СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ ПОВЫШЕННОЙ ОПАСНОСТИ В УСЛОВИЯХ УВЕЛИЧЕННОГО ИНТЕРВАЛА МЕЖДУ КАПИТАЛЬНЫМИ РЕМОНТАМИ
METHOD TO ENSURE INDUSTRIAL SAFETY OF HIGH RISK PRODUCTION SITE UNDER CONDITIONS OF INCREASED INTERVAL BETWEEN MAJOR OVERHAULS

Изобретение относится к области обеспечения надежности и безопасности технических устройств, в частности сосудов, аппаратов и трубопроводов, работающих под давлением, в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности (емкостей, теплообменников, колонн, скрубберов, реакторов, резервуаров и трубопроводов) на основе проведения оценки их технического состояния (ресурса) и конкретно касается способа обеспечения промышленной безопасности производственных объектов повышенной опасности в условиях действия увеличенного интервала между капитального ремонтами.
Изобретение может быть использовано при проведении технической генетики, технической диагностики и технической прогностики по полученным комплексным показателям, в частности по показателю коррозионной стойкости материала вследствие износа, усталости, старения материалов, замены изношенных элементов, с учетом объемов проведения неразрушающего контроля, эффективности диагностирования и вероятной степени риска, характеризующей ответственность технических устройств при отказе.
Происшедшие в последнее время отказы техники на транспорте, в энергетической, горной, аэрокосмической отраслях промышленности вызвали широкий общественный резонанс.
Причинами, определившими данную ситуацию, явились некомпетентность персонала, изношенность основных фондов и недостаточный уровень инвестиций, направляемых на их модернизацию, несоблюдение требований правил охраны труда, промышленной безопасности, а также нарушение технологической, трудовой дисциплины и ряд других моментов. Очевидно, что в комплексе эти факторы определяют тот ситуационный уровень, который и приводит к катастрофическим отказам потенциально опасные технологические системы.
Минимизировать процесс отказов техники и переломить данную негативную тенденцию возможно только при организации и проведении непосредственно во время эксплуатации технологических систем качественного контроля технического состояния входящих в систему элементов при строгом соблюдении технологических параметров.
Другой составляющей способа является усиление входного контроля, более углубленный технический контроль элементов, проводимый специалистами предприятий, экспертными организациями во время останова систем на ремонт, предписываемый правилами.
Не являясь чем-то новым, обозначенные подходы, тем не менее, могут обеспечить достаточно высокую степень промышленной безопасности в соответствии с требованиями нормативно-технической документации, в том числе и при увеличенных межремонтных интервалах.
В технике известны многочисленные способы, направленные на продление срока службы различных технических устройств промышленных объектов и на обеспечение надежности и безопасности технических устройств повышенной опасности.
Из RU 2292028, 20.01.2007 известен способ определения остаточного ресурса металлоконструкций. Способ заключается в определении количества циклов нагружения исследуемого элемента металлоконструкции, и по количеству циклов нагружения за период эксплуатации между измерениями устанавливается зависимость коэрцитивной силы в местах дефектов, на основе которой рассчитывается остаточный ресурс металлоконструкции. При этом учитывается только один показатель - количество циклов нагружения элемента металлоконструкции. Такие показатели, как предельные состояния вследствие совместного снижения толщины стенки при износе или коррозии не учтены. Не предусматривается оценка прочности заменяемых изношенных элементов, точности, достоверности и полноты результатов диагностирования технических устройств, что является существенным недостатком известных способов и средств прогнозирования ресурса технических устройств.
Известны способы прогнозирования среднего и назначенного ресурса (см., например, РД 26.260.005-91: «Методические указания. Оборудование химическое. Номенклатура показателей и методы оценки надежности»), в которых ресурс прогнозируется по наработке на отказ до капитального ремонта с использованием вероятностных моделей теории надежности. Способы не находят широкого практического применения из-за недостаточной достоверности оценки ресурса технических устройств, поскольку ресурс принимается на основе номенклатурных показателей надежности, установленных для отдельных типовых узлов, и не учитывает результаты ресурсно-прочностных исследований и технического диагностирования, когда известны данные по износу стенок заменяемых элементов, механические напряжения, выявленые дефекты, возникшие при эксплуатации, и объем технического диагностирования.
По известному способу (см., например, Махутов Н.А. и Пимштейн П.Г. Определение срока службы и остаточного ресурса оборудования, «Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях», Вып.5, М., 1995) остаточный ресурс определяют на основе расчетного срока службы и вероятностного ресурса по избыточной толщине стенки и скорости ее коррозионного и эрозионного износа технического устройства. В условиях циклической нагрузки с допускаемым числом циклов и периодом нагружения, ползучести в зависимости от деформации, скорости ползучести, хрупкого разрушения нормативный срок службы принимается равным 20 годам для большинства технических устройств. Максимальную величину допускаемого времени эксплуатации определяют из множества тех же значений сроков службы в зависимости от объема контроля при диагностировании. Остаточный ресурс определяют разностью между расчетным сроком службы и временем эксплуатации, однако, не учтено влияние запасов прочности заменяемых элементов на ресурс, не учтена степень ответственности (группы или класса опасности технического устройства), характеризующая вероятную степень риска в случае отказа или разрушения. Не учтены эксплуатационная скорость снижения запаса прочности заменяемых элементов, показатели коррозии и коррозионной стойкости материалов, что не обеспечивает достаточной точности оценки ресурса технического устройства.
