Результаты исследования причин разгерметизаций оборудования высокого давления в условиях эксплуатации

Автор: Погодин В.К., д-р техн. наук, г. Иркутск

Опубликовано на портале «Химическая техника», сентябрь 2026

Развитие человеческой цивилизации напрямую связано с созданием и применением  технологий и техники для обеспечения и улучшения своей жизнедеятельности. Массовое их использование привело к появлению многочисленных проблем. Одной из долгосрочных проблем является  проблема управления безопасностью оборудования высокого давления (ВД).

Основным функциональным назначением этого оборудования является  создание и сохранение герметичности в нем замкнутых объемов, в которых протекают технологические процессы, предназначенные для получения продуктов, необходимых современному человечеству.

Для получения этих продуктов в химической, нефтехимической, энергетической, атомной и других отраслях промышленности используются технические системы с высокой концентрацией оборудования ВД. Наибольшую опасность в таких системах представляют внезапные разгерметизации, при которых происходят неорганизованные выбросы опасных рабочих сред из  замкнутых объемов оборудования ВД. Технологические процессы при таких разгерметизациях в оборудовании вынужденно останавливают для их устранения. Внезапные разгерметизации приводят к разрушению оборудования ВД, загрязнению окружающей среды, потере ценных продуктов и прибыли предприятий.  Несмотря на это, с каждым годом  растет количество применяемого оборудования ВД  и растут в них технологические параметры, что  приводит к постоянному  увеличению  его влияния на экологическое состояние окружающей среды.

Герметичность оборудования ВД  при изготовлении осуществляется, в основном, за счет соединения его деталей друг с другом с применением сварочных работ. Однако при необходимости обеспечения доступа в замкнутые объемы оборудования ВД применяют разнообразные конструкции узлов и соединений. В указанных случаях вынужденно используют конструкции, разборка и сборка которых может производиться без нарушения целостности соединяемых деталей.

Такие конструкции при определенных условиях могут, как и сварка, обеспечивать достаточную герметизацию при эксплуатации работающего оборудования, которые используются на промышленных объектах химической, судостроительной, нефтеперерабатывающей, космической и других отраслях промышленности.  Применение таких конструкций существенно усложняет условия обеспечения безопасности оборудования ВД из-за значительного влияния в случаях их разгерметизаций  на экологическое состояние окружающей среды.

Десятилетия эти конструкции в России изучались  наукой герметологией.  О ее существовании неоднократно сообщали в своих монографиях специалисты в области герметизации оборудования ВД [1–5].  По их мнению, наука герметология  является социально значимой человеческой деятельностью и проявляется в выработке и использовании систематизированных знаний об их действительности. Эти знания со временем способствуют формированию безопасных принципов  и методов управления обеспечением герметичности технических систем, процессов и объектов.

Многие авторы науку герметологию  относят к прикладным наукам, которые ориентированы на практическое применение знаний, полученных из фундаментальных наук. При своем развитии эта прикладная наука, кроме существующих научных знаний и достижений фундаментальных наук, использует результаты специальных исследований, новых технологий. Очевидно, что дальнейшие успехи герметологии в обеспечении безопасности невозможны без постоянного усовершенствования технологий по конструированию и проектированию промышленного оборудования ВД, исключающих его разгерметизацию.

Отсутствие соблюдения  этого требования может приводить к использованию  конструкций с субъективным представлением их работоспособности, что в последующем связано с трудностями при их изготовлении и значительными затратами при эксплуатации. Невыполнение этого требования, особенно при других, отличающихся условиях эксплуатации оборудования, может приводить к неопределенности при оценке его работоспособности  из-за неточности, недостаточности, неполноты, недостоверности и ненадежности используемых  методов.

В случаях внезапных разгерметизаций применяют  многомерное изучение механизма их возникновения [5]. При изучении причин появления неработоспособности конструкций зачастую невозможно прогнозирование их частоты и последствий, а также мер по смягчению этих последствий.

Глубокий анализ  состояния науки герметологии в 1992 году был приведен в книге Л.С. Пинчука  «Герметология» [1].  Показано, что особую сложность в обеспечении герметичности оборудования ВД представляют используемые в нем разнообразные соединения деталей. При этом отмечалось, что  эта проблема связана  с низким уровнем стандартизации при оценке  работы соединений, многочисленными  их  типами и размерами. Для повышения герметичности  оборудования ВД  автором книги рекомендовано проводить  систематическое обобщение практического опыта по совершенствованию герметологии и на её основе разрабатывать  новые технологии проектирования, изготовления и эксплуатации его соединений. Сложность этих разработок связана с  тем, что наука герметология находится на стыке с инженерией, многими другими науками и физическими процессами. Об актуальности и необходимости  решения этой проблемы  указывалось и в резолюции Форума арматуростроителей России  20-21 сентября 2018 г. (г. Курган).

