Повышение надежности кожухотрубчяатых теплообменных аппаратов.

С.А. Шейнбаум, канд. техн. наук ( ОАО "ВНИИПТхимнефтеаппаратуры")

Надежность кожухотрубчатых теплообменных аппаратов опреде-ляется качеством сварки, качеством развальцовки и качеством обтяжки болтовых соединений фланцевых разъемов. Согласно ОСТ 26 291-94 "Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия" для контроля качества сварки применя-ется радиографический и ультразвуковой контроль, а где это невоз-можно цветная и магнитопорошковая дефектоскопия. На контрольных образцах проверяются механические свойства и стойкость против межкристаллитной коррозии. Стилоскопированием устанавливается марочное соответствие применяемых сварочных материалов. Обя-зательным является клеймение сварных швов, повышающее ответ-ственность сварщиков. Сварщики проходят периодическую аттестацию.

Качеству развальцовки внимания почти не уделяется. В промыш-ленно развитых странах для изготовления теплообменных аппаратов применяются точные трубы с улучшенными механическими свойст-вами. Так импортные трубы наружным диаметром 25 мм из стали 10Х18Н10Т фирмы Sumitomo с маркировкой "ГОСТ 9941-72" имеют предельное отклонение наружного диаметра + 0,05 мм. Их условный предел текучести 220 - 240 МПа. Отечественные трубы обычной точности по этому ГОСТу имеют предельное отклонение + 0,45 мм, повышенной точности + 0,3 мм и высокой точности + 0,2 мм. Это не соответствует первому классу точности соединений труб с трубной решеткой по ОСТ 26-02-1015-85 "Крепление труб в трубных решетках". Для этого класса точности предельное отклонения наружного диаметра указанного размера составляет + 0,1 мм. Кроме того, указанный ГОСТ не регламентирует величину условного предела текучести и на практике в отечественных трубах его значение дости-гает 480 МПа. Это также снижает качество вальцовочных соединений.

Наличие точных труб позволяет вести контроль развальцовки по степени увеличения внутреннего диаметра трубы после развальцовки. Поэтому в зарубежных нормативных документах регламентируется только степень развальцовки. Нам приходится уделять технологии раз-вальцовки значительно большее внимание. Качество развальцовки определяет надежность и комбиниро-ванных соединений, получаемых сваркой с развальцовкой. В этих соединениях развальцовка снимает остаточные напряжения со сварных швов, защищает их от циклических осевых нагрузок в трубах и предотвращает щелевую коррозию.

Согласно ОСТ 26-17-01-83 " Аппараты теплообменные и аппараты воздушного охлаждения стандартные. Технические требования к раз-вальцовке труб с ограничением крутящего момента" режим разваль-цовки задается величиной крутящего момента. Степень развальцовки является справочной величиной и при приемке аппарата факульта-тивна. Разработана автоматизированная система управления технологи-ческим процессом развальцовки, учитывающая реальные свойства каждого соединения. Эта система позволяет обеспечить максимальную надежность соединений применяемых труб и в два раза повысить сред-нее контактное давление в вальцовочных соединениях [1].

Согласно СТО 00220368-014-2009 "Крепление труб в трубных решетках кожухотрубчатых теплообменных аппаратов и АВО", [2] для контроля качества развальцовки используются модели теплообменных аппаратов. Учитывая, что вальцовочные соединения работают при тем-пературе до 430° испытания моделей проводят тепловым методом [3]. Испытание моделей является аттестацией технологии развальцовки. Кроме этого, СТО 00220368-014-2009 регламентирует аттестацию специалистов развальцовщиков.

Поскольку применяемые трубы имеют большое предельное откло-нение по наружному диаметру, то и диаметр отверстий в трубных решетках имеет соответственно увеличенный предельный размер. С учетом этого разработан ОСТ 26-17-02-83 "Инструмент развальцо-вочный с принудительным охлаждением и смазкой для труб диаметром 10-57 мм. Конструкция и размеры". Развальцовочный инструмент по этому ОСТу имеет увеличенный, по сравнению с зарубежными аналогами, диапазон развальцовки.

Однако, эти разработки до настоящего времени не нашли широко-го применения.

Неудовлетворительно обстоит дело и с затяжкой болтовых соеди-нений на фланцевых разъемах. На заводах изготовителях тепло-обменных аппаратов до сих пор применяется затяжка болтов при помощи кран-балки.

