Методы контроля и испытания аппаратов

 

При приемке в эксплуатацию аппаратов, работающих под

давлением или вакуумом, проводят гидравлические испытания

для проверки плотности сварных швов, правильности монтажа,

герметичности и надежности основных узлов и механизмов, в со-

ответствии с правилами Госгортехнадзора, после изготовления

аппарата на заводах-изготовителях, а также после монтажа их на

заводах.

.

 

 

 

Завод-изготовитель поставляет аппараты заказчику с пас-

портами и инструкциями по монтажу и безопасной эксплуатации.

Корпус аппарата снабжается табличкой с паспортными данными.

После монтажа, до начала эксплуатации, аппарат регистрируют в

местной инспекции Госгортехнадзора с отметкой в паспорте.

Каждый аппарат, работающий под давлением, подвергают

внутреннему осмотру не реже одного раза в три года, а гидравли-

ческому испытанию – не реже одного раза в шесть лет, кроме

случаев, когда существуют особые дополнительные требования.

Перед проведением гидравлических испытаний проводят

внешний осмотр аппарата, швы очищают от окалины, люки и

патрубки заглушаются. Затем аппарат заливают водой до полного

вытеснения воздуха, подключают к испытательному насосу, ко-

торым производят опрессовку. Воду нагнетают в аппарат до дос-

тижения пробного давления. Последнее поддерживают в течение

10-60 мин (в зависимости от толщины стенки). После этого дав-

ление медленно снижают до рабочего, аппарат обстукивают ме-

таллическим молотком и осматривают. Аппарат отвечает нормам

при отсутствии остаточных деформаций, признаков разрыва, те-

чей через швы и уплотнения.

Все сосуды, кроме литых, работающие под избыточным дав-

лением до 0,5 МПа (5 кгс/см2), испытывают на пробное давление не

менее 0,2 МПа, Сосуды, работающие при избыточном давлении

выше 0,5 МПа, испытывают под давлением не менее 0,8 МПа. Ли-

тые сосуды независимо от рабочего давления испытывают на дав-

ление: на заводе-изготовителе в 1,5 раза, а на химическом предпри-

ятии в 1,25 раза выше рабочего, но не менее 0,2 МПа.

Аппараты, работающие под вакуумом, испытывают под

внутренним избыточным давлением 0,2 МПа, а сосуды, рабо-

тающие без давления, проверяют на налив.

Для проверки герметичности сквозных трещин и свищей

можно пользоваться, в частности, относительно простой «керо-

синовой пробой². При этом зачищенный шов покрывают снару-

жи мелом, а изнутри смачивают керосином. Керосин, проникая

через трещины, вызывает потемнение мела.

Высокие вертикальные аппараты (колонны) под действием

столба жидкости будут иметь значительную разницу давлений в

верхней части и у днища. Если они рассчитаны на работу без

 

 

 

давления, то проведение гидравлических испытаний может при-

вести к появлению трещин в нижней части аппарата. Поэтому их

подвергают пневматическим испытаниям, при этом принимают

большие меры безопасности, чем при гидравлических испытани-

ях. В этом случае давление превышает рабочее только на 5–10 %.

Компрессором создают необходимое давление, отключают его,

перекрывают вентиль и в течение длительного времени опреде-

ляют величину падения давления. Пробой мыльного рас-

твора легко обнаружить места утечки воздуха. Обстукивание

аппарата проводят в этом случае до испытания. Пневматические

испытания проводят обязательно в присутствии инспектора Гос-

гортехнадзора.

Способы контроля и измерения износа в результате корро-

зии и под действием трения принципиально различны.

Согласно ГОСТу, на скорость, тип и распределение корро-

зии влияют факторы двух видов: внутренние, связанные с приро-

дой металла (состав, структура, внутренние напряжения, состоя-

ние поверхности), и внешние, связанные с составом коррозион-

ной среды и условиями коррозии (температура, давление, ско-

рость движения металла относительно среды и т. д.). Сочетаний

различных факторов, определяющих на практике интенсивность

коррозионного изнашивания, множество, поэтому теоретическое

прогнозирование ее без экспериментальной проверки лишено

смысла. Обычно коррозионные испытания металлов проводят в

лабораторных условиях, максимально приближенных к условиям

эксплуатации.

