МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЦЕНТР ИННОВАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ «OMEGA SCIENCE» 12 октября 2017 года, в Оренбурге провел Международную научно-практическую конференцию на тему «Инновационные технологии и стратегии развития промышленности», где рассматривались современные вопросы науки, образования и практики применения результатов научных исследований. В которой приняла участие генеральный директор ТОО «Экстремум Глобал» Махсотова Фаина Ербулатовна, выпустившая статью «Сравнительный анализ методов неразрушающего контроля трубопроводного транспорта и оборудования, работающего под давлением, на объектах нефтегазового комплекса», где она предлагает современные методы диагностирования технического состояния оборудования, работающего под давлением.
«Сравнительный анализ методов неразрушающего контроля трубопроводного транспорта и оборудования, работающего под давлением, на объектах нефтегазового комплекса»
Аварийность и травматизм при эксплуатации оборудования, работающего под давлением, связаны с его техническим состоянием и могут быть значительно снижены с внедрением современных методов дефектоскопии в объем работ технического освидетельствования. Целью исследования является оценка применимости новых технологий неразрушающего контроля в диагностике оборудования и возможности замены ими гидравлического испытания. Суть предлагаемого метода заключается в том, чтобы для каждого технологического оборудования по результатам неразрушающего контроля разрабатывался индивидуальный график проведения технического освидетельствования с установлением сроков гидравлического испытания. Постоянный мониторинг методами неразрушающего контроля позволит минимизировать проведение гидротеста и тем самым, избежать экономических, трудовых, производственных затрат на его проведение. Высокая информативность передовых технологий предоставить более наглядную картину технического состояния по каждому оборудованию, что позволит своевременно обновлять и ремонтировать производственный парк.
Трубопроводный транспорт и оборудование, работающее под давлением, представляют собой объекты повышенной опасности, опасность которых возрастает в зависимости от величины внутреннего давления и свойств его технологической среды. Дополнительные факторы, такие, как сложность конструкции, повышенный износ в условиях эксплуатации, значительный срок службы, климатические условия, труднодоступность для проведения диагностического обследования, требуют более ответственного подхода к контролю технического состояния корпуса аппаратов, трубопроводов.
Опубликованные на интернет-ресурсе Ростеханадзора статистические данные по аварийности и травматизму на поднадзорных объектах свидетельствуют, что за 2005 по 2016 годы, на опасных производственных объектах, где используется оборудование, работающее под избыточным давлением, произошло 43 аварии и 68 несчастных случаев со смертельным исходом.
Общее количество несчастных случаев, в результате которых произошел травматизм персонала опасных производственных объектов, в том числе со смертельным исходом, за указанный период достигло 111. 85% от общего числа пострадавших составляет персонал, обслуживающий оборудование, работающее под давлением, при этом наибольшим по количеству травмирующим фактором является термический ожог. На рисунке 2 представлена диаграмма производственного травматизма.
Данный факт объясняется тем, что половина из общего числа аварий в период с 2012 по 2016 годы включительно (7 аварий из 14: 2 аварии в 2012 г., по 1 аварии в 2013, 2014 и 2015 гг. и 2 аварии в 2016 г.) зафиксированы при эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды. По сравнению с предыдущей пятилетним периодом 2007-2011 гг ( 3 аварии: 1 авария в 2008 г. и 2 аварии в 2011 г.), количество аварий на трубопроводах пара и горячей воды возросло более, чем в два раза.
Как видно из диаграммы среднего коэффициента аварийности на 1000 технических устройств за 2012-2016 гг, аварийность трубопроводов пара и горячей воды составляет 86% и значительно превышает аварийность сосудов, работающих под давлением , а также аварийность паровых и водогрейных котлов.
Специалисты Ростехнадзора связывают рост аварийности при эксплуатации оборудования, работающего под избыточным давлением, в период 2012-2016 гг., прежде всего, с увеличением количества отработавших нормативный срок службы технических устройств. Так, например, по состоянию на 01.01.2012 доля трубопроводов, отработавших расчетный срок эксплуатации, составляла 38,5% (10602 ед.) от общего количества находящихся в эксплуатации трубопроводов, а по состоянию на 01.01.2017 – 42,2% (15814 ед.).