Учитывая остроту решения указанной проблемы, 21 сентября 2025 года на правительственном часе в Госдуме РФ было озвучено  в рамках национального проекта «Экология» о создании отрасли экологического машиностроения.  Потребность  в разработке и создании в России экологического машиностроительного оборудования, не имеющего международных аналогов, назрела давно. Это решение может послужить основанием для дальнейшего изучения влияния на герметичность оборудования ВД технологических сред, проницаемости его деталей и соединений, а также методов их расчета, конструирования,  монтажа и эксплуатации. Успешность разработки проекта зависит от  предварительного проведения анализа применяемых терминов и определений, а также методов в применяемых технологиях. Изучение истории совместного развития инженерии и герметологии позволит определить основные условия управления герметичностью и  безопасностью промышленного оборудования ВД, что будет способствовать устойчивому  развитию отечественного машиностроения.

Применяемые термины и определения. Безопасность машиностроительного оборудования существенным образом зависит от его работоспособности, то есть состояния, при котором оно может выполнять заданные функции, сохраняя значения параметров, заложенных в нормативной технической документации. Для большинства машин и оборудования определение  работоспособности подразумевается продолжительностью его работы до потери функционального назначения [6].

Основным назначением  оборудования ВД является  сохранение  его герметичности на весь период ведения  в нем технологического процесса. Многолетняя практика эксплуатации и исследования промышленного оборудования ВД показала, что используемые в нем конструкции узлов и соединений зачастую  не  располагают  достоверными доказательствами оценки их работоспособности и герметичности, особенно в период эксплуатации [7–9].

В практической работе в качестве  основного критерия работоспособности оборудования ВД в разных технических литературных источниках используются различные определения термина герметичность [10]. Чаще всего принимается, что герметизация — это процесс создания непроницаемости оборудования с целью не допустить распространения вредных или взрывоопасных веществ, получаемых при их производстве [11]. Несмотря на это, важной целью этого процесса является исключение утечек дорогостоящего или опасного продукта из промышленного оборудования. Наиболее полным определением термина герметичность следует признать свойство конструкции или материала препятствовать проникновению рабочих веществ в виде жидкости, газа или пара [10,11]. Во многих литературных источниках также признается, что абсолютная герметичность недостижима. Чаще герметичными принято считать конструкции оборудования, из которых проникновение веществ достаточно мало для того, чтобы его влиянием можно было пренебречь в условиях эксплуатации или хранения.

В период с 1992 года по настоящее время появились многочисленные публикации и нормативные документы, использующие терминологию, которая не способствует однозначному пониманию механизма процессов, связанных с герметизацией оборудования ВД, а также формированию необоснованных технических решений при определении причин его разгерметизации. Однако в каждом нормативном документе приводились свои специальные термины и определения. Игра в изобретении   своих терминов и определений приводила к искажению и потере сущности описываемых процессов и их пониманию.  При этом не учитывалось, как каждый  такой свой термин   отражается  на результатах и делах пользователей таких документов.

Использование неоднозначных терминов  и определений легко разрушает сущность русской технической терминологии и тем самым возникают долгосрочные проблемы по безопасности и герметичности создаваемого  оборудования ВД [7,8]. В связи с этим возникает вопрос о целесообразности использования  действующих документов с невнятной  и не единой терминологией при масштабной научно-технической  разработке  экологического  машиностроительного оборудования в России. Особое внимание  следует обратить на  неоднозначность наиболее широко используемых  терминов: «прочноплотные соединения», «разъемное соединение» (РС).

Известно [12], что под « плотностью» понимается физическая величина, которая показывает какой массой обладает вещество, замещающее единицу объема. Какой размерностью оценивается «плотность» оборудования ВД  авторы документов [13,14], использующие этот термин, в своих работах не поясняют.

Термин «разъемное соединение» уже  десятилетия используется применительно к машиностроительным конструкциям резьбовых, клиновых, шлицевых, шпоночных РС (рис.1) и другим, указанным  в действующем  ГОСТ 23887–79.

РС, выполненные по  ГОСТ 23887, позволяют неоднократно соединять и разъединять детали без их повреждения, обеспечивая неподвижность этих деталей в период эксплуатации различных типов машиностроительного оборудования. Из рис. 1 следует, что такие РС не содержат герметизирующих соединений (ГС), без которых  они самостоятельно не могут обеспечивать герметичность оборудования ВД. Несмотря на это, термин РС неправомочно широко применяют в герметологии и действующих нормативных документах.

