Оптимизация принимаемых решений по заказам и допуску к эксплуатации мембранных предохранительных устройств

Н.Е. Ольховский, к.т.н., (499) 723-31-41 117639 Москва, Балаклавский проспект, 1, кв. 100

Мембранные предохранительные устройства (МПУ) применяются в качестве самостоятельных предохранительных устройств и в различных сочетаниях с предохранительными клапанами (установ­ка МПУ перед клапанами, параллельно с ними, за клапанами) для защиты объектов от опасных пере­грузок давлением.

Основным рабочим элементом МПУ являются мембраны, которые при опасном повышении давления в объектах их применения должны срабатывать (разрушаться) и освобождать необходимое (по пропусной способности) проходное сечение для сброса давления.

Отличительные особенности МПУ (мембран): конструктивная простота, компактность, герметичность, быстродействие, а при надлежащем изготовлении мембран и высокая точность их срабаты­вания.

К сожалению, конструктивная простота мембран вводила (и продолжает вводить) в заблужде­ние многих неспециалистов, кто по незнанию чисто мембранной специфики предпринимал (и продол­жает предпринимать) попытки изготовления и поставки предприятиям-заказчикам таких мембран, давление срабатывания которых выходит (может выйти) за требуемые пределы (ниже Р_{треб.мин.} и выше Р_{треб.макс}.)/ что сопряжено с негативными, в том числе опасными, последствиями.

Чтобы исключить возможность допуска к эксплуатации мембран, давление срабатывания кото­рых выходит (может выйти) за требуемые пределы, ранее действовавшим руководящим документом РД 03-15-92 «Требования к разработке, изготовлению и применению мембранных предохранительных устройств» была предусмотрена обязательность установления и указания по результатам неразрушающего контроля давления срабатывания каждой мембраны в партии, поставляемой предприятиям- заказчикам производителями мембранной продукции.

С вводом в действие «Правил разработки, изготовления и применения мембранных предохранительных устройств ПБ 03-221-98», а затем и Правил ПБ 03-583-03 предусмотренное РД 03-15-92 установление и указание производителями мембранной продукции давления срабатывания каждой мембраны в партии (по результатам неразрушающего контроля) стало необязательным.

Что же касается мембран, давление срабатывания которых указывается производителями мемб­ранной продукции по результатам расчёта или т.наз. статистического контроля, то допуск к эксплуа­тации таких мембран небезопасен.

Общеизвестно, что на давление срабатывания мембран оказывают большое влияние много разных факторов (механические свойства используемых материалов, анизотропия свойств и область их рассеяния, неоднородность структуры и неравномерность термической обработки, исходная толщи­на и разнотолщинность заготовок, способы и режимы формообразования заготовок, утонение загото­вок в процессе их формообразования, условия закрепления мембран, режимы их нагружения, темпе­ратурные условия и т.д.), учесть результирующее влияние которых расчётным путём практически не­возможно. Поэтому допуск таких мембран к эксплуатации сопряжён с негативными, в том числе опас­ными, последствиями из-за большого и заранее непредсказуемого расхождения расчётных и фактиче­ски получаемых данных, что подтверждается не только данными предприятий, эксплуатирующих (эксплуатировавших) такие мембраны, но и результатами судебно-технических экспертиз по фактам аварий и несчастных случаев из-за допуска таких мембран к эксплуатации.

Что касается статистического контроля, то указанными Правилами ему дано такое определе­ние: Статистический контроль - Метод определения диапазона величин давления срабатывания пар­тии мембран как математическое ожидание с заданной вероятностью (какой - ?) по объёму выборки (какому - ?) результатов разрушающих испытаний мембран исходя из условия (какого - ?) их нормаль­ного или логарифмического распределения. Из-за неопределённое™ (какой - ? какому - ? какого - ?) на практике статистический контроль мембран сводится к следующему:

- из каждой партии испытаниям подвергаются мембраны, отобранные случайным образом (до проведения испытаний давление срабатывания мембран остаётся неизвестным);

- по результатам разрушающих испытаний мембран, отобранных случайным образом, давление срабатывания, распространяющееся на все мембраны в изготовленной партии, указывается в виде вероятностного интервала от Р_мин. до Р_макс.. (без указания вероятности, т. е. степени риска): испытаны одни случайные образцы - получены одни результаты; из той же партии испытаны другие случайные образцы - получены другие результаты; испытано разное количество образцов, отобранных случай­ным образом, - получены разные результаты.

