Оценка технического состояния технологических трубопроводов в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности

Так, в частности, для технологических трубопроводов в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности приказом ФСЭТАН от 25.01.2013 г. N 28 отменен основополагающий документ ПБ 03-585-03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов». Одновременно с этим, введенное в конце 2012 года Руководство по безопасности «Рекомендации по устройству и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов» не является нормативным правовым актом и носит рекомендательный характер. На передний план, в таком случае, согласно статье 4 ФЗ-116 выходят Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Порядок осуществления экспертизы промышленной безопасности в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности», утвержденные приказом ФСЭТАН от 15.10.2012 №584. Данный документ регламентирует общие условия, принципы и содержание работ по проведению ЭПБ технологического оборудования, однако налицо отсутствие связующего рабочего документа, роль которого исполнял ПБ 03-585-03. Фактически, возникает ситуация, когда ответственность за содержание работ по проведению ЭПБ возлагается на экспертные организации, в то время как критерии оценки текущего состояния имеют рекомендательный характер, ввиду чего конкретные выводы о результатах экспертизы не могут являться обязательными с точки зрения принятия мер.

В современной практике в качестве базовой концепции оценки технического состояния и остаточного ресурса технологического оборудования принят подход, установленный в методике диагностирования технического состояния и определения остаточного ресурса технологического оборудования нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств (ДиОР-05). Данный подход основан на принципе «безопасной эксплуатации по техническому состоянию», согласно которому оценка технического состояния рассматриваемого оборудования осуществляется по параметрам технического состояния (ПТС), обеспечивающим его надежную и безопасную эксплуатацию, а остаточный ресурс по определяющим параметрам технического состояния. В качестве определяющих параметров технического состояния принимаются параметры, изменение которых (в отдельности или совокупности) может привести оборудование в неработоспособное состояние.

Известно, что основными механизмами повреждения технологического оборудования нефтеперерабатывающих, нефтехимических, химических и других производств, в большинстве случаев, являются [1]: коррозия (общая поверхностная, водородная, сероводородная, межкристаллитная), коррозионное растрескивание, циклический режим нагружения, ползучесть металла, изменение химического состава металла и механических свойств металла. Как правило, доминирующую роль в исчерпании ресурса работоспособности оборудования играет один из представленных механизмов повреждения. Оценка определяющих ПТС и доминирующего механизма повреждения производится экспертом организации, проводящей оценку технического состояния.

Работы по техническому диагностированию оборудования выполняются в соответствие с программой производства работ (ППР), составленной и утвержденной исполнителем и согласованной заказчиком до начала производства работ. В общем случае, ППР включает в себя комплекс мероприятий, носящий универсальный характер [2]. Типовая программа производства работ, приведенная в нормативной документации, легитимна при выполнении определенных условий, касающихся подготовки объекта к проведению технического диагностирования. Среди таких условий выделяются наличие проектной, технической и эксплуатационной документации на объект. В реальных условиях нередки случаи отсутствия актуализированной документации, либо всего комплекса документов как такового. Поэтому стандартный подход к техническому диагностированию неприменим, необходима детализация и дополнения. Вторым немаловажным фактором, влияющим на содержание работ по ЭПБ, является техническое состояние самого объекта экспертизы, его пригодность для контроля, а также техническая возможность проведения диагностирования. В конечном счете, все эти факторы должны быть учтены при планировании работ по ЭПБ, а принятая программа технического диагностирования обоснована с точки зрения установленных требований к промышленной безопасности. В таких случаях приемлемым выходом является использование индивидуальных ППР [1], позволяющих учесть все особенности оборудования.

Накопленный опыт технического диагностирования опасных производственных объектов нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств дает возможность выделять особенности отдельных объектов диагностики и необходимым образом учитывать их при проведении работ по оценке текущего состояния.

Особенности технического диагностирования технологических трубопроводов, транспортирующих жидкие кислоты и щелочи.

Значительная часть подобных технологических трубопроводов транспортирует агрессивные среды и поскольку в этом случае значительно повышаются требования промышленной безопасности, особенно важно при проведении диагностирования соблюдать все нормативные предписания. Основным механизмом повреждения трубопроводов, транспортирующих кислоты и щелочи, является коррозионный и эрозионный износ. Поэтому особое внимание следует уделять материальному исполнению, в данном случае основным показателем к применению выступает коррозионная стойкость. В первую очередь при наружном осмотре выявляются места возможного провисания и образования застойных зон; исследуется расположение сварных швов и фланцевых соединений, арматуры, компенсаторов и дренажных устройств; проверяется наличие защитных кожухов на фланцевых соединениях. Основным требованием к прокладке является отсутствие крепления к объекту других трубопроводов (кроме теплоспутников). Кроме того, существуют ограничения на проведение гидравлических испытаний на прочность и плотность, поскольку побочные реакции при контакте воды с химически активными кислотами и щелочами недопустимы. В качестве альтернативы, возможно применение пневматических испытаний [3] при сопровождении испытания акустико-эмиссионным контролем. Оценка технического состояния осуществляется согласно ПБ 09-596-03 «Правила безопасности при использовании неорганических жидких кислот и щелочей».