Но не менее значимой причиной аварийности является также техническое состояние оборудования в пределах расчётного срока эксплуатации. Известным и традиционным способом контроля технического состояния корпусов оборудования, работающих под давлением, согласно действующим на данный момент в Российской Федерации нормативным требованиям по промышленной безопасности для такого оборудования , является периодическое техническое освидетельствование, в объеме работ которого обязательны наружный и внутренний осмотр, а также гидравлическое испытание. Гидроиспытание является одним из методов разрушающего контроля (РК) – методов измерения и контроля показателей качества изделия, допускающих разрушение испытываемой конструкции, т.е по завершении гидроиспытания может нарушиться или нарушается пригодность объекта контроля к использованию его по назначению. Преимущество разрушающего контроля состоит в том, что он позволяет получать предельные количественные характеристики материалов, а концепция и режим тестирования позволяют контролировать прочность и надежность конструкции в каждой его точке. Существенным недостатком является необходимость подготовительных работ, потребность больших объемов воды, утилизации воды после гидротеста, иногда, неприемлемость или невозможность применения воды в качестве опрессовочной среды. Ситуацию усугубляют значительный потенциальный риск разрушения во время проведения испытания (особенно изношенного оборудования), а также, как это ни парадоксально, отсутствие полной гарантии в безопасности оборудования, подвергнутого гидротестированию.
При этом, современная наука предоставляет возможность получать и другие виды характеристик качества. С развитием методов современной дефектоскопии владельцы оборудования могут получить более глубокую информацию о состоянии металла, вести постоянный мониторинг технического состояния оборудования и, тем самым, контролировать риск аварий. В настоящий момент необходимость проведения неразрушающего контроля стенок и сварных швов корпусов оборудования определяется заводом-изготовителем оборудования и имеет рекомендательный характер. Согласно сложившейся практике, обследование ОРД методами неразрушающего контроля проводится в отдельных случаях, таких как, техническое диагностирование при определении остаточного ресурса эксплуатации, при продлении сроков эксплуатации, при явных признаках значительного износа и т.д. При регулярном обследовании оборудования методами НК значительно повышается шанс обнаружить дефекты оборудования и возможность заблаговременно планировать ремонтные работы и отбраковку оборудования. Таким образом, в настоящий момент возможности передовых технологий методов неразрушающего контроля актуализируют необходимость внедрения работ по дефектоскопии в объем периодического технического освидетельствования ОРД, что позволило бы либо исключить проведение гидротеста, либо проводить его по потребности или увеличить периодичность его проведения, что в целом, способствует более эффективному планированию работ технического освидетельствования.
В международной практике крупнейшими производственными объектами для технического освидетельствовании сосудов, работающих под давлением, успешно практикуется следующая технология обследования:
• Предварительная водоструйная очистка сосудов после обычных подготовительных работ (опорожнение, осушка, дегазация и т.д)
• Магнитопорошковый контроль с целью обнаружения поверхностных трещин на сварных швах и основном металле. Процент МПД-контроля составляет 30-50% общего количества швов в зонах напряжений и пересечений сварных швов.
• Ультразвуковой контроль при обнаружении трещин, цель которого определение глубины проникновения трещины в основной метал и ее протяженности.
• По результатам ультразвукового контроля выдается рекомендация к вышлифовке трещины без использования сварки, если её глубина не превышает заложенного допуска на коррозию или вышлифовке и последующего восстановления толщины сосуда сваркой.
При таком подходе все же потребуется остановка оборудования и проведение подготовительных работ, которые влекут за собой определенные затруднения. При использовании некоторых традиционных методов неразрушающего контроля, регламентированных нормативными документами и широко применяемых в промышленности, а также усовершенствованных методов неразрушающего контроля (например, Временно-дифракционный метод TOFD) вывода оборудования из эксплуатации можно избежать, а также значительно повышаются уровень, качество и объективность получаемых результатов.
В настоящее время Лабораториями неразрушающего контроля используются как стандартные методы контроля: капиллярный метод, магнитопорошковый метод, радиографический контроль, ультразвуковой контроль, спектральный анализ сплавов, удаленный визуальный контроль, так и усовершенствованные методы:
• Вращающаяся система для контроля внутренних поверхностей труб IRIS
• Дистанционный ультразвуковой контроль GUL
• Метод на основе фазированной дифракционной решетки PhasedArray
• Автоматизированный ультразвук AUT при автоматической сварке системой AUT Weldstar (актуален при проведении ремонтных работ)
• Временно-дифракционный метод TOFD
• Метод рассеяния магнитного потока MFL
• Обнаружение низко- и высокотемпературной водородной коррозии
• Ультразвуковой контроль CHIME
• Вихретоковый контроль ECT
• Цифровая рентгенография
Каждый из этих методов разработан на основе соответствующего стандартного метода и применим в определенных случаях в зависимости от вида оборудования, вида дефекта, вида требуемой информации, сложности технологии, экономической целесообразности и т.д.
К примеру, временно-дифракционный метод TOFD и метод на основе фазированной дифракционной решетки PhasedArray являются более передовыми технологиями ультразвукового диагностирования, а метод рассеяния магнитного потока Magnetic Flux Leakage (MFL) и вихретоковый метод Eddy Current Testing-ECT — современными методами электромагнитного контроля. Почти все рассматриваемые методы неразрушающего контроля благодаря современной цифровой технологии обеспечивают документирование и хранение результатов контроля, а также полную воспроизводимость результатов контроля.
