Дефектоскопия резервуаров


Содержание:

 

Дефектоскопия резервуаров направлена на выявление дефектов металлоконструкций и стальных емкостей. Необходимость проведения дефектоскопии обуславливается постоянным напряженно-деформированным состоянием резервуаров, на которые воздействуют гидростатическое давление, температурные изменения, атмосферные воздействия, снеговые и ветровые нагрузки.

Объектом технического диагностирования (дефектоскопии) является обнаружение дефектов, которые могут стать причиной аварии резервуаров, таких как:

  • дефекты сварки, допущенные при монтаже;
  • дефекты, допущенные при заводской сварке;
  • использование металлопроката, марка или толщины которого не соответствует проекту;
  • неравномерная осадка фундамента трубопроводов;
  • угловатость вертикальных монтажных швов;
  • вмятины и выпучины на стенке, днище и кровле;
  • уменьшение толщин днища и стенки в результате коррозии;
  • коррозия верхнего пояса и кровли резервуара;
  • изменение режима эксплуатации резервуара, не предусмотренное проектом.

Наиболее частые дефекты, выявляемые при техническом диагностировании, представляют собой:

  • дефекты сварки, допущенные во время изготовления на заводе или при процессе монтажа;
  • применение металлопроката с несоответствующими проекту маркой или толщиной стали;
  • неравномерность проседания фундамента и нарушение геометричности элементов резервуаров;
  • дефекты сварных швов, в том числе наличие расслоений, прожогов, трещин, царапин, неметаллических включений;
  • деформация стенок, днища и кровли, в том числе угловатость вертикальных монтажных швов;
  • коррозионное разрушение, вызывающее истончение толщин днища и стенки, а также изменение механических свойств металла;
  • смена условий эксплуатации, которые не были предусмотрены изначальным проектом.

Своевременное проведение дефектоскопии позволяет избежать непредвиденных трат на ремонтные работы и предотвратить возникновение аварийных ситуаций на производстве. Также, по результатам проведения технической диагностики определяются остаточные срок эксплуатации до списания или планового ремонта и допускаемые пределы эксплуатационной нагрузки с учетом безопасной работы резервуара.

Техническое диагностирование резервуара производится по Типовой программе, предусматривающей следующие этапы работ:

  1. ознакомление с эксплуатационно-технической документацией на резервуар;
  2. визуальный осмотр всех конструкций резервуара, включая сварные соединения;
  3. измерение фактических толщин элементов резервуара;
  4. измерение геометрической формы стенки и нивелирование днища;
  5. контроль сварных соединений стенки неразрушающими методами (при необходимости);
  6. исследование химического состава, механических свойств металлов и сварных соединений и их структуры (при необходимости);
  7. проверку состояния основания и отмостки;
  8. поверочные расчеты конструкции резервуаров (при необходимости);
  9. анализ состояния резервуара, разработка рекомендаций по их дальнейшей эксплуатации, ремонту или исключению из эксплуатации.

Перед началом работ на основе Типовой программы на каждый резервуар (или группу одинаковых резервуаров) организацией, выполняющей диагностирование, разрабатывается Индивидуальная программатехнического диагностирования. Ее разработка производится с учетом конкретных условий эксплуатации, имевшиеся ранее повреждений конструкций и выполненных работ по ремонту или реконструкции.

При анализе состояния резервуаров производится:

  1. установление возможности безопасной эксплуатации резервуара;
  2. определение остаточного ресурса безопасной эксплуатации в случае обнаружения дефектов или после исчерпания расчетного срока службы;
  3. разработка прогноза о возможности и условиях эксплуатации сверх расчетного срока службы, а также после аварии или повреждения отдельных конструктивных элементов.

Нормативный расчетный срок службы устанавливается автором проекта или заводом-изготовителем и указывается в нормативно-технической документации на резервуар. При отсутствии таких указаний данный срок принимается равным 20 годам.

Состав работ по дефектоскопии резервуаров

Дефектоскопия резервуаров осуществляется в различных требуемых ситуациях: плановый осмотр, перед ремонтом или модернизацией действующего резервуарного парка, после монтажа новых емкостей и т.д.

Обязательной технической диагностике для безопасности дальнейшей эксплуатации подвергаются следующие типы резервуаров:

  • находящиеся в аварийном состоянии или в процессе послеаварийного ремонта;
  • изготовленные из кипящих сталей, т.е. не окисленного вида стали, в составе которой высокое содержание неметаллических примесей;
  • сваренные электродами с меловой обмазкой;
  • со сроком службы, превысившим 20 лет;
  • хранящие запас агрессивных рабочих сред.

