Безопасность эксплуатации нефтехимического оборудования

0502-4Сварные соединения нефтехимического оборудования из двухслойных сталей, не подвергнутые термообработке по режиму высокого отпуска и эксплуатирующиеся во влажных  сероводородосодержащих средах, представляют потенциальную опасность и тем самым резко снижают уровень надежности оборудования.

Рост цен на нержавеющие стали обусловливает стремление нефтехимических производств к удешевлению заказываемого ими оборудования, в частности, изготовлению его из двухслойных сталей (биметаллов), т.е., когда наружный слой стенки аппарата, несущий все прочностные нагрузки, выполняется из низколегированной углеродистой стали, а внутренний (плакирующий) слой, который воспринимает на себя всю коррозионную и эрозионную нагрузку от воздействия нефтехимического продукта, – из нержавеющей стали небольшой толщины (от 0,7 до 6,0 мм).

 

Виктор НИКОЛЬСКИЙ,
директор ГУП «БашНИИнефтемаш», кандидат технических наук
Алексей КОНДРАТЕНКО,
главный инженер ГУП «БашНИИнефтемаш»
Александр ЗВЕНИГОРОДСКИЙ,
инженер ГУП «БашНИИнефтемаш»

  С точки зрения формальной логики такое стремление логически и экономически оправдано. Однако практика эксплуатации оборудования из двухслойных сталей доказывает, что экономичность и безопасность их применения реализуется только в определенных условий эксплуатации (например, оборудования для производства вин, соков, пищевых продуктов и т. д.). А аварийность его в средах, вызывающих сероводородное коррозионное растрескивание, высока.

Причины трещинообразования

В связи с уменьшением запасов нефти остро встал вопрос о ее более глубокой переработке. Это возможно при повышении параметров проведения технологических процессов (температуры, давления), что приводит к увеличению коррозионной активности сред. Кроме того, резко возросли объемы переработки нефтей с повышенным содержанием сероводорода и минеральных солей, а также газоконденсатов с повышенным содержанием коррозионно-активных компонентов. Все это, а также неизбежное старение производственного оборудования и экономические факторы, препятствующие его замене, создают условия, при которых понижается уровень надежности и безопасной эксплуатации оборудования и, как следствие, повышается вероятность аварий.

Наводороживание и сопутствующее ему растрескивание металла – опаснейший вид коррозии нефтяного оборудования, тем более что разрушение металла происходит внезапно и носит ярко выраженный локальный характер. Весьма сложно предугадать возможность и место возникновения этого вида коррозии и принять меры, чтобы предотвратить разрушение и связанные с ним опасные последствия.

  Растрескивание происходит в том случае, если в металле имеются твердые включения, зоны напряженности, участки повышенной прочности и твердости. По этой причине все устремления металлургов имеют одно направление: не создавать в металле зон напряженности. Максимальная зона напряженности и высокой твердости – образования мартенсита. Чаще всего они образуются именно в сварных соединениях из-за нарушений режимов сварки и термообработки.

Причины образования мартенсита и способы решения проблемы

Первая причина

Образование мартенсита в переходном слое сварного шва из-за высокой доли участия низколегированной стали в сварном шве, выполненном автоматической сваркой. Влияние мартенсита проявляется в усилении склонности к растрескиванию при относительно малой нагрузке.

   При термообработке, которой до 2007 г. обязательно подвергали все сварные соединения после сварки, в них происходили три физических процесса, благотворно сказывающиеся на их последуюшей эксплуатации:

·      снятие (точнее перераспределение эпюры) остаточных сварочных напряжений, возникших в сварном соединении при усадке расплавленного металла, наибольший объем которого имеет место при автоматической сварке;

·      мартенситные зерна, подвергнутые термообработке по режиму высокого отпуска, получают по своему периметру бейнитную оторочку, которая будет играть роль демпфера (пружинистого смягчителя) при распределении внешних нагрузок;

·      сами мартенситные зерна, представляющие остроигольчатую структуру, после этой термообработки приобретают округлости по своим острым краям, что повышает стойкость сварного соединения к трещинообразованию и также благоприятно сказывается при распределении внешних нагрузок.

Сварное соединение могло благополучно работать в сероводородосодержащих средах долгие годы. Таким образом, нормативная документация исходила из требований физики металлов.

Однако ГОСТ Р52630-2006, принятый в 2007 г., отменил обязательность выполнения термообработки по признаку коррозионной агрессивности перерабатываемой среды: т.е. какой бы коррозионно агрессивной рабочая среда ни была, термообрабатывать сварные соединения двухслойных сталей не требуется (за исключением биметалла с основным слоем из сталей 12ХМ, 12МХ, 20Х2М). Нет этого требования и в ПБ 03-584-03. А ведь физика металлов «вопит»: «категорически надо, срочно необходимо» термообрабатывать. Таким образом, в данном случае нормативная документация заведомо ведет к снижению надежности и безопасности сварных соединений двухслойных сталей.

Гарантированно определить наличие мартенсита в переходном слое сварного шва можно только путем обеспечения эффективного металлографического контроля образцов-свидетелей каждого сварного соединения, выполненного автоматической сваркой. Однако если идентичность образцов-свидетелей продольных сварных соединений можно гарантировать, поскольку каждый образец-свидетель при выполнении автоматической сварки является продолжением шва свариваемого изделия, то при выполнении автоматической сварки кольцевых сварных соединений образец-свидетель не может быть сварен заодно со сварным швом свариваемого изделия, и поэтому идентичность его не гарантируется. Контроль же по твердости на наличие мартенсита малоэффективен, т.к. сварному шву плакирующего слоя принято придавать товарный вид, накладывая на него облицовочный валик. Особенно этот валик стремятся выполнить в тех случаях, когда предыдущий валик (или слой шва) выполнен небрежно или с нарушением режима. Контроль твердости только переходного слоя после его выполнения также не представляется возможным, т.к. требует невысокой температуры замеряемой поверхности (от +5о до +50оС), а это будет приводить к значительным перерывам в работе при сварке конкретного аппарата. Таким образом, реального надежного способа контроля металла переходного слоя на наличие мартенсита нет. Выявить трещины, возникающие в процессе эксплуатации под воздействием влажного сероводорода возможно только с помощью АЭ-контроля. Но охватить каждую единицу оборудования АЭ-мониторингом – это очень дорогое «удовольствие». Значительно дешевле обойдется изготовление ее из нержавеющей стали аустенитного класса безо всяких последующих мониторингов.

Вторая причина

Комплекс проблем стыковки свариваемых элементов:

·      разнотолщинность как по общей толщине биметалла, так и по толщине плакирующего слоя между обечайками, днищем и обечайкой;

·      овальность и отклонения диаметральных размеров, стыкуемых обечаек и днищ (даже в допустимых пределах), когда черный металл одной обечайки (или днища) «вынужден» в некоторых зонах частично стыковаться с плакирующим слоем соединяемой обечайки с последующей автоматической сваркой по этому месту, таким образом нарушая требования п. 4.10.8 ПБ 03-584-03 «Правил проектирования, изготовления и приемки сосудов и аппаратов стальных сварных». В п. 6.1.1 ОСТ 26.260.480-2003 «Отраслевой стандарт. Сосуды и аппараты из двухслойных сталей. Сварка и наплавка» четко указано, что «если при сварке основного слоя (черного металла) происходит одновременное плавление металла плакирующего слоя, то возможно существенное понижение пластичности сварного соединения, повышение его твердости и даже образование трещин».

Таким образом, применение двухслойных сталей для изготовления аппаратов нефтехимического производства, эксплуатирующихся в сероводородосодержащих средах, возможно при выполнении следующих условий, направленных на предотвращение образования мартенсита в переходном слое его сварных соединений:

·           повышенные требования к соблюдению технологии сварки: недопущение высокого тепловложения в сварочную ванну;

·           достаточный уровень и объем выполнения контрольных операций после сварки: недопущение мартенсита сварных соединений;

·           обеспечение необходимых требований эксплуатации аппаратов из биметаллов: снижение содержания сероводорода и влаги в рабочей среде;

·           высокий уровень технического контроля состояния основного металла и сварных швов при эксплуатации аппаратов из биметаллов.

При этом для справки необходимо отметить, что в условиях аналогичных нефтехимических производств в течение многих лет для хранения пропана безаварийно эксплуатируются такие же по объему емкости, изготовленные из нержавеющей стали аустенитного класса (типа 18-10). И никаких вышеперечисленных дополнительных видов и объемов контроля при изготовлении и эксплуатации для них не применялось.

