Предохранительные разрывные и хлопающие мембраны в системах безопасности энергетических, химических и производственных объектов

Смотрите также:

• Автоматизированная система неразрушающего контроля давления срабатывания предохранительных мембран
• Патент, лицензия, сертификат и декларация соответствия на мембранные предохранительные устройства
• Телерепортаж с Белоярской АЭС, системы безопасности которой оснащены предохранительными устройствами с прецизионными хлопающими мембранами Тензора

Используются в мембранных предохранительных устройствах (МПУ) для защиты оборудования, а также - от вредных выбросов в окружающую среду вследствие опасных перегрузок давлением.

МПУ, оснащенные мембранами с высокой точностью срабатывания, являются наиболее простыми, надежными, компактными и быстродействующими компонентами систем безопасности различных технологических объектов от тепловых и атомных электростанций до газовых, химических и нефтехимических производств.

На давление срабатывания сферических мембран большое влияние оказывает множество факторов: механические свойства и анизотропия материала, его структура и качество термической обработки, наличие неметаллических, в т.ч. газовых включений, исходная толщина и разнотолщинность металла, его утонение при вытяжке купола сферы, а также способ и режимы нагружения при формообразовании, температурные условия при термообработке.

С учетом перечисленных факторов в отличие от МПУ-аналогов, у большинства из которых давление срабатывания мембран устанавливается производителем по результатам прочностного расчета и имеет большое, заранее не предсказуемое расхождение расчетных и фактических данных, мембраны производства фирмы «Тензор» проходят 100-процентный неразрушающий контроль давления их срабатывания.

Как заказать у нас разрывные и хлопающие предохранительные мембраны? При размещении заказа предприятие-заказчик предоставляет НИПВФ «Тензор» сведения о накопленном опыте применения МПУ на конкретном объекте и ставит вопрос о соответствии заказываемых мембран ранее применявшимся (например, импортным) и, в случае необходимости, об устранении выявленных недостатков.

В случае, если сброс давления из защищаемого МПУ объекта происходит в закрытую систему находящуюся под давлением, дополнительно обеспечиваются параметры срабатывания мембран на требуемое давление вне зависимости от колебания противодавления со стороны сбросной системы. При размещении МПУ перед предохранительным клапаном сохраняется возможность его контроля и регулирования без демонтажа с учётом установочного давления данного клапана.

Выполняется также требование заказчика по учету при изготовлении мембран изменения (понижения) их рабочих параметров по данным экспертного технического диагностирования, когда рабочее давление срабатывания МПУ не превышает разрешенного по результатам внеочередного освидетельствования; учёту циклических нагрузок, вызывающих усталость металла и влияющих на предельно допустимый срок службы; учёту коррозионной стойкости мембран и их защиты от действия агрессивной среды внутри технологического объекта.

Особое внимание уделяется конструктивной совместимости изготавливаемых мембран к применяемой на объекте конструкции узла крепления мембран, его установочных и присоединительных размеров и, в случае необходимости - изготовления также самих узлов крепления и других сопрягаемых с мембранами элементов МПУ по чертежам предприятия-заказчика.

Реализация такого подхода позволила фирме «Тензор» впервые в отечественной практике для обеспечения надежной защиты объектов от опасных перегрузок давлением создать МПУ с гарантированной точностью срабатывания, а также разработать и внедрить в производство технологию изготовления, предусматривающую обязательное установление давления срабатывания каждой мембраны, поставляемой для допуска в эксплуатацию.

Это принципиально отличает продукцию НИПВФ «Тензор» от продукции других производителей, использующих так называемый статистический контроль, при котором определяется некий условный диапазон величин давления срабатывания партии мембран, как математическое ожидание с заданной вероятностью (по объему выборки разрушающих испытаний мембран из данной партии), исходя из условий их нормального или логарифмического распределения. Такой поход - когда случайными являются отбор и объем выборки мембран из партии, а давление срабатывания распространяется на всю партию - не может быть признан достоверным, т. к. давление срабатывания каждой из не испытанных мембран остаётся неизвестным.

Как обеспечивается высокое качество и надежность работы мембран? Вместо «статистического» контроля НИПВФ «Тензор» проводит неразрушающий контроль мембран в процессе изготовления, что обеспечивает возможность:

• установления давления срабатывания каждой мембраны из произведенной партии;
• выбраковки и изъятия их обращения мембран, установленное давление срабатывания которых выходит за требуемые минимально и максимально допустимые пределы;
• поставки предприятиям-заказчикам и допуска к эксплуатации только таких мембран, гарантированное давление срабатывания каждой из которых при давлении, не выходящим за требуемые пределы, подтверждено результатами не только неразрушающего контроля, но и надлежаще проведенных приёмо-сдаточных испытаний.

