Автор: М.Ю. Ворончихин (ООО «ГК «ЛЕННИИХИММАШ»).
Опубликовано в журнале Химическая техника №6/2016
ООО «ГК «ЛЕННИИХИММАШ» – это многопрофильное инжиниринговое предприятие, осуществляющее исследование, проектирование, изготовление и поставку «под ключ» как отдельных видов оборудования, комплектных технологических линий, так и целых заводов для химической, нефтехимической, нефтегазоперерабатывающей промышленности.
Уровень ООО «ГК «ЛЕННИИХИММАШ» соответствует уровню компании западного образца, т.к. способна выполнить весь спектр работ по реализации EPC/EPCM контрактов.
В структуру группы компаний входят многопрофильные конструкторские и другие подразделения, отвечающие за реализацию собственными силами EP контрактов в газохимической отрасли и поставку оборудования, осуществление, шефмонтажных и пусконаладочных работ.
Обладая значительными компетенциями, компания может выполнить поставку полного комплекта оборудования, трубопроводной арматуры, средств автоматизации, материалов, необходимых для строительства, а также авторский надзор, шеф-монтаж и пусконаладочные работы с выводом установок на расчетные параметры работы. ГК «ЛЕННИИХИММАШ» проводит серьезную работу совместно с машиностроительными заводами по обеспечению импортозамещения.
Задача импортозамещения особенно актуальна в части замены предохранительных мембран и МПУ импортного производства отечественными. С этой задачей успешно справляется одно из подразделений ООО «ГК «ЛЕННИИ- ХИММАШ» – лаборатория МПУ и СИ. Так, в 2011 г. компанией была произведена замена всех импортных мембран производства производства BS&B Dу = 25…400 мм на 18 позициях технологических установок ООО «Ставролен».
Опыт эксплуатации предохранительных клапанов (ПК) в составе систем защиты технологических аппаратов и трубопроводов установок переработки нефти и газа от несанкционированного роста давления убедительно свидетельствует об определяющем влиянии состава перерабатываемой среды на ресурс и надежность функционирования этого оборудования.
Коррозионное изнашивание основных элементов (пружина, седло клапана), охрупчивание, возможность закоксовывания, образование наледи, повышение уровня негерметичности – таков далеко не полный перечень последствий длительного контакта рабочей среды с проточной частью ПК.
Единственной, получившей по-настоящему широкое распространение в отечественной практике мерой борьбы с этими негативными последствиями взаимодействия рабочей среды с конструкционными материалами ПК является жесткое ограничение межремонтного пробега клапана до очередной ревизии и перенастройки. При этом в общероссийских нормативно-технических документах явно прослеживается тенденция к все большему сокращению и без того незначительных по продолжительности допустимых непрерывных кампаний эксплуатации ПК, сводящая его до шести и менее месяцев [1].
С учетом того, что даже на средней по производительности установке нефтепереработки число ПК достигает от нескольких десятков до нескольких сотен единиц, становится совершенно очевидным факт огромных непроизводственных затрат, возникающих вследствие необходимости проведения такого вида работ.
По нашему мнению, простейшим, не противоречащим действующим законодательным актам [2] и давно хорошо известным способом защиты ПК от негативного воздействия рабочей среды могло бы быть использование мембранных предохранительных устройств (МПУ) в случае их установки перед, а при необходимости, и после ПК. МПУ отличает конструктивная простота, высокое быстродействие, надежная герметизация, эффективная защита оборудования от взрывов технологических сред или другого несанкционированного вида роста давления, обусловленного нештатным отклонением ведения технологического процесса от нормируемого. Одна из схем подобного решения отражена на рис. 1.
ПУ – переключающее устройство; ПК1 – пружинный предохранительный клапан (рабочий);
ПК2 – пружинный предохранительный клапан (резервный); МПУ1, МПУ1– мембранное предохранительное устройство (рабочее); МПУ2, МПУ2– мембранное предохранительное устройство (резервное); Д – датчик контроля целостности мембраны
В настоящее время все элементы оборудования, представленного на схеме, вплоть до Dу = 200 мм с расходными коэффициентами по газу ~0,8, могут быть изготовлены и поставлены отечественными предприятиями.
При использовании этой схемы высокий уровень герметичности МПУ практически исключает возможность поступления перерабатываемой среды к рабочим элементам ПК, тем самым сводя к минимуму их коррозионное изнашивание и другие ранее отмеченные негативные последствия взаимодействия среды с проточной частью ПК.
Таким образом, создаются условия для реального, технически обоснованного продления срока непрерывной кампании эксплуатации ПК, определяемого сроками службы защищающего его МПУ.