Состав проводимых работ подразделяется на полное и частичное обследование, каждое из которых включает в себя различные процедурные задачи. Полное обследование должно быть осуществлено через 8-10 лет после ввода резервуара в эксплуатацию, частичное — через 4-5 лет.

Техническое диагностирование резервуаров, срок службы которых не истек

В таких случаях РД 08-95-95 рекомендует:

Не реже 1 раза в 5 лет проводить частичное наружное техническое техническое диагностирование, состоящее из следующих последовательных этапов:

  1. ознакомление с эксплуатационно-технической документацией на резервуар (паспорт и др.);
  2. сбор информации о работе резервуара у обслуживающего персонала;
  3. изучение информации об объемах и методах выполнения ремонтов и исправления дефектов, выявленных в период эксплуатации;
  4. анализ конструктивных особенностей резервуара и имеющейся информации по технологии изготовления, монтажа, ремонта или реконструкции;
  5. анализ условий эксплуатации;
  6. определение наиболее нагруженных, работающих в наиболее тяжелых и сложных условиях элементов резервуара;
  7. составление программы частичного технического диагностирования;
  8. проведение натурного обследования резервуара;
  9. установление возможности эксплуатации резервуара с выдачей соответствующего заключения.

Не реже, чем 1 раз в 10 лет проводить полное техническое техническое диагностирование, состоящее из следующих последовательных этапов:

  1. ознакомление с эксплуатационно-технической документацией на резервуар (паспорт и др.);
  2. сбор информации о работе резервуара у обслуживающего персонала;
  3. изучение информации об объемах и методах выполнения ремонтов и исправления дефектов, выявленных в период эксплуатации;
  4. анализ конструктивных особенностей резервуара и имеющейся информации по технологии изготовления, монтажа, ремонта или реконструкции;
  5. анализ условий эксплуатации;
  6. определение наиболее нагруженных, работающих в наиболее тяжелых и сложных условиях элементов резервуара;
  7. составление программы полного технического диагностирования;
  8. проведение натурального обследования резервуара:
  9. визуальный осмотр всех конструкций с внутренней и наружной сторон, в том числе визуальный осмотр понтона (плавающей крыши);
  10. контроль ультразвуковым, рентгенографическим и другими методами дефектоскопии, необходимость и объем проведения которого устанавливается по результатам визуального осмотра;
  11. установление возможности эксплуатации резервуара с выдачей соответствующего заключения.

Техническое диагностирование резервуаров, срок службы которых истек

В таких случаях РД 08-95-95 рекомендует:

  1. не реже 1 раза в 4 года проводить частичное техническое диагностирование резервуара по вышеуказанному алгоритму; в случае необходимости проводить контроль неразрушающими методами дефектоскопии;
  2. не реже 1 раза в 8 лет проводить полное техническое диагностирование резервуара, которое может дополнительно включать в себя:
    • определение необходимости оценки механических свойств материала и его структуры (методами неразрушающего контроля или лабораторного исследования);
    • оценку физико-механических свойств и структуры металла;
    • выбор расчетных схем и оценку остаточного ресурса работы металла с учетом:
      • скорости коррозии в местах уменьшения толщин элементов;
      • изменения механических свойств металла или сварных соединений;
      • объема и характера циклических нагружений;
      • работы резервуара при отрицательных температурах (ниже 40°С);
    • разработку прогноза возможности и условий дальнейшей эксплуатации резервуара (в том числе периодичности и методах последующего контроля) с выдачей заключения.

При выявлении в результате такого обследования различных недопустимых дефектов производится определение объема и методов восстановительного ремонта резервуара с последующим контролем качества выполненных работ и гидравлическим испытанием. В случае экономической или технической нецелесообразности ремонта дается заключение об исключении резервуара из эксплуатации.

В случае отсутствия полного комплекта документации на резервуар или обнаружения в процессе эксплуатации существенных дефектов в основном металле и сварных соединениях, недопустимых деформаций конструкций и т.п. частичная или полная техническая диагностика проводятся через более короткие периоды.

Анализ особенностей резервуаров

Для составления (уточнения) программы технического обследования резервуара необходимо:

  • определить наиболее напряженные зоны в элементах конструкции;
  • выявить возможные механизмы образования дефектов в материале при эксплуатации и места их локализации.

С этой целью проводится анализируются особенности резервуара, а именно:

  • конструктивные особенности;
  • технология его изготовления и монтажа;
  • условия эксплуатации;

 

В процессе такого анализа на конструктивной схеме резервуара отмечают участки конструкции, которые представляются наиболее предрасположенными к разрушению. При этом первоочередное внимание уделяют:

  1. сварным соединениям:
    • в вертикальных монтажных стыках стенки;
    • в пересечениях вертикальных и горизонтальных швов в I – III-м поясах стенки;
    • сварного шва между стенкой и днищем;
    • приварки люков и врезок в нижние пояса резервуаров;
  2. местам стенки у нижнего уторного шва, соединяющего стенку с днищем;
  3. местам присоединения трубопроводов;
  4. участкам стенки, имеющим местные выпучины или вмятины и отклонения образующих по вертикали (в пределах или за пределами допусков);
  5. участкам конструкций, наиболее подверженных коррозии;

По данным эксплуатационной документации определяют длительность эксплуатации элементов резервуаров в условиях, отличающихся от проектных, анализируют обстоятельства и причины аварийных случаев и определяют участки конструкций, которые могли подвергнуться негативному воздействию. Эти участки также отмечают на конструктивной схеме резервуара.

По записям в ремонтном журнале отмечают на конструктивной схеме элементы (участки) конструкций резервуара, подвергнутые ремонту, в том числе с применением сварки. На основе анализа ремонтной документации уточняют представления о наиболее слабых участках конструкции, интенсивности развития дефектов, возможном изменении механических характеристик материала.

Если на аналогичных резервуарах происходили аварии из-за конструктивных недостатков, на конструктивной схеме резервуара делают отметки для проверки полноты выполнения и эффективности предложенных противоаварийных мер.

Натурное техническое диагностирование

Обязательные элементы натурного обследования:

  • состояние основного металла стенки, днища, настила и несущих элементов кровли;
  • местные деформации, вмятины и выпучины;
  • размещение патрубков на стенке резервуара по отношению к вертикальным и горизонтальным сварным соединениям в соответствии с требованиями проекта и норм;
  • состояние сварных соединений конструкций резервуаров в соответствии с требованиями проектов, СНиП, стандартов на соответствующие виды сварки и типы сварных швов;
  • состояние уплотнения между понтоном (плавающей крышей) и стенкой резервуара.

Визуальный осмотр

Осмотр поверхности металла

Визуальный осмотр конструкций производится в условиях достаточной освещенности с применением, в случае необходимости, луп с увеличением до ´10.

Осмотр поверхности основного металла рекомендуется производить с наружной, а затем с внутренней стороны резервуара в следующей последовательности:

  • окрайки днища и нижняя часть первого пояса;
  • наружная и внутренняя части первого и второго поясов, а затем третьего, четвертого поясов (с применением переносной лестницы);
  • верхние пояса с применением подвесной люльки или с помощью оптических приборов (бинокль или подзорная труба);
  • места переменного уровня нефтепродуктов;
  • настил и несущие элементы кровли.

На осматриваемой поверхности основного металла, предварительно очищенной от грязи и остатков хранимого продукта, выявляется наличие коррозионных повреждений, царапин, задиров, трещин, прожогов, оплавлений, вырывов, расслоений, неметаллических включений, закатов и других дефектов. Все выявленные дефекты подлежат измерению по глубине залегания, протяженности и в масштабе наносятся на эскизы.

Осмотр сварных соединений

Визуальному осмотру и измерению геометрических размеров сварных швов подлежат:

  • все сварные соединения четырех нижних поясов;
  • уторный узел;
  • прилегающие к данным соединениям зоны основного металла на расстоянии не менее 20 мм;

Швы и прилегающие зоны перед осмотром должны быть очищены от краски, грязи и нефтепродукта.

Контроль сварных соединений посредством визуального осмотра производится на соответствие их требованиям проекта, СНиП 3.03.01-87, стандартов на соответствующие виды сварки и типы сварных швов.

Визуальный осмотр сварных швов, измерения шаблонами их геометрических размеров проводятся в условиях достаточной освещенности с целью выявления следующих наружных дефектов:

  • несоответствия размеров швов требованиям проекта, СНиП и стандартов;
  • трещин всех видов и направлений;
  • наплывов, подрезов, прожогов, незаваренных кратеров, непроваров, пористости и других  технологических дефектов;
  • отсутствия плавных переходов от одного сечения к другому;
  • несоответствия общих геометрических размеров сварного узла требованиям проекта.

