Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов рд 03-421-01 (стр. 13 из 21)
Использование критерия «течь перед разрушением» предусматривает выполнение условия, при котором процессу неконтролируемого роста трещины (хрупкому разрушению) предшествует образование сквозного дефекта на стадии ее медленного подрастания, то есть значение критического размера дефекта lкр больше, чем толщина стенки S элемента сосуда, в котором имеется дефект:
.Критический размер дефекта рассчитывается по формуле
,где K1c — критический коэффициент интенсивности напряжений в материале сосуда;
М — параметр, зависящий от конструкции сосуда, формы трещины и напряженного состояния;
s1 — максимальное напряжение в зоне дефекта.
Параметр М определяется по справочной литературе.
Условие трещиностойкости по критерию «течь перед разрушением» может быть записано в следующем виде:
,где пе — коэффициент запаса по критическому размеру дефекта.
Учитывая, что коэффициент запаса прочности по коэффициенту интенсивности напряжений равен 2, значение коэффициента пе следует принимать пе = 4.
Если снижение температуры по сравнению с требованиями Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 10-115-96), не более 20 °С, то проверку на хрупкое разрушение можно провести на основании выполнения расчетов на прочность при пониженных допускаемых напряжениях. При толщине стенки меньше 36 мм и проведении термообработки сосуда допускаемое напряжение, определяемое по ГОСТ 14249-89, должно быть понижено в 1,35 раза. При отсутствии термообработки допускаемое напряжение снижается в 2,85 раза.
Для третьего случая, рассмотренного в п. 6.5.1, когда в процессе дефектоскопии обнаружены недопустимые один или несколько дефектов, расчет проводится для трещиноподобного дефекта. Размеры дефекта и его глубина залегания определяются по результатам дефектоскопии. Учитывая, что коэффициент интенсивности напряжений зависит от размеров дефекта и величины напряжений, в расчете (при наличии нескольких дефектов), рассматривается наихудшее их сочетание и определяется максимальная возможная интенсивность напряжений.
Для четвертого случая, рассмотренного в п. 6.5.1, когда в процессе дефектоскопии обнаружены отдельные трещины, расчет коэффициента интенсивности напряжений проводится для фактических размеров трещины, обнаруженной в сосуде.
Допускаемый коэффициент интенсивности напряжений определяется по формуле
,где К1кр — критический коэффициент интенсивности напряжений;
пк — коэффициент запаса прочности по трещиностойкости. Для рабочих условий nк = 2; для условий испытаний пк = 1,5.
Критический коэффициент интенсивности напряжений может определяться на основании результатов испытания материала на хрупкое разрушение в соответствии с требованиями ГОСТ 25.506-85 [22] для рабочих условий эксплуатации или условий испытаний. Если проведение таких испытаний невозможно, то значение допускаемого коэффициента интенсивности напряжений рекомендуется определять по ПНАЭ Г-7-002—86. При определении допускаемого коэффициента интенсивности напряжений по ПНАЭ Г-7-002-86 за критическую температуру хрупкости материала следует принимать минимальную температуру применения сталей, предусмотренную Правилами проектирования, изготовления и приемки сосудов и аппаратов стальных сварных (ПБ 03-384-00) и ОСТ 24.201.03-90 «Сосуды и аппараты стальные высокого давления. Общие технические требования».
6.5.3. Определение остаточного ресурса.
Остаточный ресурс определяется в зависимости от первоначального расчетного срока Тнр, от объема контроля при техническом диагностировании и от вероятности хрупкого разрушения сосуда.
Остаточный ресурс определяется по формуле
,где Тнр — расчетный срок службы сосуда. Если в паспорте сосуда срок не указан, то принимается 20 лет;
b — коэффициент, определяемый по рис. 6.1 в зависимости от объема контроля Vк при техническом диагностировании.
Для первого, второго и четвертого случаев п. 6.5.1 коэффициент b определяется по кривой I рис. 6.1. Для третьего случая п. 6.5.1 — по кривой II.
Рис. 6.1
6.6. Определение гарантированного (гамма-процентного) и среднего остаточных ресурсов сосудов и аппаратов
В заключении, подготавливаемом по результатам диагностирования сосудов и аппаратов, должен указываться допускаемый срок их безопасной эксплуатации или гарантированный остаточный ресурс.
Этот ресурс должен рассчитываться для возможного наименее благоприятного режима предстоящей эксплуатации с учетом максимальной возможной погрешности контроля параметров, определяющих техническое состояние сосуда (аппарата).
В тех случаях, когда указанные факторы определяются в детерминированных значениях (однозначно), то гарантированный остаточный ресурс определяется по минимальным (либо максимальным) значениям установленных при диагностировании сосуда параметров.
Например, если при периодическом контроле скорости коррозии стенок сосуда установлены максимальная скорость коррозии аmах, минимальная толщина стенки сосуда Smin, определенная при последнем диагностировании, расчетная толщина стенки Sp, то в этом случае остаточный гарантированный ресурс сосуда по критерию коррозионной стойкости определяется по формуле
(6.8)В тех случаях, когда прогнозирование ресурса осуществляют по результатам выборочного контроля параметров, имеющих некоторый естественный разброс (см. подразд. 4.2), то при определении остаточного ресурса рассчитывают средний и гамма-процентный остаточные ресурсы.
Средний ресурс представляет собой наиболее вероятное (ожидаемое) значение ресурса сосуда, по которому можно планировать необходимые затраты на ремонт или замену сосуда. Гамма-процентный ресурс определяет минимальное значение ресурса, которое способен отработать сосуд при обеспечении нормативных запасов прочности с доверительной вероятностью g, достаточно близкой к единице. При этом остается некоторая вероятность (1—g) выхода контролируемых параметров за пределы нормативных значений; при реализации этой вероятности потребуется остановка сосуда для проведения внепланового диагностирования.
В соответствии с Методическими указаниями по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, поднадзорных Госгортехнадзору России (РД 09-102—95) [23], при определении гамма-процентного ресурса рекомендуется принимать значение g ³ 90%.
Формулы для вычисления гамма-процентного и среднего остаточного ресурса сосудов и аппаратов для различных вариантов исходных данных по параметрам технического состояния приведены в Методике прогнозирования остаточного ресурса безопасной эксплуатации сосудов и аппаратов по изменению параметров технического состояния [16].
Если в процессе эксплуатации исходные характеристики материала сосуда могут изменяться под воздействием среды или минусовых температур, то предельное состояние сосуда определяется с учетом хрупкого разрушения или трещиностойкости. Расчет остаточного ресурса в этом случае определяется с учетом подразд. 6.5,7.1,7.2,7.4.
7. ОСОБЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ДИАГНОСТИРОВАНИЮ И ОПРЕДЕЛЕНИЮ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА СОСУДОВ
7.1. Требования к диагностированию сосудов, находящихся в эксплуатации на открытом воздухе
7.1.1. Сосуды, установленные на открытом воздухе, в холодное время года подвергаются воздействию низких температур, в результате чего температура стенки может стать ниже, чем минимальная разрешенная температура применения стали; это может привести к снижению пластических свойств металла и опасности возникновения и развития хрупких трещин. Это относится в первую очередь к углеродистым и некоторым низколегированным сталям, из которых изготовлено значительное количество сосудов, работающих на открытом воздухе (воздухосборников, цистерн, емкостей для хранения различных химических реагентов и другого оборудования).
7.1.2. Неразрушающий контроль сварных швов сосудов, указанных в п. 7.1.1, должен проводиться в следующих объемах:
для сосудов, работающих в режиме воздействия циклических нагрузок, контролю УЗК или РД методами подлежат сварные швы в объеме 100 %; швы, не подлежащие контролю УЗК или РД (например, патрубки диаметром менее 100 мм, швы с конструктивным зазором и др.), должны быть проконтролированы цветным, магнитопорошковым или вихретоковым методами;
для сосудов, режим нагружения которых является непрерывным, контролю методами УЗК или РД в объеме 100 % должны быть подвергнуты продольные швы обечайки и места пересечений продольных и кольцевых швов; сварные швы приварки патрубков и горловин люков контролируются в объеме 100 %, при этом для контроля швов патрубков диаметром до 100 мм используются цветной, магнитопорошковый или вихретоковый методы (как самостоятельно, так и в сочетании друг с другом).
7.1.3. Применение метода АЭК (см. п. 3.6.3) вместо методов контроля, указанных в п. 7.1.2 настоящих Методических указаний, не рекомендуется. Для получения достоверных данных о склонности дефектов к развитию в условиях эксплуатации сосуда при отрицательных температурах АЭК должен проводиться при температуре стенки, соответствующей минимальной температуре окружающего воздуха. Проведение АЭК при более высоких температурах усложняет получение достоверной информации о склонности металла сосуда к хрупкому разрушению при минимальной рабочей температуре.