Следует отметить, что современные ультразвуковые дефектоскопы дают возможность использования либо одного стандартного метода, либо в комбинации с усовершенствованным методом. Так, например, одним из поддерживаемых режимов дефектоскопа повышенной надежности Sonovision, производства Sonovation Products & Systems, Нидерланды, наряду с традиционным эхоимпульсным режимом является режим метода TOFD, а дефектоскопы Omniscan MX, производства Olympus NDT, Канада, серийный выпуск №6154, позволяют вести непрерывное сканирование методом TOFD посредством модуля фазированных решеток, поставляемых в комплекте с прибором в трех вариациях (модули 16:16М, 16:128, 31:128).
Применение и комбинирование вихретокового контроля и метода магнитной памяти с УЗД позволяют отказаться от трудоемкого магнитопорошкового контроля. С помощью данных методов проводится экспресс- анализ, обнаруживающий напряженные зоны оборудования, где вероятность образования трещин велика, затем на этих участках проводится магнитопорошковый и ультразвуковой контроль и ремонт трещин, если потребуется. Таким образом, новые методы позволяют сократить время простоя оборудования, что является существенным фактором в пользу метода НК.
Оптимальность и эффективность использования данных методов при периодическом техническом освидетельствовании зависит от вида оборудования, выбора метода неразрушающего контроля с точки зрения возможности применимости его на действующем оборудовании (с выводом или без вывода из эксплуатации), информативности результатов, возможности последующего или постоянного мониторинга, экономических затрат. Какие-то технические и технологические особенности производства могут ограничить применение того или иного метода, так, например, проведению УЗ контроля могут препятствовать высокие температуры внутренней среды (выше 600С), низкие температуры окружающего воздуха (–150С — предел работы УЗ приборов), наличие изоляции на оборудовании, труднодоступность контролируемых участков (на высоте). Но при грамотном подходе к этим проблемам, допустим, применение специальных высокотемпературных датчиков для приема УЗ сигналов, позволяющих работать при температурах до 5000С, эффективность методов НК очень велика.
В практике эксплуатации зарубежных нефтегазовых комплексов используется компьютеризированный метод расчета срока эксплуатации оборудования и периодичности его остановки с учетом скорости коррозии. До начала эксплуатации оборудования и в процессе эксплуатации проводится сбор информации о его техническом состоянии с использованием передовых методов УЗД и толщинометрии при высоких температурах без остановки технологического процесса. Это позволяет архивировать сведения о процессе коррозии внутри оборудования, и если скорость её составляет не более 0,1 мм в год, то расчеты позволяют определить срок следующего освидетельствования с периодичностью не раннее 10 лет. В условиях сложного и непрерывного производственного цикла это также существенно помогает экономить время и уделять больше внимания на проблемные участки с высокой скоростью коррозии, периодичность внутреннего осмотра которых может быть снижена на 1-2 года.
Однако, необходимо принять во внимание, что методы НДТ – это методы технического диагностирования, т.е. исследовательские методы анализа, в то время как гидротест остается единственным способом испытания под нагрузкой с учетом запаса прочности материала и является как бы очевидным доказательством прочности и надежности оборудования. В соответствии с этим, автор выражает мнение, что методы НК не должны полностью исключить гидротестирование оборудования при техническом обследовании. Особенно это имеет значение при необходимости оценки остаточного ресурса и возможности дальнейшей эксплуатации оборудования, отработавшего нормативный срок, или в других ответственных случаях.
В связи с этим, наиболее приемлемым решением было бы нормативно-законодательное введение методов неразрушающего контроля в объем технического освидетельствования оборудования, работающего под давлением, с установлением определенной периодичности проведения НК и увеличением сроков периодичности гидравлического тестирования (или проведением гидротеста в конкретных ситуациях) в зависимости от полученных результатов НК.
Например, для воздушного ресивера алгоритм действий в этом случае выглядел бы следующим образом.
Поскольку данный вид сосуда, работающего под давлением, не подвергается значительной коррозии, для таких ресиверов установлены следующие сроки периодического технического освидетельствования: наружный (НО) и внутренний (ВО) осмотр специализированной организацией и лицом, ответственным за осуществление производственного контроля за эксплуатацией СРД, — каждые 4 года, гидравлическое испытание (ГИ)- каждые 8 лет.
Если ввести в Правила требование проводить НК с периодичностью НО и ВО, то первый НК будет проведен максимально через 4 года после ввода в эксплуатацию.