Для оценки коррозионного разрушения в промышленных

условиях используют качественный и количественный методы.

Качественный метод заключается в визуальном осмотре об-

разца и рассмотрении его с помощью лупы или микроскопа. При

этом проверяют состояние поверхности, подвергающейся корро-

зии, и состояние среды, омывающей эту поверхность. Наличие

коррозионного разрушения обнаруживается, если на поверхности

детали или в омывающей среде появляются продукты коррозии

или если изменилась первоначальная окраска среды, что свиде-

тельствует об изменении ее физико-химических свойств.

Количественные методы состоят в определении скорости

коррозии и фактических механических характеристик металла.

 

 

 

Скорость коррозии оценивают массовым или объемным спосо-

бом, т. е. путем определения массы или объема продуктов корро-

зии, образующихся на единице поверхности металла аппарата в

течение определенного времени (недели, месяца, года). В ряде

случаев определяют также увеличение массы образца. Анализи-

руя продукты коррозии, можно установить количество металла,

подвергшегося коррозии. Применяют и другие способы, с помо-

щью которых удается более точно оценить конкретные свойства

исследуемого металла (изменение механических свойств, количе-

ства выделившегося водорода или поглощенного кислорода и т. д.).

Часто показателем величины коррозии служит глубина по-

ражения металла в отдельных точках, определяемая с помощью

специальных приборов.

Характер коррозии и её скорость определяют путем систе-

матических осмотров и замеров, проводимых периодически в те-

чение всего срока службы оборудования. Однако такие периоди-

ческие обследования требуют довольно частого отключения ап-

паратов, их подготовки и вскрытия, что уменьшает производи-

тельное нремя работы. Кроме того, коррозионные свойства среды

на различных участках можно установить только по результатам

ее воздействия на оборудование (т. е. после коррозионного разру-

шения), что не позволяет своевременно принимать необходимые

меры для предотвращения дальнейшего распространения корро-

зии.

Предпочтение следует отдавать методу непрерывного кон-

троля с помощью зондов. Зонды для контроля коррозии дают

возможность определить агрессивность потоков в рабочих усло-

виях, установить участки с наибольшей скоростью коррозии и т.

д. На основании этих данных можно выбрать наиболее надежный

вариант защиты от коррозии, и в частности оптимальную дози-

ровку ингибиторов и нейтрализаторов.

Принцип работы зонда основан на контроле изменения

электрического сопротивления образцов, изготовленных из того

же материала, что и исследуемое оборудование. Образец опреде-

ленных размеров и формы помещают внутри аппарата на тех уча-

стках, где изучение характера коррозии металла или агрессивных

пюйств среды представляет наибольший интерес. Показания всех

зондов могут быть вынесены на один щит. При соблюдении ус-

 

 

 

ловий подготовки и установки зондов, а также точности измере-

ний юндирование дает точную картину коррозии оборудования.

Отметим, что все работы, связанные с зондированием, требуют

высокой квалификации и должны проводиться специальной

службой.

Труднее осуществить контроль за коррозионным разруше-

нием неметаллических материалов, также широко применяемых

на химических и нефтеперерабатывающих заводах. Доля неме-

таллических материалов в общем объеме конструкционных мате-

риалов для аппаратов и трубопроводов постоянно увеличивается.

Механизм разрушения полимерных материалов отличается от

коррозии металлов и изучен недостаточно. Трудность заключает-

ся в том, что коррозионный износ таких материалов начинается

не только с поверхности раздела фаз, как у металлов: полимер на-

бухает и быстро растворяется. Эти процессы за счет диффузии

распространяются в глубь полимерного материала.

Уменьшение линейного размера детали в направлении, пер-

пендикулярном к изнашиваемой поверхности, называют линей-

ным износом. Отношение линейного износа к расстоянию, на ко-

тором он произошел, называют интенсивностью линейного изно-

са, а отношение к времени, в течение которого оборудование раз-

рушалось, называют скоростью линейного износа.

