Памятка-2 для предприятий-заказчиков предохранительных мембран и мембранных предохранительных устройств

А.М.Какурин, генеральный директор ООО «НИПВФ «Тензор», к.т. н.

Н.Е.Ольховский, эксперт, к.т.н.

Многообразие освоенных, существующих и возможных в перспективе условий применения предохранительных мембран и мембранных предохранительных устройств (МПУ) обуславливает необ­ходимость разработки разнообразных технических решений и использования различных материалов для изготовления мембран и других элементов МПУ применительно к конкретным условиям их уста­новки, монтажа и эксплуатации на опасных производственных объектах, работающих под давлением.

В предыдущей памятке (1) обращено внимание предприятий-заказчиков на то, что допуск к эксплуатации мембран, давление срабатывания которых устанавливается и указывается по результа­там предусмотренного действующими Правилами ПБ 03-583-03 (2) т.наз. «статистического контро­ля», сопряжён с нежелательными, в том числе опасными, последствиями.

Определение такого контроля, данное в указанных Правилах: Статистический контроль - ме­тод определения диапазона величин давления срабатывания партии мембран как математическое ожидание с заданной вероятностью (какой - не указывается7) по объёму выборки (какому - не указы­вается?) результатов разрушающих испытаний мембран исходя из условия их нормального или лога­рифмического распределения (на каком основании - не указывается?).

Поскольку не указываются ни заданная вероятность, ни объём выборки, ни условия нормаль­ного или логарифмического распределения, ни взаимозависимости «диапазона давления срабатыва­ния партии мембран» от «заданной вероятности», «объёма выборки» и «нормального или логариф­мического распределения», на практике «статистический контроль» сводится к следующему:

- из каждой партии испытаниям подвергаются мембраны, отобранные случайным образом, объём выборки также случаен;

- по результатам испытаний мембран, отобранных случайным образом, давление срабатыва­ния, распространяющееся на все мембраны в изготовленной партии, определяется и указывается в виде вероятностного интервала от Р_мин. до Р_макс. (испытаны одни случайные образцы - получены одни результаты, из той же партии испытаны другие случайные образцы - получены другие результаты), при этом давление срабатывания каждой не испытанной мембраны остаётся неизвестным, что пред­определяет не только возможность, но и неизбежность срабатывания отдельных мембран при давле­нии, выходящем за требуемые пределы, что подтверждается не только данными предприятий, эксп­луатирующих объекты, оснащённые такими мембранами, но и результатами судебно-технических экспертиз, проведенных по фактам аварий и несчастных случаев из-за допуска к эксплуатации таких мембран.

Вместо «статистического» ООО «НИПВФ «Тензор» проводит неразрушающий (в том числе акустико-эмиссионный) контроль изготовляемых мембран, что обеспечивает возможность:

- установления давления срабатывания каждой изготовляемой мембраны;

- выбраковки и изъятия из обращения таких мембран, установленное давление срабатывания которых выходит за требуемые пределы (менее Р_{треб.мин}. и более Р_{треб.макс}.);

- поставки предприятиям-заказчикам и допуска к эксплуатации только таких мембран, гаран­тированное срабатывание каждой из которых при давлении, не выходящем за требуемые пределы, подтверждено результатами не только неразрушающего контроля, но и надлежаще проведенных приёмо-сдаточных испытаний.

Такие мембраны ООО «НИПВФ «Тензор» изготовляет, испытывает и поставляет по техниче­ским заданиям предприятий-заказчиков для оснащения (дооснащения, переоснащения) ими работаю­щих под давлением опасных производственных объектов оборонно-промышленного комплекса, тепловой и атомной энергетики, газовой, химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической, металлургической и других отраслей промышленности.

Установление по результатам неразрушающего контроля давления срабатывания каждой изго­товляемой мембраны обеспечивает также возможность надлежащей проверки материалов мембран на герметичность, пластичность и коррозионную стойкость.

