Совершенствование технологии ремонта реакторного оборудования, изготовлен-ного из хромомолибденовых сталей, подверженного изгибающим нагрузкам тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Бадьин Юрий Аркадьевич

• Бадьин Юрий Аркадьевич
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Бадьин Юрий Аркадьевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ В ХОДЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕАКТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ УСТАНОВОК ЗАМЕДЛЕННОГО КОКСОВАНИЯ

1.1 Особенности процесса замедленного коксования и обзор методов обеспечения работоспособности реакторного оборудования

1.2 Определение механизмов повреждения реакторного оборудования процесса замедленного коксования

1.3 Обеспечение восстановительного ремонта реакторного

оборудования процесса замедленного коксования

Выводы по главе

ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА МЕТОДА УТОЧНЕННОГО РАСЧЕТА

НА ПРОЧНОСТЬ РЕАКТОРОВ УСТАНОВОК ЗАМЕДЛЕННОГО КОКСОВАНИЯ С УЧЕТОМ ИЗГИБАЮЩИХ НАГРУЗОК

2.1 Влияние неравномерного распределения температур в корпусах реакторов на прочность оборудования

2.2 Постановка задачи натурного исследования температурных полей реакторов

2.3 Проведение натурных исследований распределения температур

в корпусах реакторов

2.4 Расчетные исследования напряженно-деформированного состояния элементов корпусов реакторов с возникновением изгибающих нагрузок

Выводы по главе

ГЛАВА 3 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СВАРКИ ПО АУСТЕНИТНОМУ ВАРИАНТУ РЕАКТОРОВ УСТАНОВОК ЗАМЕДЛЕННОГО

КОКСОВАНИЯ

3.1 Особенности эксплуатационных повреждений разнородных сварных соединений реакторов

3.2 Определение внутренних напряжений в разнородных сварных соединениях

3.3 Расчетное исследование напряженно-деформированного состояния

разнородных сварных соединений реакторов

Выводы по главе

ГЛАВА 4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ РАБОТОСПОСОБНОСТИ РЕАКТОРОВ УСТАНОВОК ЗАМЕДЛЕННОГО КОКСОВАНИЯ

4.1 Рекомендации по конструированию реакторов

4.2 Рекомендации по совершенствованию ремонтной сварки

по аустенитному варианту реакторов

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Технологическая инструкция ремонта трещин в основном металле и металле сварных соединений корпусов реакторов установок замедленного коксования аустенитными сварочными материалами

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии ремонта реакторного оборудования, изготовлен-ного из хромомолибденовых сталей, подверженного изгибающим нагрузкам»

Актуальность темы исследования

Углубление переработки нефти требует квалифицированного использования тяжелых отходов, формирующихся при реализации высокотемпературных и каталитических процессов нефтеперерабатывающих заводов. Одним из вариантов переработки отходов является процесс замедленного коксования, конечным продуктом которого является нефтяной кокс. Нефтяной кокс квалифицированно используется при дальнейшей переработке анодов электроплавильных установок для получения алюминия, в металлургической промышленности, а также в виде топлива. Особенностью установок замедленного коксования (УЗК) является то, что технология подготовки сырья ведется в постоянном режиме, а кокс получается попеременно в двух реакторах, работающих в периодическом режиме. Реакторное оборудование представляет собой пустотелые цилиндрические аппараты, диаметр которых может достигать 7 м и более. В реакторах происходит фазовый переход с образованием твердого продукта кокса, который необходимо последовательно пропарить для удаления оставшихся летучих продуктов, охладить и осуществить выгрузку с помощью гидравлической резки. Периодический режим коксования предопределяет циклический характер действующих на реактор нагрузок, что приводит к накоплению усталостных повреждений конструкционных материалов. В процессе заполнения реактора возникает движение высокотемпературной затопленной парожидкостной струи, траектория которой не предсказуема. При этом температурное поле в оболочке реактора постоянно изменяется и приводит к ее движению по сложной траектории, вызывая изгибные напряжения в нижней части аппарата. В реакторах УЗК, работающих в России и за рубежом, возникают проблемы с поддержанием их работоспособности в связи с формированием дефектов, связанных с изменением геометрии оболочек (гофры), растрескиванием сварных соединений, отслоением плакирующего слоя оболочки. Наблюдаются случаи разгерметизации аппаратов, необратимого изгиба, что существенно снижает безопасность их эксплуатации.

Попытки решения возникающих проблем на стадии проектирования не привели к успеху, что переносит решение проблемы на стадии эксплуатации и ремонта и становится актуальной задачей обеспечения безопасной эксплуатации УЗК.

Степень разработанности темы исследования

Решению проблемы образования повреждений при эксплуатации реакторов УЗК уделялось большое внимание на протяжении значительного времени в отечественной и зарубежной науке. Большой объем работ по данной теме был выполнен в научных организациях: Ю. Н. Самохиным, В. Н. Мухиным, В. Б. Серебряным, В. А. Эльмановичем (ВНИКТИнефтехимоборудование, г. Волгоград), А. В. Бакиевым, И. Р. Кузеевым, М. В. Кретининым (УГНТУ, г. Уфа), А. А. Грибановым, Н. А. Сироткиной (ВНИИнефтемаш, г. Москва). Проводились многочисленные исследования зарубежными учеными: Р. Босвелл и Т. Фарраро (США), Дж. Черч, Л. Лим, Дж. Бриа (Великобритания), Т. Ямамото (Япония). Были разработаны и апробированы многочисленные усовершенствования, введенные в практику технического диагностирования и конструирования реакторов УЗК, однако окончательного решения вопроса об устранении причин возникающих дефектов не последовало.

Рассмотрены вопросы влияния на образование повреждений различных факторов: неравномерности распределения температурного поля на деформирование аппаратов; оценка степени поврежденности материалов; геометрических дефектов на напряженно-деформированное состояние (НДС) конструкций. Это позволило реализовать проектный срок эксплуатации. Многие реакторы работают за пределами этого срока. Однако кардинального решения проблемы не было достигнуто, в результате основной упор при обеспечении безопасности эксплуатации УЗК делается на процедуры диагностики и качественный ремонт.

Соответствие паспорту заявленной специальности

Тема работы и содержание диссертации соответствуют паспорту специальности, а именно пунктам 1 «Разработка научных и методологических основ, технических и технологических требований к проектированию и созданию новых

машин, агрегатов и технологических процессов» и 8 «Разработка и повышение эффективности методов предиктивного анализа, технического обслуживания, диагностики, ремонтопригодности и технологии ремонта машин и агрегатов в целях обеспечения надежной и безопасной эксплуатации».

Цель работы - совершенствование технологии ремонта реакторного оборудования из хромомолибденовых сталей установок замедленного коксования на основе более точного определения действующих изгибающих нагрузок и восприимчивости материала к повреждениям.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1 Выполнить анализ проблемы пониженной работоспособности реакторного оборудования УЗК.

2 Провести исследования на действующем реакторе УЗК по распределению температуры в ходе полного цикла коксования с использованием мобильных термопар и выявить технологические операции, реализующие наибольший перепад температур.

3 Смоделировать НДС реактора в зонах растрескивания сварных соединений, в том числе из разнородных металлов.

4 Исследовать изменения температур в переходной зоне от конической поверхности к цилиндрической для оценки напряжений на стадии охлаждения массива кокса.

5 Разработать рекомендации по совершенствованию восстановительной ремонтной технологии сварки по аустенитному варианту реакторов УЗК из хромо-молибденовых сталей с целью предотвращения повреждений разнородных сварных соединений.

6 При помощи численного моделирования установить предельный перепад температуры между опорной обечайкой и корпусом реактора УЗК, выше которого происходит растрескивание сварного соединения опорной обечайки и корпуса реактора УЗК.

Научная новизна

1 Получены диаграмма и полиномиальные уравнения, которые с высокой достоверностью описывают зависимости максимальных напряжений в цилиндрической оболочке от температурного перепада в осевом направлении и высоты зоны неоднородного температурного поля, возникающих в ходе проведения стадии охлаждения водой реакторов УЗК.

2 В результате численного моделирования установлен предельный перепад температуры между опорной обечайкой и корпусом реактора УЗК с диаметром 5,5 м величиной 135 °С, выше которого происходит образование повреждений; верификация данного результата получена при эксплуатации реакторов УЗК на одном из нефтеперерабатывающих заводов, в ходе реализации технологии был допущен перепад температур в размере 185 °С с растрескиванием сварного соединения опорной обечайки и корпуса реактора УЗК.

Теоретическая ценность работы

Комплекс проведенных исследований позволил установить влияние различных механизмов деформирования сварных соединений реакторов УЗК на стадии охлаждения.

Практическая значимость

Результаты исследования использованы в разработанной ПАО «НК Роснефть» «Технологической инструкции ремонта трещин в основном металле и металле сварных соединений корпусов реакторов установок замедленного коксования аустенитными сварочными материалами». За время ее применения с 2020 г. на предприятиях ПАО «НК Роснефть» (Филиал ПАО АНК «Башнефть» «Баш-нефть-Уфанефтехим», г. Уфа; ООО «РН-Комсомольский НПЗ», г. Комсомольск-на-Амуре) не зафиксировано растрескиваний разнородных сварных соединений в ходе эксплуатации.