В работе каждой трущейся пары более или менее четко вы-

деляются три периода: приработка, нормальная работа и нараста-

ющий износ. Увеличение износа в период приработки объясняет-

ся сглаживанием неровностей сопрягаемых поверхностей до дос-

тижения стабильной шероховатости и постоянной площади кон-

такта. Весьма важно соблюдать нормальные условия приработки,

так как это позволяет предотвратить преждевременный выход

оборудования из строя. Период нормальной работы характеризу-

ется сравнительно небольшой величиной и постоянной скоро-

стью износа. Когда общий износ превысит определенное значе-

ние, наступает период сильно нарастающего износа, приводящего

к полному разрушению трущейся пары. Нельзя доводить обору-

дование до такого состояния; его следует остановить на ремонт

до того, как износ достигнет максимального значения. Этого

можно добиться только путем строгого соблюдения графиков

профилактических осмотров и ремонтов, в процессе которых по-

 

 

 

лучают наиболее достоверные данные о величине износа.

Наиболее простой и распространенный метод определения

величины износа - микрометраж, т. е. измерение фактических

размеров деталей (диаметра, длины, толщины стенки, отклонения

от прямолинейности и др.) и их сопоставление с первоначальны-

ми размерами или же определение зазора, образующегося между

сопряженными деталями. Для микрометража применяют разно-

образные инструменты — штангенциркули (ГОСТ 166-80), мик-

рометры (ГОСТ 4381-87 и 10388-81), нутромеры (ГОСТ 9244-75),

в том числе индикаторные (ГОСТ 868-82) и микрометрические

(ГОСТ 10-75), штангенглубиномеры (ГОСТ 162- 80) и различные

индикаторы, например рычажно-зубчатого типа (ГОСТ 5584-75).

Общий вид некоторых из перечисленных инструментов показан

на рис. 3.

Детали высокой точности проверяют калибрами – скобами

(для наружных измерений) и пробками (для измерений диаметров

отверстий).

Наружные дефекты на немагнитных деталях можно выявить

с помощью цветного дефектоскопа (ртутно-кварцевых ламп

IIPK-2, ПРК-4, 77ПЛУ-2, СВДШ), переносных ртутно-кварцевых

приборов ЛЮМ-1 и ЛЮМ-2, а также стационарного дефектоско-

па ЛДА-3. Процесс дефектоскопии состоит в следующем. На очи-

щенную поверхность наносят проникающий в изъяны люмине-

гцентный состав (75 % керосина, 10–20 % маловязкого минераль-

ного масла, 10–20 % бензола или бензина, 2–3 % эмульгатора

ОП-7, 0,2 г/л дефектоля зелено-золотистого), а затем фиксирую-

щий порошок (углекислый магний, тальк и силикагель). Затем

проверяемую поверхность, предварительно промытую, осматри-

вают под ультрафиолетовыми лучами; в местах расположения де-

фекта задержавшийся там люминофор обнаруживается по свече-

нию, видимому глазом. Люминесцентный метод позволяет опре-

делить поверхностные дефекты размером до 1 мкм.

Дефекты в глубине детали обнаруживают методами магнит-

ной и ультразвуковой дефектоскопии и рентгеноскопии.

 

 

 

Рис. 3. Измерительные инструменты:

а – штангенциркуль; б – штангенглубиномер; в – индикатор;

г – микрометр

 

Магнитная дефектоскопия основана на появлении магнит-

ного поля рассеяния при прохождении через дефектную деталь

магнитного потока. Визуально наблюдаются изменения направ-

ления линий магнитного поля на участках трещин вследствие не-

одинаковой магнитной проницаемости детали на дефектных и

качественных участках.

Для дефектоскопии применяют ферромагнитный порошок

(прокаленный и тонко промолотый оксид железа) либо суспен-

зию, состоящую из двух частей керосина, одной части трансфор-

маторного масла и 35–45 г/л ферромагнитного порошка. Направ-

ление магнитного поля во всех случаях должно соответствовать

направлению трещины или раковины в детали, поэтому для их

обнаружения дефектоскопию проводят при двух направлениях

магнитных полей.

После испытания деталь промывают и размагничивают. В

ремонтной практике применяют дефектоскопы марок М-217;

77МД-ВМ; ППД и др. Магнитная дефектоскопия позволяет обна-

ружить наружные и внутренние дефекты стальных и чугунных

деталей размером до 1 мкм.

