ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА СОСУДОВ И АППАРАТОВ.

Лабораторная работа №2.

Тема: Определение факторов влияющих на эксплуатацию.

Цель занятия: Определение остаточного ресурса при различных факторах.

Оборудование:

Дефектоскоп
Лабораторный рентген
Сосуды газового хозяйства

В каких случаях необходима экспертиза оборудования:

Проведение такой экспертизы, как определение остаточного ресурса, необходимо в том случае, если оборудование полностью отработало срок эксплуатации, который установлен его производителем. Если такой срок не был установлен, процедура выполняется через двадцать лет эксплуатации объекта либо превышения им одной тысячи циклов нагрузок в процессе работы.

Также техническая экспертиза может быть назначена в ситуациях, когда оборудование использовалось в экстремальных условиях, в обстановке, которая является недопустимой для него согласно документации. Например, если вы использовали объект в аварийной ситуации, во время пожара или стихийного бедствия, необходимо выявить, как данная ситуация повлияла на его эксплуатационные характеристики.

Если оборудование или его отдельные элементы подвергались ремонтным работам или реконструкции, также необходимо назначать проведение его технической диагностики. Наконец, экспертиза и прогнозирование остаточного ресурса может выполняться в соответствии с дополнительными требованиями Федеральной комиссии по технологическому, экологическому и атомному надзору, в процессе регистрации опасных производственных объектов, получения лицензии на виды деятельности или других мер, направленных на обеспечение промышленной безопасности.

Осуществляется прогнозирование остаточного ресурса.

подробное изучение эксплуатационной, строительно-монтажной или проектной документации, целью которого является выявление малейших отклонений от проектных технологических решений;

определение технического состояния объекта путем внешнего осмотра его основных деталей и узлов;

диагностика оборудования с помощью самых разнообразных видов неразрушающего контроля.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА СОСУДОВ И АППАРАТОВ.

Остаточный ресурс сосуда определяется на основании анализа условий эксплуатации, результатов технического диагностирования и критериев предельного состояния. Когда остаточный ресурс определяется на основании рассмотрения нескольких критериев предельного состояния, то остаточный ресурс назначается по тому критерию, который определяет минимальный срок остаточного ресурса.

Если полученный в результате расчетов остаточный ресурс превышает 10 лет, то его следует принять равным 10 годам.

1. Прогнозирование ресурса аппаратов, подвергающихся коррозии и изнашиванию (эрозии)

1.1. Остаточный ресурс аппарата, подвергающегося действию коррозии (эрозии), определяется по формуле

, (1)

где Sф — фактическая минимальная толщина стенки элемента, мм;

Sр — расчетная толщина стенки элемента, мм;

а — скорость равномерной коррозии (эрозионного износа), мм/год;

Формула (1), используется, если число замеров N толщины стенок за время эксплуатации сосуда не превышает 3. При N ³ 3 остаточный ресурс сосуда определяется по Методике прогнозирования остаточного ресурса безопасной эксплуатации сосудов и аппаратов по изменению параметров технического состояния [16].

1.2. Скорость равномерной коррозии а определяется следующим образом.

1.2.1. Если после проведения очередного обследования имеется только одно измерение контролируемого параметра Sф (t1), полученное при рассматриваемом обследовании, то скорость коррозии определяется по формуле

, (2)

где Sи — исполнительная толщина стенки элемента, мм;

С0 — плюсовой допуск на толщину стенки, мм;

t1 — время от момента начала эксплуатации до момента обследования, лет.

1.2.2. Если после проведения очередного обследования имеются два измерения контролируемого параметра Sф(t2), Sф(t1), то скорость коррозии определяется по формуле

, (3)

где Sф(t1), Sф(t2) — фактическая толщина стенки, определенная при первом и втором обследованиях соответственно, мм;

t1, t2 — время от момента начала эксплуатации до момента первого и второго обследования соответственно, лет;

К1 — коэффициент, учитывающий отличие средней ожидаемой скорости коррозии (эрозии) от гарантированной скорости коррозии (эрозии) с доверительной вероятностью g = 0,7—0,95;

К2 — коэффициент, учитывающий погрешность определения скорости коррозии (эрозии) по линейному закону, от скорости коррозии, рассчитанной по более точным (нелинейным) законам изменения контролируемого параметра.

Коэффициенты К1 и К2 выбираются на основе анализа результатов расчета скорости коррозии для аналогичного оборудования на основе формул [16] при N ³ 4. При отсутствии данных для такого анализа значения коэффициентов К1 и К2 следует принимать в пределах К1=0,5—0,75; К2=0,75—1,0. При этом большие значения К1 и К2 принимаются при незначительной фактической скорости коррозии (меньше 0,1 мм/год) и при общей величине коррозии, не превышающей проектную прибавку на коррозию (2—3 мм), меньшие значения К1 и К2 принимаются при значительной скорости коррозии и при общей величине коррозии, превышающей проектную прибавку на коррозию.

6.1.2.3. Если после проведения очередного диагностирования имеются три значения контролируемого параметра Sф(t1), Sф(t2), Sф(t3) полученные при обследованиях в моменты времени t1, t2, t3, то для определения скорости коррозии а проводятся следующие вычисления. Вычисляются величины:

; ; ; .

После чего а определяется по формуле

. (4)

1.3. Если число измерений N контролируемого параметра Sф(ti) больше или равно четырем (N ³ 4), то расчет остаточного ресурса проводится в соответствии с нормативно-технической документацией [16].

2. Прогнозирование ресурса аппаратов при циклических нагрузках

2.1. Для аппарата, эксплуатируемого в условиях малоциклового нагружения (до 5·105 циклов), допускаемое число циклов нагружения [N] определяется из расчета циклической долговечности по ГОСТ 25859—83 [17]. Для сосудов, у которых расчетное давление свыше 10 МПа, расчет циклической долговечности по ГОСТ 25859—83 определяется с учетом требований ОСТ 26-1046-87 [18]. Ресурс циклической работоспособности сосуда определяется по формуле

, (5)

где Тэ — время эксплуатации сосуда с момента его пуска, лет;

[N] — допускаемое количество циклов нагружения;

Nэ — количество циклов нагружения за период эксплуатации.

При определении [N] используются минимальные толщины стенок элементов сосуда Sф, определенные при толщинометрии сосуда с учетом прибавки на коррозию на момент исчерпания ресурса циклической работоспособности сосуда Tц.

2.2. В случае если сосуд нагружен циклами различного вида, ресурс определяется по формуле

, (6)

где Nj — количество циклов нагружения j-го вида за время эксплуатации Тэ;

[Nj] — допускаемое количество циклов нагружения для j-го типа нагружения.

2.3. Ресурс остаточной работоспособности определяется по формуле

(7)

2.4. Если аппарат эксплуатируется в условиях многоциклового нагружения (Nj > 5·105), то допускаемое количество циклов нагружения [N] (до N £ 1012) может быть определено с помощью зависимостей, приведенных в нормах расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок ПНАЭ Г-7-002-86.

После этого ресурс остаточной работоспособности сосуда определяется также с

помощью формул (6.5)—(6.7).

2.5. Если ресурс остаточной работоспособности, определенный по формулам (5)—(7), оказался исчерпанным, то необходимо провести очередное диагностирование соответствующего сосуда или аппарата. При этом необходимо подвергнуть 100 %-ному контролю места концентраторов и сварные швы аппарата. Если в проконтролированных местах не обнаружено растрескивание, то рассматриваемые сосуды можно допустить к дальнейшей эксплуатации при регулярном дефектоскопическом контроле зон концентраторов напряжений и сварных швов сосудов.

Этот контроль должен проводиться через промежутки времени, за которые число циклов нагружения сосуда не превосходит 0,1 [N]. Промежутки времени между очередным контролем могут быть увеличены, если с помощью стандартных испытаний определить статические механические характеристики материала ( , , Zt, At) сосуда, находящегося в эксплуатации. Размеры образцов и методика их испытаний должны соответствовать ГОСТ 1497-90, ГОСТ 9651-90, ГОСТ 11150-90 [19-21].