Естественно, что такой контроль предопределяет не только возможность, но и неизбежность срабатывания отдельных мембран из партии при давлении, выходящем за требуемые пределы, что подтверждается не только данными предприятий, эксплуатирующих (эксплуатировавших) такие мемб­раны, но и результатами судебно-технических экспертиз по фактам аварий и несчастных случаев из- за допуск таких мембран к эксплуатации.

Положение усугубляется ещё и тем, что указанными Правилами введены и получили широкое распространение такие две формы технических заданий (одна - на МПУ, другая - на мембраны), которыми практически запрограммированы и другие недостатки, вынужденно допускаемые многими пред­приятиями изначально, т. е. ещё на стадии подготовки и оформления технических заданий (ТЗ) на требующиеся им МПУ (мембраны), в том числе:

-   указание направления сброса давления при срабатывании мембран формами ТЗ не предусмот­рено и в тех случаях, когда сброс осуществляется в закрытую систему, находящуюся под давлением, исполнитель (производитель мембранной продукции) не озадачивается необходимостью обеспечить срабатывание заказываемых мембран при требуемом давлении вне зависимости от колебаний проти­водавления со стороны сбросной системы (указание противодавления формами ТЗ не предусмотре­но);

-   указание соответствующего сочетания заказываемых МПУ с предохранительными клапанами (установка МПУ перед клапанами, параллельно с ними, за клапанами) формами ТЗ не предусмотрено, как не предусмотрено и указание установочного давления Р_уст.. клапанов. Соответственно исполнитель не озадачивается необходимостью исключить ложное (преждевременное) срабатывание мембран при давлении ниже Р_уст. (при установке МПУ перед клапаном и параллельно с ним) и обеспечить срабаты­вание мембран вслед за началом открытия клапана (при установке МПУ за клапаном);

-   указание места установки МПУ формами ТЗ не предусмотрено и исполнитель не озадачива­ется необходимостью обеспечить конструктивную совместимость заказываемых МПУ с местом их уста­новки;

-   представление чертежей имеющихся у предприятия-заказчика узлов крепления мембран фор­мами ТЗ не предусмотрено и исполнитель не озадачивается необходимостью обеспечить конструктив­ную совместимость заказываемых мембран с имеющимися для них узлами крепления;

-   формами ТЗ не предусмотрено указание допустимости или недопустимости образования ос­колков и искрообразования при срабатывании мембран. Соответственно исполнитель не озадачива­ется необходимостью исключить образование осколков и/или искрообразование при срабатывании заказываемых мембран, когда по условиям эксплуатации оно недопустимо;

-   представление сведений о накопленном предприятием-заказчиком положительном или отри­цательном опыте применения МПУ (мембран) на конкретном объекте формами ТЗ не предусмотрено и исполнитель не озадачивается необходимостью обеспечить соответствие заказываемых МПУ (мемб­ран) ранее применявшимся (при положительном опыте) или устранить выявленные недостатки (при отрицательном опыте).

В условиях сложившейся реальности устранением вышеперечисленных и других недостатков (запрограммированных Правилами ПБ 03-583-03) и поставкой производителями мембранной продук­ции только таких МПУ (мембран), допуск к эксплуатации которых обеспечит надёжную защиту объек­тов от опасных перегрузок давлением, озабочены пока только предприятия-заказчики (потребители) МПУ (мембран). Разделяя их озабоченность, для оптимизации принимаемых ими решений по заказам и допуску МПУ (мембран) к эксплуатации представляю на рассмотрение сообществом главных механи­ков нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий следующие предложения:

1. Для начала взамен форм ТЗ, введенных Правилами ПБ 03-583-03, ввести в действие приве­денную далее типовую форму ТЗ с разъяснениями и рекомендациями по её заполнению, предусматри­вающую представление предприятиями-заказчиками таких исходных данных и технических требований, которые являются необходимыми и достаточными для разработки, изготовления, доводки до тре­буемых технических характеристик, испытаний и поставки МПУ (мембран) применительно к конкрет­ным условиям их установки, монтажа и эксплуатации;

2.      В ТЗ на МПУ (мембраны) предусматривать обязательность:

-        установления и указания по результатам неразрушающего контроля давления срабатывания каждой мембраны в партии;

-        проведения приёмо-сдаточных испытаний с соблюдением следующих требований (условий): из каждой партии испытаниям подвергаются мембраны с минимальным (Р_мин) и максимальным (Р_иакс.) давлением срабатывания, установленным по результатам неразрушающего контроля и не выходящим за указанные в ТЗ требуемые пределы (Р_{треб.мин}...Р_{треб.макс.});

-        поставки мембран, соответствующих требованиям ТЗ, с протоколом надлежаще проведенных приёмо-сдаточных испытаний;

3.      Чтобы определиться с наиболее квалифицированными производителями мембранной про­дукции, в ТЗ на МПУ (мембраны), заказываемые впервые, предусматривать проведение приёмо-сда­точных испытаний с участием представителя (представителей) предприятия-заказчика и отдавать предпочтение таким производителям, которые:

-        по результатам неразрушающего контроля, осуществляемого в процессе изготовления, уста­навливают и указывают давление срабатывания каждой мембраны в партии;

-        выбраковывают те мембраны, установленное давление срабатывания которых выходит за указанные в ТЗ требуемые пределы;

-        поставляют предприятиям-заказникам только такие мембраны, соответствие которых требо­ваниям ТЗ подтверждено результатами надлежаще проведенных приёмо-сдаточных испытаний;

4.      Допускать к эксплуатации мембраны и МПУ только с такими мембранами, соответствие ко­торых требованиям ТЗ подтверждено результатами надлежаще проведенных приёмо-сдаточных испы­таний.

В качестве примеров, подтверждающих соответствие требованиям ТЗ допускаемых к эксплуа­тации мембран, давление срабатывания которых устанавливается по результатам неразрушающего контроля, в приведенной далее таблице представлены результаты приёмо-сдаточных испытаний мемб­ран из 5 разных партий, изготовленных и поставленных предприятиям-заказникам ООО НИПВФ (науч­но-исследовательская и производственно-внедренческая фирма) «Тензор» (344058 Ростов-на-Дону, ул. 2-я Краснодарская, 129).

Принятые в таблице обозначения:

Д_у - диаметр условный МПУ (мембран);

F_треб. - требуемая (по пропускной способности) площадь проходного (сбросного) сечения, которое должно освобождаться при срабатывании мембран;

Р_треб. - требуемое давление срабатывания мембран при заданной температуре;

Т - заданная температура;

Тип - тип мембран (МР - мембраны разрывные, работающие на растяжение, MX - мембраны хлопающие, работающие на потерю устойчивости);

Материал - материал мембран;

П.М: П - паспортный номер партии мембран;

М - номер мембраны в партии;

Р_нк - давление срабатывания мембран, установленное по результатам неразрушающего контроля (Р₂₀ - при температуре 20 °С; Р_т - при заданной температуре: Р_т = Р₂₀ х К_т, где К_т - температурный коэффициент, установленный по результатам предварительных испытаний, предшествовавших изго­товлению мембран);

Р_факт. - фактическое давление срабатывания мембран, зарегистрированное при их испытаниях (Р₂₀ - при температуре 20 °С; Р_т - при заданной температуре);

F_факт. - фактическая площадь проходного (сбросного) сечения, освобождавшегося при срабатывании мембран;

g - допуск на давление срабатывания мембран: g = [(Р_факт. – Р_нк) : Р_нк] х 100.