OCENA STANU TECHNICZNEGO RUROCIĄGÓW WYSOKOPĘŻNYCH - DOBÓR KRYTERIÓW

Transkrypt

1 PL OCENA STANU TECHNICZNEGO RUROCIĄGÓW WYSOKOPĘŻNYCH - DOBÓR KRYTERIÓW JANUSZ KOMOROWSKI*, WITOLD SZTEKE**, PIOTR ZAJĄCZKOWSKI* *MEGA-ERG Sp. z o.o. Przedsiębiorstwo Techniczno - Usługowe, Warszawa **Laboratorium Badań Materiałowych IE A, Świerk W referacie opisano zagadnienia związane z doborem i wagą kryteriów oceny stanu technicznego grubościennych rurociągów wysokoprężnych pracujących w elektrowniach zawodowych. 1. WSTĘP Ocenę stanu technicznego grubościennych rurociągów wysokoprężnych generalnie opracowuje się w oparciu o badania nieniszczące" a w przypadkach szczególnych, takich jak awaria czy długotrwała eksploatacja przekraczająca godzin, dodatkowo w oparciu o badania przeprowadzane na próbkach wyciętych z elementów rurociągu. W niniejszym referacie omówione będą problemy doboru kryteriów poprawności związane z badaniami nieniszczącymi", z wyłączeniem specjalnych metod pomiarowych takich jak prądy wirowe", szumy Barkhausena" czy metoda WIT itp. Nie będą również omawiane zagadnienia związane z systemami obliczeniowymi typu SACC. 2. BADANIA, POMIARY, OBLICZENIA, OCENY CZĄSTKOWE Ocenę stanu technicznego rurociągów wysokoprężnych opracowuje się w oparciu o następujące badania, pomiary, obliczenia oraz oceny cząstkowe stanu technicznego elementów rurociągów: badania metalograficzne struktury elementów rurociągu (metoda replik) badania defektoskopowe złączy spawanych oraz materiału elementów kształtowych pomiary naprężeń wstępnych pomiary pełzania na czopach pomiarowych" pomiary poziomu owalizacji" pomiary geodezyjne położenia rurociągów w stanach zimnym i gorącym obliczenia rozkładu naprężeń przeliczenia elementów rurociągów" ocenę stanu technicznego poszczególnych zamocowań ocenę stanu technicznego układu zamocowań ocenę poprawności dylatacji 33

2 3. KRYTERIA POPRAWNOŚCI Analizując wyniki przeprowadzonych badań, pomiarów, obliczeń oraz ocen cząstkowych w zależności od doboru kryteriów poprawności możemy otrzymać różne obrazy stanu technicznego ocenianych rurociągów, a w skrajnych przypadkach możemy otrzymać wykluczające się orzeczenia. Dlatego też przyjęcie do oceny odpowiednich kryteriów ma zasadnicze znaczenie. Przeważnie przyjmuje się dla: Badań metalograficznych: > dla podstawowych stali energetycznych stosowanych do budowy rurociągów przyjmuje się za TRD kryterium oceny oparte o występowanie tzw. mikroporów" czyli pustek" - np. dla stali 13HMF obecność łańcuchów mikroporów" na granicach ziaren uważa się za stan niedopuszczalny, oraz ocenę obrazu degradacji struktury metalograficznej. Badań defektoskopowych: > np. dla badań ultradźwiękowych istotna jest klasa spoiny, ale można również dla długo eksploatowanych rurociągów jako kryterium poprawności przyjąć występowanie wad eksploatacyjnych - pęknięć. Pomiarów naprężeń wstępnych > jako kryterium poprawności przyjmuje się Re materiału badanego elementu. Pomiarów pełzania na czopach pomiarowych" > analiza różnic pomiędzy wieloletnimi pomiarami - procentowe określenie spuchnięcia" rury. Pomiarów stopnia owalizacji > procentowe określenie stopnia opalizacji, zależne od średnicy mierzonej w kilku płaszczyznach i od promienia gięcia kolana. Geodezyjnych pomiarów położenia rurociągów w stanach zimnym i gorącym > poprawność położenia rurociągów ocenia się poprzez wyniki obliczeń wytrzymałościowych niektórzy oceniają w odniesieniu do dylatacji projektowej. Bezpośrednio w wyniku tych pomiarów można ocenić prawidłowość spadków odcinków poziomych rurociągu. Obliczeń wytrzymałościowych > naprężenia dopuszczalne wg przyjętej normy. Przeliczeń wytrzymałościowych" > np. przeliczanie grubości ścianki dla RZ200000, czy dla obliczenia zmęczenia niskocyklo wego. Oceny stanu technicznego poszczególnych zamocowań > stan umożliwiający poprawną pracę zamocowania. Oceny stanu technicznego układu zamocowań > stan pozwalający na poprawną dylatację rurociągu. Przyjmowane są tu dwa kryteria: kryterium poprawnego (dopuszczalnego) rozkładu naprężeń rzeczywistych powstających w elementach rurociągu oraz kryterium zgodności z projektem. 34

3 Oceny poprawności dylatacji > tak jak w przypadku poprzednim przyjmowane są dwa kryteria: kryterium poprawnego rozkładu naprężeń rzeczywistych oraz kryterium dylatacji projektowej (założonej w projekcie). 4. WYBÓR KRYTERIÓW Jak już wspomniano, wybór kryteriów poprawności może doprowadzić do wykluczających się wniosków albo do sytuacji bez wyjścia", gdy stwierdzamy, że według przyjętych kryteriów rurociąg nadaje się tylko do wymiany. Dlatego też dokonując wyboru kryteriów poprawności trzeba mieć pełną świadomość omawianych uwarunkowań oraz ich wagi. I tak dla wyników: Badań metalograficznych > kryterium jest stosunkowo jasne, często jednak nasuwają się obiekcje czy wykryte za pomocą mikroskopu optycznego mikropory" są nimi naprawdę, czy też jest to uboczny efekt procesu przygotowania powierzchni badanego elementu (wyrwane czy wypłukane węgliki). W przypadkach skrajnych należy potwierdzić wyniki badań za pomocą elektronowego mikroskopu skaningowego. Badań defektoskopowych > generalnie problemy powstające przy ocenie długo eksploatowanych rurociągów wynikają z założeń przyjętych przed rozpoczęciem badań. Oceniając stan techniczny eksploatowanych elementów, oceniamy zmiany powstałe w trakcie eksploatacji, a więc głównie interesują nas wady eksploatacyjne czyli pęknięcia, a nie np. poziom poprawności wykonania złącza, które do czasu badania przepracowało kilkadziesiąt lat. Pomiarów naprężeń wstępnych > kryterium - Re materiału badanego elementu. Uzyskując wyniki przewyższające Re lub zbliżone do granicy plastyczności (są to naprężenia zredukowane) należy przeanalizować poziom naprężeń składowych (stycznych i obwodowych) oraz rodzaj przeprowadzonych przed pomiarem zabiegów technologicznych (cięcie, spawanie, obróbka cieplna, remont czy wymiana zamocowań), gdyż po takich zabiegach często występują przyrosty poszczególnych składowych naprężeń wstępnych. Wysoki poziom naprężeń powstałych w wyniku przedstawionych wyżej zabiegów najczęściej ulega relaksacji. Pomiarów pełzania na czopach pomiarowych" > generalnie uzyskiwane wyniki obarczone są dużą niepewnością; najczęściej błędy pomiaru są większe od wartości pomiaru, - dlatego wyniki tych pomiarów należy traktować jako orientacyjne; Pomiarów stopnia owalizacji > podawane przez PN i UDT kryteria są kryteriami odbiorowymi a nie eksploatacyjnymi (pomiary orientacyjne). 35

4 Pomiarów geodezyjnych położenia rurociągów w stanach zimnym i gorącym > bezpośrednio z wyników pomiarów możemy wnioskować o poprawności spadków odcinków poziomych rurociągów. Jako kryterium przyjmuje się przeciwny do kierunku przepływu pary spadek, nieprzekraczający 2%. Należy jednak pamiętać, że ma to znaczenie w stanie zimnym. Wyniki pomiarów geodezyjnych są wykorzystywane głównie do obliczeń wytrzymałościowych, a więc kryterium ich oceny powinno być równoznaczne z kryterium poziomu obliczonych naprężeń rzeczywistych. Porównywanie uzyskanych wyników pomiarów z założeniami dylatacji projektowej mija się z celem gdyż stany rzeczywisty" i projektowy" z zasady nie pokrywają się. Obliczeń wytrzymałościowych > obliczenia przeprowadza się za pomocą uznanego programu obliczeniowego na podstawie danych rzeczywistych (pomiary geodezyjne, grubości ścianek elementów); uzyskując takie parametry jak: przemieszczenia w trzech osiach, obroty wokół trzech osi, siły, momenty (działające w punktach obliczeniowych) i rozkład naprężeń jako wynik decydujący porównywany do przyjętych naprężeń dopuszczalnych. Przeliczeń wytrzymałościowych" > tzw. przeliczanie grubości ścianek elementów dla godzin pracy właściwie mija się z celem, gdyż stosując różne, bardzo uproszczone, wzory uzyskujemy rozbieżne wyniki. Lepszym rozwiązaniem jest przeprowadzenie obliczeń wytrzymałościowych za pomocą uznanego programu dla stanów rzeczywistych (grubość ścianki, dylatacja) i porównanie wyników z przyjętymi naprężeniami dopuszczalnymi (zabieg taki jest opisany powyżej). Inne rodzaje przeliczeń np. żywotności" elementów jest operacją obarczoną dużą niepewnością wyników. Oceny stanu technicznego pojedynczych zamocowań > jako kryterium przyjmuje się stan pozwalający na poprawną pracę zamocowania. Oceny stanu technicznego systemu zamocowań > system zamocowań powinien zapewniać poprawną dylatację całego rurociągu, a więc również poprawny poziom naprężeń rzeczywistych. Spotyka się również pogląd, że poprawna praca rurociągu odpowiada stanowi, jaki założono w projekcie. Jest to pogląd mocno uproszczony (bardzo wygodny) jak i nieprawdziwy, gdyż celem przeprowadzanych badań, pomiarów, obliczeń i ocen jest uzyskanie jak najdłuższej bezpiecznej eksploatacji rurociągu, a więc dążenie do stanu, w którym występuje bezpieczny poziom naprężeń w elementach rurociągu spowodowany poprawną dylatacja i nie ma to nic wspólnego z teoretycznymi założeniami sprzed kilkudziesięciu lat. Prawidłowa praca systemu zamocowań wcale nie musi być tożsama z pracą wszystkich zamocowań, zbędne zamocowania (przesztywnienia) są niszczone podczas eksploatacji i tym samym układ zyskuje większą elastyczność, a więc dłuższą żywotność. Ocena poprawności dylatacji > przyjęcie poprawnego kryterium zostało omówione powyżej. 36

5 5. WNIOSKI Opracowując ocenę stanu technicznego eksploatowanych rurociągów należy opierać się o dane rzeczywiste (pomiarowe, badawcze, obliczeniowe). Dane projektowe należy traktować jako pomocnicze, nie zawsze zniszczenie zamocowania świadczy o konieczności jego naprawy. Poprawny dobór kryteriów decyduje o poprawności oceny. W nie mniejszym stopniu niż dobór kryteriów, o poprawności oceny decyduje zrozumienie wagi wyników poszczególnych rodzajów badań, pomiarów i obliczeń. 37

6