В конструкциях оборудования ВД  (рис.2, 3), показано применение резьбовых РС (рис.1а) для удержания  соединяемых фланцевых деталей относительно друг друга. Конструкции  (рис.2, 3),  обеспечивающие герметизацию соединяемых деталей в оборудовании ВД, являются конструктивно более сложными по отношению к конструкциям РС по ГОСТ 23887–79.

Учитывая функциональное назначение оборудования ВД и принятую в машиностроении терминологию такие  конструкции целесообразно в дальнейшем называть герметизирующими узлами  (ГУ) [12]. Конструкции ГУ (рис.2, 3), используемые для герметизации  оборудования ВД, кроме РС  по ГОСТ 23887-79  включают герметизирующие соединения (ГС). Эти соединения имеют разное функциональное назначение: РС – для удержания соединяемых  деталей, ГС – для обеспечения герметичности в сопряжениях поверхностей соединяемых деталей. Для оценки  работоспособности этих соединений необходимо использование разных критериев: для РС – прочности, для ГС – герметичности.

Применяемые в оборудовании ВД конструкции ГУ могут состоять из одного РС и одного ГС, выполненных непосредственно в соединяемых деталях 1, 2 (рис. 2). ГУ могут включать герметизирующее кольцо 3 между герметизирующими поверхностями (рис. 3). Удержание в ГУ соединяемых деталей 1, 2 относительно друг друга обеспечивается при помощи резьбовых РС 4, 5, соответствующих ГОСТ 23887-79. РС в этих ГУ распределяются равномерно по периметру соединяемых деталей, а их количество зависит от размеров ГС.

В зависимости от условий эксплуатации оборудования ГУ  отличаются по типам ГС. Наиболее широкое применение в ГУ нашли ГС с герметизирующими кольцами, устанавливаемыми между герметизирующими поверхностями соединяемых деталей (рис. 4).

В ГС находят применение сопряжения герметизирующих поверхностей, например таких как: «плоскость-плоскость», «плоскость-тор», «конус-тор», «конус-конус» (рис.5) и др.

В  трубопроводной арматуре (рис. 6.), кроме  ГС и резьбовых РС используются герметизирующие сальниковые  узлы (СУ).

Влияние принятых в нормативных документах терминов и определений на результаты проектирования, изготовление  и эксплуатацию оборудования ВД подробно показано в работах  [7,8]. Приведенный анализ конструктивных отличий между терминами РС по ГОСТ 23887-79 и рекомендуемого термина ГУ указывает на целесообразность дальнейшего применения в машиностроении и герметологии термина ГУ.

Применение  предлагаемой терминологии позволит обоснованно изменить подход обеспечения герметичности ГУ, что будет способствовать разработке перспективной стратегии развития науки герметологии и на ее основе разрабатывать нормативные документы, обеспечивающие в России безопасность оборудования ВД.

Анализ состояния действующей нормативной документации.    Основные требования для обеспечения безопасности оборудования ВД приведены в  действующих нормативных документах на  его проектирование, изготовление  и эксплуатацию [13]. Поэтому проблемы обеспечения герметичности ГУ требуют более тщательного рассмотрения.

Первыми нормативными документами на проектирование оборудования  ВД  предусматривалось решение проблемы обеспечения безопасности оборудования ВД  обеспечением прочности его деталей и их элементов от  основных внешних и внутренних силовых воздействий. При этом, в качестве критерия работоспособности таких конструкций использовался критерий прочности  – отношение предела прочности материалов  деталей к максимальной нагрузке, возникающей  при их условиях эксплуатации.

В качестве  основных  исходных  параметров, контролируемых  при изготовлении и эксплуатации ГУ, использовались:

• геометрические параметры деталей;
• контактные давления или погонные усилия, действующие по периметру герметизирующих поверхностей ГУ;
• усилия затяжки крепежных деталей РС;
• значения пробных и рабочих давлений в оборудовании ВД.

На формирование такой технологии и использование ее при проектировании в СССР  повлияли авторитет зарубежных  нормативных документов [14], а также  количество и качество переводов иностранных публикаций. Применение этой технологии в настоящее время при проектировании ГУ основано на определении значений усилий, действующих на  его детали. Достоверность этих значений вызывает сомнение из-за того, что не учитываются податливости деталей и изменение состояния ГС в период эксплуатации, а также и то, что значения контактных давлений на герметизирующих поверхностях установлены нормативными документами много лет назад.

В результате использования такой технологии проектирование  ГУ сводится  только к расчету условной прочности деталей РС, что является недостаточным для обеспечения герметичности  оборудования ВД, в котором применяются ГУ с ГС.