Особенности технического диагностирования технологических трубопроводов, транспортирующих аммиак.

В данном случае наиболее опасными являются дефекты, возникновение которых возможно при взаимодействии углеродистых и низколегированных сталей с аммиаком, что может привести к хрупкому разрушению металла. В зоне риска находятся участки возможной концентрации напряжений: сварные соединения, зоны язвенной коррозии, зоны ремонтно-сварочных работ. При диагностировании аммиачных трубопроводов необходимо обращать внимание на возможные отклонения от требований нормативной документации и характерные дефекты, среди которых выделяются:

а) несоответствие фактического конструктивного исполнения трубопроводов требованиям проекта (расположение и вид опор, геометрические размеры и формы, применение труб с размерами, не предусмотренными проектом, наличие дополнительного оборудования др.).

б) коррозия наружных поверхностей труб из-за воздействия внешних коррозионных факторов, а также эрозионно-коррозионный износ внутренней поверхности труб.

в) дефекты в сварных швах, которые возникли на стадии монтажа в сварных стыках труб и в процессе эксплуатации могли развиться до опасных размеров.

г) дефекты типа трещин коррозионного растрескивания, которые при длительном воздействии аммиака могут возникать в сварных швах малоуглеродистых сталей, не подвергнутых термообработке.

д) наличие участков трубопровода, подвергавшихся ремонту с применением сварки (или огневых воздействий) при отсутствии у владельца трубопровода требуемой технической документации на проведение таких работ (технологии, удостоверений сварщиков, методики и результатов контроля и др.);

е) отсутствие сертификатов качества изделий: труб, материалов, арматуры и использование нестандартных узлов, патрубков, заглушек, отводов, фасонных деталей, изготовленных на месте монтажа, ремонта или путем переделки стандартных деталей.

Поскольку на объектах, транспортирующих аммиак, внутренний осмотр существенно ограничен, предпочтительно применение акустико-эмиссионного контроля. В тех случаях, когда при неразрушающем контроле трубопровода используется акустико-эмиссионный метод, дополнительные пневматические (гидравлические) испытания могут не проводиться [4].

Особенности технического диагностирования трубопроводов, подверженных низкотемпературной водородной (сероводородной) коррозии.

Данный механизм повреждения чаще всего встречается на оборудовании, работающем с нестабильным бензином, углеводородными газами установок прямой перегонки, термического и каталитического крекингов, сжиженными пропановой и бутановой фракциями, тяжелыми нефтяными фракциями и сульфидсодержащими конденсатами [1]. Характерным дефектом является расслоение металла с образованием в отдельных случаях вздутий (отдулин) на поверхности оборудования, что обуславливает особенности при визуальном контроле поверхности. Эффективное выявление наличия  расслоений, в таком случае, возможно при интерпретации результатов ультразвуковой толщинометрии, когда велика вероятность значительных вариаций измерений, вследствие появления «ложных» донных сигналов. Если говорить о материальном исполнении водородопровода, то в этом случае необходимым является применение нержавеющей стали. Требования к канальной прокладке водородопроводов приведены в ПБ 03-598-03.

Особенности технического диагностирования трубопроводов, изготовленных из полимерных материалов.

Применение полимерных материалов ограничено требованиями к химической стойкости, так например, их применение запрещено в случае транспортирования вредных веществ 1 класса опасности, взрывоопасных веществ и сжиженных углеводородных газов,  а также веществ, к которым материал труб химически нестоек [5].

Подход к техническому диагностированию трубопроводов, изготовленных с применением полимерных материалов, базируется на контроле качества сварных и клеевых соединений, внешний вид которых должен отвечать следующим требованиям [6]:

а)  валик  сварного  соединения,  полученный  в  результате  контактной  сварки  встык,  должен быть симметричным и равномерно распределенным по ширине и периметру;

б)  валик  сварного  соединения  не  должен  иметь  резкой  разграничительной  линии,  его поверхность должна быть гладкой, без трещин, газовых пузырей и инородных включений; при сварке враструб валик должен быть равномерно распределен по торцу раструба;

в) при  газовой прутковой сварке поливинилхлоридных  труб не должно быть пустот между прутками,  пережога  материала  изделий  и  сварочных  прутков,  неравномерного  усиления сварного  соединения  по ширине  и  высоте,  а  его  поверхность  должна  быть  выпуклой и иметь плавное примыкание к основному материалу;

г)  при  склеивании  труб  зазор  между  ними  должен  быть  заполнен  клеевой  пленкой, равномерно выступающей по периметру соединения.

Расчет трубопроводов производится по предельным состояниям: несущей способности (прочности и устойчивости) и деформациям (для трубопроводов, величина деформации которых может ограничить возможность их применения).