 

 

 

Широкое распространение получает ультразвуковой метод

обнаружения дефектов (ультразвуковая дефектоскопия), основан-

ный на приеме отраженных сигналов или сквозном просвечива-

нии. В ремонтной технике удобно пользоваться ультразвуковыми

дефектоскопами, работающими по принципу отражения импуль-

сов (сигналов). Они имеют широкий диапазон применения; на-

пример, дефектоскоп марки УЗД-7Н способен просвечивать

ультразвуком плоские детали на глубину до 2,6 м.

На рис. 4 показана схема действия ультразвукового дефек-

тоскопа, работающего по методу отражения. Ультразвуковые

волны от генератора 1 через пластину – пьезоэлектрический из-

лучатель 2 – передаются на деталь 3. Отразившись от противопо-

ложной поверхности детали, волны принимаются щупом 4, пре-

образуются в электрические сигналы и через усилитель 5 попа-

дают в электронно-лучевую трубку 6. Генератор развертки обес-

печивает горизонтальную развертку луча на экране в виде двух

вертикальных пиков, отстоящих друг от друга на расстоянии, в

масштабе, соответствующем толщине детали. Волны, отражен-

ные от дефекта За, возвращаются раньше, чем отраженные от

противоположной поверхности. В результате на расстоянии х от

начального пика появится второй импульс, показывающий в том

же масштабе глубину залегания дефекта.

Промышленность выпускает большую серию ультразвуко-

вых дефектоскопов, в том числе марок ДУК-58, ДУК.-6В, УЗД-

10, обладающих высокой чувствительностью.

 

 

Рис. 4. Схема действия ультразвукового дефектоскопа:

1 – генератор электрических колебаний высокой частоты; 2 –

излучатель; 3 – исследуемая деталь; За – место дефекта; 4 – при-

емник отраженных импульсов; 5 – усилитель импульсов; 6 – ге-

нератор развертки; 7 – лучевая трубка

 

 

 

Общие технические требования для ультразвуковых дефек-

тоскопов специальных и общего назначения, работающих в диа-

пазоне частот от 0,02 до 30 МГц, установлены ГОСТ 23049-84.

Метод рентгеноскопии в ремонтной технике применяют в

исключительных случаях, главным образом для просвечивания

сварных швов. Чаще применяют просвечивание радиоактивными

элементами (60Со, l37Cs).

Суммарную величину износа можно определить по потере

массы детали за время ее работы. Применение этого способа тре-

бует тщательной очистки исследуемой детали и точного опреде-

ления ее массы.

Кроме нормального износа, который характеризуется рав-

номерностью и постепенным развитием, в практике нередки слу-

чаи так называемого катастрофического износа, протекающего

весьма быстро, а иногда и мгновенно (поломка). Возможность ка-

тастрофического износа следует устанавливать как можно скорее,

чтобы предотвратить аварии. Для этого пользуются всеми дос-

тупными способами внешнего осмотра и проверкой на ощупь.

При внешнем осмотре проверяют правильность взаимного

рас положения деталей и узлов машины, состояние конструк-

тивных элементов, плотность и прочность соединений,крепление

к фунда менту и т. д. На ощупь определяют температуру трущих-

ся дета лей и вибрацию машины или отдельных ее узлов. Повы-

шенная температура и недопустимая вибрация наряду с другими

причинами могут быть следствием усиленного износа.

Поломку движущихся деталей, а в некоторых случаях и на-

личие повышенного износа легко установить по стуку или шуму

на слух или с помощью специального слухового прибора (стето-

скопа). О повреждении судят по изменению шума (или равно-

мерных стуков), характерного для исправной работы данного

оборудования.

Трещины на поверхности обнаруживаются после тщатель-

ной ее зачистки путем визуального осмотра (желательно с помо-

щью лупы). Надежным является способ обмазки меловым рас-

твором. Исследуемую поверхность смачивают керосином, затем

вытирают насухо и наносят на нее растворенный в спирте мел.

После испарения спирта на сухом меле отчетливо выступает ке-

росин, вырисовывая контуры трещины.