Современная система затяжки болтовых соединений состоит из гидравлического насоса и нескольких гидравлических моментных ключей (стандартно - четырех), соединенных между собой гидрав-лическими шлангами. На насосе имеется манометр для контроля давления. Насос, ключи и шланги имеют быстроразъемные соединения для быстрой стыковки и расстыковки. Все они оснащены шариковыми запорными клапанами, которые предотвращают утечку гидравличес-кого масла после расстыковки.

Каждый тип моментного ключа имеет свой диапазон крутящих моментов и позволяет производить затяжку, контролируя крутящий момент с высокой точностью (± 3%), что позволяет приложить одинаковую нагрузку на каждый болт по всему периметру разъемного соединения.

При затяжке система гарантирует параллельное сжатие разъёма даже в том случае, когда предварительно гайки навинчены на болты неравномерно.

Рассмотрим работу системы. Гидравлический насос плавно нара-щивает давление от нуля до первоначально заданного уровня. Так как все моментные ключи соединены с одним гидравлическим источником, то первым начнёт вращаться ключ на самой слабой гайке. По мере затяжки этой гайки давление в системе будет повышаться и достигнет уровня, при котором начнёт вращаться вторая слабая гайка. Далее две гайки будут затягиваться одновременно, пока давление в системе не достигнет уровня третьей гайки и так далее. В конце концов, наступит момент, когда все гайки будут затягиваться одновременно и одинако-вым крутящим моментом. Такая синхронизация означает, что все элементы разъёма заняли правильную позицию относительно друг друга и дальнейшее сжатие фланца будет происходить параллельно и равномерно.

У нас современные системы затяжки используются на большин-стве предприятий азотной промышленности, на многих энергетических объектах, на отдельных предприятиях нефтехимии, нефтепереработки и только одном предприятии производящим теплообменную аппара-туру.

Для того, чтобы обеспечить безотказную работу теплообменных аппаратов в течение всего срока службы необходимо правильно выбирать их исполнение по материалу и соблюдать периодичность чистки. Кроме того, необходимо:

1. Ввести инженерный контроль за технологией развальцовки труб в трубных решетках и за технологией затяжки болтовых соеди-нений на стадиях изготовления и ремонта теплообменных аппаратов.
2. С этой целью ввести аттестацию указанных технологий и аттестацию соответствующих специалистов.
3. Оснастить предприятия изготовители теплообменных аппа-ратов и ремонтные предприятия современным оборудованием.

Для обеспечения этих мероприятий в выводы совещания пред-лагаю внести следующий раздел:

В раздел 10, касающийся стадии изготовления, разрабатываемого проекта ГОСТа Р (ИСО 16812-2007) "Нефтяная и газовая промышленность. Кожухотрубчатые теплообменники. Технические требования" внести следующие пункты:

• а) Развальцовка труб (далее развальцовка) и крепление болтовых сое-динений (далее затяжка болтов) должны производиться специалистами разваль-цовщиками (далее вальцовщиками) и котельщиками, сдавшими экзамен в соответ-ствии с действующей нормативно-технической документацией.
• б) Развальцовка труб и затяжка болтов должны производиться в соответ-ствии с технологической документацией, которая должна содержать указания величины крутящего момента, последовательности развальцовки, в том числе и кольцевыми зонами, требования к вальцовочному инструменту, последователь-ности затяжки болтов видам и объему контроля.
• в) Развальцовку в одной трубной решетке и затяжку болтов на одном фланце разрешается выполнять только одному вальцовщику и одному котельщику. На трубной решетке и на фланце наносятся клейма, позволяющее персонифициро-вать их работу. Если все трубные решетки теплообменного аппарата развальцова-ны одним развальцовщиком , а болты затянуты одним котельщиком допускается их клейма ставить около фирменной таблички. Место клеймения заключается в хорошо видимую рамку, выполненную несмываемой краской.
• г) Устранение дефектов развальцовки и затяжки болтов должно произво-диться в соответствии с технологической инструкцией или стандартом предпри-ятия на развальцовку и затяжку болтов.
• д) До начала развальцовки теплообменного аппарата, отличаю-щегося от изготовленных ранее на данном предприятии конструкцией или исполнением по материалу необходимо произвести рабочую аттес-тацию технологии на модели в соответствии с действующей норматив-но-технической документацией.

Список литературы

Статья в формате Word