Известен способ определения остаточного ресурса технических устройств (см., например, «Сосуды и трубопроводы высокого давления: Справочник / А.М. Кузнецов, В.И. Лившиц и др.», изд. 2-е, доп. Иркутск: Издание ГП "Иркутская областная типография №1". 1999. 600 с.) с учетом резерва запаса прочности по отношению допускаемых нагрузок (рассчитанных, например, по нормативным документам) к фактическим нагрузкам, установленным из отношения фактических толщин стенок за вычетом прибавки к расчетной толщине стенки. По известному способу при расчете ресурса не учтено влияние запасов прочности заменяемых элементов на ресурс, не учтена вероятная степень ответственности (группы или класса опасности) технического устройства, характеризующая вероятную степень риска в случае отказа или разрушения. Не учтены эксплуатационная скорость снижения запаса прочности заменяемых элементов, показатель коррозии и коррозионной стойкости материалов, что не обеспечивает достаточной точности прогнозирования исходного, продляемого и остаточного ресурса технических устройств.
Известен способ оценки эффективности диагностирования сосудов, резервуаров и трубопроводов (см., например, Черепанов А.П., Порошин Ю.В. «Оценка эффективности диагностирования сосудов, резервуаров и трубопроводов», Безопасность труда в промышленности. №10, 2004. - С.43-46), использующий количественный показатель эффективности диагностирования с учетом степени ответственности (группу или класс опасности), характеризующий вероятную степень риска в случае отказа или разрушения, показатель достоверности методов, полноты и объемов контроля, выполненных при диагностировании. Отсутствие учета влияния запасов прочности заменяемых элементов, показателя коррозии и коррозионной стойкости материалов и эксплуатационной скорости снижения запасов прочности также не позволяет с достаточной точностью оценивать ресурс технических устройств.
Из RU 2253096, 27.05.2005 известен способ оценки технического состояния оборудования, по которому проводят входной контроль до начала эксплуатации, определяют соответствие нормативно-технической документации условиям эксплуатации и контролю эксплуатационных параметров, измеряют параметры технического состояния, по крайней мере, одного наиболее типичного узла, разрабатывают компенсирующие мероприятия по устранению выявленных несоответствий, определяют величину остаточного ресурса и/или значение эксплуатационных параметров, при которых возможна безопасная эксплуатация технического устройства, и разрабатывают экспертное заключение.
Однако, без учета запасов прочности заменяемых элементов, полноты и качества проведенного диагностирования, степени ответственности (группы или класса опасности), характеризующей вероятную степень риска в случае отказа или разрушения, эксплуатационной скорости снижения запасов прочности, показателей коррозии и коррозионной стойкости материалов не позволяет прогнозирование ресурса заменяемых элементов технических устройств с применением предлагаемого способа.
В качестве наиболее близкого аналога к заявленному изобретению может являться известный из RU 2454648, 27.06.2012 способ прогнозирования ресурса технических устройств, согласно которому на любом этапе от проектирования до достижения предельного состояния проводят первичную экспертизу промышленной безопасности в процессе изготовления технического устройства по проектным эксплуатационно-техническим данным и параметрам исходного фактического технического состояния, включая фактические размеры, толщины и сечения элементов, конфигурацию и размеры имеющихся дефектов на момент изготовления, определенные первичным техническим диагностированием, по которым проводят первичное ресурсно-прочностное исследование с выполнением прочностных расчетов элементов по расчетным, допускаемым и предельным механическим характеристикам материалов и нормативным запасам прочности; по расчетным, допускаемым и предельным нагрузкам определяют степень износа на заданный период эксплуатации; по исходным, расчетным и предельно допустимым запасам прочности с учетом погрешности их оценки, при снижении толщин стенок и площадей сечений элементов, подверженных, например, коррозии, износу, усталости, ползучести, изменению механических свойств и химического состава материала, с учетом показателей коррозии и коррозионной стойкости материалов, объема неразрушающего контроля, проведенного при первичном техническом диагностировании, коэффициента ответственности в зависимости от группы или класса опасности технического устройства определяют исходный ресурс элементов и разрабатывают первичное заключение экспертизы промышленной безопасности с назначением ресурса безопасной эксплуатации по наименьшему исходному ресурсу элементов, на момент окончания исходного или назначенного ресурса по фактическим эксплуатационно-техническим данным и параметрам фактического технического состояния, определенным вторичным техническим диагностированием, проводят вторичное (последующее) ресурсно-прочностное исследование с выполнением прочностных расчетов элементов по фактическим расчетным, допускаемым и предельным механическим характеристикам материалов, определяют фактические и предельно допустимые нагрузки при изменении толщин стенок, площадей сечений элементов, подверженных одному или нескольким механизмам повреждения, например коррозии, износу, усталости, ползучести, изменению механических свойств и химического состава, показателя коррозии, коррозионной стойкости материалов, определяют степень износа элементов за период эксплуатации по фактическим и предельно допустимым запасам прочности с учетом погрешности их оценки, с учетом имеющихся дефектов, объема неразрушающего контроля, проведенного при вторичном техническом диагностировании, коэффициента ответственности в зависимости от группы или класса опасности технического устройства, достоверности оценки запасов прочности определяют продляемый ресурс элементов и разрабатывают вторичное (последующее) заключение экспертизы промышленной безопасности с назначением ресурса безопасной эксплуатации по наименьшему продляемому ресурсу элементов технического устройства.
Необходимость замены или усиления, изношенных и ослабленных элементов на момент окончания исходного или назначенного ресурса технического устройства по фактическим эксплуатационно-техническим данным и параметрам технического состояния по степени износа элементов, деталей и узлов определяют по фактическим или нормативным механическим характеристикам, задают марку материала, определяют толщины или сечения элементов, которые усиливают или устанавливаются взамен изношенных, определяют их степень износа на заданный период эксплуатации при изменении толщин стенок, площадей сечений элементов, подверженных одному или нескольким механизмам повреждения, например коррозии, износу, усталости, ползучести, изменению механических свойств и химического состава, показателя коррозии, коррозионной стойкости материалов, с учетом имеющихся дефектов, объема неразрушающего контроля, проведенного при вторичном техническом диагностировании, коэффициента ответственности в зависимости от группы или класса опасности технического устройства, достоверности оценки запасов прочности, проводят прогнозирование ресурса элементов, которые усиливают или устанавливают взамен изношенных и ослабленных элементов, проводят прогнозирование ресурса незамеченных и неусиленных элементов, определяют продляемый ресурс технического устройства и разрабатывают вторичное (последующее) заключение экспертизы промышленной безопасности с назначением ресурса безопасной эксплуатации по наименьшему продляемому ресурсу незамененных, усиленных и замененных элементов технического устройства.