В 1983 году о существовании проблем с разгерметизацией ГУ было подтверждено комитетом СССР по надзору за ведением безопасных работ в промышленности и горного надзора. Это послужило основанием для развития в последующие годы  науки герметологии, что привело к усовершенствованию нормативных документов: появились новые конструкции РС и ГС, методики расчета усилий с учетом податливости, входящих в ГУ деталей, аналитические и экспериментальные модели условия герметизации ГУ и ГС и методики расчета режимов затяжки. Однако в действующих нормативных документах до сих пор оценка работоспособности  ГУ по критерию прочности его РС является приоритетной, точно так же как и употребление неоднозначной терминологии.

Практика применения разработанных  действующих нормативных документов показала, что проблемы с обеспечением герметичности ГУ оборудования ВД  до сих пор не исчезли, только заметно сократилась активность в усовершенствовании науки герметологии. Одной из причин такого снижения можно считать наличием  длительного использования курса неизменности нормативных документов, утверждаемых специализированными техническими комитетами и Госстандартом. Также причиной  можно считать  и то, что  разработанные нормативные документы актуализируются с установленной периодичностью без учета существующей потребности пользователей в их  изменении и усовершенствовании.

Другие причины, подтверждающие  существование проблемы с разгерметизацией оборудования ВД, могут быть определены из результатов анализа действующих зарубежных и отечественных нормативных документов и технологий, определяющих безопасность оборудования ВД. При таком анализе можно установить следующие особенности:

1. Конкретные конструкции ГУ рекомендуются без доказательства и обоснования возможности их применения в конкретных условиях их эксплуатации.
2. Отсутствие количественной оценки герметичности ГУ на стадии их проектирования, изготовления и эксплуатации.
3. Обязательное применение испытаний пробным давлением оборудования ВД не гарантирует обеспечение герметичности ГУ в условиях его эксплуатации.
4. Используемая терминология способствует формированию технических решений, которые не соответствуют современному представлению о механизме герметизации ГУ [13,14].
5. Применяемые технологии конструирования ГУ, а также и технологии по замене негерметичных конструкций, не обеспечивают достаточную безопасность при их эксплуатации.
6. Отсутствуют сведения об общих технологиях, оценке, контроле и перечне необходимой оснастки, обеспечивающей герметичность ГУ в эксплуатационных условиях.
7. Отсутствие требования об обеспечении функциональности ГУ при составлении обоснования их безопасности.
8. Рекомендуемые значения усилий и контактных давлений на герметизирующих поверхностях требуют обоснования и уточнения для конкретных условий применения.
9. При расчетах прочности деталей ГУ не учитываются изменения значений силовых воздействий при их эксплуатации.

Перечисленные особенности также характерны и для технических условий (ТУ), разрабатываемых изготовителями для конкретных типов оборудования ВД, которые также не способствуют обеспечению функционального  назначения ГУ и свидетельствуют о нарушении требований ГОСТ 2.114 -2016.  Оборудование, изготовленное  по таким ТУ  при  отсутствии оценки ресурса его герметичности,  не способствует качественному проведению  сертификации  оборудования ВД и может даже представлять   угрозу для  промышленного объекта в период его эксплуатации.

Несмотря на некоторое усовершенствование технологий проектирования, оборудование ВД до сих пор беспокоит  его проектировщиков, изготовителей и эксплуатирующих специалистов неожиданными разгерметизациями [9].

Основной причиной таких беспокойств является то, что работоспособность ГУ в нормативных документах [14],  оценивается, как отмечено выше, только по критериям прочности РС, используемых в машиностроении и справедливых для  деталей конструкций РС по ГОСТ 23887-79. Особенностью  ГУ в оборудовании ВД является то, что  их  работоспособность зависит не только от прочности и исходного состояния его деталей, а также от способности выполнять основные функции по обеспечению герметичности оборудования при его эксплуатации. По этой причине  в нормативных документах [14] при  определении работоспособности  ГУ должны  быть приведены требования по учету  особенностей конкретного оборудования ВД и конкретных условий его эксплуатации.

В соответствии с разрабатываемыми проектами оборудование должно обязательно сопровождаться специальной оснасткой и приспособлениями для  ремонта и восстановления прочности и герметичности его ГУ.

Применение автоматизированных систем оценки герметичности при эксплуатации оборудования не позволяет исключить появление внезапных разгерметизаций и затрат, связанных с остановками оборудования из-за таких разгерметизаций.

Практический опыт работы с оборудованием ВД, разработанным  по нормативным документам с оценкой работоспособности ГУ только по критерию  прочности деталей РС, приводит:

• облегчению условия сдачи продукции при проектировании  и изготовлении оборудования ВД;
• снижению требований по герметичности ГУ;
• к замедлению развития науки герметологии;
• к  полному перекладыванию ответственности за обеспечение герметичности ГУ на предприятия, эксплуатирующие оборудование.