Методология и методы исследования

Методология исследования заключалась в изучении характера и обстоятельств возникновения повреждений в виде деформирования корпуса и растрескивания разнородных сварных соединений реакторов УЗК, проведении натурных

исследований с целью определения возникающих изгибающих нагрузок, проведении расчетных исследований НДС с обоснованием возникновения повреждений. Применялись современные и апробированные методы сопротивления материалов, программирования и вычислительной математики, в частности программный комплекс конечно-элементного анализа НДС материалов (ANSYS).

Положения, выносимые на защиту:

1 Результаты исследования распределения температуры по наружной поверхности корпуса реакторов УЗК.

2 Результаты исследования причин деформирования корпусов и растрескивания сварных соединений из разнородных металлов.

3 Изменения в технологии ремонтной сварки по аустенитному варианту элементов корпуса реакторов УЗК из хромомолибденовых сталей с целью обеспечения работоспособности при эксплуатации.

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность результатов работы обеспечивалась путем применения широко апробированных методик расчета НДС. Результаты диссертационной работы протестированы, проведена верификация результатов расчета НДС аустенит-ных сварных соединений элементов из теплоустойчивых сталей на основе сопоставления с данными поврежденных частей оборудования.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на III Международной научно-технической конференции «Сварка и контроль -2022» (Уфа, 2022); I Международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы и передовые технологии сварки в науке и промышленности» (Могилев, 2022); VIII Международной научно-практической конференции «Машины, агрегаты и процессы. Проектирование, создание и модернизация» (Санкт-Петербург, 2025), V Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные вопросы энергомашиностроения, нефтяной и газовой отрасли» (Ижевск, 2025).

Публикации

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 17 научных

трудах, в том числе 11 статей в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства науки и высшего образования РФ, 1 статья в другом издании, 5 статей в материалах международных и всероссийских конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы, включающего 131 наименование, приложения. Материал диссертации изложен на 286 страницах машинописного текста, содержит 31 таблицу, 87 рисунков.

1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ В ХОДЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕАКТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ УСТАНОВОК ЗАМЕДЛЕННОГО КОКСОВАНИЯ

1.1 Особенности процесса замедленного коксования и обзор методов обеспечения работоспособности реакторного оборудования

Процесс замедленного коксования (ЗК) получил достаточно широкое распространение в нефтеперерабатывающей промышленности как технологический процесс переработки наиболее тяжелых видов продуктов переработки нефти, при этом целевым продуктом производства является нефтяной кокс. Принципиальная схема процесса показана на Рисунке 1.1.

Сущность процесса заключается в следующем: сырье температурой 450510 °С подается в пустотелые необогреваемые камеры, заполняет их примерно на 70 % высоты и претерпевает превращения, в результате которых образуются кокс, газ и жидкие продукты. Процесс называется замедленным коксованием, так как камеры не обогреваются. Установка работает непрерывно по подаче сырья, но периодически по выгрузке кокса. В этот момент сырье подается в рядом стоящую камеру (на установке их несколько). На установках ЗК обычно имеется один или несколько блоков по несколько камер в каждом.

Сырье коксования прокачивается через конвекционную камеру печи, нагревается до 350-400 °С и подается в нижнюю часть ректификационной колонны. Ректификационная колонна разделена полуглухой тарелкой на две части. В нижней части расположены каскадные тарелки. Здесь сырье контактирует с парами продуктов из коксовых камер. Из паров продуктов конденсируются наиболее труднокипящие компоненты. Смесь первичного сырья и конденсата высококипя-щих паров (так называемое вторичное сырье) выводится с низа колонны и прокачивается через радиантную камеру печи. Верхняя часть ректификационной колонны снабжена клапанными тарелками и предназначена для разделения паров и газов коксования. Вторичное сырье, пройдя радиантную камеру печи, с температурой 490-510 °С подается в нижнюю часть коксовой камеры. По мере заполне-

ния сырьем из камеры выделяются пары продуктов термического разложения и поступают в нижнюю часть ректификационной колонны. После окончания заполнения одной коксовой камеры сырье из печи через четырехходовой кран направляется в свободный и уже подготовленный реактор. После охлаждения реактора и завершения цикла коксования производятся гидравлическая резка и выгрузка кок-

Рисунок 1.1 - Принципиальная схема установки замедленного коксования [51]

Исторически процесс ЗК в необогреваемых камерах был разработан за рубежом - в США в 1930-е гг., где такие установки стали активно строиться с этого времени. В СССР процесс ЗК получил развитие с 1956 г., когда была введена в строй первая отечественная установка такого типа на Ново-Уфимском нефтеперерабатывающем заводе [25; 43].

Развитие процесса ЗК происходило под влиянием различных факторов. Основными требованиями к процессу являлись повышение производительности ус-

са [24; 90].

1 - реакционные камеры; 2 - нагревательная печь; 3 - ректификационная колонна; 4 - отпарная колонна

линии: I - сырьё; II - газ; III - бензиновая фракция; IV - вода; V - водяной пар; VI - газойль; VII - кокс

тановок; получение кокса с низким содержанием серы, летучих веществ и с высокой механической прочностью; повышение выработки крупнокусковых (электродных) фракций нефтяного кокса; снижение энергоемкости и др. Были решены проблемы с воспроизведением на отечественной промышленной базе данного технологического процесса, например, вопросы изготовления реакторов, их транспортировки и монтажа, оснащения приборами контроля эксплуатации, оборудованием для механизации выгрузки и транспортировки кокса, повышения качества производимого кокса с организацией технологической операции сортировки по фракциям и прокалки кокса.

Важным явилось обстоятельство, что для данного технологического процесса нагрев сырья для коксования производился вне самого реактора, только в технологической печи. Снижение максимальной рабочей температуры до 450510 °С в основном оборудовании установки - реакторах замедленного коксования (или коксовых камерах) позволило поднять ресурс этого оборудования до величины не менее 2000 циклов в сравнении с 350 циклами для процесса коксования в обогреваемых кубах [51]. Коксовые камеры стали изготавливаться значительных

-5

размеров, диаметром не менее 4,5 м и объемом не менее 400 м . Единичная мощность установок производства нефтяного кокса была увеличена до значений не менее 1000 т перерабатываемого сырья в сутки, или 300 тыс. т в год. Одна установка с 2-3 реакторами была равноценна батарее в 40-60 горизонтальных обогреваемых кубов [51]. Была разработана механизированная система транспортировки кокса на склад и его погрузки в железнодорожные вагоны, достигнута достаточная стабилизация химического и компонентного составов жидких продуктов коксования, что значительно повысило экономическую эффективность технологического процесса. В 1970-е гг. процесс замедленного коксования практически полностью вытеснил процесс коксования в кубах.

Развитие нового технологического процесса ЗК было достигнуто в ходе опытно-промышленной эксплуатации, когда выявленные в ходе эксплуатации технические проблемы решались с привлечением специализированных научных организаций. На этом этапе развитие происходило в основном на основе эмпири-

ческого подхода с накоплением данных по эксплуатации оборудования. Предпринимались попытки повышения устойчивости к повреждениям при помощи внесения изменений в конструкцию оборудования. Схема коксовой камеры приведена на Рисунке 1.2.

1 X у и*«

•>

-1

* >-гмв , ,£6 «-в*

ГТ Г 1 1 1"

\ ■1

к Зг

Рисунок 1.2 - Схема коксовой камеры согласно проектам 1970-х гг. [21]

Технически коксовая камера представляет собой цельносварной пустотелый цилиндрический сосуд со значительным внутренним диаметром не менее 4,5 м, значительной высотой не менее 20 м, с верхним полусферическим и нижним коническим днищем, с горловинами для ввода гидрорежущего устройства вверху и выгрузки кокса внизу. Коническая часть и цилиндрическая часть корпуса изготовлены из частей с различными толщинами стенок. Эксплуатация коксовых камер производится в циклическом режиме с разделением на стадии: прогрев (сначала водяным паром, далее парами от смежной камеры), коксование (заполнения сырьем и его коксование), пропарка водяным паром, охлаждение с заполнением водой («квенчинг»), выгрузка кокса [21].