Итак, чтобы в полной мере убедиться в экономической целесообразности и достаточности уровня надежности и безопасности применения двухслойной стали при изготовлении нефтехимического оборудования для последующей эксплуатации в сероводородосодержащих средах, необходимо суммировать затраты на все вышеуказанные виды контроля при его изготовлении и эксплуатации, учесть уровень гарантии безопасности при эксплуатации оборудования из этой стали и сравнить с экономическим выигрышем по стоимости металла, полученным от отказа применения нержавеющей стали. Однозначно можно утверждать, что экономический выигрыш будет далеко не в пользу биметалла. То же самое можно сказать и об уровне надежности и безопасности эксплуатации – они тоже будут не в пользу биметалла.

В связи с этим рекомендую ходатайствовать перед Ростехнадзором, разработчиками ГОСТ Р 52630-2006, о введении в п. 6.11.5 ГОСТ Р 52630-2006 требования, об обязательной термообработке по режиму высокого отпуска сосудов и аппаратов, изготовленных из двухслойных сталей и предназначенных для работы в средах, вызывающих коррозионное растрескивание.

Промышленная безопасность

news270420-1

Президентом России подписан Федеральный закон «О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации по вопросам допуска в эксплуатацию энергоустановок»

Президентом Российской Федерации подписан Федеральный закон от 24 апреля 2020 г. № 141-ФЗ «О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации по вопросам допуска в эксплуатацию энергоустановок». Проект Федерального закона был разработан Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору. Федеральным законом вносятся изменения в федеральные законы «Об электроэнергетике» и «О теплоснабжении», регламентирующие вопросы получения разрешений на допуск в эксплуатацию…

Государственный надзор

news030720-1.4

Сотрудничество длиною в четверть века

История взаимодействия АО Промышленная Группа «Метран» и ПАО «Газпром» берет свое начало в середине 1990-х годов. «Оборудование, произведенное на заводе «Метран», обеспечивало безаварийную эксплуатацию опасных производственных объектов компании, что позволило Метрану зарекомендовать себя как надежного производителя и уже к середине 2000-х поставлять большую часть КИП для измерения давления и температуры на предприятия газовой отрасли», – рассказывает Александр ГЛАЗЫРИН, генеральный директор группы. –…

Охрана труда, аттестация специалистов, персонал

news040419-3

Травматизм снижается, но проблемы остаются

По данным Росстата и Министерства труда, производственный травматизм снизился более чем в два раза за последние 10 лет, в 2018-м положительная динамика сохранилась. Вместе с тем эксперты отмечают, что, несмотря на улучшения, остались нерешенные проблемы. Что чаще всего становится причиной несчастных случаев на производстве и какие современные инструменты могут изменить ситуацию? По данным Росстата, численность пострадавших в результате несчастных случаев (НС) в 2017 году уменьшилась в 1,4 раза по сравнению с…

Энергетика

news170520-1

Президент России утвердил новую Доктрину энергетической безопасности страны

Указом Президента Российской Федерации от 13 мая 2019 г. № 216 утверждена новая Доктрина энергетической безопасности Российской Федерации – документ стратегического планирования в сфере национальной безопасности Российской Федерации. Доктрина разработана Минэнерго России совместно с другими заинтересованными федеральными органами исполнительной власти и организациями ТЭК во исполнение поручения Президента Российской Федерации. В новой Доктрине с учетом произошедших изменений в международной обстановке и…

Экология

news181219-2

Госдума запретила сжигать непереработанный мусор

Закон также уточняет вопросы платы за негативное воздействие на окружающую среду Госдума приняла закон, расширяющий понятие "утилизация отходов", он подразумевает плату за негативное воздействие на окружающую среду, а также запрещает сжигать отходы до извлечения из них полезных свойств. Документ вступит в силу с 1 января 2020 года. "Третье чтение прошел документ, совершенствующий законодательство в сфере охраны окружающей среды. Он, в частности, запрещает сжигание отходов без предварительной переработки и…

Саморегулирование

Компенсационные фонды – и ныне там

Саморегулирование в строительной отрасли существует уже более двух лет, однако, многие вопросы, связанные с одним из базовых механизмов саморегулирования – компенсационными фондами – до сих пор остаются нерешенными. Компенсационный фонд саморегулируемой организации воплощает собой основную идею саморегулирования – коллективную ответственность членов саморегулируемых объединений за результаты их работы. Порядок формирования, размещения и осуществления выплат из компенсационных фондов СРО в строительной отрасли…