В результате этого каждое предприятие, использующее такую технологию для обеспечения безопасности эксплуатируемого оборудования ВД,  вынуждено создавать в том или ином виде свои специальные службы:

• по входному контролю поступающего оборудования;
• по надзору за герметичностью ГУ оборудования в период его эксплуатации;
• по ремонту и восстановлению ГУ;
• по  контролю герметичности ГУ и ведению мониторинга в период эксплуатации;
• по обучению персонала для комплектации специальных служб;
• по привлечению специализированных организаций для диагностирования оборудования на предмет соответствия требованиям и оценке его по критериям прочности РС в ГУ без оценки его герметичности.

Для обеспечения работы специальных служб предприятие эксплуатирующее оборудование ВД, исходя из собственного уровня знаний, вынуждено приобретать, разрабатывать специальную оснастку, приспособления, инструкции и технологии для обеспечения герметичности и безопасности ведения технологических процессов на поставляемом машиностроителями оборудовании ВД. При этом продолжается выполнение  оценки безопасности оборудования только по критерию прочности его деталей, а герметичность используемого оборудования  каждое предприятие  вынуждено обеспечивать самостоятельно из-за отсутствия единой  политики и технологии по ее осуществлению.

В связи с этим возникает вопрос о необходимости пересмотра существующей практики разработки действующих нормативных документов  для обеспечения безопасности оборудования ВД, а также разработки основных положений объективной наукой герметологией. При этом потребуется учитывать возможность участия России в международных проектах, когда разработчики и заказчики потребуют обязательной оценки герметичности ГУ  оборудования ВД  в условиях эксплуатации и соответствия ее международным стандартам.

Практические методы обеспечения герметичности ГУ. В результате  многолетнего использования в нормативных документах упрощенных представлений о механизме герметизации в оборудовании ВД снижались требования к конструкциям ГУ и, как следствие, снижалась их герметизирующая способность, надежность и безопасность.  Это подтверждают расследования причин аварий из-за разгерметизаций ГУ на производственных объектах [9]. Такая ситуация привела к снижению темпов развития науки герметологии и переработке нормативных документов, не обеспечивающих герметизацию ГУ оборудования ВД.

В результате изучения эксплуатации оборудования с периодической разгерметизации его ГУ потребовался учета реальности механизма взаимодействия деталей ГУ в условиях эксплуатации.

Анализ причин разгерметизации оборудования ВД подтверждает наличие более тонкой природы причин герметизации ГС в ГУ, чем то, что рекомендуется в действующих нормативных документах. Наличие такой природы и отсутствие детального изучения причин разгерметизации чаще всего приводило к неожиданным и очень опасным  разгерметизациям ГУ. Для решения этой проблемы требовалась разработка другой, более строгой стратегии науки герметологии, в которой  не про то, что проще и дешевле, а про то, чтобы было реально, прочно, герметично, надежно и безопасно.

Каждая страна должна самостоятельно решать проблемы  по обеспечению герметичности и безопасности  оборудования ВД, что, по-видимому, и предполагает реализовать в своем проекте Россия.

Для совершенствования  герметологии требуется учитывать, что работоспособность ГУ, как и другие машиностроительные конструкции,  существенным образом зависят от условий взаимодействия в них контактирующих деталей друг с другом и окружающими их средами [15–17].

Отечественный опыт изучения процессов контактного взаимодействия деталей  в машиностроении [18] и механизма их работы в ГУ [9] позволяют представить графическую модель, изображенную  на рис.7. Эта модель включает процессы взаимодействия деталей, влияющих на состояние герметизирующих  деталей ГУ и на его герметичность.

Процессы взаимодействия деталей в ГУ, в полной мере связаны со многими физическими явлениями, которые могут влиять на работоспособность и герметичность ГУ. Эти процессы носят случайный характер, т.е. являются часто стохастическими  с непрерывным временем и определяются наличием многих взаимозависимых параметров. В их числе весьма большое значение имеют физико-механические и химические свойства материалов деталей и окружающей среды.  Кроме этого, имеют значение и многие другие параметры, такие как состояние поверхностей контактирующих деталей, величина и характер изменения активных внешних сил, время неподвижности контакта, скорость и ускорение движения поверхностей деталей, температура на контакте и др.

Процессы трения, имеющие место в ГС,  КРС, резьбовых, а также фрикционных парах, оказывают существенное влияние на работоспособность и герметичность ГУ. Понимание важности учета этих процессов при разработке конструкций ГУ может позволить управлять процессом герметизации, а также находить технические решения, направленные на снижение или увеличение сил трения и контактных давлений на контактирующих поверхностях.

На основании изложенного в работе [16], постулат о неизменности и достаточности  величин усилий для обеспечения герметичности, а также коэффициента трения в процессе контактирования деталей в ГУ, принятые в действующих нормативных документах, требуют уточнения. В связи с этим, при проектировании оборудования ВД необходимо проведение исследований и контроля, направленных на уточнение параметров, необходимых при проведении аналитических и численных расчетов ГУ.

Из рис.7 видно, что количество параметров, влияющих на процессы взаимодействия деталей даже в одном ГУ, достаточно велико, а при еще большей их детализации может достигать более полусотни [16]. Очевидно, что учет единовременного влияния каждого параметра в одном общем показателе работоспособности ГУ в аналитическом виде является сложной и трудно выполнимой задачей. В связи с этим, потребуется уже на стадии проектирования ранжирование  параметров  по степени их возможного влияния на герметизирующую способность ГУ.

Каждый из перечисленных на рис.7 параметров может оказывать влияние, как индивидуально, так и в совокупности с другими параметрами, на сложные процессы взаимодействия деталей ГУ, которые могут развиваться при эксплуатации по различным сценариям в зависимости от конкретных условий в зонах контакта герметизирующих поверхностей деталей.

При этом заслуживают внимания изменения  параметров ГУ на каждом этапе жизненного цикла оборудования: при их изготовлении, в период эксплуатации, особенно в режиме гидроиспытаний оборудования  пробным давлением и в рабочем режиме. Пример графического представления циклической работы ГУ при изменяющемся давлении приведен на рис. 8.

С учетом влияния контактного взаимодействия деталей на работоспособность конструкции ГУ (рис.7) представлены некоторые виды возможных изменений, происходящих в ГС, КРС на опорных, резьбовых и фрикционных парах ГУ.

При фрикционных контактах в ГУ в процессе затяжки крепежных деталей РС, действии давления и разборке происходят необратимые процессы на опорных поверхностях крышки, шайбы и гайки, которые также оказывают значительное влияние на характер взаимодействия деталей ГС и, как следствие, на герметичность и работоспособность оборудования.

Использование графической модели (рис. 7.) позволит совершать прогноз  поведения материалов деталей на различных стадиях эксплуатации их взаимодействия и учитывать при проектировании величину сопротивления движению (силы трения), а также возможный вид износа или изменения состояния контактирующих поверхностей деталей ГУ.

Многочисленные исследования ГС, РС и резьбовых поверхностей в ГУ при диагностировании оборудования после циклического воздействия на него рабочих параметров показывают, что эти изменения наиболее часто проявляются в следующем виде:

• схватывание материалов деталей  резьбовых, опорных и ГС;
• деструкция (разрушение) материалов деталей;
•  изменение микро- и макрогеометрии контактирующих поверхностей;
• глубинное вырывание при схватывании;
• следы скольжения на герметизирующих поверхностях и др.

На основании анализа процессов, происходящих при контактном взаимодействии деталей ГУ, могут быть  установлены и учтены варианты возможности  оценки влияния изменений исходных и эксплуатационных параметров на герметичность оборудования ВД [17,18].

Очень важно учитывать, что каждая конструкция ГУ имеет свои особенности и механизм взаимодействия его деталей. Поэтому при проектировании ГУ выбрать ту особенность, которая соответствует условиям эксплуатации конкретного оборудования ВД.

Механизмы контактирования деталей в ГУ могут отличаться  в зависимости от их конструктивных и эксплуатационных особенностей. Поэтому при разработке технологий их проектирования и эксплуатации  потребуется  более глубокое изучение сущности процессов, происходящих при реальной  работе ГУ. В результате изучения этих процессов,  используемые в действующих нормативных документах  исходные показатели работоспособности ГУ (контактные давления, усилия затяжки РС, исходные геометрические параметры) не являются постоянными в процессе эксплуатации ВД [16–18]. Поэтому при определении безопасности ГУ требуется использовать технологии, позволяющие одновременно учитывать весь комплекс влияющих на герметичность ГУ параметров.  В связи с этим необходимо  установление наукой герметологией достоверных количественных показателей,  определение  которых гарантировало бы безопасность и герметичность работы оборудования ВД в условиях эксплуатации.

Для этого на первых этапах изучения причин разгерметизации в отдельных типах оборудования была впервые разработана методика оценки технического состояния ГУ оборудования ВД [19], которая в последующие годы была трансформирована в ГОСТ Р 55430-2013 . Одновременно с этим могут разработаны и использованы методики входного контроля исходных параметров  ГУ для отдельных типов оборудования [20].

Однако последующие разгерметизации оборудования ВД  свидетельствовали о недостаточности сведений о контроле состояния исходных параметров ГУ для обеспечения и сохранения их безопасности в период эксплуатации, либо об отсутствии  практического применения разработанных методик.  Для контроля  применения  этих методик  рекомендовано, чтобы  цифровизация оборудования проводилась одновременно с результатами оценки технического состояния ГУ и достижениями искусственного интеллекта.