Особенности технического диагностирования технологических трубопроводов высокого давления.

Эксплуатационные риски такого типа трубопроводов, прежде всего, связаны с высоким давлением, в связи с чем, существует ряд особенностей, касающихся сортамента применяемых материалов, требований к прокладке, а также норм расчета предельного состояния. Особое внимание при контроле уделяется соединениям трубопровода (сварным стыки, фланцевые и резьбовые соединения, прокладки), а также крепежным деталям (шпильки).

Особенности технического диагностирования трубопроводов, содержащих элементы с толщиной стенки менее 4мм.

Конструктивные особенности элементов трубопроводов с толщиной стенки менее 4мм ограничивают возможности некоторых методов НК. Так например, неприменимы утвержденные методики проведения ультразвукового контроля. В данном случае ультразвуковой контроль заменяется равнозначным ему радиографическим методом контроля сварных соединений. В качестве дополнительных вариантов выполнения контроля используют акустико-эмиссионный контроль, вихретоковой контроль и магнитопорошковый метод.

Особенности технического диагностирования трубопроводов без вывода из эксплуатации.

«Методика оценки остаточного ресурса технологических трубопроводов» устанавливает требования к подготовке объектов контроля, среди которых, остановка, охлаждение и удаление продукта. Стоит отметить, что п.9 «Порядка продления срока безопасной эксплуатации технических устройств» допускает возможность проведенияработ по техническому диагностированию работающих (эксплуатируемых) технических устройств. На практике часто возникает необходимость в оценке текущего технического состояния без вывода оборудования из эксплуатации. Как следствие, появляются дополнительные трудности при проведении контроля, связанные с высокой температурой поверхности, невозможности проведения испытаний пробным давлением и пр.

Высокие температуры приводят к образованию с внешней и внутренней стороны труб тяжелой, хрупкой окиси железа (магнитный железняк), что препятствует проведению обычных ультразвуковых измерений с применением стандартных раздельно-совмещенных датчиков. В этом случае, искривленная поверхность препятствует корректной передаче звука в материал. Современное развитие приборной базы предлагает вариант решения задачи контроля таких объектов. Так, например, применение магнитострикционногоэлектромагнитно-акустического преобразователя (а также специальных ультразвуковых преобразователей) позволяет проводить контроль в диапазоне температур до плюс 300 оС. Кроме того, работа прибора возможна без использования контактной жидкости, что позволяет проводить контроль без снятия изоляции и подготовки поверхности.

Особенности технического диагностирования трубопроводов при необходимости обеспечения 100% объема контроля.

Требование обеспечения 100% контроля сварных соединений возникает в следующих случаях [3]:

- давление трубопровода превышает 10 МПа;

- трубопровод относится к Iкатегории при температуре менее минус 70 оС;

- трубопровод сварен из разнородных сталей;

- при сварке трубопроводов Iкатегории, входящих в блоки I категории взрывоопасности;

- при неоднократном выявлении недопустимых дефектов сварных соединений входе ультразвукового контроля.

При отсутствии технической возможности проведения требуемого объема ультразвукового контроля из-за недоступности или конструктивных особенностей трубопровода допускается использование АЭ контроля вместо регламентируемых методов неразрушающего контроля [7]. Решение о необходимости проведения акустико-эмиссионного контроля трубопровода с целью сокращения объемов диагностических работ традиционными методами НК, либо для получения дополнительной информации об объекте с целью принятия решения о пригодности объекта к безопасной эксплуатации принимает экспертная организация.

В настоящее время для оценки технического состояния технологических трубопроводов существует детально проработанная база необходимой нормативной документации, содержащая также отраслевые руководящие документы, учитывающие многообразие и специфику современного оборудования химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Кроме того, накопленный опыт позволяет использовать развитые методики технического диагностирования с применением широкого спектра параметров оценки текущего состояния. В то же время, учитывая темпы разработки и модернизации приборов неразрушающего контроля, проведение оценки текущего состояния оборудования опасных производственных объектов является одной из самых динамично развивающихся отраслей в области обеспечения промышленной безопасности.

1. ДиОР-05 «Методика диагностирования технического состояния и определения остаточного ресурса технологического оборудования нефтеперерабатывающих, нефтехимических производств», 2006г.
2. Методика оценки остаточного ресурса технологических трубопроводов, 1996г.
3. Руководство по безопасности «рекомендации по устройству и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов», 2012г.
4. РД 09-244-98 «Инструкция по проведению диагностирования технического состояния сосудов, трубопроводов и компрессоров промышленных аммиачных холодильных установок», 2002г.
5. СН 550-82 «Инструкция по проектированию технологических трубопроводов из полиэтиленовых труб», 1982г.
6. СНиП 3.05.05-84 «Строительные нормы и правила. Технологическое оборудование и технологические трубопроводы», 1984г.
7. ПБ 03-593-03 «Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов»