят по характеристикам структуры хрупкого излома путем
измерения фасеток хрупкого межкристаллитного и транскристаллитного
сколов разрушения: если средний размер фасетки межкристаллитного
разрушения меньше среднего размера фасетки транскристаллитного
скола, то имеет место межсубзеренное разрушение, а в иных случаях
- межзеренное.
3.8.25.15. Для сосуда, выполненного из разнородных материалов,
степень межзеренного охрупчивания определяется для каждой стали.
3.8.25.16. Для сварных конструкций рекомендуется оценку
степени охрупчивания стали производить для основного металла,
металла сварного шва, для околошовной зоны.
3.8.25.17. Для сосудов с антикоррозионным защитным покрытием,
эксплуатируемых при повышенных (выше 150 -C) температурах,
допускается проводить отбор проб металла с наружной стороны
конструкции. Степень охрупчивания металла со стороны защитного
покрытия рассчитывается специализированной организацией с учетом
перепада температур по толщине стенки.
3.8.25.18. При прогнозировании характеристик трещиностойкости
и остаточного ресурса сосуда, выполненного из материалов, склонных
к хрупкому разрушению, и эксплуатируемого в диапазоне температур
вязкохрупкого перехода, скорость охрупчивания стали V
охр
определяется как V = ДЕЛЬТА T / тау, где тау -
охр к
продолжительность эксплуатации сосуда.
3.9. Анализ результатов технического диагностирования
и проведение расчетов на прочность
3.9.1. Анализ прочности является одним из наиболее
ответственных этапов диагностирования, в результате которого
определяются фактические запасы прочности сосуда по его состоянию
на момент диагностирования, устанавливается соответствие сосуда
требованиям действующих норм прочности и определяются условия и
ресурс дальнейшей безопасной эксплуатации.
3.9.2. Расчет на прочность выполняется с учетом результатов
технического диагностирования в соответствии с подразд. 3.1 - 3.8
настоящих Методических указаний. В расчетах учитываются
фактические значения толщин стенок элементов сосудов, размеры и
расположение выявленных дефектов, результаты исследований свойств
металла. Расчеты на прочность выполняются на основании требований
действующих нормативных документов (Приложение В).
Расчетам на прочность подвергаются все основные конструктивные
элементы сосуда: цилиндрические, конические или сферические
корпуса, выпуклые и плоские днища и крышки, укрепление отверстий,
фланцы и т.д. Расчеты на прочность проводятся с учетом всех видов
нагрузок, действующих на сосуд: внутреннего, внешнего давления,
при необходимости - ветровых и сейсмических воздействий, веса
аппарата и примыкающих к нему элементов.
Расчеты на статическую прочность проводятся в обязательном
порядке. Расчет на циклическую прочность проводится, когда
количество циклов нагружения сосуда превышает 1000. Когда в
процессе эксплуатации возможен переход материала сосуда в хрупкое
состояние, то необходимо оценивать прочность и остаточный ресурс
сосуда с учетом хрупкого разрушения.
Различные особые случаи определения остаточного ресурса
сосудов приведены в разд. 6 и 7 настоящих Методических указаний.
3.9.3. В тех случаях, когда расчетов на прочность по
действующим нормативным документам недостаточно, то проводятся
уточненные расчеты в соответствии с рекомендациями разд. 5
настоящих Методических указаний.
3.9.4. В случае обнаружения недопустимых дефектов типа вмятин,
выпучин, смещения кромок стыкуемых элементов, овальности, а также
внутренних дефектов в сварных швах допускается определять их
влияние на прочность сосуда расчетом по РД 26-6-87 [14],
ПНАЭ Г-7-002-86 [15] или с помощью специальных методов расчетов,
согласованных с Госгортехнадзором России, или экспериментально.
3.9.5. При невозможности расчетной или экспериментальной
оценки влияния дефекта или при неудовлетворительных результатах,
полученных в соответствии с п. 3.9.4 или разд. 5, дефектное место
подлежит ремонту (в случае его ремонтопригодности) с обязательным
последующим обследованием места ремонта и проведением расчета на
прочность.
3.10. Гидравлические (пневматические) испытания сосуда
3.10.1. Гидравлические испытания, являющиеся завершающим
этапом работ по диагностированию, проводятся в целях проверки
прочности и плотности элементов сосуда. Гидравлическое испытание
проводится при положительных результатах диагностирования или
после устранения выявленных дефектов в соответствии с требованиями
Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих
под давлением (ПБ 10-115-96).
3.10.2. Значение пробного давления определяется по рабочим
параметрам сосуда (давлению и температуре), которые
устанавливаются по результатам диагностирования.
3.10.3. Гидравлическое испытание может быть заменено
пневматическим при условии контроля процесса нагружения методом
АЭК; контроль осуществляется в соответствии с требованиями Правил
организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов,
аппаратов, котлов и технологических трубопроводов (РД 03-131-97).
3.10.4. В том случае, когда при проведении гидравлических
испытаний используется метод АЭК, величина давления в соответствии
с Правилами организации и проведения акустико-эмиссионного
контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических
трубопроводов (РД 03-131-97) может быть принята равной 1,05
рабочего давления.
3.10.5. В том случае, когда при диагностировании в качестве
неразрушающего метода контроля использован метод АЭК в
соответствии с п. 3.6.3, гидравлическое (пневматическое) испытание
в соответствии с п. 3.10.1 допускается не проводить, если в сосуде
не были выявлены дефекты, требующие ремонта.
3.10.6. Сосуд считается выдержавшим гидравлические испытания,
если в процессе нагружения не обнаружено:
падения давления;
течи и отпотевания;
трещин и других признаков разрыва металла;
видимых остаточных деформаций;
акустически активных дефектов (в том случае, когда при
испытаниях осуществляется контроль методом АЭК).
4. АНАЛИЗ ПОВРЕЖДЕНИЙ И ПАРАМЕТРОВ
ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СОСУДОВ И АППАРАТОВ
4.1. Нормы и критерии оценки технического
состояния сосудов
4.1.1. Дефекты и повреждения сосудов и аппаратов.
Повреждения сосудов и аппаратов возникают вследствие
воздействия различных эксплуатационных факторов. Наиболее
распространенные виды повреждений обусловлены следующими
воздействиями: коррозией металла (сплошной или общей, пятнами,
межкристаллитной, язвенной, питтинговой, щелевой, контактной,
структурно-избирательной, атмосферной, коррозионным
растрескиванием и др.), эрозионным истиранием стенок рабочей
средой, усталостью, ползучестью, изменением физико-химических
свойств металла и другими причинами.
В сосудах, работающих в водородосодержащих средах, под
воздействием водорода, при повышенных температуре и давлении,
могут возникнуть водородная коррозия, охрупчивание (снижение
трещиностойкости) и снижение пластичности металла.
Наиболее часто встречаемыми повреждениями поверхностей нагрева
являются свищи, отдулины, трещины и разрывы в местах вварки
штуцеров, которые могут быть вызваны различными причинами.
При эксплуатации и ремонте сосудов возможно механическое
повреждение поверхностей в виде вмятин или царапин, а также при
нарушении технологии ремонта возможны дефекты сварных швов и
изменение свойств основного металла.
Воздействие вышеуказанных факторов при эксплуатации вызывает
изменение технического состояния сосудов, проявляющееся в
уменьшении толщины стенок, изменении геометрических размеров
сосудов, механических свойств и структуры металла, возникновении
локальных повреждений в виде трещин, каверн, язв, появлении
участков пластической деформации или изменении других параметров
технического состояния (ПТС) сосудов.
Предельно допустимые значения ПТС, установленные в
нормативно-технической документации, называют критериями
предельного состояния (КПС), которые являются критериями для
оценки технического состояния сосудов при диагностировании и
определении их остаточного ресурса безопасной эксплуатации.