В условиях эксплуатации мембраны должны сохранять полную герметичность вплоть до срабатывания при требуемом давлении. Пригодность материалов для изготовления таких мембран ООО «НИПВФ «Тензор» устанавливает по результатам испытаний не менее 3-х образцов мембран:

- каждый образец из проверяемого рулона (листа) материала зажимают по краевому коль­цевому участку в специальной оснастке, замыкая объёмы под образцом и над ним;

-   объём, замкнутый над образцом, сообщают с системой контроля давления;

- объём, замкнутый под образцом, размыкают и образец нагружают испытательным давлени­ем сжатого воздуха Р_И, величину которого устанавливают по предельно нагруженному состоянию, предшествующему разрушению образца (Р_и не менее 0,98Р_нк, где Р_нк - давление срабатывания, уста­новленное по результатам неразрушающего контроля);

- выдерживая каждый образец в предельно нагруженном состоянии не менее 5 минут, с использованием ИПДЦ (измерительных преобразователей давления цифровых), образцовых мано­метров и/или других равнозначных средств измерений контролируют давление в объёме, замкнутом над образцом;

- при установленной герметичности образцов (по отсутствию давления в объёме, замкнутом над образцом) проверяемый рулон (лист) материала считается выдержавшим испытания на герме­тичность и пригодным для изготовления мембран;

- при установленной негерметичности образцов (по наличию давления в объёме, замкнутом над образцом) проверяемый рулон (лист) материала считается не выдержавшим испытания на герме­тичность и непригодным для изготовления мембран.

Материалы, выдержавшие испытания на герметичность, должны иметь запас пластической деформации, достаточный для формообразования куполообразных разрывных и хлопающих мембран путём контролируемого нагружения давлением сжатого воздуха плоских дисков-заготовок, зажатых по краевому кольцевому участку.

Результаты стандартного и обязательного при приёмке листовых материалов испытания на выдавливание сферической лунки жёстким пуансоном непоказательны применительно к формообра­зованию куполообразных мембран:

- плоский образец в виде диска зажимают по краевому кольцевому участку и продавливают пуансоном через матрицу с круглым очком. Продавливание прекращают в момент появления в испы­туемом образце первой трещины. О запасе пластической деформации материала судят по глубине выдавленной сферической лунки;

- между выдавливанием сферической лунки и формообразованием куполообразных разрывных и хлопающих мембран существует лишь внешнее подобие. Напряжённо-деформированное состояние образцов, подвергаемых выдавливанию лунки, и заготовок мембран различное.

Поэтому запас пластической деформации проверяемых рулонов (листов) материалов ООО «НИПВФ «Тензор» определяет не по глубине выдавленной сферической лунки, а по результатам формообразования не менее 3-х плоских дисков-заготовок мембран:

- каждую заготовку из проверяемого рулона (листа) материала зажимают по краевому коль­цевому участку в специальной оснастке и нагружают её контролируемым давлением сжатого воздуха, под воздействием которого незажатая часть заготовки приобретает куполообразную форму;

- нагружение прекращают в момент достижения заготовкой предельно нагруженного состоя­ния, предшествующего её разрушению, после чего сбрасывают давление и измеряют высоту купола;

- при высоте купола не менее 0,25Д_раб. (Д_раб. - рабочий диаметр, т. е. диаметр сопряжения куполообразной части с плоским зажимным участком) запас пластической деформации проверяемого рулона (листа) материала считается достаточным для изготовления (формообразования) куполо­образных разрывных и хлопающих мембран;

- при высоте купола менее 0,25Д_раб. проверяемый рулон (лист) материала считается недоста­точно пластичным для изготовления (формообразования) куполообразных разрывных и хлопающих мембран.

Мембраны должны изготовляться из материалов, коррозионностойких в условиях воздействия на них коррозионно активных рабочих сред, указанных в технических заданиях (Т3) предприятий-заказчиков. Такие материалы выбираются предприятиями-заказниками и указываются в ТЗ с учётом заключений специализированных организаций либо положительных результатов испытаний или эксплуатации мембран в условиях воздействия на них аналогичных рабочих сред.