Дальнейшее усовершенствование процесса управления обеспечением герметичности ГУ оборудования ВД  может быть связано с включением в нормативные документы на проектирование обязательного обоснования их безопасности на основании анализа влияющих параметров (рис.7). Также необходима количественная оценка ресурса ГУ не только по критерию прочности  его деталей, но и по критерию герметичности [21, 22].

Более тщательная оценка безопасности ГУ требуется при переводе оборудования на эксплуатацию по его фактическому состоянию.

Практика диагностирования оборудования ВД на промышленных объектах показывает, что величина его ресурса по прочности его деталей РС, по которому якобы определяется его работоспособность, значительно превышает ресурс по герметичности ГС в ГУ [22].

При переводе оборудования на эксплуатацию по фактическому состоянию очень важно, чтобы величина ресурса по герметичности и прочности ГУ превосходила величину пробега, устанавливаемого технологическим регламентом химического процесса оборудования ВД.

Такая оценка может быть произведена при проведении сертификационных испытаний оборудования в специализированных испытательных лабораториях, обладающих оборудованием для проведения испытаний под высоким давлением при условиях,  близких к условиям эксплуатации. При отсутствии  возможности проведения таких испытаний оценка безопасности ГУ может проводиться по методикам, согласованным с Госгортехнадзором и позволяющим оценить работоспособность и герметичность на опытных образцах оборудования ВД  в условиях эксплуатации.

Использование на практике таких испытаний позволит определять безопасный ресурс работы оборудования одновременно по критериям прочности и герметичности.  Эти испытания могут быть особенно необходимыми для оборудования с изменяющимися в процессе эксплуатации  исходными параметрами. Разработка технологии с использованием таких испытаний  позволит сократить неожиданные разгерметизации  ГУ.

Примером оценки ресурса по герметичности ГУ  можно использовать опыт определения причин разгерметизации ГУ с применением математических моделей [9, 22].  Определение количественной оценки ресурса ГУ по критерию герметичности должно становиться основополагающим не только при проектировании оборудования ВД. Такая оценка в сочетании с контролем  технического состояния исходных параметров ГУ и применением искусственного интеллекта.

Учет  изменения  параметров, происходящих в ГУ при  эксплуатации оборудования, позволит исключать внезапные разгерметизации и обеспечит  функциональное  назначение оборудования ВД и его экологическую безопасность.

Выводы:

1. В настоящее время работоспособность и герметичность оборудования ВД существенно зависит от опыта специальных служб эксплуатационников, а также наличия у них специального оборудования для его обслуживания. Успешное применение этого опыта невозможно без использования изложенных в статье результатов  исследований.
2. Анализ применяемых терминологии и определений в нормативных документах (ГОСТ, ОСТ, ТУ, РД и др.) и технической литературе  показал, что они искажают понимание механизма процессов, происходящих в герметизирующих узлах (ГУ) оборудования ВД. В связи с этим предложен вариант единой терминологии  для применения в науке герметологии и инженерии.
3. Расчет ГУ по нормативным документам для проектирования и диагностирования оборудования  ВД  производится только по критерию прочности для РС. Количественная оценка герметичности ГУ по этим документам не предусмотрена, что однозначно может являться причиной  возникновения разгерметизации ГУ в период эксплуатации оборудования ВД.
4. Анализ состояния науки герметологии показал, что процесс оценки герметичности ГУ длительное время не развивался из-за его сложности, а также широкого и длительного использования упрощенного метода оценки работоспособности ГУ только по критерию прочности деталей РС.
5. Рассмотрены и предложены варианты практических методов оценки работоспособности ГУ по критериям их прочности и герметичности.

Заключение. При создании экологического машиностроительного оборудования, работающего под избыточным давлением, потребуется пересмотр  технологий проектирования, изготовления и оценки его безопасности.

Для этого может быть предложено:

• Введение в практику методов обязательного обоснования  безопасности ГУ и определение ресурса их работы по критерию герметичности с помощью математических моделей, разработанных на базе экспериментальных исследований.
• Актуализация действующих нормативных документов по расчету и испытанию оборудования ВД  (ГОСТ, ОСТ, РД и др.), общероссийского классификатора продукции (ОКП), универсального  десятичного классификатора (ДК) и международного  классификатора патентов (МКП) с использованием  предложенной единой однозначной  терминологии.
• Актуализация действующих технических регламентов таможенного союза ТР ТС 010/ 2011 и ТР ТС 032/2013, а также Правил промышленной безопасности при использовании оборудования, работающего под избыточным давлением от 15 декабря 2020 г. № 536 в части обеспечения герметичности при оценке безопасности экологического машиностроительного оборудования, работающего под избыточным давлением.

