Комплексный контроль сварных соединений изотермического резервуара жидкого аммиака

Дубов А.А., Колокольников С.М. (ООО "Энергодиагностика")
Медведев А.Г., Борискин Д.С. (КАО "Азот")

Изотермические резервуары (ИР) для хранения сжиженных газов являются одними из наиболее опасных производственных объектов (ОПО), на которых происходят аварии с тяжелыми последствиями.

Дефекты сварных соединений являются одной из основных причин возникновения аварий ИР [1]. В связи с этим контролю качества сварных соединений ИР, в особенности в зоне днища и первых поясов обечайки резервуара до 10 м по высоте, уделяется особое внимание при проведении технического освидетельствования [2].

При техническом освидетельствовании изотермического вертикального стального резервуара в соответствии с [2] основным методом неразрушающего контроля (НК) является акустическая эмиссия (АЭ). Другие методы НК (визуально-измерительный контроль (ВИК), ультразвуковой контроль (УК), цветная дефектоскопия и др.) рассматриваются как дополнительные и применяются на внутренней оболочке в местах с повышенной активностью выявленных источников АЭ в целях определения фактического местоположения дефектов.

При невозможности проведения АЭ-контроля применяются традиционные методы НК в объеме, который определяется инструкцией [2] и на основе визуального осмотра. Вышеперечисленные методы НК, указанные в [2], направлены на выявление развитых дефектов, возникших в процессе монтажа и эксплуатации, и не дают оценку напряженно-деформированного состояния (НДС). Для решения этой задачи, согласно инструкции [2], рекомендовано применять метод магнитной памяти металла (МПМ).

Метод МПМ является пассивным магнитным методом, основанным на регистрации и анализе распределения напряженности собственных магнитных полей рассеяния (СМПР), сформировавшихся в процессе изготовления (сварки) или в процессе эксплуатации ферромагнитных изделий под действием рабочих нагрузок и слабого геомагнитного поля [3, 4]. В ходе теоретических и экспериментальных исследований установлено, что распределение СМПР характеризует НДС объекта контроля.

В соответствии с [2] контроль методом МПМ допускается проводить в объеме до 30% всех работ по НК, либо контроль всех сварных швов стенки внутренней оболочки ИР, расположенных на высоте свыше 10 м.

Рассмотрим опыт применения метода МПМ в комплексе с ультразвуковым контролем сварных соединений изотермического резервуара, установленного в цехе транспортировки аммиака Кемеровского акционерного общества (КАО) "Азот".

ИР цеха транспортировки аммиака КАО "АЗОТ" относится к ИР "полного сдерживания" ("full containment") и представляет собой сооружение, состоящее из двух резервуаров – внутреннего, где непосредственно хранится сжиженный газ, и наружного. Наружный резервуар предохраняет теплоизоляцию от повреждения и проникания влаги.

Комплексный НК с применением метода МПМ и УК двустенного ИР проводился специалистами участка контроля прочности цеха по техническому диагностированию ОПО КАО "Азот" в августе 2016 года.

Вначале методом МПМ были проконтролированы следующие сварные соединения внутренней оболочки ИР:

• сварные швы окрайки днища (уторные, стыковые, нахлесточные);
• продольные сварные швы днища (стыковые, нахлесточные);
• поперечные сварные швы днища (стыковые, нахлесточные);
• сварные швы первого пояса стенки (стыковые).

При проведении контроля сварных швов ИР методом МПМ применялась схема измерения двух составляющих (нормальной и продольной тангенциальной) напряженности СМПР (H) в соответствии с [5].

В процессе выполнения контроля методом МПМ на каждом типоразмере сварных соединений отмечались ЗКН, характеризуемые аномальным распределением напряженности поля H с максимальными и средними значениями градиента dH/dx.

В отдельных ЗКН с максимальными и средними значениями градиента поля выполнялся УК с целью определения предельного значения градиента поля, при котором по нормам УК фиксировались недопустимые дефекты.

В дальнейшем выполнялся УК на всех сварных соединениях в ЗКН с предельными и выше значениями градиента поля H.

В результате контроля методом МПМ всего было выявлено 115 ЗКН со значениями градиента поля выше предельного. Во всех 115 ЗКН УК выявил несплошности, а в 104 ЗКН выявленные несплошности были недопустимыми по нормам [6]. Таким образом, во всех выявленных 115 ЗКН УК подтвердил 100% сходимость результатов контроля методом МПМ с расположением несплошностей материала сварного шва. При этом сходимость результатов методов МПМ и УК по расположению недопустимых дефектов составила 90,4%.

Следует особо отметить, что таким образом было проконтролировано 1046 метров сварных швов ИР, а общая протяженность выявленных ЗКН с подтвержденными УК дефектами составила 11,3 метра, то есть всего 1,08% от общего объема контроля.

Результаты комплексного контроля методами МПМ и УК в настоящее время используются на всех ИР и других ОПО КАО "АЗОТ".

Литература

1. Ханухов Х.М. Анализ причин аварий стальных резервуаров и повышение безопасности их эксплуатации // Химическое и нефтегазовое машиностроение, № 10, 2003. С. 49-52.

2. РД 03-410-01. Инструкция по проведению комплексного технического освидетельствования изотермических резервуаров сжиженных газов.

3. Дубов А.А. Принципиальные отличительные признаки метода магнитной памяти металла и приборов контроля в сравнении с известными магнитными методами неразрушающего контроля // Контроль. Диагностика, № 12, 2003. С. 27-29.

4. Колокольников С.М. Определение механических свойств металла шва по параметрам твердости в зонах концентрации напряжений, выявленных методом магнитной памяти металла // Сварочное производство, № 12, 2013. C. 31-38.

5. ГОСТ Р ИСО 24497-3-2009. Контроль неразрушающий. Метод магнитной памяти металла. Часть 3. Контроль сварных соединений.

6. СТО 00220256-005-2005. Швы стыковых, угловых и тавровых сварных соединений сосудов и аппаратов, работающих под давлением. Методика ультразвукового контроля.