Процесс неразрушающего контроля прецизионных мембран, отличающихся высокой точностью срабатывания, имеет следующие технологические особенности:

• объем, замкнутый над испытуемым образцом, сообщают с системой контроля давления;
• объем, замкнутый под образцом, размыкают и образец нагружают испытательным давлением сжатого воздуха P_и, величину которого устанавливают по предельно нагруженному состоянию образца, когда Р_и достигает 0,98Р_нк, где Р_нк — давление срабатывания, установленное по результатам неразрушающего контроля;
• выдерживая каждый образец в предельно нагруженном состоянии не менее 5 мин., с использованием цифровых измерительных преобразователей давления (ИПДЦ), образцовых манометров и/или других равнозначных средств измерений, контролируют давление в объеме, замкнутом под образцом;
• при установленной герметичности образцов (по отсутствию давления в объеме, замкнутом над образцом) партия материала (рулон, лист), из которого изготовлены проверяемые образцы, считается выдержавшей испытания на герметичность и пригодной для изготовления мембран;
• при установленной негерметичности образцов (по наличию давления в объеме, замкнутом под образцом) проверяемая партия материала признается непригодной.

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

При этом, в отличие от известных аналогов (когда пластичность проверяют выдавливанием в металле лунки жестким пуансоном) в технологическом процессе, применяемом в НИПВФ «Тензор» напряженное состояние образцов, испытываемых на необходимый запас пластичности, полностью соответствует напряженно-деформированному состоянию куполообразных мембран, работающих в МПУ.

Заключение об имеющемся запасе пластичности проверяемой партии материала выносится по результатам формообразования не менее 3-х плоских дисков-заготовок мембран. Технология включает следующую последовательность операций:

• 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 0,25D_раб., где D_раб. - рабочий диаметр в месте сопряжения куполообразной части с плоским зажимным участком, запас пластической деформации проверяемого материала считается достаточным для формообразования куполообразных разрывных и хлопающих мембран надлежащего качества, а при высоте менее 0,25D_раб. - материал признается непригодным по показателю его пластичности.

В условиях воздействия на МПУ коррозионно-активных рабочих сред мембраны изготавливаются из материалов, коррозионностойких, указанных в технических заданиях предприятий-заказчиков. Такие материалы выбираются предприятиями-заказниками и указываются в ТЗ с учётом заключений специализированных организаций, положительных результатов испытаний или эксплуатации мембран в условиях воздействия на них аналогичных рабочих сред, т. к. данные о коррозионной стойкости материалов, полученные по результатам испытаний закладных образцов, непоказательны для выбора коррозионностойких материалов мембран, напряжённо-деформированное состояние которых отличается от состояния закладных образцов, испытывающих всестороннее сжатие.

В этой связи достоверные данные для выбора коррозионностойких материалов мембран в НИПВФ «Тензор» принимаются по результатам испытаний не закладных образцов, а самих мембран в следующем порядке:

• предприятия, заинтересованные в получении таких данных, направляют нам ТЗ на мембраны (в качестве испытательных образцов), в том числе с узлами их крепления для установки на дополнительных отводах (патрубках) объектов с коррозионно активными рабочими средами, находящимися под давлением;
• 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 и/или на самих мембранах и поставляет такие мембраны предприятиям-заказчикам, в том числе с узлами их крепления, если они предусмотрены ТЗ;
• на предприятиях-заказчиках 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 с соблюдением необходимых мер предосторожности, исключающих возможность механических повреждений, извлекают мембрану и подвергают её внешнему осмотру на наличие свищей, следов коррозии и других повреждений, при отсутствии которых материал считается выдержавшим испытания и пригодным для изготовления мембран, предназначенных для эксплуатации в условиях воздействия коррозионно-активной рабочей среды, а саму мембрану испытывают, нагружая контролируемым давлением сжатого воздуха с доведением до срабатывания;

• если зарегистрированное при испытаниях давление срабатывания осталось неизменным, проверяемый материал 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, для обеспечение эксплуатационной надёжности мембран принимаются меры по исключению ослабляющего воздействия коррозии за счет 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.

Таким образом, ООО «НИПВФ «Тензор», опирается на многолетние традиции, опыт и обладает современной производственной и испытательной базой, реализующей самые передовые технологии проектирования и изготовления высокоточных мембранных предохранительных устройств для решения широкого спектра задач обеспечения промышленной безопасности.

Практическим подтверждением эффективного применения последних является использование производимых нами мембран в системах безопасности ряда энергетических, химических и иных производственных объектов. В таблице, в качестве примера достигнутых показателей гарантированной точности срабатывания, приведены результаты приёмо-сдаточных испытаний мембран, установленных на ряде объектов атомной энергетики и оборонной промышленности, давление срабатывания которых устанавливалось по результатам применяемой в НИПВФ «Тензор» технологии неразрушающего контроля.

В представленной таблице приняты следующие обозначения: D_у - диаметр условный 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 (МХ - 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 × К_т, где К_т - температурный коэффициент, установленный по результатам предварительных испытаний); Р_факт. - фактическое (зарегистрированное при испытаниях) давление срабатывания мембран (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] × 100.

ООО «НИПВФ «Тензор» разрабатывает, изготавливает, испытывает и поставляет различные виды предохранительных разрывных и хлопающих мембран для МПУ по техническим заданиям предприятий-заказчиков для оснащения (дооснащения, переоснащения) ими работающих под давлением опасных производственных объектов тепловой и атомной энергетики, оборонно-промышленного комплекса, газовой, химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической, металлургической и других отраслей промышленности.