Расчетный ресурс технического устройства на любом этапе от проектирования до достижения предельного состояния по результатам технического диагностирования и ресурсно-прочностного исследования определяют функцией
<mrow><mi>T</mi><mo>=</mo><mi>f</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>W</mi><mo>;</mo><mi>ξ</mi><mo>;</mo><mi>β</mi><mo>;</mo><mi>Z</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
,
где
W - объем неразрушающего контроля, проведенного при техническом диагностировании;
ξ - коэффициент ответственности в зависимости от группы опасности технического устройства;
β - коэффициент дефектности, учитывающий наличие допустимых или недопустимых дефектов технического устройства, обнаруженных при техническом диагностировании;
Z - степень износа технического устройства.
Технический результат заключается в повышении надежности и эксплуатации технических устройств.
Приведенный способ является достаточно сложным и не отвечает на вопрос о возможности безопасной эксплуатации производственных объектов повышенной опасности в период между капитальными ремонтами.
Технической задачей заявленного в качестве изобретения является обеспечение промышленной безопасности производственных объектов повышенной опасности в условиях увеличенного интервала между капитальными ремонтами за счет расширения ассортимента методов (как средств) по обеспечению промышленной безопасности технических устройств технологических установок в условиях увеличенного интервала между капитальными ремонтами.
Поставленная задача и технический результат достигаются способом обеспечения промышленной безопасности, производственных объектов повышенной опасности с использованием оценки технического состояния оборудования этих объектов в период между капитальными ремонтами и проводится непосредственно во время эксплуатации технических устройств технологических установок, объединенных единым технологическим процессом, заключающимся в том, что применяется система контроля, включающая: проведение аудита, то есть оценку состояния технических устройств технологических установок на основе анализа результатов входного контроля оборудования, исходных данных проектного ресурса, текущего ресурса и условий их эксплуатации по данным технической документации, что позволяет разработать комплекс компенсационных мероприятий; проведение комплексного сопровождающего контроля фактического технического состояния технических устройств и отдельных узлов технологических установок в условиях увеличенного интервала между их капитальными ремонтами, который определяется проведением ранжирования, основанного на распределении совокупности технических устройств технологических установок по степени опасности с выделением наиболее слабых звеньев и разделения их на четыре группы и присвоением им числового значения - ранга опасности от 1 до 4 на основе экспертно-балльной оценки с помощью матричной формы анализа, полученной на основе предшествующей конечной информации о совокупных факторах, определяющих степень возможной дальнейшей безопасной эксплуатации и классификацию технических устройств с последующим определением необходимого уровня и объема неразрушающего контроля в зависимости от установленного ранга; независимо от установленного ранга опасности технических устройств определение для них зон неразрушающего контроля и проведение зонального периодического контроля технического состояния оборудования и узлов с использованием различных методов неразрушающего контроля, в число которых входят: ультразвуковые методы, акустико-эмиссионный метод, магнитный метод, радиографический метод, тепловой контроль, вибродиагностический метод, исследования состояния металла с учетом их актуализации по результатам контроля технического состояния во время проведения капитального ремонта, предшествующего переводу технологических установок на увеличенный интервал между капитальными ремонтами; проведение электронной архивации данных о техническом состоянии каждой единицы технических устройств, а также для групп технических устройств по результатам входного контроля их технического состояния и по результатам сопровождающего контроля технического состояния, позволяющую создавать электронные паспорта технических устройств, входящих в технологические установки.
Определение числового значения ранга опасности присваемого техническому устройству при ранжировании осуществляется по результатам анализа его отказов, коррозионного состояния, изменений условий эксплуатации, по выявлению наиболее слабых звеньев, оказывающих влияние на их работоспособность в условиях эксплуатации и возможный выход из строя, что позволяет повысить информативную безопасность технических устройств.
Матричный анализ включает определение коррозионного воздействия среды на материал технических устройств, наличие общей коррозии, продолжительности эксплуатации технических устройств, наличие дефектности, изменений, происшедших за время эксплуатации, и другие факторы, в том числе характеризующие опасность при эксплуатации технических устройств, и определяет уровень контроля, объем контроля, средства контроля технического состояния.
Предлагаемый зональный контроль на основе балльной системы определения зон, включающей экспертную количественную оценку всех факторов, снижающих прочностную надежность базисного элемента оборудования и позволяющей существенно снизить объем необходимых прочностных исследований, не уменьшая требуемого качества прочностных оценок.
Итак, поставленная техническая задача и получаемый технический результат достигаются заявленным в качестве изобретения способом обеспечения промышленной безопасности производственных объектов повышенной опасности с использованием оценки технического состояния оборудования этих объектов в период увеличенного интервала между капитальными ремонтами, проводимой непосредственно во время эксплуатации технических устройств технологических установок, объединенных единым производственным циклом, заключающейся в том, что предварительно проводят аудит, дающий представление о техническом состоянии оборудования и возможность разработки компенсационных мероприятий по результатам анализа исходных данных проектного ресурса по показателям надежности и вероятности безотказной работы, условий эксплуатации согласно технической документации и результатов проводимого комплексного контроля технического состояния оборудования как в условиях его непрерывной эксплуатации между капитальными ремонтами, так и при остановках на капитальный ремонт. При этом контроль технического состояния оборудования в межремонтный период определяется результатами его ранжирования, что позволяет распределить совокупность технических устройств по степени опасности с выделением наиболее слабых звеньев и с разделением их на четыре группы с присвоением им числового значения ранга опасности от 1 до 4 на основе экспертно-балльной оценки с помощью матричной формы анализа конечной информации совокупных факторов, определяющих степень возможности безопасной эксплуатации и классификации технических устройств, последующего определения необходимого уровня неразрушающего контроля в зависимости от установленного ранга опасности технических устройств. Одновременно с процедурой ранжирования осуществляется определение зон неразрушающего контроля технических устройств независимо от установленного для них ранга опасности, а также устанавливается периодичность контроля технического состояния устройств и отдельных их узлов с использование необходимых методов и средств контроля, в число которых входят ультразвуковые методы, акустико-эмиссионный контроль, тепловой контроль, металлографические исследования и другие, причем уровень и объем указанных методов контроля определяют по установленному рангу опасности технических устройств с учетом данных проведенного аудита, а также результатов комплексной диагностики, предшествующей переводу оборудования на увеличенный межремонтный интервал; при этом осуществляют электронную архивацию всей полученной информации о техническом состоянии каждой единицы оборудования, позволяющей создание для них электронного паспорта.
При осуществлении заявленного способа определение числового значения ранга опасности, присваемого техническому устройству при ранжировании, осуществляют по результатам анализа его отказов, протекающих коррозионных процессов, изменений условий эксплуатации, по выявлению наиболее слабых звеньев на основании установленных дефектов в конструктивных элементах технических устройств, оказывающих влияние на их работоспособность и возможность их выхода из строя.
Матричный анализ включает анализ коррозионного воздействия сред в процессе эксплуатации технических устройств, наличия общей коррозии, продолжительности эксплуатации, наличия дефектности, изменений, происшедших за время эксплуатации, а также возможности учета дополнительных факторов опасности.
Заявленный в качестве изобретения способ обеспечения промышленной безопасности производственных объектов повышенной опасности в условиях увеличенного интервала между капитальными ремонтами представляет собой в совокупности новую систему контроля технического состояния технологического оборудования.
Заявленный в качестве изобретения способ обеспечивает продление срока службы производственных объектов повышенной опасности и может быть проиллюстрирован, в частности, на примере технического контроля оборудования, обеспечивающей промышленную безопасность технологических установок первого комплекса Закрытого акционерного общества «Рязанская нефтеперерабатывающая компания» (ЗАО "РНПК") при эксплуатации их в условиях увеличенного интервала между капитальными ремонтами. В комплекс были включены десять технологических установок, объединенных единым технологическим циклом. Это установка прямой перегонки нефти, вакуумный блок установки прямой перегонки нефти, установка гидроочистки вакуумного газойля, установка каталитического крекинга, установка по производству серной кислоты, установка химводоочистки, установка по производству водорода, установка сернокислотного алкилирования, установка гидроочистки дизельного топлива, установка каталитического риформинга бензина. В составе указанных установок эксплуатируются сотни единиц технологического оборудования, включая сосуды, теплообменные и колонные аппараты, большой резервуарный парк, технологические печи и дымовые трубы, насосно-компрессорное оборудование, сотни километров технологических трубопроводов, тысячи единиц контрольно-измерительной техники и приборов.
Промышленная безопасность такого количества оборудования обеспечивалась и обеспечивается Системой планово-предупредительных ремонтов (ППР) при одногодичном или двухгодичном цикле их проведения. Системой ППР предусмотрено проведение контроля технического состояния оборудования во время остановок на капитальный ремонт в соответствии с требованиями Правил промышленной безопасности.
Обеспечение контроля оборудования в межремонтный период, кроме наружного осмотра, требованиями как Системы, так и Правил ранее не предусматривалось. Однако комплексный зональный «сопровождающий» контроль состояния оборудования в межремонтный период, где наиболее возможна и проявляется интенсивная деградация металла, в периодическом режиме или в режиме «on-line» значительно сокращает число отказов и повышает надежность оборудования. Тем самым «сопровождающий» контроль оборудования позволяет оценивать его изношенность и оптимизировать межремонтный цикл, что не противоречит тенденциям в мировой практике, направленным на эксплуатацию технологических установок при увеличенном межремонтном цикле.
Заявленный способ позволяет создать основу обеспечения промышленной безопасности оборудования при эксплуатации его в условиях увеличенного интервала между капитальными ремонтами, в виде указаний, рекомендаций и инструкций по организации и проведению периодического мониторинга технического состояния емкостного оборудования, трубопроводов, технологических печей, дымовых труб, по результатам ранжирования технических устройств, по определению зон неразрушающего контроля технических устройств, по оценке результатов периодического мониторинга с целью определения фактического технического состояния, а также указания по объему и порядку создания информационного фонда данных (базы данных), включающего результаты действия разрабатываемого способа контроля.
Итак, заявленный способ включает ранжирование технических устройств и определение зон неразрушающего контроля технических устройств.
Ранжирование устанавливает распределение технических устройств по степени их опасности и включает получение и оформление результатов ранжирования с определением ранга и уровня неразрушающего контроля оборудования, необходимого для установления необходимого объема контроля как в интервале между капитальными ремонтами, так и при остановке на капитальный ремонт.
Задачей ранжирования является распределение совокупности технических устройств технологических установок согласно представлению об их физическом состоянии, контроле состояния, определяющем возможность эксплуатации установок без появления причин, приводящих к значительному ущербу для производства и окружающей среды, гибели и травмированию людей.
Ранжирование технических устройств в соответствии с заявленным способом осуществляют на основе экспертной оценки признаков, позволяющих выделить из общей совокупности оборудования технологических установок наиболее «слабые звенья», требующие разработки мероприятий, направленных на обеспечение их промышленной безопасности.