Данные о коррозионной стойкости материалов, полученные (получаемые) по результатам ис­пытаний закладных образцов, непоказательны для выбора коррозионностойких материалов мембран, напряжённо-деформированное состояние которых отличается от состояния закладных образцов, испытывающих всестороннее сжатие.

Поэтому достоверные данные для выбора коррозионностойких материалов мембран могут быть получены по результатам испытаний не закладных образцов, а самих мембран:

           - предприятия, заинтересованные в получении таких данных, направляют ООО «НИПВФ «Тен­зор» ТЗ на мембраны (в качестве испытательных образцов), в том числе с узлами их крепления (при отсутствии на предприятиях необходимых узлов), для' установки на дополнительных отводах (пат­рубках) объектов с коррозионно активными рабочими средами, находящимися под давлением;

            - ООО «НИПВФ «Тензор» изготовляет заказанные мембраны, по результатам неразрушающего контроля устанавливает давление срабатывания каждой из них при 20°С и при заданной температуре, указывает это давление в паспортах, а также на маркировочных бирках (этикетках) и/или на самих мембранах и поставляет (передаёт) такие мембраны предприятиям-заказникам, в том числе с узлами их крепления, если они предусмотрены ТЗ;

- на предприятиях-заказниках каждую мембрану в сборе с узлом её крепления зажимают в разъёме фланцевого или другого соединения (указанного в ТЗ), замыкают объёмы под мембраной и над ней (установив над мембраной не соприкасающуюся с ней заглушку), после чего размыкают объ­ём под мембраной и нагружают мембрану давлением коррозионно активной рабочей среды;

- каждую мембрану выдерживают в нагруженном состоянии не менее 3-х месяцев, после чего замыкают объём под зажатой мембраной, сбрасывают из него давление, размыкают объём над мемб­раной (сняв заглушку) и с соблюдением необходимых мер предосторожности, исключающих возмож­ность механических повреждений, извлекают мембрану и подвергают её внешнему осмотру;

- при обнаружении на мембране свищей, следов коррозии и других повреждений, видимых при внешнем осмотре, проверяемый рулон (лист) материала считается не выдержавшим испытания и непригодным для изготовления мембран, предназначенных для эксплуатации в условиях воздействия коррозионно активной рабочей среды, указанной в ТЗ;

- при отсутствии на мембране свищей, следов коррозии и других повреждений, видимых при внешнем осмотре, её испытывают, нагружая контролируемым давлением сжатого воздуха с доведе­нием до срабатывания;

- если зарегистрированное при испытаниях давление срабатывания осталось неизменным, т. е. таким же, каким оно было установлено и указано ООО «НИПВФ «Тензор», проверяемый рулон (лист) материала считается выдержавшим испытания и пригодным для изготовления мембран, пред­назначенных для эксплуатации в условиях воздействия коррозионно активной рабочей среды, указан­ной в ТЗ;

- если зарегистрированное при испытаниях давление срабатывания оказалось ниже установ­ленного и указанного ООО «НИПВФ «Тензор», обеспечение эксплуатационной надёжности мембран из проверяемого рулона (листа) материала сопряжено с необходимостью принятия соответствующих мер по исключению ослабляющего воздействия коррозии: нанесение на мембраны антикоррозион­ных покрытий и/или выпуск мембран в сборе с не оказывающими влияния на давление их срабатыва­ния подложками из коррозионностойких материалов (фторопласт, тантал, вольфрам и др.), пред­отвращающими до срабатывания мембран их контакт с коррозионно активной рабочей средой, ука­занной в ТЗ.

Далее считаем своим профессиональным долгом обратить внимание предприятий-заказчиков на последствия соблюдения ими требований, предусмотренных п.п. 2.1.5. и 2.2.4. действующих Пра­вил (2):

- МПУ с мембраной «хлопающей» могут устанавливаться перед предохранительными клапана­ми при наличии между ними объёма не менее 8Д_У³ (п.2.1.5.);

- Заданный диапазон требуемого давления срабатывания мембран при установке МПУ в соче­тании с предохранительными клапанами: 1,02Р_{раб.Макс}.< Р_треб. <.1,2Р_{ра6.Макс}. (п.2.2.4.).

Для обеспечения объёма 8Д_У³ потребуется предусматривать между МПУ и клапаном патрубок длиной L не менее 8Д_У³ : 3,14Д_у²/4 = 10,2Д_У, т. е. при Д_у = 500 мм длина патрубка L > 5,1м. Необходи­мость объёма 8Д_У³, а соответственно и патрубка длиной не менее 10,2Д_у ничем не обоснована. Более того: не только зарубежной, но и отечественной практикой накоплен многолетний положительный опыт эксплуатации МПУ, установленных перед предохранительными клапанами без какого-либо объёма (а соответственно и патрубка) между ними.

Задавать требуемое давление срабатывания мембран в диапазоне 1,02Р_{раб.Макс}.< Р_треб. ^ 1,2Р_{раб.макс}. вне зависимости от установочного давления предохранительного клапана и конкретного сочетания МПУ с клапаном (установка МПУ перед клапаном, параллельно с ним, за клапаном) не только некор­ректно. Последствия соблюдения требования п.2.2.4. Правил (2):

- перед клапанами МПУ устанавливаются для предотвращения возможных утечек через закры­тые клапаны из-за недостаточной их герметичности токсичных, взрыво- и пожароопасных, дорогосто­ящих и других рабочих сред, а также для защиты клапанов от вредных воздействий рабочих сред (коррозия, эрозия, прикипание, примерзание, закоксовывание и др.), для чего минимальное давле­ние срабатывания мембран Р_{треб.мин}. должно превышать установочное давление клапана Р_уст. Мембра­ны, Р_{треб.мин}. которых соответствует требованиям п.2.2.4. (1,02Р_раб._макс.), будут срабатывать при давле­нии ниже Р_уст. клапана, соответственно будут продолжаться как утечки рабочих сред через закрытые клапаны из-за недостаточной их герметичности, так и вредные воздействия рабочих сред со всеми вытекающими из этого негативными, в том числе опасными (отравление обслуживающего персонала и др.) последствиями;

-   параллельно с клапанами МПУ устанавливаются при двухступенчатой защите объектов от опасных перегрузок давлением: «дежурный» клапан небольшого сечения реагирует на случайные всплески давления неаварийного характера, а МПУ большего сечения реагирует при открытом клапане на аварийное повышение давления в объекте, для обеспечения чего Р_{треб.мин}. мембран должно превышать Р_уст. клапана. Мембраны, Р_{треб.мин}. которых соответствует требованиям п.2.2.4. (1,02Р_{раб.макс}.), будут срабатывать при давлении ниже Р_уст. клапана с вытекающими из этого негативными последст­виями, т.е. ложное (преждевременное) срабатывание мембран;

-   за клапанами МПУ устанавливаются для защиты клапанов от обледенения и других вредных воздействий со стороны сбросной системы, для чего Р_{треб.макс}. мембран должно быть значительно ниже Р_уст. клапана. При допуске к эксплуатации мембран, Р_{треб.макс}. которых соответствует требованиям п.2.2.4. (1,2Р_{раб.макс}.) и превышает Р_уст. клапана, исключается возможность срабатывания таких мемб­ран (фактически заглушек) вслед за началом срабатывания (частичного открытия) клапана, соответ­ственно неизбежны опасные перегрузки объектов давлением, превышающем Р_уст. клапана.

Подтверждая свою готовность оказывать практическую помощь предприятиям-заказчикам в оптимизации принимаемых ими решений по МПУ (мембранам), авторы просят возникающие у них вопросы по МПУ (мембранам), требующие решения, направлять генераль­ному директору ООО «НИПВФ «Тензор» Какурину Александру Митрофановичу (344058 Ростов-на-Дону, ул. 2-я Краснодарская, 129).