После определения статических механических характеристик, допускаемое число циклов нагружения для дальнейшей эксплуатации сосуда определяется с помощью зависимостей, приведенных в нормах ГОСТ 25859-83.

Ресурс циклической долговечности, определенный по результатам испытаний образцов, вырезанных из сосуда, может быть распространен на партию сосудов, имеющих однотипную конструкцию, изготовленных из одного материала и находящихся в идентичных условиях эксплуатации. При этом в качестве представителя группы для вырезки темплетов для образцов выбирается сосуд, подвергшийся наибольшему из данной группы количеству циклов нагружения или имевший большой уровень нагрузок за предшествующий период эксплуатации.

6.3. Прогнозирование ресурса аппаратов по изменению механических характеристик металла.

В процессе эксплуатации оборудования в ряде случаев происходит снижение механических свойств материала отдельных элементов сосудов и аппаратов ( , , Zt, At, KCU).

Такое снижение механических свойств может быть определено путем испытания образцов, изготовленных из контрольных вырезок, либо путем замера твердости металла и определения механических характеристик по существующим корреляционным зависимостям.

В случае если снижение механических свойств оказалось менее 5 % нормативных, то все расчеты отбраковочных размеров либо допускаемого количества циклов проводят по фактическим механическим свойствам материала.

Если снижение механических свойств оказалось более 5 % нормативных, то определяют скорость снижения механических свойств аналогично определению скорости коррозии в подп. 1.2.2 настоящих Методических указаний и путем экстраполяции определяют механические свойства материала к концу ожидаемого остаточного периода эксплуатации. Отбраковочные размеры конструктивных элементов или остаточный ресурс определяются по этим механическим характеристикам.

6.4. Прогнозирование ресурса сосуда, работающего в условиях ползучести материала

4.1. Остаточный ресурс с учетом ползучести материалов (или длительной прочности) определяется для сосудов, работающих при повышенных температурах, когда в расчетах на прочность допускаемое напряжение определяется по пределу длительной прочности 1 % предела ползучести для заданного срока эксплуатации (105 ч). Если нет таких данных, то температура, когда учитывается ползучесть, принимается равной и выше 380 °С для углеродистых сталей, 420 °С — для низколегированных сталей, 525 °С — для аустенитных сталей.

4.2. Остаточный ресурс сосудов, работающих при непрерывном режиме нагружения, определяется по формуле

где Sф — фактическая минимальная толщина стенки элемента, мм;

Sp — расчетная толщина стенки элемента, определенная по допускаемым напряжениям, учитывающим предел длительной прочности материала элемента (1 % предела ползучести) для планируемого срока службы, мм;

а — скорость равномерной коррозии (эрозионного изнашивания), мм/год.

Скорость равномерной коррозии (эрозии) а определяется в соответствии с подразд. 6.1 настоящих Методических указаний.

Предел длительной прочности (1 % предел ползучести) или допускаемое напряжение для планируемого срока службы определяется по нормативной документации (например, по ГОСТ 14249—89, ОСТ 108.031.08-85, ПНАЭ Г-7-002-86). Если в указанных НД нет таких данных, то предел длительной прочности для планируемого остаточного срока эксплуатации может быть определен в соответствии с рекомендациями подразд. 7.9 настоящих Методических указаний.

4.3. Если имеется какой-либо установленный фактический размер Lф(t) диаметра сосуда или другого фиксированного размера в кольцевом направлении в местах с наиболее высокой температурой и при очередном диагностировании (не более 4 лет) выявлена остаточная деформация ползучести, то ресурс сосуда может быть определен по следующей зависимости:

где ап — скорость установившейся ползучести, %/год.

Остаточный ресурс сосуда в этом случае определяется по формуле

где Тэ — продолжительность эксплуатации от начала до последнего обследования.

Скорость установившейся ползучести определяется по формуле:

где Lф(t1), Lф(t2) — фактический размер диаметра сосуда или другого фиксированного линейного размера в кольцевом направлении при первом и втором обследованиях соответственно, мм;

Dt — время между первым и вторым обследованиями, лет;

К1 — коэффициент, учитывающий отличие средней ожидаемой скорости ползучести от гарантированной скорости ползучести с доверительной вероятностью g = 0,7—0,95;

К2 — коэффициент, учитывающий погрешность определения скорости ползучести по линейному закону, от скорости ползучести, рассчитанной по более точным нелинейным законам изменения контролируемого параметра.

Значения коэффициентов К1 и К2 следует принимать в пределах: К1 = 0,5—0,75; К2 =

0,75—1,0. При этом большие значения К1, К2 принимаются при незначительной скорости ползучести (меньше 0,05 % в год) и при общей остаточной деформации меньше 0,5 %; меньшие значения К1, К2 принимаются при значительной скорости ползучести (более 0,05 % в год) и при общей остаточной деформации, превышающей 0,5 %.

4.4. Если после проведения очередного диагностирования имеются три значения контролируемого параметра Lф(t1), Lф(t2), Lф(t3) полученные в моменты времени t1, t2, t3, то для определения скорости ползучести ап проводятся следующие вычисления. Вычисляются величины:

; ; ; .

После этого скорость ползучести определяется по формуле

4.5. Если число измерений N контролируемого параметра Lф(ti) больше или равно четырем (N ³ 4), то расчет остаточного ресурса проводится в соответствии с нормативно-технической документацией [16].

4.6. Прогнозирование остаточного ресурса при циклических нагрузках в условиях ползучести проводится, если аппарат работает при температурах, вызывающих ползучесть, и при этом нагружается повторными тепловыми или механическими усилиями. В этом случае элементы аппарата должны быть рассчитаны на длительную циклическую прочность.

Расчеты на длительную циклическую прочность проводятся по нормам ПНАЭГ-7-002-86 с помощью тех же формул, что и расчеты на циклическую прочность при температурах, не вызывающих ползучести. При этом в формулах вместо кратковременных механических характеристик материала используются механические характеристики, полученные при испытаниях на длительную статическую прочность ( , Zt, At).

— предел длительной прочности при максимальной температуре цикла нагружения за время t.

Zt — равномерное сужение поперечного сечения при длительном статическом разрушении;

At — относительное удлинение образца при длительном статическом разрушении.

Остаточный ресурс определяется в соответствии с рекомендациями подразд. 6.2.

6.5. Прогнозирование ресурса сосудов по критерию хрупкого разрушения

5.1. Определение остаточного ресурса по критерию хрупкого разрушения (трещиностойкости) проводится в следующих случаях.

1. Минимальная температура стенки сосуда при рабочих режимах эксплуатации или при гидроиспытании может быть меньше минимальной температуры, предусмотренной для применения стали в Правилах устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 10-115—96).

2. Сталь или сварные соединения при рабочих режимах эксплуатации или испытаний имеет ударную вязкость ниже значений, предусмотренных табл. 8 Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 10-115—96), например, в результате наводораживания сталей.

3. При проведении дефектоскопии сосуда обнаружены дефекты, выходящие за пределы норм, установленных Правилами проектирования, изготовления и приемки

сосудов и аппаратов стальных сварных (ПБ 03-384-00) и ОСТ 24.201.03-90 «Сосуды и аппараты стальные высокого давления. Общие технические требования». При этом

проведение ремонта дефектных мест связано с большими техническими трудностями.

4. При проведении дефектоскопии выявлены отдельные трещины, которые после выборки были заварены и места ремонта проконтролированы на отсутствие дефектов.

5.2. Условие сопротивления хрупкому разрушению проверяется выполнением следующего соотношения:

где К1 — коэффициент интенсивности напряжений;

[К1] — допускаемый коэффициент интенсивности напряжений.

Коэффициент интенсивности напряжений определяется в соответствии с нормами, изложенными в ПНАЭ Г-7-002—86.

Для первого случая п. 6.5.1 (при отсутствии информации о дефекте) при определении К1 принимается условная поверхностная трещина глубиной а = 0,25S и полудлиной С = 1,5а.

Для первого случая при оценке хрупкой прочности можно провести расчет по критерию «течь перед разрушением».

Использование критерия «течь перед разрушением» предусматривает выполнение условия, при котором процессу неконтролируемого роста трещины (хрупкому разрушению) предшествует образование сквозного дефекта на стадии ее медленного подрастания, то есть значение критического размера дефекта lкр больше, чем толщина стенки S элемента сосуда, в котором имеется дефект:

Критический размер дефекта рассчитывается по формуле

где K1c — критический коэффициент интенсивности напряжений в материале сосуда;

М — параметр, зависящий от конструкции сосуда, формы трещины и напряженного состояния;

s1 — максимальное напряжение в зоне дефекта.

Параметр М определяется по справочной литературе.

Условие трещиностойкости по критерию «течь перед разрушением» может быть записано в следующем виде:

где пе — коэффициент запаса по критическому размеру дефекта.

Учитывая, что коэффициент запаса прочности по коэффициенту интенсивности напряжений равен 2, значение коэффициента пе следует принимать пе = 4.

Если снижение температуры по сравнению с требованиями Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 10-115-96), не более 20 °С, то проверку на хрупкое разрушение можно провести на основании выполнения расчетов на прочность при пониженных допускаемых напряжениях. При толщине стенки меньше 36 мм и проведении термообработки сосуда допускаемое напряжение, определяемое по ГОСТ 14249-89, должно быть понижено в 1,35 раза. При отсутствии термообработки допускаемое напряжение снижается в 2,85 раза.

Для третьего случая, рассмотренного в п. 6.5.1, когда в процессе дефектоскопии обнаружены недопустимые один или несколько дефектов, расчет проводится для трещиноподобного дефекта. Размеры дефекта и его глубина залегания определяются по результатам дефектоскопии. Учитывая, что коэффициент интенсивности напряжений зависит от размеров дефекта и величины напряжений, в расчете (при наличии нескольких дефектов), рассматривается наихудшее их сочетание и определяется максимальная возможная интенсивность напряжений.

Для четвертого случая, рассмотренного в п. 6.5.1, когда в процессе дефектоскопии обнаружены отдельные трещины, расчет коэффициента интенсивности напряжений проводится для фактических размеров трещины, обнаруженной в сосуде.

Допускаемый коэффициент интенсивности напряжений определяется по формуле

где К1кр — критический коэффициент интенсивности напряжений;

пк — коэффициент запаса прочности по трещиностойкости. Для рабочих условий nк = 2; для условий испытаний пк = 1,5.

Критический коэффициент интенсивности напряжений может определяться на основании результатов испытания материала на хрупкое разрушение в соответствии с требованиями ГОСТ 25.506-85 [22] для рабочих условий эксплуатации или условий испытаний. Если проведение таких испытаний невозможно, то значение допускаемого коэффициента интенсивности напряжений рекомендуется определять по ПНАЭ Г-7-002—86. При определении допускаемого коэффициента интенсивности напряжений по ПНАЭ Г-7-002-86 за критическую температуру хрупкости материала следует принимать минимальную температуру применения сталей, предусмотренную Правилами проектирования, изготовления и приемки сосудов и аппаратов стальных сварных (ПБ 03-384-00) и ОСТ 24.201.03-90 «Сосуды и аппараты стальные высокого давления. Общие технические требования».

5.3. Определение остаточного ресурса.

Остаточный ресурс определяется в зависимости от первоначального расчетного срока Тнр, от объема контроля при техническом диагностировании и от вероятности хрупкого разрушения сосуда.

Остаточный ресурс определяется по формуле

где Тнр — расчетный срок службы сосуда. Если в паспорте сосуда срок не указан, то принимается 20 лет;

b — коэффициент, определяемый по рис. 6.1 в зависимости от объема контроля Vк при техническом диагностировании.

Для первого, второго и четвертого случаев п. 6.5.1 коэффициент b определяется по кривой I рис. 6.1. Для третьего случая п. 6.5.1 — по кривой II.

Рис. 6.1

6. Определение гарантированного (гамма-процентного) и среднего остаточных ресурсов сосудов и аппаратов

Средний ресурс представляет собой наиболее вероятные значения ресурса сосуда,при которых можно планировать необходимые затраты на ремонт.

В заключении, подготавливаемом по результатам диагностирования сосудов и аппаратов, должен указываться допускаемый срок их безопасной эксплуатации или гарантированный остаточный ресурс.

Этот ресурс должен рассчитываться для возможного наименее благоприятного режима предстоящей эксплуатации с учетом максимальной возможной погрешности контроля параметров, определяющих техническое состояние сосуда (аппарата).

В тех случаях, когда указанные факторы определяются в детерминированных значениях (однозначно), то гарантированный остаточный ресурс определяется по минимальным (либо максимальным) значениям установленных при диагностировании сосуда параметров.

Например, если при периодическом контроле скорости коррозии стенок сосуда установлены максимальная скорость коррозии аmах, минимальная толщина стенки сосуда Smin, определенная при последнем диагностировании, расчетная толщина стенки Sp, то в этом случае остаточный гарантированный ресурс сосуда по критерию коррозионной стойкости определяется по формуле

(8)

В тех случаях, когда прогнозирование ресурса осуществляют по результатам выборочного контроля параметров, имеющих некоторый естественный разброс (см. подразд. 4.2), то при определении остаточного ресурса рассчитывают средний и гамма- процентный остаточные ресурсы.

Средний ресурс представляет собой наиболее вероятное (ожидаемое) значение ресурса сосуда, по которому можно планировать необходимые затраты на ремонт или замену сосуда. Гамма- процентный ресурс определяет минимальное значение ресурса, которое способен отработать сосуд при обеспечении нормативных запасов прочности с доверительной вероятностью g, достаточно близкой к единице. При этом остается некоторая вероятность (1—g) выхода контролируемых параметров за пределы нормативных значений; при реализации этой вероятности потребуется остановка сосуда для проведения внепланового диагностирования.

В соответствии с Методическими указаниями по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, поднадзорных Госгортехнадзору России (РД 09-102—95) [23], при определении гамма- процентного ресурса рекомендуется принимать значение g ³ 90%.

Формулы для вычисления гамма- процентного и среднего остаточного ресурса сосудов и аппаратов для различных вариантов исходных данных по параметрам технического состояния приведены в Методике прогнозирования остаточного ресурса безопасной эксплуатации сосудов и аппаратов по изменению параметров технического состояния [16].

Если в процессе эксплуатации исходные характеристики материала сосуда могут изменяться под воздействием среды или минусовых температур, то предельное состояние сосуда определяется с учетом хрупкого разрушения или трещиностойкости. Расчет остаточного ресурса в этом случае определяется с учетом подразд. 6.5,7.1,7.2,7.4.

Фосфорный ангидрид
( оксид фосфора (V) )

Формула: P2O5

Белые кристаллы, температура плавления 570 С, температура кипения 600 C, плотность 2,7 г/см3. Имеет несколько модификаций. В парах состоит из молекул P4H10, очень гигроскопичен (используется как осушитель газов и жидкостей).

В небольших количествах присутствует в некоторых удобрениях. Может быть получен осушением фосфорной кислоты.

Получается при сгорании фосфора в атмосфере кислорода.
4P + 5O2 -> 2P2O5

Химические свойства

Проявляет все химические свойства кислотных оксидов

реагирует с водой
P2O5 + H2O -> 2HPO3(метафосфорная кислота)
P2O5 + 2H2O -> H4P2O7(пирофосфорная кислота)
P2O5 + 3H2O -> 2H3PO4(ортофосфорная кислота)

реагирует с основными оксидами
P2O5 + 3BaO -> Ba3(PO4)2

реагирует с щелочами
P2O5 + 6KOH -> 2K3PO4+ 3H2O

P2O5 - сильное водоотнимающее средство
P2O5+ 2HNO3 -> 2HPO3 + N2O5
P2O5+ 2HClO4 -> 2HPO3+ Cl2O7

P4H10 + H2O -> H3 PO4

Промывалка Сандера (Sander)

Применяется с различными целями, например, в анализе газовых смесей.