Дефекты и повреждения, которые в момент контроля не являются
критическими, но могут за период планируемой эксплуатации достичь
значений КПС, при проведении диагностирования должны быть выявлены
и устранены. Для выявления таких дефектов применяют критерии
отбраковки (КО) элементов сосудов, изложенные в п. 4.1.3.
4.1.2. Нормы оценки технического состояния сосудов.
Нормы оценки технического состояния сосудов (аппаратов), при
которых допускается их дальнейшая эксплуатация без проведения
специальных расчетов, определяются нормативной технической
документацией на сосуды, устанавливающей допуски на отклонение
геометрических размеров сосудов, механических свойств и структуры
металла, размеры дефектов, в частности:
размеры основных элементов сосуда должны соответствовать
проектным, указанным в паспорте и заводских чертежах, с учетом
допусков на размеры полуфабрикатов и их изменение при
технологических операциях на заводе-изготовителе;
механические свойства металла основных элементов сосуда,
указанные в сертификатных данных, должны удовлетворять требованиям
соответствующих нормативных документов;
отклонения формы, увод (угловатость) кромок в сварных швах,
смещение кромок стыкуемых листов должны соответствовать допускам,
установленным Правилами устройства и безопасной эксплуатации
сосудов, работающих под давлением (ПБ 10-115-96), и (или)
требованиями Правил проектирования, изготовления и приемки сосудов
и аппаратов стальных сварных (ПБ 03-384-00), ОСТ 24.201.03-90
"Сосуды и аппараты стальные высокого давления. Общие технические
требования" и другими нормативными документами.
При выявлении в ходе диагностирования сосудов отклонений
каких-либо параметров от норм, установленных на сосуды, необходимо
производить оценку технического состояния сосудов по критериям
отбраковки, приведенным в п. 4.1.3, и проводить анализ их влияния
на безопасность эксплуатации сосуда.
4.1.3. Критерии отбраковки при диагностировании сосудов.
Эксплуатационные нормы допускаемых размеров повреждений могут
превышать технологические допуски на изготовляемые сосуды.
Основные критерии отбраковки элементов сосудов при их
диагностировании приведены ниже.
4.1.3.1. Допускаемые отклонения геометрических размеров и
формы сосудов - отклонение от прямолинейности образующей
цилиндрического корпуса сосуда, отклонение диаметра сосуда,
овальность, допускаемые размеры отдельных выпуклостей (выпучин) и
вогнутостей (вмятин), смещение кромок сварных швов, указаны в
нормативной документации на сосуды (отраслевые стандарты,
технические условия на изделия). Если измеренные отклонения
геометрических размеров сосудов не превышают допусков, то сосуды
могут быть допущены к дальнейшей эксплуатации без исправления.
Если размеры отклонений больше допускаемых, то вопрос о
возможности дальнейшей эксплуатации сосуда без исправления
решается на основе расчета на прочность специализированной
организацией.
4.1.3.2. Допускаемые толщины стенок сосудов и размеров
коррозионных повреждений.
При равномерной коррозии минимальная толщина стенок элементов
корпуса сосуда должна быть не менее расчетной с учетом
эксплуатационной прибавки на коррозию. В качестве расчетной
(отбраковочной) величины различных конструктивных элементов
сосудов принимается наибольшая толщина, полученная из расчетов на
прочность и устойчивость при различных режимах эксплуатации и
испытания. Если минимальная толщина стенки равна расчетной без
эксплуатационной прибавки, то возможность дальнейшей эксплуатации
сосуда и остаточный срок его службы устанавливаются при условии
изменения рабочих параметров эксплуатации.