Более десяти лет назад в ООО «Киришинефтеоргсинтез» была намечена и все эти годы успешно реализовывалась программа совместных с ООО «ГК ЛЕН- НИИХИММАШ» работ, направленных на создание МПУ длительного срока службы с назначенным ресурсом работы не менее 3 лет.
Ее основными стратегическими направлениями являлись:
- научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по разработке коррозионно-стойких покрытий рабочих элементов (мембран) МПУ;
- опробование головных образцов МПУ при работе в составе систем защиты установки товарно-сырьевых баз и ГФУ нефтеперерабатывающего предприятия (рис. 2).
Основной объем научно-исследовательских работ выполнен по оценке коррозионной стойкости мембран из стали 12Х18Н10Т с покрытием из нитрида титана в средах – имитаторах рабочей среды установки ГФУ.
Выполненные на основе этих результатов расчетные оценки свидетельствуют о том, что мембраны с покрытием нитридом титана могут обеспечить срок службы 3 и более лет.
На срок службы мембраны влияет не только коррозионная активность среды, но и степень напряженного состояния материала мембраны.
Срок службы рабочего элемента мембраны рассчитывается по РТМ-6-28-009–82:
где η – отношение рабочего давления в аппарате к давлению срабатывания мембраны; с – скорость коррозии материала мембраны в данной среде при температуре 20°С, мм/год; Δо – толщина проката, из которого изготовлена мембрана, мм; α – показатель ползучести материала мембраны, 1/год; t – температура среды в месте установки мембраны, °С; tm – предельно допустимая температура для мембран из данного материала, °С.
При условии отсутствия коррозии основным фактором, определяющим срок службы мембраны, является отношение рабочего давления в аппарате к давлению срабатывания мембраны. Проведенные с целью обеспечения эксплуатации мембраны не менее 3 лет исследования показали, что рабочее давление в защищаемом аппарате должно быть на 20–30% меньше давления срабатывания.
Полученные результаты послужили основанием для перехода к стадии промышленных испытаний МПУ с мембранами с антикоррозионным покрытием в натурных условиях в процессе эксплуатации установок ТСБ и ГФУ. ООО «ГК ЛЕННИИХИММАШ» были изготовлены для ООО «КИНЕФ» головные образцы МПУ, установленные перед штатными предохранительными клапанами указанных установок:
- два образца Dу = 150 мм и ру = 4 кг/см2 – на резервуаре товарно-сырьевого парка;
- 48 образцов Dу = 80 мм и ру = 17,5 кг/см2 – на емкостях сырьевого парка установки ГФУ.
После двух лет эксплуатации мембранные узлы были демонтированы, а рабочие элементы мембран подвергнуты тщательному анализу. По результатам независимого экспертного заключения следов коррозионного воздействия рабочей среды на покрытии нитрида титана не выявлено.
На основе накопленного положительного опыта в настоящее время ООО «ГК ЛЕННИИХИММАШ» с использованием современных технологий (лазерная насечка локальных ослаблений тела мембраны, сверхточная прошивка сквозных отверстий и т.д.) освоено производство мембран с защитным антикоррозионным покрытием на следующие технологические параметры:
- диаметр проходного сечения – от 8 до 350 мм;
- давление срабатывания – от 0,05 до 40 МПа;
- точность срабатывания – ±5 %
В 2005–2015 гг. аналогичный комплекс работ выполнен и на других действующих установках ООО «КИНЕФ», в том числе на установках ЭЛОУ-АТ-1, ЭЛОУ-АТ-6, ЭЛОУ- АВТ-2, ЭЛОУ-АВТ-6, ЭЛОУ-2, Бит. 19/6, Бит. 19/10, Л-3511/300, Л-35-11/600, ЛЧ-35-11/1000, Л-24/6, ЛГ-24/7, ЛЧ-24/9, ЛГ-35-8/300Б, ЛЧ-35-11/600, О-П-ксилолы, Сум. ксилолы, ГФУ, ТСБ СУГ, Парекс-1, Парекс-2.
Наработанный институтом опыт применения мембранных предохранительных устройств был положен в основу одноименного раздела Инструкции ИПКМ-2005 «Порядок эксплуатации и ремонта пружинных предохранительных клапанов, мембранных предохранительных устройств нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий Минпромэнерго России», разработанной ОАО «ВНИКТИнефтехимоборудование», утвержденной председателем Совета главных механиков и согласованного с Ростехнадзором.
Список литературы:
- ГОСТ 12.2.085–2002. Клапаны предохранительные. Требования безопасности.
- ПБ 03-583–03. Правила разработки, изготовления и применения мембранных предохранительных устройств.
