Вопросы надежности и безопасности трубопроводной арматуры

Ю.И. Тарасьев, С.Н. Дунаевский, ЗАО «НПФ «ЦКБА»

Рецензент - Г.И. Грозовский, д.т.н, профессор, заместитель директора «ВНИИНМаш»

ВОПРОСЫ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ

От надежной работы арматуры в решающей степени зависит безопасная работа технологических систем в широком диапазоне рабочих сред, давлений, температур, условий окружающей среды (сейсмических воздействий, влажности, низких температур и др.).

Надежная и безопасная работа арматуры будет возможна только в случае, если основные технические характеристики арматуры будут отвечать соответствующим требованиям и характеристикам систем и агрегатов, в составе которых арматура будет эксплуатироваться. Целью настоящей статьи является освещение принятых в арматуростроении требований к обеспечению надежности и безопасности арматуры, поставляемой на опасные производственные объекты. Вопросы надежности и безопасности трубопроводной арматуры особенно остро стоят в нефтегазовом комплексе. Это связано с тяжелыми последствиями аварий как на магистральных нефте-и газопроводах, так и при добыче и переработке углеводородов. Помимо взрыво- и пожароопасности необходимо учитывать опасность сред, содержащих сероводород. Будучи исключительно токсичным веществом, он одновременно вызывает хрупкое разрушение целого ряда традиционно применяемых для арматуры материалов. Освоение месторождений на шельфе, строительство морских добывающих платформ, подводных трубопроводов нефти и газа требуют дальнейшего совершенствования нормативной базы в части обеспечения надежности и безопасности арматуры.

В технической документации, как правило, приводится следующая номенклатура основных показателей арматуры:

• показатели назначения;

• показатели надежности;

• показатели, характеризующие безопасность;

• технико-эксплуатационные характеристики (назначенные показатели).

Рассмотрим более подробно каждый из этих показателей.

показатели назначения.

К этой группе показателей относят:

• номинальное или рабочее давление;

• температуру рабочей среды.

Оба эти показателя характеризуют физическое состояние рабочей среды, на которой эксплуатируется арматура;

• номинальный диаметр, характеризующий номинальный внутренний диаметр присоединяемого трубопровода;

• допускаемую протечку в затворе (класс герметичности по ГОСТ 9544 для запорной, предохранительной, защитной и других видов арматуры), относительную протечку в затворе (для регулирующей арматуры);

• коэффициент гидравлического сопротивления (для запорной рматуры), условную пропускную способность (для регулирующей арматуры), коэффициент расхода (для предохранительной арматуры).

Показатели характеризуют гидравлическое совершенство изделия, в том числе формы его проточной части;

• мощность (давление управляющей среды) привода арматуры. Показатель характеризует энергоемкость арматуры.

В зависимости от вида, типа, конструкции и характера применения могут быть приведены и другие показатели назначения, характеризующие и другие свойства изделия.

Например, время срабатывания для отсечной быстродействующей арматуры, уровень воздушного шума, вибро-акустических характеристик и др.

показатели надежности.

К этой группе показателей относят:

• показатели долговечности - полный срок службы, полный ресурс. Полный срок службы приводится в годах, полный ресурс - в часах и циклах срабатывания арматуры (для запорной, предохранительной и обратной арматуры) и в часах (для регулирующей арматуры). Для арматуры,эксплуатируемой при перевозке опасных грузов (цистерны, контейнеры), ресурс дополнительно задается в километрах пробега;

• показатели безотказности - вероятность безотказной работы, наработка на отказ.

Порядок выбора тех или иных конкретных показателей надежности установлен в ГОСТ 27.003 и зависит от класса изделия (восстанавливаемое, невосстанавливаемое, ремонтируемое, неремонтируемое) и возможных последствий отказов изделия в процессе его эксплуатации.

показатели, характеризующие безопасность.

Эти показатели приводятся в технической документации для тех изделий, отказы которых представляют опасность для жизни и здоровья людей, могут нанести вред экологии или привести к значительному экономическому ущербу. Такие отказы относят к критическим. Исходя из этого, все показатели, характеризующие безопасность изделия, принимаются по отношению к его критическим отказам.

безотказность изделия:

• вероятность безотказной работы по отношению к критическим отказам;

на правах рекламы

КОМ БИТ (что делает?). Обозначает действие, быстрое выполнение поставленной задачи, надежный и качественный результат и срок.

]. Употребляется как синоним быстрого, надежного и высокопрофессионального решения задач по строительству и реконструкции «под ключ» объектов нефтегазовой отрасли.

2. Может применяться как для всего комплекса работ, так и к отдельным составляющим инжинирингового процесса, таким как про ектн о-изыскательские работы, строительство, поставка и монтаж оборудования, пусконаладка и сдача объектов в эксплуатацию.

Нар паи ты употребления: камбитовский метод работы; пп-комбитовъкц передовой; падежный, как КО МНИТ; осе о порядке: то же строил КОМЬИТ.

Толковый словарь современного российского инжиниринга.

КОМБИТ

ОБОЗНАЧАЕТ ДЕЙСТВИЕ

• коэффициент оперативной готовности. Вероятность безотказной работы по отношению к критическим отказам используется проектантами технологических систем опасных производственных объектов при оценке риска возникновения аварий.

ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ИЗДЕЛИЯ:

характеризуется техникоэксплуатационными характеристиками (назначенными показателями):

• назначенный срок службы в годах;

• назначенный ресурс - в часах и циклах.

Показатели вводятся с целью обеспечения принудительного заблаговременного прекращения применения изделия по назначению,исходя из требований безопасности.

Поскольку эксплуатация изделия на опасном производственном объекте не может продолжаться до наступления критического отказа, ГОСТ 27.002 устанавливает, что по достижении изделием назначенного срока службы (ресурса) эксплуатация его должна

быть прекращена и, в зависимости от его назначения, особенности эксплуатации, технического состояния и других факторов, изделие может быть списано, направлено в средний или капитальный ремонт или может быть принято решение о продолжении его эксплуатации. Назначенный срок службы (ресурс) должен соответствовать значениям вероятности безотказной работы по отношению к критическим отказам, близким к единице.

Помимо вышеперечисленных показателей к изделию могут предъявляться дополнительные требования, связанные с особенностями его эксплуатации, в том числе:

• к материальному исполнению изделия в зависимости от свойств и характеристик рабочей и окружающей среды;

• к сейсмостойкости;

• к пожаростойкости.

Степень удовлетворения этих требований, как правило, характеризуется показателями надежности.

Требования к арматуре, учитывающие специфику ее эксплуатации в конкретных отраслях промышленности, оговариваются в отраслевых документах типа «Общие технические требо-

КОРПОРАЦИЯ СПЛАВ

вания» (ОТТ). Так, в настоящее время действуют ОТТ в атомной энергетике, в тепловой энергетике, в ОАО «Газпром». В АК «Транснефть» за последние годы введены в действие общие технические требования к арматуре (задвижки шиберные и клиновые, затворы обратные, клапаны предохранительные, краны шаровые, затворы обратные) для магистральных нефтепроводов и специальные технические требования для нефтепровода Восточная Сибирь -Тихий океан.

В этих документах для задвижек шиберных DN 800, 1000, 1200, PN до 15,0 МПа, поставляемых на магистральный нефтепровод Восточная Сибирь - Тихий океан установлены следующие значения показателей, характеризующих безопасность:

• полный назначенный срок службы -30 лет;

• полный назначенный ресурс - 3000 циклов;

• вероятность безотказной работы за полный назначенный ресурс по отношению к отказу «невыполнение функции закрытие» (который является для этих задвижек критическим) - 0,99;

• коэффициент оперативной готовности

На правах рекламы

Производство и поставки трубопроводной арматуры для нефтяной газовой и химической промышленности

СПЯ

ЗАО «Сплав-М» Россия, 173021

Новгород, ул. Нехинская, 61

^Г+^8162) 680825,680823

e-mail splav_m@splav.net

^ 0 www.splav-m.ru

по отношению к отказу «невыполнение функции закрытие» - 0,9999. Требования по надежности и безопасности арматуры должны быть сформулированы в нормативных документах следующих видов:

• технический регламент (для европейских стран должна быть разработана специальная Директива «О безопасности трубопроводной арматуры»);

• международные и национальные стандарты (^0, ЕМ ГОСТ Р и др.);

• технические условия (спецификация) на конкретные изделия, требования которых не противоречат техническим регламентам и стандартам.

Требования к арматуре, как к техническому устройству для опасных производственных объектов, поднадзорных Ростехнадзору, содержатся также в ряде Правил безопасности Ростехнадзора.

В настоящее время ЗАО «НПФ «ЦКБА» совместно с Научно-производственной ассоциацией арматуростроителей подготовлен проект технического регламента «о безопасности трубопроводной арматуры», который предполагается утвердить Правительством РФ.

Этот документ будет иметь статус, аналогичный Директивам ЕС. Он устанавлива-

ет требования безопасности трубопроводной арматуры при проектировании, изготовлении, эксплуатации, ремонте, утилизации.

При проектировании арматуры необходимо учитывать показатели назначения

- параметры рабочих сред, окружающие условия, режимы работы арматуры. Должны применяться апробированные методики проектирования и расчета, а также должен быть проведен анализ видов и последствий критических отказов. Должны быть установлены показатели надежности и безопасности арматуры, а также назначенные показатели, исходя из тезиса о минимальной вероятности критического отказа. Проект должен включать необходимые эксплуатационные документы (паспорт, руководство по эксплуатации), которые должны поставляться с арматурой.

Отметим, что достоверное подтверждение чрезвычайно высоких показателей безотказности, долговечности и показателей, характеризующих безопасность арматуры, практически невозможно из-за:

• большого числа изделий, которые необходимо подвергнуть ресурсным испытаниям на рабочих параметрах, что, например, для задвижек магистральных

нефтепроводов йМ от 500 до 1200 на РМ до 12,5 МПа ни экономически, ни технически нецелесообразно;

• больших объемов испытаний по подтверждению назначенного ресурса, полного ресурса, наработки на отказ и других показателей долговечности. Как показывает мировая практика и накопленный нами опыт, основной упор должен быть направлен на обеспечение безотказности изделий при изготовлении за счет стабильности и высокого технического уровня технологических процессов производства и эффективного технического контроля в рамках системы качества предприятия-изготовителя. В основу методики положен принцип «Анализ видов, последствий критических отказов» (АВПКО), позволяющий выделить и оценить надежность наиболее значимых технологических операций, на которых должен обеспечиваться максимальный контроль качества. При изготовлении арматуры на основе анализа видов и последствий критических отказов должны быть выявлены технологические операции, на которых могут возникнуть дефекты, приводящие к критическим отказам изделия, определены точки контроля технологического

АРМ ГАРАНТ

Электроприводы ЭВИМТА для задвижек Ду 50 -1200 мм Пневмоприводы ПСДС для шаровых кранов Ду 300 -1000 мм

Монтажные, пуско-наладочные, ремонтные работы

на объектах нефтегазового комплекса

На правах рекламы

450059, г. Уфа, ул. Р. Зорге, 35 тел./факс: (347) 223-74-15, 223-74-17 e-mail: armgarant@ufamail.ru

процесса и дана оценка обеспечения им требуемых значений вероятности безотказной работы изделия. Введение в действие такой методики позволит уверенно оценивать качество арматуры не только при постановке ее на производство и в процессе серийного изготовления, но и более целенаправленно решать вопросы объемов приемочных и периодических испытаний, оценки остаточного ресурса и продления сроков службы арматуры. Применение методики АВПКО не должно полностью исключать испытания опытных образцов, квалификационные испытания при освоении серийного производства, особенно для изделий, в которых применяются новые технические решения, новые материалы, комплектующие изделия или расширяются пределы применения освоенных ранее изделий. Характеристики изделия должны быть технически обоснованы, и в каждом конкретном случае необходимо принимать конструкторские решения на основе технического анализа, учета эксплуатационной надежности аналогичных изделий и, с участием экспертной организации в области трубопроводной арматуры.

При эксплуатации необходимо соблюдать требования эксплуатационных документов в части монтажа, технического обслуживания, замены быстроизнашиваемых деталей и узлов, ремонтов.

Необходимо также соблюдать назначенные показатели, установленные для арматуры на опасных производственных объектах, по достижении которых эксплуатация арматуры прекращается и возможность дальнейшей эксплуатации должна быть подтверждена специальной комиссией.

В проект технического регламента включены также требования к подтверждению соответствия. В зависимости от степени риска могут быть использованы следующие схемы:

• оформление изготовителем декларации соответствия на основе собственных доказательств;

• оформление изготовителем декларации соответствия с участием третьей стороны - аккредитованной испытательной лаборатории;

• оформление сертификата соответствия органом по сертификации. Наряду с подготовкой технического регламента пересматривается и совершенствуется нормативная база в виде национальных стандартов, которые будут являться доказательной базой выполнения требований технического регламента. Разрабатываются новые национальные стандарты - «Методы контроля и испытаний трубопроводной арматуры» и «Общие требования безопасности трубопроводной арматуры», стандарты общих технических условий

на различные виды и типы трубопроводной арматуры. Безусловно, при их создании учитываются требования стандартов ISO, EN, API, IEC и др.

Отдельные требования к безопасности арматуры приводятся в различных Директивах ЕС и соглашениях («О безопасности оборудования, работающего под давлением» (PED), «О безопасности машин и оборудования», «Международные правила перевозки опасных грузов железнодорожным транспортом» (RID). Эти документы, по нашему мнению, не в полной мере отражают вопросы безопасности трубопроводной арматуры. Одно из основных отличий арматуры в том, что она совершает циклы (запорная, обратная и предохранительная арматура), а в системах автоматического регулирования управляет потоком путем изменения пропускной способности (регулирующая арматура). Именно эти характеристики и свойства арматуры требуют задания специальных требований к парам трения, к уплотнительным материалам относительно внешней среды - сальникового, сильфонного или мембранного уплотнения, к материалам, применяемым в затворах. Эти особенности лежат в основе показателей надежности и показателей безопасности

- ресурса в часах и циклах, срока службы, вероятности безотказной работы и степени риска.

I

т о г г о в н и лом

ЗНАМЯ ТРУДА

18121347-70 27,

Санкт-Петербург, ул. Магнитогорская, 1Ь эл, почта: officePtdzt.ru,

www.tdzt.ru

ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА

КЛАПАНЫ ЗАПОРНЫЕ, РЕГУЛИРУЮЩИЕ, ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ, ОБРАТНЫЕ

>] КРАНЫ ШАРОВЫЕ

DN 6-1400 мм; PN до 40 МПа

ЗАТВОРЫ ОБРАТНЫЕ, ДИСКОВЫЕ

ЗАДВИЖКИ

на правах рекламы

Статистика показывает, что основные отказы трубопроводной арматуры, представляющие опасность для жизни и здоровья людей, - это не только разрушение корпуса (что является основой РЕй), но и нарушение работоспособности (открытие-закрытие, потеря герметичности в затворе и по отношению к внешней среде, сброса аварийного расхода и др.), т.е. невыполнение основных функций. Если такие отказы приводят к серьезным последствиям - угрозе здоровью человека, окружающей среды или к значительному экономическому ущербу, то они являются критическими, и вероятность безотказной работы по таким отказам должна быть близка к 1. Надежность каждой единицы арматуры влияет на надежность и безопасность системы,технологической установки или магистрального трубопровода, поскольку количество единиц арматуры на таких объектах велико. Всего этого нет сегодня в действующих Директивах.

На конгрессе СЕИР (организация, включающая ассоциации арматуростроите-лей европейских стран, в которую входит и российская Научно-промышленная ассоциация арматуростроителей), в С-Петербурге в 2007 г. был представлен доклад, обосновывающий необходимость принятия соответствующей

Директивы ЕС. Получено одобрение национальных арматурных ассоциаций

- членов СЕИР. Мы считаем, что все вопросы, связанные с обеспечением надежности и безопасности арматуры, должны быть отражены в специальной директиве ЕС «О безопасности трубопроводной арматуры». Помимо требований, обеспечивающих надежность и безопасность, в такой Директиве можно было бы более четко прописать вопросы оценки соответствия в зависимости от степени риска - от функционального назначения, основных параметров - йМ1, РИ и опасности (вредности) рабочих сред.

Создание Директивы ЕС по безопасности арматуры способствовало бы установлению единых всеобъемлющих требований к безопасности арматуры, узаконило бы выделение арматуры как технического устройства, обладающего специфическими свойствами и требующего индивидуального подхода в обеспечении надежности и безопасности, внесло бы вклад в обеспечение общей безопасности технологических систем и снизило бы риск техногенных аварий и катастроф.

Вопросы надежности и безопасности трубопроводной арматуры должны быть в центре внимания всех участников соз-

дания и эксплуатации технологических и транспортных систем с использованием арматуры. Назрел вопрос создания базы данных по этим вопросам. В законе «О техническом регулировании» Правительству РФ предписано организовать «постоянный учет и анализ всех случаев причинения вреда жизни и здоровью граждан, имуществу» и информирование приобретателей, изготовителей и продавцов о ситуации в области безопасности продукции.Сегодня такая информация практически недоступна, хотя ее наверняка имеют Ростехнадзор, Морской Регистр, МЧС и другие надзорные органы. ОАО «Газпром», АК «Транснефть», НПФ «ЦКБА» тоже имеют такую информацию, которая десятилетиями собиралась при обследованиях, продлении сроков службы, при экспертизе промышленной безопасности арматуры. Но это очень небольшой разобщенный массив. Здесь важна постоянная совместная скоординированная работа на основе всей совокупности имеющихся данных. Учитывая, что Россия импортирует значительное количество арматуры, зарубежные данные по надежности, безопасности, отказам, авариям также необходимо анализировать, обобщать и доводить до сведения заинтересованных организаций.

WWW.NEFTEGAS.INFO

\\ ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА \ 69