Толщинометрия

Для определения толщины металла рекомендуется применять толщиномеры типа УТ-93П, УТ-80-81М и др., позволяющие измерять толщину в интервале 0,2 – 50,0 мм с точностью до 0,1 мм при температуре окружающего воздуха от – 10 до + 40°С. В допустимых местах возможны прямые измерения толщины металла штангенциркулем.

Толщина нижних трех поясов измеряется не менее, чем по четырем диаметрально противоположным образующим в трех точках по высоте пояса (низ, середина, верх). Толщина остальных поясов измеряется не менее, чем по одной образующей (вдоль шахтной лестницы) также в трех точках по высоте пояса.

Толщина листов днища и настила кровли измеряется по двум взаимно перпендикулярным диаметральным направлениям; проводится не менее трех измерений на каждом листе.

В кровле, где имеется значительный коррозионный износ, вырезают отверстие размером 500´500 мм и измеряют сечения элементов несущих конструкций.

При измерении толщины листа в нескольких точках (не менее трех) за его действительную толщину принимается меньшая величина из всех измерений. Также, при измерении толщины нескольких листов в пределах одного пояса или любого другого элемента резервуара за действительную толщину данного элемента (пояса, окрайки, кровли или центральной части днища, центральной части понтона или плавающей крыши) принимается минимальная толщина отдельного листа.

Места измерения толщины элементов резервуара должны быть указаны в прилагаемых к заключению эскизах.

При техническом диагностировании новых резервуаров действительная толщина листов стенки резервуара заносится в паспорт с указанием координат мест измерения, и при повторном техническом диагностировании измерения толщины выполняются в тех же точках.

Исследование геометрической формы резервуара

Отклонение образующих стенки от вертикали

Для выявления действительной геометрической формы резервуара измеряется величина отклонений образующих стенки на уровне верха каждого пояса от вертикали, проведенной из нижней точки первого пояса.

Для измерения отклонений от вертикали образующих стенки рекомендуется производить либо с помощью отвеса путем прямых измерений, либо при помощи теодолита или другими методами.

Измерения целесообразно проводить дважды: на заполненном и пустом резервуаре, с определения мест наибольших деформаций и выявления напряженно-деформированного состояния стенки под нагрузкой. При этом необходимо обращать особое внимание на местные выпучины и вмятины и проводить в этих местах дополнительные измерения.

Измерения проводятся не менее чем для 25% образующих с наибольшими отклонениями по результатам замера геометрической формы при сдаче резервуаров в эксплуатацию. Если такие данные в эксплуатационно-технической документации отсутствуют, то измерения производятся в наиболее деформированных местах стенок по результатам визуального осмотра.

Измерение осадки резервуара

Неравномерность осадки основания определяется путем нивелирования наружного контура днища в точках, отстоящих друг от друга не более чем на 6 м (как правило, в точках, соответствующих вертикальным швам нижнего пояса).

Перед проведением данных работ стенке резервуара фиксируются номера вертикальных стыков листов нижнего пояса (с нанесением их на эскиз резервуара). Рекомендуется нумеровать стыки по часовой стрелке, начиная от приемо-раздаточных патрубков.

Величины неравномерной осадки днища определяются с применением оптических и гидравлических нивелиров.

Для оценки осадки оснований резервуаров за длительный период эксплуатации необходимо установить постоянные точки нивелирования и проводить привязку отметок точек нивелирования к постоянному реперу.

При контроле состояния основания и отмостки необходимо обратить внимание на:

  • наличие пустот между днищем резервуара и основанием;
  • погружение нижней части резервуара в грунт и скопление дождевой воды по контуру резервуара;
  • наличие растительности на отмостке;
  • трещины и выбоины в отмостке и кольцевом лотке;
  • наличие необходимого уклона отмостки, обеспечивающего отвод воды в сторону кольцевого лотка.

Уклон отмостки определяется при помощи нивелира. При этом отсчет снимается с рейки, установленной на краю отмостки, прилегающему к резервуару, и на краю отмостки, прилегающему к кольцевому лотку. Уклон не должен быть меньше 1 = 1: 10.

Натурное исследование понтона

При осмотре понтона (плавающей крыши) необходимо обратить внимание на:

  • горизонтальность поверхности (перекос в одну сторону свидетельствует о негерметичности коробов и наличии в них продукта);
  • плотность прилегания затворов к стенке резервуара и направляющим;
  • состояние сварных швов центральной части (мембраны) и сварных швов коробов;
  • наличие выпучин и вмятин на центральной части;
  • техническое состояние затвора.

Толщина листов понтона (плавающей крыши) измеряется на центральной части, а также коробах и ребрах жесткости.

Контроль геометрических размеров и формы понтона (плавающей крыши) проводится путем измерений:

  • радиуса понтона (плавающей крыши), измеренного от центра до наружной поверхности вертикального бортового листа;
  • отклонений от вертикали нижних концов трубчатых стоек при опирании на них понтона (плавающей крыши);
  • отклонений от вертикали направляющих;
  • отклонения бортового листа короба от вертикали;
  • зазоров между наружной поверхностью бортового листа и стенкой резервуара.

Нормативные документы для проведения дефектоскопии резервуаров

Техническая диагностика проводится в соответствии с государственными стандартами и отраслевыми требованиями, в том числе:

  • ГОСТ 7512-82 «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод»;
  • ГОСТ Р 55724-2013 «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые»;
  • ГОСТ 23118-2012 «Конструкции стальные строительные. Общие технические условия»;
  • РД 08-95-95 «Положение о системе технического диагностирования сварных вертикальных цилиндрических резервуаров для нефти и нефтепродуктов»;
  • РД 153-112-017-97 «Инструкция по диагностике и оценке остаточного ресурса вертикальных стальных резервуаров»;
  • Правила технической эксплуатации резервуаров и инструкции по их ремонту.

Соблюдение установленных норм гарантирует качественное выполнение дефектоскопии резервуаров, обеспечивая безаварийную работу емкостей при соблюдении условий эксплуатации.

Результаты проведенной дефектоскопии резервуаров

Результаты выполненных работ по дефектоскопии резервуаров фиксируются в письменной форме: Техническом заключении и приложениях к нему, таких как карты обследования, фотографии, дефектограммы, ведомости и т.д.

Обнаруженные дефекты и особенности резервуара фиксируются в документации с указанием местоположения, размеров и иных критических характеристик.

Техническое заключение включает в себя такие сведения, как:

  • наименование организации, осуществляющей диагностику, и данные об организациях-проектировщиках, заводах-изготовителях и монтажных компаниях;
  • местоположение, инвентарный номер резервуара, дата изготовления, монтажа, начала эксплуатации и проверки резервуара;
  • технологическая характеристика, в том числе габаритные размеры и состав рабочей среды;
  • информация о металлопрокате, сварочных материалах и технологии сварки;
  • сведения об эксплуатации резервуара в соответствии с технологической картой;
  • данные о предыдущих ремонтах, включая информацию о причинах и методах проведения;
  • показатели текущего обследования резервуара, такие как оценка визуального метода, измерение технологических параметров, испытания сварных соединений, геометрические характеристики и т.д.;
  • выводы, отражающие общую картину и состояние отдельных элементов резервуара.

Ультразвуковая дефектоскопия резервуаров

Использование акустических (механических) колебаний ультразвукового частотного диапазона является в настоящее время обычным делом при решении многих научных вопросов и технических задач.

Применение ультразвуковых колебаний в научных целях сопряжено, прежде всего, с исследованиями микро- и мезоструктуры различных материалов и с определениями интегральных материальных констант. Приборы используемые данную технологию неразрушающего контроля — ультразвуковые дефектоскопы.​

Для жидкостей это концентрация растворенных веществ, а для твердого агрегатного состояния это модули упругости, различные физико-механические константы, определяющие пьезоактивные свойства твердых тел.

Исследование свойств материалов с помощью ультразвуковых колебаний естественным образом трансформируется в неразрушающий контроль качества изготовления изделий из этих материалов. Контроль качества может осуществляться в двух направлениях.

Первое, и основное по объему практических применений ультразвуковых колебаний, направление контроля качества изготовления изделий ориентировано на выявление различного рода дефектов, которые могут появиться в ходе выполнения различных технологических операций. Это, прежде всего, различного сорта нарушения однородности материала (трещины, раковины, расслоения, инородные включения) и отклонения основных размеров (в основном толщины листового проката) от заданных значений.

Совокупность научных и технических знаний, технических средств и технологических приемов, нацеленных на практическое решение задач неразрушающего контроля и диагностики качества изделий и материалов, образует научно-техническое направление, которое называется ультразвуковой дефектоскопией.

Вторым направлением дефектоскопии можно считать исследование зернистости металлов. Размеры зерен в значительной степени определяют прочностные характеристики металлов и могут послужить отправной точкой для прогнозирования условий появления усталостных трещин.

Определение размеров зерен по коэффициентам затухания ультразвуковых волн на различных частотах позволяет судить о качестве металлов, которые используются для изготовления тех или иных изделий.