К основным факторам, позволяющим выделить из общей совокупности оборудования «слабые звенья», следует отнести: коррозионное воздействие сред на материал объекта, нагрузочные факторы, продолжительность эксплуатации, изменение условий эксплуатации, выявленные дефекты, а также оценки вероятности разрушения, интенсивность отказов, наработку на отказ, результаты проведенных экспертиз, входной контроль и т.д.
По степени опасности технические устройства разделяют на четыре группы с присвоением им соответствующего ранга в зависимости от их технического состояния, связанного с влиянием деградационных процессов на работоспособность и надежность оборудования, и условиями, определяющими возможность его эксплуатации.
Контроль технического состояния объекта как функция ранга определяет уровень и требования к неразрушающему контролю, обеспечивающему промышленную безопасность объекта, в том числе к объему, средствам контроля.
Методы определения зон неразрушающего контроля, технических устройств предусматривают (включают) определение зон контроля, где наиболее возможна и реализуется повышенная деградация металла несущих конструктивных элементов оборудования, а также периодичность контроля, его маршрут.
Проведение в межремонтный период комплексного контроля технического состояния оборудования независимо от ранга следует выполнять в четко выверенных узловых точках, где наиболее возможна и реализуется повышенная деградация металла несущих элементов оборудования, а не подвергать контролю всю поверхность технического устройства. Узловые точки в этом случае подвергаются обязательному персонифицированному зональному диагностированию.
Такими зонами для оборудования могут быть зоны с наибольшим уровнем напряжений: зоны врезок штуцеров, граница раздела фаз, застойные зоны, зоны сварных швов приварки обечаек, днищ, крышек оборудования, трубных элементов, а также зоны с высоким уровнем коррозионного воздействия сред и воздействия высокотемпературных градиентов.
Установление зон с наибольшим уровнем напряжений определяется прочностными исследованиями. Поэтому в основе определения зон контроля технических устройств лежит прочностная оценка оборудования.
В целях упрощения процедуры проведения расчетов на прочность при определении зон используют балльную систему, заключающуюся в экспертной количественной оценке всех факторов, снижающих прочностную надежность базисного элемента оборудования.
При балльной оценке, например, емкостного оборудования за базисный элемент принимается гладкая неослабленная оболочка, не имеющая факторов, снижающих ее прочность, и рассчитанная согласно действующим нормам по расчету на прочность.
Входящие в анализ факторы, способные изменить в реальной конструкции прочностную оценку принятого базисного элемента, имеют свою количественную оценку, отличную от единицы.
Максимальный результат - перемножения коэффициентов, определяющих установленные факторы, характеризует наименее надежную зону технического устройства с наибольшей вероятностью появления в ней дефектов.
В число их включены наиболее часто встречающиеся факторы, ограничивающие или снижающие надежность базисного элемента, и соответствующие им рекомендованные коэффициенты.
Отправной точкой реализации способа является проведение технического аудита технологических установок первого комплекса, основанного на анализе технической документации, результатов технического освидетельствования оборудования, а также ранее выполненных экспертиз промышленной безопасности.
В процессе аудита на основе доступной информации о техническом состоянии оборудования фиксируют все отказы оборудования и определяют по результатам анализа его эксплуатационные возможности.
Констатация состояния оборудования позволяет сформировать план компенсационных мероприятий, направленных на замену изношенного оборудования и устранение выявленных технологических и иных недостатков функционирования технологических установок.
Так для установки прямой перегонки нефти (АТ-6) согласно аудиту перечень компенсационных мероприятий составил порядка сорока наименований, среди которых следует указать на обязательный ремонт двух колонн и модернизацию одной колонны, а также замену двенадцати теплообменных аппаратов.
При проведении «сопровождающей» диагностики используют современные средства неразрушающего контроля, позволяющие, например, проводить контроль состояния металла при температуре до 450°C по неподготовленной поверхности, а также осуществлять, например, визуальный контроль труб технологических печей непосредственно в зонах нагрева.
Наиболее ответственные блоки оборудования такие, как реакторный блок установки каталитического крекинга: реактор, регенератор, шлемовая труба и колонна - должны быть оснащены системами непрерывного мониторинга на основе акустико-эмиссионных систем.
Одновременно осуществляют анализ и оценку технологических и эксплуатационных факторов, негативно влияющих на жизненный цикл оборудования с разработкой рекомендаций по их контролю и максимальному устранению.
В первую очередь к ним относится коррозионное воздействие сред на оборудование технологических установок, приводящее к износу конструктивных элементов и к преждевременному выходу их из строя. Так стоимость потерь от коррозии, связанных непосредственно с переработкой нефти и получения товарной продукции, достигает 70% всех убытков только от коррозионной деградации оборудования в нефтеперерабатывающей промышленности. Потери от коррозии обусловлены значительными объемами производства, а также разнообразием и высокой агрессивностью коррозионных сред, вызывающих многообразие видов коррозионной деградации оборудования. Высокие потери также связаны еще и с тем, что противокоррозионные мероприятия не всегда предусматриваются на стадиях разработки технологических процессов, проектирования оборудования, его изготовления и монтажа, а также модернизации действующих установок и при эксплуатации.
Интенсивность и форма коррозионных процессов оборудования зависят от многих факторов. К ним относятся химический и фазовый состав сырьевой нефти, температура, давление и скорости перемещения потоков сред и их агрегатное состояние, применение различных реагентов, влияющих на кинетику технологических процессов (катализаторов, деэмульгаторов, ингибиторов, нейтрализаторов).
Многофакторный анализ коррозионных процессов применительно к оборудованию установок первого комплекса позволяет провести объединение оборудования в блоки с идентичными признаками коррозионного воздействия. Это, а также результаты анализа, позволяют осуществить конкретные мероприятия по стабилизации коррозионных процессов таких, как контроль качества обращаемых технологических сред, включая воду и пар, по содержанию коррозионно-активных компонентов, по минимизации их количества в средах и своевременное реагирование на их изменение с помощью введения соответствующих ингибиторов и нейтрализаторов, соблюдение норм технологического регламента по температуре, давлению, скоростям потоков сред, контроль состояния металла оборудования и своевременное устранение выявленных дефектов, перечень материалов, устойчивых к действию высоких температур и коррозионных сред.
Другим моментом, который может негативно сказаться на безопасной эксплуатации технологических установок является разгерметизация фланцевых соединений в процессе эксплуатации.
Очевидность недопущения разгерметизации оборудования не требует доказательств. В условиях переработки и обращения пожароопасных сред разгерметизация может привести и приводит к очень негативным последствиям.
С целью исключения разгерметизации осуществляют расчет фланцевых соединений согласно методическим рекомендациям, которые содержат идеологию расчета, расчет по определению необходимого усилия и контроля затяжки фланцевого соединения оборудования, находящегося в эксплуатации.
Естественно, контроль затяжки с помощью измерений удлинения болта или шпильки, либо угла поворота гайки, либо крутящего момента на ключе является рутинной работой, но осуществление ее является обязательным требованием, позволяющим минимизировать нарушение герметизации фланцевых соединений.
Важным аспектом способа является практическое его исполнение, в том числе проведение ранжирования с определением уровня контроля. На рисунке 1 в качестве примера приведены результаты ранжирования, выполненного для одной из наиболее насыщенной оборудованием установки - установки гидроочистки вакуумного газойля (ГВГ). Как видно из диаграмм, наибольший процент оборудования (технических устройств) приходится на второй ранг.
Для второго ранга уровень контроля, согласно Инструкции обозначенный индексом С, предусматривает следующие виды контроля (Таблица 1).
Таблица 1
Классификация в зависимости от времени видов контроля
Уровень и виды контроля
Период проведения контроля
Межремонтный период
Капитальный ремонт
Уровень С
Виды технической диагностики
Наружный осмотр.
Наружный осмотр.
Ультразвуковая толщинометрия,
Внутренний осмотр.
применение - зональное, периодическое без ограничений по
Испытание на прочность и плотность согласно правилам.
температуре по неподготовленной
Ультразвуковая толщинометрия.
поверхности.
Выборочный ультразвуковой
Тепловой контроль, применение -
контроль.
зональное, периодическое при необходимости.
Вихретоковый контроль как альтернативный контроль
Контроль состояния основного
ультразвукового контроля.
металла, металла сварных швов и околошовной зоны - применение - зональное, периодическое.
Металлографические исследования, безобразцовые.
(Средства контроля - ультразвуковой контроль, вихретоковый контроль, метод
Выборочный контроль твердости металла.
магнитной памяти металла, акустико-эмиссионный контроль.
Поверочные расчеты на прочность - при необходимости.
Выбор средств контроля определяется доступностью к зонам контроля и возможностью их применения.)
(Необходимость определяет экспертная организация)
Другой стадией способа, как об этом сказано выше, является определение зон контроля на основе экспертной балльной оценки. Фрагмент наиболее часто встречающихся на практике факторов формы, ограничивающих или снижающих надежность базисного элемента и соответствующие им рекомендованные коэффициенты, приведены в таблице 2.
Таблица 2
Величина коэффициентов, характеризующих геометрию оборудования
Узел или элемент сосуда
Расчетный элемент
φ<sub>zформ</sub>
Гладкая оболочкаСферическая часть выпуклых днищ без отверстий
Оболочка (а)
1
Смещение кромок сварного шва
Оболочка (b)
0,7+2δ/s
Соединение оболочек разной толщины
Более тонкая оболочка (с)
Шпильки (R<sub>m</sub><540 МПа)
Резьба (d)
Приварка встык фланца с плавным переходом.Эллиптическое днище
Оболочка и фланец (е)
1,3
Обечайка с кольцами жесткости
Обечайка (f)
Для работы с полученной информацией и ее архивацией в процессе разработки и реализации способа используют информационную систему на основе электронной Базы данных, созданной как поддержка системы способов контроля технологического оборудования, эксплуатирующегося в условиях увеличенного межремонтного интервала.
Для безопасной эксплуатации оборудования в подобных условиях вопрос хранения и оперативного доступа к информации о технологическом оборудовании становится актуальным, так как определяет возможность оперативной оценки фактического технического состояния оборудования.
Дополнительными факторами, способствующими большей конкретизации в оценке состояния оборудования, явились проведенные ранее освидетельствования большинства емкостного, теплообменного, другого оборудования и трубопроводов, находящихся в эксплуатационном режиме.
Техническое освидетельствование с помощью современных средств неразрушающего контроля помимо конкретизации позволяет одновременно решить задачу, согласованную Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору, по установлению возможности переноса сроков технического освидетельствования и ЭПБ оборудования первого комплекса на год. Это позволяет оптимально распределить временные ресурсы при выполнении разрабатываемой проблемы в целом.
По результатам аудита была определена практическая возможность, за исключением установки производства серной кислоты, эксплуатации оборудования в условиях действия трехлетнего цикла между капитальными ремонтами при условии создания системы контроля технического состояния оборудования в межремонтный период, а также при условии выполнения компенсационных мероприятий, сформированных на основе установленного износа оборудования, технологических и иных недостатков функционирования установок.
База данных позволяет хранить данные о технологическом оборудовании, такие как технические характеристики, условия эксплуатации, данные как о ранее проведенных ремонтах и обследования, так и о будущих.
Для быстрого доступа к необходимой и достоверной информации о технологическом оборудовании в рамках базы данных проведены работы, адаптированные под задачи конкретного производства. Проведено разделение оборудования на классы, данные об оборудовании разделены на блоки, создан интерфейс поиска необходимых данных об оборудовании, реализован просмотр данных как о каждой единице оборудования (электронный паспорт), так и о группе технических устройств.
На рисунке 2 представлены в качестве примера эскизы узлов (а-f), составляющие конструктивы оборудования.
В базе данных реализовано автоматическое ранжирование технических устройств, создание электронного паспорта и возможность изменения данных об оборудовании и добавление новых (функция доступна отдельным пользователям).
Таким образом, изобретение распространяется на следующее технологическое оборудование, эксплуатируемое на технологических установках:
- сосуды и аппараты (емкостное оборудование, теплообменное оборудование, колонное оборудование, реакторы, аппараты, секции АВО);
- трубопроводы (технологические трубопроводы, трубопроводы пара и горячей воды);
- технологические печи;
- дымовые трубы;
- энерготехнологические котлы-утилизаторы;
- динамическое оборудование (насосы, компрессоры, вентиляторы аппаратов воздушного охлаждения, дымососы, воздуходувки);
- резервуары;
- предохранительные устройства (клапаны).
Изобретение направлено на обеспечение промышленной безопасности технологического оборудования в условиях увеличенного интервала между капитальными ремонтами технологических установок.
Термины и определения.
Дефект - каждое отдельное несоответствие параметров (характеристик) конструктивных элементов технических устройств требованиям нормативно-технической документации.
Зона контроля - выделенный участок конструктивного элемента технического устройства с наиболее активными деградационными процессами, где проводится или должен проводиться периодический неразрушающий контроль.
Капитальный ремонт - ремонт, выполняемый для восстановления исправности и полного или близкого к полному восстановлению ресурса оборудования с заменой или восстановлением любых его частей, включая базовые.
Неразрушающий контроль - контроль надежности и основных рабочих свойств и параметров объекта или отдельных его элементов/узлов, не требующий выведения объекта из работы, либо его демонтажа.
Параметры эксплуатации - совокупность физических, химических, гидравлических и термодинамических данных, характеризующих технологические процессы, протекающие в техническом устройстве.
Планово-предупредительный ремонт (ППР) - комплекс организационно-технических мероприятий предупредительного характера, проводимых в плановом порядке для обеспечения работоспособности технических устройств в течение всего предусмотренного срока службы.
Ранжирование - присвоение техническому устройству определенного числового значения, присваиваемого техническому устройству при анализе его отказов, коррозионных процессов, изменений условий эксплуатации, результатов расчетов и ряда других факторов. Определяет положение технического устройства в таблице о рангах. Позволяет выстроить технические устройства по степени опасности, от неопасных к опасным.
Технологическое оборудование (Техническое устройство) - оборудование различного типа и назначения (сосуды, аппараты, емкости, печи, дымоходы, резервуары, колонны, реакторы, теплообменники, технологические трубопроводы, трубопроводы пара и горячей воды, динамическое оборудование), агрегаты, технические системы (комплексы), аппаратура, приборы, их узлы и составные части.
Техническое состояние - соответствие одному из видов технического состояния в данный момент времени (исправен, неисправен, работоспособен, неработоспособен), определяемое при сравнении истинных значений параметров технологического оборудования с установленными нормативно-технической документацией.
Технологические установки, объединенные единым технологическим циклом - отдельная технологическая установка или группа технологических установок с минимальным числом аппаратов, в которых возможно осуществить конкретные процессы переработки нефти, нефтяных фракций или остатков с получением требуемых видов продукции, и которые в любое или заданное время могут быть отключены или изолированы от технологической системы или выведены из нее без опасных изменений режима, приводящих к развитию аварии в смежных аппаратах или технологических установках.
Экспертиза промышленной безопасности - оценка соответствия технического устройства предъявляемым к нему требованиям промышленной безопасности.
Основные положения способа (системы) контроля технического состояния технологического оборудования - способ контроля технического состояния (СКТС) основан на своевременном получении и анализе информации о фактическом состоянии и параметрах эксплуатации технологического оборудования, а также планировании и организации работ по его контролю.
Основным требованием СКТС является соблюдение требований промышленной безопасности при эксплуатации технологического оборудования.
Итак, способ обеспечения промышленной безопасности включает способы контроля технического состояния технологического оборудования, в которые входят:
- оценка фактического состояния технологического оборудования;
- выявление дефектов и изношенных частей технологического оборудования; определение объема ремонтных работ технологического оборудования и перечня заменяемых узлов и деталей;
- определение качества, проводимых по актам ревизии и отбраковки, ремонтных работ;
- определение возможности дальнейшей эксплуатации технологического оборудования;
- прогноз остаточного ресурса технологического оборудования.
Контроль технического состояния технологического оборудования должен проводиться в следующих ситуациях:
- во время эксплуатации оборудования;
- во время подготовки оборудования к эксплуатации;
- во время остановки на капитальный ремонт;
- после проведения ремонтных работ (устранение дефектов и др.);
- после отказов технологического оборудования;
- после окончания установленного срока службы.
По результатам контроля технического состояния и выполнения, выданных на основе контроля мероприятий, должна быть обеспечена работоспособность и безотказная работа технологического оборудования до очередного контроля при сохранении первоначальных (проектных) или близких к ним показателей надежности и технико-экономических характеристик.
Способ строится на сочетании контроля, предписываемого нормативно-технической документацией (НТД), и сопровождающего контроля, направленного на обеспечение работоспособности технологического оборудования при заданных параметрах в условиях увеличенного интервала между капитальными ремонтами.
Основой информационной составляющей способа является единая база данных, содержащая в себе максимально полный объем информации по каждой отдельно взятой единице технологического оборудования. Вся информация о контроле технического состояния технологического оборудования, происходящих отказах и выявляемых дефектах, а также изменениях конструкции и параметров эксплуатации должна вноситься в единую базу данных технических устройств.
Одним из условий реализации способа обеспечения промышленной безопасности технологических установок потенциально опасных производств являются данные о физическом состоянии технических устройств и объеме необходимого контроля, определяющих возможность эксплуатации установок без появления событий, приводящих к значительному ущербу для производства и окружающей среды, гибели и травмированию людей.
Данные о состоянии технических устройств на основе ранжирования позволяют распределить совокупность технических устройств технологических установок по степени их опасности с выделением наиболее «слабых звеньев», требующих разработки мероприятий, направленных на обеспечение их промышленной безопасности.
I. Критериями ранжирования являются:
1. Оценка состояния технических устройств согласно экспертно-балльному анализу.
2. Oценка технических устройств по фактору опасности, исходя из положений Федерального закона №116 ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», с учетом изменений от 04.03.2013 г., а также ИТД по безопасной эксплуатации технических устройств.
II. Критериями, определяющими состояние технических устройств являются:
1. Оценка, при которой не рекомендуется эксплуатация технических устройств. К ним относятся критически опасные технические устройства, которые не должны находиться в эксплуатации без выполнения компенсирующих мероприятий и мероприятий по приведению их в соответствие требованиям НТД. В случае невыполнения указанных мероприятий технические устройства должны быть выведены из эксплуатации.
2. Оценка, при которой возможна эксплуатация технических устройств. К ним относятся технические устройства, которые могут находиться в эксплуатации при условии контроля их технического состояния в межремонтный период либо наличия систем мониторинга.
3. Оценка, при которой допускается эксплуатация технических устройств. К ним относятся технические устройства, которые допускаются в эксплуатацию с установлением минимально необходимого объема контроля технического состояния в межремонтный период.
4. Оценка, при которой разрешена эксплуатация технических устройств. К ним относятся технические устройства, которым разрешена эксплуатация без ограничений.
Выделение технических устройств в ту или иную группу с указанием соответствующего ранга от 1 до 4 производится на основе экспертно-балльной оценки с помощью матричной формы анализа конечной информации совокупных факторов, определяющих степень возможности безопасной эксплуатации и классификации технических устройств (таблица 3.).
Работа с матрицей предусматривает отнесение к соответствующей ячейке полей матрицы результатов, полученных для технического устройства при экспертной оценке каждого фактора. Соответственно, максимальное значение определяет установленный ранг.
Таблица 3
Матричная форма определения ранга возможности безопасной эксплуатации технических устройств.
№ п/п
Область анализа фактора
Номер группы - ранг технического устройства
I
II
III
IV
1
Коррозионное воздействие сред, балл
>80,0
(25,0÷80,0]
(5,0÷25,0]
≤5,0
2
Общая коррозия
По совокупности данных, определяющих фактор общей коррозии, согласно таблицам
3
Продолжительность эксплуатации
По совокупности данных, определяющих фактор продолжительности эксплуатации, согласно таблицам
4
Дефектность
По совокупности данных, определяющих фактор дефекта, согласно таблицам
5
Изменения, происшедшие за время эксплуатации
По совокупности данных, определяющих фактор изменений, происшедших за время эксплуатации, согласно таблицам
6
Возможные дополнительные факторы ранжирования
По совокупности данных, определяющих фактор
III. Критериями, характеризующими фактор опасности при эксплуатации технических устройств, являются значения технологических параметров:
1. Давления среды.
2. Температуры среды.
3. Оценки взрыво-, пожароопасности среды.
Критерии приведены в таблице 4 в зависимости от ранга.
Таблица 4
Ранжирование технических устройств по фактору опасности.
Ранг
Давление, МПа (кгс/см<sup>2</sup>)
Температура, °C
Рабочая среда
I
Свыше 0,07 (0,7)
Независимо
Взрывоопасная, пожароопасная, 1-го, 2-го классов опасности по ГОСТ 12.1.007
II
Свыше 0,07 (0,7) до 4,0 (40)
Ниже - 70, выше 400
Свыше 4,0 (40)
Независимо
До 0,07 (0,7)
Независимо
III
Свыше 0,07 (0,7) до 1,6 (16)
От -70 до -20
Любая, за исключением указанной для I и II-го рангов
От 200 до 400
Свыше 1,6(16) до 4,0(40)
От -70 до 400
IV
Свыше 0,07 (0,7) до 1,6 (16)
От -20 до 200
До 0,07 (0,7)
Независимо
Данные, полученные на основе экспертно-балльной оценки матричной формы анализа (таблица 5), а также результатов ранжирования по фактору оценки эксплуатационного состояния технического устройства (таблица 3) и ранжирования по фактору оценки опасности (таблица 4) позволяет установить требуемый уровень неразрушающего контроля как в межремонтный интервал, так и во время капитального ремонта, уровень, необходимый для определения технического состояния оборудования и возможности его дальнейшей эксплуатации.
Матричная форма анализа предусматривает определение уровня по соответствующей ячейке, обозначенной буквенными индексами: А, В, С, D, Е, характеризующими средства (таблица 6) объем, методы, и периодичность (таблицы 7÷9) проведения технического контроля.
Помимо работ, указанных в таблице 6, в капитальный ремонт могут проводиться следующие работы:
- исследования физико-механических свойств;
- анализ химического состава примененных материалов;
- поверочный расчет на прочность;
- определение остаточного ресурса.
- расчет и контроль усилий затяжки фланцевых соединений.
Необходимость проведения указанных работ определяется специалистами, проводящими ранжирование в зависимости от условий эксплуатации и требований НТД.
При проведении в капитальный ремонт экспертизы промышленной безопасности объем контроля определяется организацией, проводящей экспертизу, но при этом он должен быть не меньше чем объем, указанный в РИ 03 002-2011: «Инструкция по определению зон неразрушающего контроля технических устройств технологических установок нефтеперерабатывающих комплексов».
Таким образом, как следует из приведенных данных, заявленный в качестве изобретения способ позволяет обеспечить эффективный контроль технического состояния технических устройств и способствует повышению безопасной эксплуатации оборудования и возможности продления срока службы производственных объектов повышенной опасности особенно нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности.