3. Диагностирование трубопроводов
3. Диагностирование трубопроводов 
3.1. На аммиачных холодильных установках диагностированию подлежат нагнетательный трубопровод на участке от компрессора до первого сосуда АХУ и всасывающий трубопровод на участке от последнего сосуда АХУ до компрессора. Диагностирование аммиачных трубопроводов проводится комплексно и в общем случае предусматривает проведение следующих работ:
а) Анализ технической документации.
б) Визуальный контроль и анализ коррозионного состояния.
в) Составление конструктивных схем трубопроводов по их фактическому исполнению.
г) Проведение толщинометрии.
д) Проведение неразрушающего контроля.
е) Проведение расчетов на прочность.
ж) Исследование механических свойств, структуры и химического состава металла, измерение твердости.
з) Пневматические или гидравлические испытания.
Работы в соответствии с п. п. "а", "б", "г", "д", "е" и "з" проводятся в обязательном порядке. Работы по п. "в" выполняются в том случае, когда техническая документация на трубопровод либо отсутствует, либо не соответствует по результатам визуального контроля фактической конструкции трубопровода.
Работы по п. "ж" проводятся в технически обоснованных случаях, когда по результатам других методов контроля предполагается возможность изменения исходных свойств металла (снижения прочности, пластичности) или эти свойства не известны (например, при отсутствии соответствующей документации на новые трубы, смонтированные на участках ремонта).
Диагностирование трубопроводов камер охлаждения, коллекторов, а также других устройств из труб проводится по специальным методикам, учитывающим конструктивные особенности данных устройств, которые разрабатываются организациями, проводящими диагностирование, или экспертными организациями.
3.2. При диагностировании аммиачных трубопроводов необходимо обращать внимание на возможные отклонения от требований нормативной документации и характерные дефекты, которые могут оказывать влияние на безопасность эксплуатации. К таким отклонениям и дефектам относятся:
1) Несоответствие фактического конструктивного исполнения трубопроводов требованиям проекта (расположения и вида опор, геометрических размеров и формы, применения труб с размерами, не предусмотренными проектом и др.).
2) Нарушение норм проектирования, например, отсутствие в некоторых случаях температурных компенсаторов.
3) Коррозия наружных поверхностей труб из-за воздействия внешних коррозионных факторов.
4) Эрозионно-коррозионный износ внутренней поверхности труб.
5) Дефекты в сварных швах, которые возникли на стадии монтажа в сварных стыках труб и в процессе эксплуатации могли развиться до опасных размеров.
6) Дефекты типа трещин коррозионного растрескивания, которые при длительном воздействии аммиака могут возникать в сварных швах малоуглеродистых сталей, не подвергнутых термообработке.
7) Наличие участков трубопровода, подвергавшихся ремонту с применением сварки (или огневых воздействий) при отсутствии у владельца трубопровода требуемой технической документации на проведение таких работ (технологии, удостоверений сварщиков, методики и результатов контроля и др.).
8) Отсутствие сертификатов качества изделий: труб, материалов, арматуры и использование нестандартных узлов, патрубков, заглушек, отводов, фасонных деталей, изготовленных на месте монтажа, ремонта или путем переделки стандартных деталей.
Отклонения по п. п. 1 и 2 приводят к перегрузке отдельных узлов трубопровода, а также к неравномерной нагрузке на опоры (перегрузке, либо нагрузке, не соответствующей расчету по направлению - "на отрыв"). Нормативные условия прочности на таких участках не выполняются, что может привести к снижению ресурса безопасной эксплуатации трубопровода и аварии.
Дефекты по п. п. 3 и 4 приводят к уменьшению толщин стенок труб, вплоть до значений, при которых не обеспечиваются предусмотренные нормативной документацией условия прочности. При язвенной коррозии возможно образование сквозных отверстий в трубах.
Дефекты по п. п. 5 и 6 могут привести к образованию сквозных трещин, а при определенных условиях (например, при низких температурах, способствующих охрупчиванию металла) к хрупкому разрушению сварного стыка.
При отклонениях по п. 7 возможны скрытые дефекты (изменение структуры и охрупчивание металла, дефекты сварного шва из-за неправильного выбора электродов, режимов сварки и т.д.), которые могут привести к возникновению аварийной ситуации.
3.3. Анализ технической документации.
3.3.1. При анализе изучают паспорт трубопровода и прилагаемую к нему документацию (проектную, эксплуатационную, ремонтную и др.). В результате изучения документации должны быть установлены следующие данные по трубопроводу:
- наличие и правильность заполнения паспорта;
- наименование проектной и монтажной организации;
- дата монтажа и ввода в эксплуатацию;
- объем и вид контроля сварных соединений при монтаже и его результаты;
- расчетные и рабочие параметры;
- конструктивная схема трубопровода;
- сведения о нештатных ситуациях в период эксплуатации трубопровода, их причинах, а также о ремонтных работах.
3.3.2. Особое внимание необходимо обратить на наличие проектной конструктивной схемы трубопровода, в которой должны быть указаны расположение и конструкция опор, геометрия трубопровода и применяемые размеры труб (диаметры и толщины).
При наличии проектной конструктивной схемы проводится контроль ее соответствия фактическому исполнению трубопровода (в соответствии с разд. 3.5).
Если конструктивная схема отсутствует, выполняются работы по ее составлению (в соответствии с разд. 3.5).
3.4. Визуальный контроль и анализ коррозионного состояния.
3.4.1. Визуальный контроль проводится с целью определения:
- соответствия конструктивного исполнения трубопровода проекту (при наличии проектной документации);
- коррозионного состояния металла трубопровода;
- внешних условий (состояние окружающей атмосферы; наличие неблагоприятных факторов, влияющих на безопасность эксплуатации, и др.).
3.4.2. При определении соответствия трубопровода проекту необходимо обратить внимание на сортамент труб, расположение и конструкцию опор, геометрические размеры и форму трубопровода, наличие непредусмотренных проектом (или отсутствие предусмотренных) участков; при этом определяется также соответствие трубопровода требованиям "Правил устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов" и "Правил устройства и безопасной эксплуатации аммиачных холодильных установок".
3.4.3. При анализе коррозионного состояния трубопроводы без термоизоляции подвергаются визуальному контролю в объеме 100%. Трубопроводы с термоизоляцией подвергаются выборочному контролю. Зоны для осмотра, в которых удаляется изоляция, должны находиться на прямолинейных участках на расстоянии не более 10 м друг от друга; в случаях, когда длина прямолинейного участка не превышает 20 м, зоны осмотра должны находиться на расстоянии не более 5 м друг от друга; гибы, отводы и участки сопряжений труб разных диаметров должны подвергаться осмотру в объеме 100%; в перечисленных выше зонах изоляция должна быть удалена на участке длиной не менее 100 мм; если при осмотре в какой-либо из зон под снятой изоляцией будут выявлены значительные коррозионные поражения металла (сплошная или точечно-язвенная коррозия, глубина которой составит более 0,5 мм), то осмотру с удалением изоляции должен быть подвергнут весь участок трубопровода, коррозионное состояние которого вызывает сомнение; удаление изоляции и осмотр проводятся в обоих направлениях от зоны, в которой первоначально выявлена повышенная коррозия.
3.4.4. Особое внимание при осмотре должно быть обращено на участки трубопровода в местах установки деревянных опор, где часто наблюдается повышенная коррозия из-за накопления влаги деревом.
3.4.5. Если при осмотре будут выявлены участки, на которых трубопровод подвергается неблагоприятным внешним воздействиям (например, заливается водой), то такие участки должны осматриваться по всей длине с удалением изоляции, а наличие нештатных источников воздействия на трубопровод должно быть отмечено в акте визуального контроля, который составляется по его результатам.
3.5. Составление конструктивной схемы трубопровода.
3.5.1. Конструктивная схема трубопровода составляется при ее отсутствии или при отличии имеющейся проектной схемы от фактической конструкции трубопровода.
3.5.2. На схемах должны быть представлены нагнетательный трубопровод на участке от компрессора до первого сосуда АХУ и всасывающий трубопровод на участке от последнего сосуда АХУ до компрессора. На схемах указываются все опоры (их расположение и конструкция), все ответвления от магистральной части трубопровода с указанием условий закрепления, геометрические параметры трубопровода (длины участков, диаметры и толщины труб, углы отводов, координаты опор и др.).
3.6. Ультразвуковая толщинометрия.
3.6.1. Для измерения толщин стенок труб используются отечественные или зарубежные толщиномеры, отвечающие требованиям ГОСТ 25863-83 (например, типа УТ-92П, УТ-93П, УТ-80 и др.).
3.6.2. Измерения толщин производятся:
1) В трубопроводах без изоляции на каждом участке, ограниченном сварными швами; измерения производятся не менее чем в 3-х сечениях (около сварных швов и в средней части участка в соответствии с Приложением 6).
2) В трубопроводах с изоляцией в сечениях, подготовленных для визуального контроля (см. п. 3.4.3).
3) В гибах без изоляции в соответствии с Приложением 6. В гибах со снятой для визуального контроля изоляцией - в пределах открытого участка.
3.6.3. В каждом сечении измерения должны проводиться в 4-х точках через 90 град. по окружности трубы; в тех случаях, когда измерения в 4 точках из-за сложности доступа невозможны, число точек измерения в сечении может быть уменьшено, но не более чем до 2-х точек.
3.6.4. При измерении толщин стенок гибов необходимо обратить особое внимание на растянутую зону в сечении с максимальной кривизной (Приложение 5, элемент "б", сечение 4, т. 1).
3.6.5. На участках трубопровода, на которых измеренные толщины стенок значительно различаются (более чем на 10%), необходимо выполнять повторные измерения по сетке с шагом не более 15 мм.
3.6.6. Результаты толщинометрии оформляются в виде протокола, в котором должны быть представлены схема расположения точек контроля и численные значения толщин в этих точках.
3.7. Неразрушающий контроль.
3.7.1. Для выявления дефектов в элементах трубопроводов могут быть использованы следующие методы неразрушающего контроля:
1. Акустико-эмиссионный контроль (АЭ-контроль).
3. Радиографическая дефектоскопия (РД).
3. Ультразвуковая дефектоскопия (УЗД).
4. Цветная дефектоскопия (ЦД).
5. Магнитопорошковая дефектоскопия (МПД).
6. Вихретоковая дефектоскопия (ВТД).
3.7.2. При выборе метода контроля (или сочетания нескольких методов) и определении его объема необходимо руководствоваться результатами визуального контроля и анализа техдокументации на трубопровод.
3.7.3. В случае, если при изготовлении (монтаже) трубопровода контроль сварных швов не проводился (или данные о контроле отсутствуют), трубопровод подвергается акустико-эмиссионному контролю по всей длине трубопровода или контролю ультразвуковым либо радиографическим методами в объеме не менее 10% сварных стыков труб.
3.7.4. Если при изготовлении (монтаже) трубопровода контроль сварных швов был выполнен (имеются документальные данные), то при диагностировании проводится контроль акустико-эмиссионным методом в объеме не менее 25% длины трубопровода или ультразвуковым (радиографическим) методом не менее 5% сварных стыков.
3.7.5. Если при визуальном контроле будут выявлены зоны, в которых возможно наличие трещин, то металл в этих зонах подвергается контролю или цветным, или магнитопорошковым, или вихретоковым методами в объеме 100% поверхности зоны.
3.7.6. Если при контроле радиографическим или ультразвуковым методами в соответствии с п. 3.7.3 или при контроле любым методом в соответствии с п. 3.7.4 будут выявлены недопустимые дефекты, то трубопровод должен быть подвергнут контролю в объеме 100% длины акустико - эмиссионным методом, или в объеме 100% сварных стыков радиографическим или ультразвуковым методами.
3.7.7. Основным методом неразрушающего контроля трубопроводов АХУ является акустико-эмиссионный контроль, позволяющий выявить склонные к развитию дефекты сварных швов и основного металла при охвате 100% длины трубопровода.
Применение радиографического и ультразвукового (ГОСТ 14782) методов контроля требует значительных экономических затрат (в частности, обусловленных необходимостью демонтажа и последующего монтажа термоизоляции) и вызывает технические проблемы (не всегда есть доступ к контролируемому месту; во многих случаях стыковые швы труб имеют корневые непровары из-за односторонней сварки, которые при выявлении методами РД или УЗД сложно оценивать по степени их влияния на безопасность эксплуатации трубопровода). Методы РД, УЗД, ЦД и ВТД должны использоваться в каждом случае обнаружения при АЭ-контроле источника акустически активных сигналов для уточнения вида и размеров дефекта, а также в других случаях, когда это необходимо по решению специалистов, проводящих диагностирование.
3.7.8. Контроль трубопроводов акустико-эмиссионным методом проводится в соответствии с РД 03-131-97 "Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов" (утв. Госгортехнадзором РФ 11.11.96). При проведении акустико-эмиссионного контроля в целях технического диагностирования присутствие представителя Госгортехнадзора не является обязательным.
3.7.9. Давление, создаваемое в трубопроводе при АЭ-контроле, должно приниматься в соответствии с РД 03-131-97 [73].
3.7.10. Давление в трубопроводе при АЭ-контроле должно создаваться пневматически; допускается нагружение трубопровода гидравлически при условии обеспечения полного удаления воды и просушки трубопровода после испытаний; при этом должна обеспечиваться прочность трубопровода и опор с учетом весовых нагрузок.
3.7.11. В случае выявления при осмотре трубопровода ремонтных участков при отсутствии соответствующей технической документации на ремонт проводится контроль сварных швов на этом участке любым из способов, указанных в п. 3.7.3, в объеме 100%.
3.7.12. Проведение неразрушающего контроля и выдача заключений по его результатам допускается только специалистами, имеющими квалификацию не ниже 2-го уровня в соответствии с Правилами аттестации специалистов неразрушающего контроля (утв. Госгортехнадзором России 18.08.92).
3.8. Определение механических свойств, химического состава и структуры металла.
3.8.1. Исследования металла проводятся в технически обоснованных случаях, когда в процессе эксплуатации трубопровода могли измениться исходные свойства металла труб (в случае аварий, воздействия огня, при ремонтах, при нарушении условий эксплуатации трубопровода и др.). Исследования металла могут проводиться также при отсутствии данных о его свойствах (например, при отсутствии паспорта и другой технической документации). Решение о необходимости проведения исследований металла труб принимает организация, проводящая диагностирование трубопровода.
3.8.2. При исследованиях металла труб могут применяться как разрушающие, так и неразрушающие методы контроля.
3.8.3. При использовании разрушающих методов производится вырезка отрезка трубы из исследуемого участка трубопровода. Вырезаемый отрезок должен иметь длину, обеспечивающую изготовление необходимого количества образцов для испытаний. Размеры, места и количество вырезаемых отрезков устанавливаются организацией, проводящей диагностирование. Вырезаемый отрезок должен иметь сварной шов.
3.8.4. Трубопровод с вырезанными участками должен быть отремонтирован путем вварки труб такого же диаметра и марки стали. (п. 3.8.4 в ред. Постановления Госгортехнадзора РФ от 21.11.2002 N 66)
3.8.5. Из отрезка трубы изготавливаются образцы для следующих испытаний:
- на растяжение при нормальной температуре;
- на ударный изгиб при нормальной температуре;
- на ударный изгиб при минимальной рабочей температуре;
- образцы-шлифы основного металла и сварного соединения для измерения твердости;
- образцы-шлифы основного металла и сварного соединения для металлографических исследований;
- стружка для определения химсостава.
3.8.6. Определение механических свойств производится в соответствии с ГОСТ 1497-90, ГОСТ 9454-88, ГОСТ 6996-90. Отбор проб металла (стружки) для определения химсостава производится по ГОСТ 7122-81.
3.8.7. Временное сопротивление и предел текучести металла труб могут быть определены неразрушающим методом с помощью переносных твердомеров по ГОСТ 22761-77 и ГОСТ 22762-79. Металлографические исследования могут проводиться без вырезки заготовок методом "реплик".
3.9. Исследования прочности трубопровода.
3.9.1. Анализ прочности трубопровода является завершающим этапом диагностирования, при выполнении которого определяются фактические нагрузки на его элементы, распределение нагрузок на опоры, устанавливаются запасы прочности на момент диагностирования и соответствие трубопровода требованиям действующей нормативной документации на технологические трубопроводы.
3.9.2. Расчет трубопровода состоит в общем случае из 4 этапов:
Этап 1. Оценка статической прочности (расчет на действие весовых нагрузок, внутреннего давления, усилий промежуточных опор в рабочем состоянии).
Этап 2. Расчет нагрузок на опоры и оборудование (сосуды, компрессоры и др. элементы АХУ); в расчете учитываются внутреннее давление, весовая нагрузка, усилия промежуточных опор в рабочем состоянии, температурное расширение (температурная компенсация).
Этап 3. Оценка усталостной прочности (расчет производится на действие температурного расширения).
Этап 4. Расчет для холодного (нерабочего) состояния на совместное действие всех нагрузок.
3.9.3. Для выполнения расчетов трубопровода на прочность осуществляется построение расчетной модели (схемы).
Расчетной моделью трубопровода (РМТ) является линейно-упругая пространственная стержневая система, которая с достаточной точностью отражает условия нагружения, физико-механические, а также геометрические характеристики рассматриваемого трубопровода.
В целях упрощения формирования исходных данных и анализа результатов расчета трубопровод условно разделяется на участки. Точки сопряжения или граничные точки участков называются "узлами". Точки сопряжения участков с жестким основанием системы (например, соединения трубопровода с компрессором) называются "концевыми защемлениями" или "заделками".
Участком РМТ может быть любая неразветвляющаяся часть системы, ограниченная двумя узлами или узлом и концевым защемлением РМТ, может состоять из одного или нескольких участков и должна иметь по крайней мере одно концевое защемление.
Расчетные (граничные) сечения отрезков, где определяются перемещения, нагрузки и напряжения, назначаются в точках сопряжения прямых труб с дуговыми коленами, в местах приложения сосредоточенных нагрузок, установки опор, переходов - тройников и т.п.
3.9.4. Расчет трубопровода на прочность выполняется в соответствии с требованиями РТМ 24.038.08-72 "Расчет трубопроводов энергетических установок на прочность" (утвержден Минэнергомаш СССР 22.06.72), РТМ 24.038.12-72 "Выбор упругих опор для трубопроводов тепловых и атомных электростанций" (утвержден Минэнергомаш СССР 22.06.72), ОСТ 108.031.08-85 - ОСТ 108.031.10-85 "Котлы стационарные и трубопроводы пара и горячей воды. Нормы расчета на прочность" (утверждены Минэнергомаш СССР 29.10.85) и другой нормативной документации.
Расчет следует проводить по согласованной Госгортехнадзором вычислительной программе "АСТРА" (или другим программам, согласованным с Госгортехнадзором), что в значительной мере повышает точность и производительность расчетов и способствует наиболее полному анализу состояния нагруженности трубопровода.
3.9.5. В результате расчета определяется соответствие нормативным требованиям в области прочности всех элементов трубопровода. Перегруженные (или работающие на отрыв) опоры, перегруженные узлы и другие отклонения от норм прочности должны быть зафиксированы в выводах по результатам расчета, а указанные опоры и узлы - отмечены на схеме трубопровода (п. 3.3).
3.9.6. Возможность безопасной эксплуатации трубопровода с выявленными при неразрушающем контроле (п. п. 3.7.3 и 3.7.4) дефектами (за исключением трещин) допускается определять расчетом на прочность с использованием методов механики разрушения.
3.10. Пневматические (гидравлические) испытания.
3.10.1. Пневматическое испытание трубопровода проводится после завершения всех диагностических работ (включая ремонтно - сварочные работы, в случае их проведения).
3.10.2. Пневматические испытания проводятся с соблюдением требований РД 38.13.004-86 "Эксплуатация и ремонт технологических трубопроводов под давлением до 10,0 МПа" и "Правил устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов".
3.10.3. Давление при пневмоиспытаниях (гидроиспытаниях) принимается в соответствии с ПБ 03-108-96 [2].
3.10.4. Пневматическое испытание трубопровода может быть заменено гидравлическим при условии обеспечения его прочности от воздействия весовых нагрузок при заполнении водой и возможности полного удаления воды и просушки трубопровода после испытаний.
3.10.5. В тех случаях, когда при неразрушающем контроле трубопровода в соответствии с п. 3.7 используется акустико - эмиссионный метод, пневматические (гидравлические) испытания в соответствии с п. 3.10 могут не проводиться.