 

 

 

При сквозной трещине желательно смачивать керосином

одну сторону поверхности детали, а обмазывать мелом обратную

сторону (в этом случае мел можно разводить в воде). Влажные

пятна на сухом меле выступают в течение времени, определяемо-

го толщиной стенки детали и размерами трещины на ней.

Если вместо керосина применить раствор, состоящий из

80 % керосина и 20 % скипидара, подкрашенный анилиновым

красителем, то в местах трещин мел приобретет цвет красителя.

В очищенном и промытом виде детали проходят дефектов-

ку, во время которой производится их контроль для обнаружения

изношенных поверхностей, коррозии, трещин, задиров и внут-

ренних дефектов. Для обнаружения в деталях ответственной ар-

матуры внутренних дефектов используются различные виды де-

фектоскопии: цветная, люминесцентная, магнитная, ультразвуко-

вая, рентгено- и гамма-дефектоскопия. Корпусные детали и арма-

тура в собранном виде проходят гидравлическое испытание.

Поверхностные трещины, не обнаруживаемые невооружен-

ным глазом, могут быть выявлены цветной и люминесцентной

дефектоскопией. При цветной дефектоскопии используется ярко-

красная (или иная) жидкость, при люминесцентной – люминес-

цирующая, светящаяся под действием ультрафиолетовых лучей.

Цветная дефектоскопия выполняется следующим образом.

Поверхность детали, предварительно тщательно очищенную, по-

крывают жидкостью, состоящей из керосина (65 %), трансфор-

маторного масла (30 %) и скипидара (5 %), в которую вводится

краситель судан (III, II, I) в количестве 5–6 г/л раствора. После

выдержки в течение 5–10 мин жидкость, нанесенную кистью или

окунанием детали, смывают сильной струей воды. После этого

контролируемый участок детали покрывают тонким слоем белил

или жидкости следующего состава: в разведенной воде каолин

добавляют сульфинол в количестве 10 г/л. Затем слой такого по-

крытия высушивают струей теплого воздуха. Оставшийся в тре-

щинах краситель проникает в белый фон покрытия и обра-

зует рисунок, соответствующий очертаниям мелких, невиди-

мых ранее трещин.

Люминесцентная дефектоскопия выполняется следующим

образом. На тщательно очищенную поверхность наносят кистью

или окунанием детали слой люминесцентного раствора и вы-

 

 

 

держивают 10–15 мин, а затем смывают его сильной струей воды.

Поверхность детали просушийают теплым воздухом и припудри-

вают порошком силикагеля, проникающим в трещины и способ-

ствующим выявлению дефектов. Осмотр производится в затем-

ненном помещении при освещении поверхности ультрафиолето-

выми лучами, под действием которых светится люминесцентный

состав.

При помощи магнитной дефектоскопии обнаруживаются

поверхностные трещины и другие дефекты, расположенные на

сравнительно небольшой глубине в заготовках и деталях из стали

и чугуна. Применяется индукционная и порошковая магнитная

дефектоскопия.

Магнитно-индукционная дефектоскопия выполняется путем

намагничивания контролируемой детали и последующего изме-

рения намагниченности соответствующими приборами в различ-

ных точках поверхности металла. Магнитно-порошковая дефек-

тоскопия осуществляется с помощью ферропорошков, которыми

покрывается намагниченная контролируемая деталь. Путём ана-

лиза картины расположения зерен порошка вдоль магнитных си-

ловых линий можно выявить наличие возможных дефектов.

Ультразвуковая дефектоскопия позволяет обнаружить нали-

чие дефектов по всему сечению стенки, но при этом характер де-

фекта не выявляется. Испытание производится с помощью де-

фектоскопов.

Рентгено- и гамма-дефектоскопия являются наиболее на-

дежными методами. Они основаны на использовании для просве-

чивания проникающего излучения, которое на экране или на

снимке позволяет обнаруживать дефекты по всей толщине стен-

ки. Особо ответственные корпусные детали, в частности в местах

сварки, подвергаются рентгеновскому контролю. Он обеспечива-

ет возможность получать документально подтвержденные дан-

ные в виде снимков, с помощью которых можно точно опреде-

лить размер, характер и место расположения дефекта в металле.

Гидравлическое испытание на прочность конструкции и

плотность металла производится под пробным давлением.