Далее, если ввести требование проводить ВО и ГИ по результатам НК, и, в зависимости от этого, устанавливать новый срок проведения НК, ВО и ГИ (отодвигать на более поздний срок), то здесь возможны два варианта развития ситуации:
1. Результаты НК удовлетворительны. В этом случае не потребуется проведение внутреннего осмотра или гидравлического испытания. Сроки следующего технического освидетельствования остаются без изменений: НО, НК, ВО и ГИ –через 4 года, при этом необходимость ВО и ГИ будет рассматриваться по итогам следующего НК.
2. Результаты НК неудовлетворительны (обнаружен дефект (дефекты) на наружной или внутренней поверхности корпуса оборудования). Здесь также вероятны различные варианты действий в зависимости от вида дефекта и возможности его устранения. Критически опасные дефекты, то есть дефекты, при наличии которых эксплуатация оборудования недопустима или невозможна, и дефекты с высокой скоростью развития потребуют либо применения радикальных мер, например, вывод оборудования из эксплуатации, либо проведения ремонтных работ. В случае принятия решения о проведении ремонтных работ обнаруженный дефект устраняется, а оборудование вводится в эксплуатацию после проведения внутреннего осмотра и гидравлического испытания. Сроки следующего технического освидетельствования: НО, НК и ВО –через 4 года, следующее ГИ- через 8 лет. Если же дефект не склонен к развитию или его устранение технически невозможно или на данный момент экономически нецелесообразно, и при этом он не является критически опасным, то эксплуатация оборудования разрешается при условии проведения НК в два раза чаще нормативной периодичности. Таким образом, следующий НК будет проведен через 2 года, а по его результатам будет принято решение о проведении ВО и ГИ.
При таком подходе не потребуется периодическое вскрытие сосуда и ГИ, а только по показаниям НК, тем самым, снижаются экономические затраты владельца из-за простоя оборудования и необходимости резервного оборудования. При удовлетворительных результатах НК в течение всего расчетного срока эксплуатации ВО и ГИ могут вообще не проводиться. При частых неудовлетворительных результатах НК потребуется частый ремонт и ГИ, а значит, станет вопрос о целесообразности замены такого оборудования.
Как альтернативный вариант, в случае невозможности проведения НК или при других обстоятельствах (например, экономические трудности), возможно проведение технического освидетельствования в объеме и в сроки, установленными Правилами, т.е без изменений.
В случае аварий с сосудом, истекании срока эксплуатации необходимо провести полное диагностирование с ВО, НК и ГИ.
При разработке и внедрении предлагаемой практики проведения технического освидетельствования, следует также учесть две существенные проблемы:
• Изъятие из применения отживающих технологий неразрушающего контроля и дефектоскопических приборов старого образца. Большинство лабораторных приборов неразрушающего контроля, применяемых в настоящее время на данном рынке услуг, могут быть морально устаревшими при их физической и метрологической годности, а приобретение новых современных приборов и внедрение передовых технологий может быть не в интересах компаний по каким-либо причинам. В этом случае, владельцы оборудования, работающего под давлением, не разбирающиеся в тонкостях дефектоскопии, могут быть введены в заблуждение о реальном состоянии оборудования данными технических отчетов лаборатории, практикующей старую методику, и недооценивать риск аварий. Поэтому имеет смысл создать условия или требования, стимулирующие (вынуждающие) лаборатории неразрушающего контроля развиваться и использовать только современные технологии. Одним из рычагов воздействия можно считать, например, установку определенного срока функционирования дефектоскопических приборов на рынке услуг, устанавливаемого органами стандартизации и метрологии, или выбраковку приборов при очередной поверке, или ограниченность применения приборов старого образца на оборудовании, работающем под давлением, как объектов повышенной опасности. Другим способом воздействия было бы ужесточение требований при последующих аккредитациях лаборатории с точки зрения применяемых технологий.
• Недостаточность нормативных требований в РФ для применения новейших методов дефектоскопии. С введением диагностики методами неразрушающего контроля в объем технического освидетельствования для СРД параллельно должны быть разработаны и введены новые стандарты РФ, гармонизированные с международными и европейскими стандартами (ISO, BS, ENV, EN, ASME, ASTM) или введены в действие международные стандарты.
Подытоживая сказанное, автор выражает мнение, что применение методов неразрушающего контроля при техническом освидетельствовании оборудования, работающего под давлением,- это наиболее выгодная с экономической точки зрения позиция и надежный инструмент с точки зрения промышленной безопасности, и в целом, это давно назревшая необходимость в условиях современной промышленности. Применение достижений дефектоскопии в этой сфере повышает уровень безопасности предприятий, а разработка законодательно-нормативных требований с учетом обозначенных выше проблем, является залогом технического прогресса.