Для сосудов из пластичных материалов в условиях эксплуатации
участки с локальными коррозионными повреждениями, расположенные на
_________
расстоянии не менее \/D (S - C) от штуцеров или других элементов,
вызывающих краевой эффект, могут быть допущены к эксплуатации без
ремонта, если одиночные коррозионные язвы, эрозионные повреждения
(нетрещиноподобного вида) имеют глубину C , не более 80% от
1
минимальной толщины стенки элемента S, определенной при
толщинометрии, и имеют длину не более величины, вычисленной по
формуле:
__________ _______
L <= 1,2B \/D (S - C), где B = (1 - C / S) / \/C / S,
1 1
где:
D - внутренний диаметр сосуда;
C - расчетная прибавка на равномерную коррозию.
Одиночными считаются дефекты, расстояние между ближайшими
кромками которых составляет не менее длины меньшего дефекта. Если
это расстояние меньше, то дефекты считаются взаимодействующими. В
этом случае два дефекта (или несколько) могут рассматриваться как
один, длина которого принимается равной расстоянию между наиболее
удаленными кромками этих дефектов, а глубина принимается равной
наибольшей глубине дефектов.
Если размеры дефектов превышают L, то вопрос о возможности
ремонта или допуска к дальнейшей эксплуатации сосуда без ремонта
решается на основе расчета на прочность специализированной
организацией.
4.1.3.3. Сосуды с трещинами любых видов, трещиноподобными
дефектами и дефектами, размеры которых превышают допускаемые, к
эксплуатации не допускаются. Вопрос о возможности допуска к
эксплуатации сосуда с указанными дефектами решается
специализированной организацией с учетом рекомендаций подразд. 6.5
настоящих Методических указаний.
4.1.3.4. Для конкретных типов аппаратов (реакторов,
автоклавов, теплообменников и др.) критерии отбраковки могут
регламентироваться в технической документации с учетом характера
нагрузки на элементы оборудования и свойств применяемых
материалов.
4.1.4. Контроль исправленных дефектов.
Исправленные дефекты после выборки (зашлифовки) абразивным
инструментом (с плавным скруглением краев выборок) должны быть
проконтролированы методом ЦД или МПД по всей поверхности выборок.
Заваренные после выборки дефекты должны быть проконтролированы
неразрушающими методами контроля. Выборки дефектов могут быть
допущены к эксплуатации без заварки, если их глубина и длина не
превышают значений, указанных в подп. 4.1.3.2. Вопрос о
возможности эксплуатации сосуда без заварки выборок, превышающих
указанные размеры, решается специализированной организацией на
основе расчета на прочность.
Отбракованные элементы после их ремонта должны быть
проконтролированы в соответствии с подразд. 3.6; при невозможности
(нецелесообразности) ремонта они могут быть подвергнуты более
детальному исследованию (расчетному или экспериментальному) в
целях определения возможности и условий их дальнейшей безопасной
эксплуатации.
4.2. Анализ погрешности контроля размеров
повреждений и параметров технического состояния
4.2.1. Источники погрешностей и достоверность контроля.
Источники погрешностей при контроле подразделяются на
объективные и субъективные. Субъективными являются погрешности,
обусловленные действиями конкретного оператора, зависящими от его
квалификации, физико-психических данных, состояния здоровья в
момент контроля и др., и особенностями условий проведения
контроля.
Объективными являются погрешности метода и средств измерений,
а также статистические отклонения, обусловленные выборочным
контролем показателей, имеющих естественный разброс (рассеяние).
При контроле дефектов и повреждений на сосудах, измерении
параметров их технического состояния необходимо знать возможную
величину погрешности контроля, которая определяет степень его
достоверности и влияет на величину допускаемого ресурса дальнейшей
безопасной эксплуатации сосудов.
Достоверность контроля характеризует степень соответствия его
результатов фактическому техническому состоянию объекта и
определяется двумя показателями: точностью и доверительной
вероятностью. Точность контроля (размеров обнаруженных дефектов,
геометрических размеров элементов сосудов и других параметров
технического состояния сосудов) указывают в виде доверительного
интервала (например, для измеренной толщины стенки: 19 +/- 1 мм)
или односторонней доверительной границы (например, толщина стенки
не менее 18 мм). Доверительную вероятность гамма, то есть
вероятность нахождения фактического размера внутри доверительного
интервала, стандарты по измерениям рекомендуют указывать в
зависимости от ответственности контроля (как правило, гамма =
0,95).
4.2.2. Факторы, влияющие на достоверность контроля.
К основным факторам, влияющим на достоверность контроля при
диагностировании сосудов, относятся следующие: методические
погрешности, метрологические погрешности, особенности условий
проведения контроля, психофизические факторы, статистические
отклонения.
Методические погрешности обусловлены несовершенством методик
контроля, основанных на определении контролируемого параметра
через косвенные параметры. Например, при измерении толщины стенки
сосуда методом УЗК прибор определяет время прохождения отраженных
ультразвуковых волн от противоположной стороны стенки листа
металла. Если на стенке имеются отложения или ее поверхность
повреждена коррозией, то время прохождения ультразвуковой волны
через стенку сосуда будет несколько отличаться от времени,
измеренного на образцах. Величина этого отличия и составляет
методическую погрешность.
Метрологические погрешности обусловлены наличием для любого
прибора или мерительного инструмента устойчивой вероятности
отклонения измеренного значения параметра от фактического значения
контролируемого параметра, при этом величина отклонения зависит от
класса точности прибора (инструмента). Величина метрологической
погрешности при диагностировании сосудов при правильном выборе
класса точности приборов и инструментов, как правило, не оказывает
существенного влияния на достоверность контроля, так как бывает
значительно ниже методической погрешности.
Особенности условий проведения контроля определяются
возможностями доступа к объекту контроля, возможностями создания
для операторов-дефектоскопистов оптимальных эргономических
условий. Наличие помех (ограниченного доступа, затрудненных
условий работы операторов) может вызывать дополнительные
погрешности при контроле. Особые неудобства испытывают операторы
при работе внутри сосудов из-за трудностей создания в них
оптимальных рабочих условий (температуры, влажности, чистого
воздуха в рабочей зоне, освещенности, удобства расположения тела и
др.). При отсутствии оптимальных условий для работы операторов
чаще возможны ошибки в их работе, увеличиваются погрешности
измерений.
Психофизические факторы (иногда применяют выражение
"человеческий фактор") определяют точность действий конкретного
оператора в момент проведения контроля. Состояние каждого человека
не бывает совершенно одинаковым в разные дни и часы работы.
Возможны ухудшения здоровья, нарушение внимания и правильности
действий в течение рабочего дня. При этом оператором могут быть
допущены погрешности в правильности настройки прибора, установки
датчика по отношению к объекту контроля, погрешности в прочтении
показаний прибора, ошибки в записи показаний и т.п. Во многом
стабильность контроля при возникновении для оператора
неблагоприятных психофизических факторов зависит от его
квалификации, профессионального и жизненного опыта,
дисциплинированности.
Важной мерой предупреждения ошибок контроля, обусловленных
психофизическими факторами, является контроль операторов со
стороны руководителей и обеспечение ими необходимых мер для
нормальной работы (обучение и проведение экзаменов по
специальности и технике безопасности, прохождение медицинского
контроля, создание оптимальных условий работы).
Статистические отклонения имеют место в случаях проведения
выборочного контроля.
Сплошной контроль элементов сосудов всеми методами выполнить
не всегда возможно (из-за недоступности некоторых участков), а в
ряде случаев в этом нет необходимости, поэтому применяют
выборочный контроль и оценку поврежденности по наибольшим размерам
выявленных дефектов; оценку возможной при этом погрешности
осуществляют с помощью статистических методов.
Например, при измерении толщины стенок портативными
ультразвуковыми толщиномерами типов "Кварц-15", УТ-93П суммарная
методическая и метрологическая погрешность измерений составляет до
0,1 - 0,2 мм. Более высокую погрешность контроля обусловливают
статистические отклонения толщины стенок, присущие листовому
прокату, из которого изготовляют аппараты. Допуск на отклонения
толщины листов проката достигает 5% номинального размера и при
толщинах более 20 мм отклонения могут достигать 1 мм.
Значительный разброс результатов измерений толщины стенок
может наблюдаться из-за неравномерности их коррозии, вызванной
различием условий нагружения различных участков поверхностей
(различием концентраций агрессивных компонентов, температур,
скоростей потоков, механических напряжений и др.), а также
стохастическими свойствами процесса коррозии.
Участки, подвергающиеся повышенным нагрузкам и коррозии,
обычно известны, определяются по конструктивным признакам и по
результатам внутреннего осмотра аппаратов (см. подразд. 3.4
настоящих Методических указаний). Именно такие участки и
подвергают более тщательному контролю. Однако и в пределах одного
участка возможно существенное различие толщины стенок. Поэтому
минимальная измеренная толщина может оказаться выше фактической
минимальной на данном участке, поскольку точки измерения
располагают на поверхности в некоторой последовательности,
случайной по отношению к вероятностному распределению толщин.
Достоверность контроля при этом может быть определена по
статистическим закономерностям распределения толщин стенок сосудов
с учетом вида и интенсивности коррозии стенок.
4.2.3. Количественная оценка достоверности контроля.
Количественная оценка достоверности контроля осуществляется
путем определения доверительного интервала или односторонней
доверительной границы контролируемого параметра с заданной
доверительной вероятностью.
Известно, что размеры листов проката металла, прочностные
характеристики металла (временное сопротивление, предел текучести)
распределены по нормальному закону. Параметрами нормального
распределения являются математическое ожидание (среднее значение
показателя) и среднее квадратическое отклонение.
Среднее квадратическое отклонение (СКО) контролируемого
параметра может быть определено по экспериментальным данным
(результатам контроля) или априорно путем суммирования дисперсий
от независимых составляющих погрешностей.
Например, СКО результатов контроля толщины стенок сосуда может
быть определено по формуле:
_______________________
/ 2 2 2
сигма = \/сигма + сигма + сигма , (4.1)
1 2 3
где:
сигма - СКО, обусловленное методической и метрологической
1
погрешностью контроля; при контроле методом УЗТ при отсутствии
расслоений металла сигма может составлять величины порядка
1
0,1 - 0,2 мм;
сигма - СКО от влияния условий проведения контроля; может
2
составлять величины от 0 (при толщинометрии, проводимой в
помещении с наружной поверхности сосуда) до 0,2 мм (при контроле
внутри сосуда);
сигма - СКО статистической погрешности контроля, вызванной
3
отклонением толщин проката металла и неравномерностью коррозии;
может составлять от 0,2 мм при равномерной коррозии до 0,5 мм и
выше при неравномерной коррозии.
Таким образом, величина СКО, определенная по формуле (4.1),
составляет 0,22 - 0,6 мм.
4.2.4. Планирование необходимого объема контроля и определение
минимальной толщины стенок сосудов с учетом статистических
отклонений толщины проката металла и неравномерности коррозии.
При планировании контроля возникает вопрос о необходимом и
достаточном числе участков (точек на поверхности аппарата) N,
выбираемых для измерений. Чем больше N, тем выше достоверность
контроля, но тем выше и его трудоемкость. Ниже рассмотрены
возможные варианты контроля.
Сплошной контроль. В машиностроении термин "сплошной контроль"
означает контроль каждой единицы из партии изделий. Применительно
к контролю толщины стенок сосуда термин "сплошной контроль"
означает контроль каждого участка поверхности F , глубина коррозии
0
(и толщина стенки) на котором может отличаться от соседних
участков. При сплошном контроле отсутствует статистическая
погрешность; погрешность контроля определяется технической
погрешностью приборов и условиями контроля.
В случаях необходимости контроля толщины при неравномерной
коррозии стенок (F - порядка 0,01 кв. м) и поверхности F
0
аппарата, составляющей несколько квадратных метров, сплошной
контроль может потребовать нескольких сотен измерений (N =
F / F ).
0
В случаях равномерной коррозии F ~= (0,2 - 1) кв. м
0
(отклонения толщины, измеренной в разных точках поверхности
аппарата, будут соответствовать отклонениям толщины листов проката
металла). Соответственно необходимое число точек для контроля
толщины будет составлять от одной до пяти на 1 кв. м.
Выборочный контроль. Выборочным называется контроль, при
котором назначаемое число точек контроля меньше, чем при сплошном
контроле, то есть N < F / F , где F - площадь контролируемой
0
поверхности. Достоверность контроля при выборочном контроле
зависит от отношения N / (F / F ), в частности, от степени
0
неравномерности коррозии, характеризующейся величиной F . При
0
выборочном контроле достоверность контроля может быть достаточно
высокой, если определено СКО измеряемой толщины.
СКО может быть определено по данным измерений по
формулам (4.2) и (4.3) или априорно, в частности, по табл. 4.2.
Для определения СКО по формулам (4.2) и (4.3) измерения
толщины должны быть произведены на нескольких участках поверхности
(не менее десяти), находящихся в одинаковых условиях эксплуатации
и расположенных друг от друга на расстоянии не менее 0,5 м при
равномерной коррозии и не менее двукратного среднего размера
очагов (пятен) коррозии при неравномерной коррозии. Оценка
среднего значения СКО вычисляется по формуле (4.2), и затем по
формуле (4.3) - верхняя доверительная граница СКО, используемая
для расчетов:
____________
/N 2
/SUM (S - S)
\/ i=1 i
сигма = ----------------, (4.2)
N - 1
где:
S - результаты измерений толщины на i-х участках поверхности;
i
S - средняя измеренная толщина;
N - число участков замера (величина N должна быть не менее 10,
так как при меньшем значении N точность оценки сигма
неудовлетворительна).
Верхнюю доверительную границу СКО определяют по формуле:
сигма = K сигма, (4.3)
в
где K - определяется по табл. 4.1 в зависимости от N.
Таблица 4.1
-----T-----T-----T-----T-----T-----T-----T-----T-----T-----T-----¬
¦N ¦10 ¦11 ¦12 ¦13 ¦14 ¦15 ¦16 ¦17 ¦18 ¦20 ¦
+----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
¦K ¦1,65 ¦1,59 ¦1,55 ¦1,52 ¦1,49 ¦1,46 ¦1,44 ¦1,42 ¦1,40 ¦1,37 ¦
+----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
¦N ¦22 ¦25 ¦30 ¦40 ¦50 ¦60 ¦70 ¦80 ¦90 ¦100 ¦
+----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
¦K ¦1,35 ¦1,32 ¦1,28 ¦1,23 ¦1,20 ¦1,18 ¦1,16 ¦1,15 ¦1,14 ¦1,13 ¦
L----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+------
Если рассчитанная сигма окажется меньшей сигма (см. табл.
в п
4.2), характеризующей отклонение толщины ДЕЛЬТА листов проката
металла, то неравномерность коррозии незначительна, и в расчетах
следует принимать сигма = сигма из табл. 4.2.
в п
Таблица 4.2
----------------T----T----T----T---T----T---T----T----T----------¬
¦ДЕЛЬТА, мм ¦До 4¦6 ¦8 ¦10 ¦16 ¦20 ¦24 ¦30 ¦40 и более¦
+---------------+----+----+----+---+----+---+----+----+----------+
¦сигма , мм ¦0,12¦0,15¦0,18¦0,2¦0,27¦0,3¦0,32¦0,36¦0,4 ¦
¦ п ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
L---------------+----+----+----+---+----+---+----+----+-----------
Минимальную возможную толщину стенки аппарата с учетом
неконтролированных участков поверхности определяют по формуле:
S = S - K сигма , (4.4)
min 1 в
|