Приведенный анализ причин разгерметизации в оборудовании ВД и рекомендации, разработанные на его основе, а также прикладной науки герметологии, позволят изменить подход к обеспечению герметичности ГУ и по новому подойти к разработке технологий проектирования и эксплуатации конструкций  ГУ, что будет способствовать развитию и обеспечению экологической безопасности оборудования ВД.

Список литературы

1. Пинчук В. С. Герметология. Мн.: Наука и техника,1992. – 216 с.
2. Долотов А. М., Огар П. М., Чегодаев Д. Е. Основы теории проектирования уплотнений пневмогидроарматуры летательных аппаратов: учеб.пособие. / М.: Изд-во МАИ, 2000. – 296 с.
3. Продан В.Д. Герметичность разъемных соединений оборудования, эксплуатируемого под давлением рабочей среды. – Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. – 280с.
4. Скаскевич А. А., Струк В. А. Основы герметологии: тексты лекций – Гродно: ГрГу, 2010. – 140 с.
5. Погодин В. К. Особенности решения проблемы обеспечения экологической безопасности оборудования, эксплуатируемого под высоким давлением // Химическая техника. – 2018. – № 6. – С. 4-9.
6. Проников А. С. Надежность машин. – М.: Машиностроение. -1978.- 592 с.
7. Погодин В. К. О терминологии в герметологии /Арматуростроение. – – №2 (125). – С. 34- 37.
8. Погодин В. К., Огар П. М. О необходимости уточнения терминов в герметологии разъемных соединений //Системы. Методы. Технологии.- №4 (48). С. 39-47.
9. Погодин В. К. Разъемные соединения. Технология применения в оборудовании под избыточным давлением: в 2 кн. /В. К. Погодин: под ред. П. М. Огара. – Братск: Изд-во БрГУ, 2013. – Кн. 2. Эксплуатация. Ремонт. Модернизация – 322 с.
10. Энциклопедия / Ред. совет: К. В. Фролов (пред.) и др. Машиностроение. Измерения, контроль, испытания и диагностика.-ТIII-7. /В. В Клюев, Ф.Р. Соснин, В. Н. Филиппов и др. Под ред. В. В. Клюева – 464 с.
11. Клюев В. В., Соснин Ф. Р., Ковалев А. В. Неразрушающий контроль и диагностика ФГУП: Изд-во Машиностроение, 2003. – 656 с.
12. Советский энциклопедический словарь / Гл. ред. А.М. Прохоров, 3-е издание. – М.: Сов. энциклопедия, 1984. – 1600 с.
13. Материалы научно – практической конференции с международным участием «Исследование, проектирование, стандартизация и техническая диагностика оборудования, трубопроводов, работающих под давлением», 21-23 сентября, 2011 г. ОАО « ИркутскНИИхиммаш» г. Иркутск, 351 с.
14. Нормы американского общества инженеров-механиков (ASME) на котлы и сосуды высокого давления. Раздел III, подраздел I. Часть А.- URL: https:// ru.scribd.com/doc/153840280/ASME-B31-3-2002-RUS.
15. Гура Г. С. Свободное и несвободное движение тел. Уч. Пособие для вузов. Из-во «Феникс». 2007.- 155 с.
16. Гура Г. С. Дифференциальное управление несвободного движения с учетом деформирования фрикционного контакта. Тр.V Международного симпозиума по трибофатике. – Т 2. – Иркутск. – 2005. – С. 230 – 252.
17. Древин А.К. Технологическое обеспечение герметичности конических уплотнительных соединений сосудов высокого давления. Дис. канд. техн. наук. – Иркутск: ИПИ. – 1982. – 277 с.
18. Тарасов В. А. Определение заданных характеристик надежности затворов запорной трубопроводной арматуры. Дис. канд. техн. наук. – БрГТУ. – Братск. –2009. – 143 с.
19. Методика оценки технического состояния разъемных соединений сосудов и аппаратов высокого давления, ОАО «ИркутскНИИхиммаш», 2004 г., 36 с.
20. Погодин В.К., Кузнецов К.А., Трутаев С.Ю., Верхозин Н.А. О подходах обеспечения герметичности оборудования высокого давления при его эксплуатации. //Безопасность труда в промышленности. № 2, 2023г., С. 29-38. 21.
21. Огар П.М, Долотов А.М.,  Погодин В.К., Тарасов В.А. Обеспечение герметичности уплотнительных соединений – важное условие снижения рисков техногенных аварий и катастроф. М-лы научно-практ. конф.,. Безопасность регионов – основа устойчивого развития: в 3 т., Т. 2 Иркутск: Изд-во ИрГУПС, 2007. – С.50-58
22. Погодин В. К. Практические технологии проектирования герметизирующих узлов оборудования высокого давления. -Москва; Вологда; Инфра-Инженерия, 2024. – 620 с.