Технические требования к коксовым камерам определялись как к обычным сосудам, предназначенным для эксплуатации под избыточным внутренним давле-

нием. Для коксовых камер величины избыточного внутреннего давления в ходе эксплуатации не превышают значений 0,4-0,6 МПа в нижней части и 0,2-0,4 МПа в верхней части. В то время конструирование реакторов УЗК проводилось со сравнительно малыми значениями внутреннего диаметра, обычно 4,5 м. Относительно небольшие значения внутреннего давления и внутреннего диаметра приводят к малым расчетным значениям толщины из условий прочности, полученных при использовании стандартных нормативно-технических документов (НТД) по расчетам на прочность оборудования нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслей промышленности [30; 33]. Стремление к экономии металла явилось основанием выполнения корпусов сосудов с различными толщинами стенок для верхней, средней и нижних частей коксовых камер, с постепенным уменьшением толщины стенки с увеличением высоты расположения поясов (обечаек). Для верхней части - не менее 20 мм, для средней и нижней - несколько более. Изготовление сосудов проводилось по обычной технологии сборки цилиндрических сосудов из большого количества поясов (обечаек). В качестве материального исполнения сосудов применялись низкоуглеродистые стали, например сталь 15К или сталь 20К. Впоследствии получило распространение применение низколегированных сталей, например 09Г2С или 16ГС. С целью упрощения операций монтажа и ремонта толщины стенок элементов корпусов коксовых камер ограничивались значением 30 мм, поскольку для больших толщин стенок НТД по проведению сварки сосудов под давлением устанавливалось требование по проведению термической обработки после сварки. Для предотвращения коррозионного износа предусматривалось наличие внутреннего плакирующего слоя, как правило, стали 08Х13 или Х18Н10Т [21]. Названные технические решения по конструированию коксовых камер применялись повсеместно, как за рубежом, так и в отечественной практике.

С наработкой опыта эксплуатации установок ЗК обнаруживалась подверженность реакторов таким видам повреждений, как образование остаточных деформаций (гофрообразование), растрескивание сварных соединений и основного металла, отслоения плакирующего слоя, разрушения сварных швов приварки

опорных обечаек к корпусу с аварийным наклоном коксовых камер и др. Данные о пониженной работоспособности коксовых камер были накоплены к 1980-м гг. [21; 54-56; 69; 83; 115; 119; 121; 126]. Практически все отечественные реакторы УЗК имели повреждения такого вида, которые возникали уже после 5 лет эксплуатации [21]. Из 23 реакторов, подвергнутых техническому диагностированию, деформации с образованием гофров были выявлены на 17 аппаратах. Указывалось на характерные особенности образования гофров: «Гофры располагаются на расстоянии 100-150 мм от кольцевых швов аппаратов и параллельно этим швам. При этом кольцевые швы, за исключением первого снизу (шов приварки корпуса к нижнему днищу) деформации не подвергаются» [21]. Также было отмечено, что гофрообразование преимущественно возникает в нижней и средней частях цилиндрического корпуса реакторов УЗК [21; 83].

Образование дефектов создавало значительные трудности в эксплуатации установок ЗК и нефтеперерабатывающих предприятий, поскольку с распространением и ростом производительности установок ЗК последние постепенно становились не просто производствами целевого продукта нефтяного кокса, а частью всего технологического цикла переработки нефти. На долю установок ЗК приходилась большая часть технологического цикла с переработкой концевых, наиболее тяжелых продуктов переработки [59]. Несколько смягчало остроту проблемы то, что для коксовых камер проблема растрескивания сварных соединений и основного металла преимущественно возникала в ходе стадии проведения охлаждения водой (стадия «квенчинг»), в этом случае пропуск охлаждающей воды не вызывал тяжелых последствий в виде загорания и пожара. Тем не менее, аварийные остановки нарушали технологический процесс нефтеперерабатывающего предприятия в целом и вели к существенным экономическим потерям из-за простоя и затрат на ремонт. В результате, дальнейшее расширение применения процесса ЗК сдерживалось требованием дальнейшего повышения надежности и ресурса оборудования и, прежде всего, основного оборудования установок-реакторов.

В 1970-80-е гг. были предприняты многочисленные попытки обеспечить снижение аварийности реакторов УЗК за счет снижения рабочей температуры

стенок элементов корпусов. Делались попытки добиться такого снижения за счет установки внутренних теплозащитных экранов различных конструкций. Пример конструкции теплозащитного экрана показан на Рисунке 1.3. В данном случае показана установка экрана на деформированной части корпуса, также предлагалась установка аналогичного экрана на недеформированной части корпуса с целью предотвращения повреждений [42; 69; 95].

1, 2 - верхнее и нижнее опорные кольца соответственно;

3, 4 - кольцевые сварные швы корпуса; 5 - трубы экрана;

6 - опорные площадки; 7 - кокс; 8 - стенка корпуса

Рисунок 1.3 - Схема конструкции внутреннего теплозащитного экрана

для усиления деформированного участка корпуса сосуда давления [69]

Основным элементом конструкции теплозащитного экрана являются трубы, устанавливаемые на расстоянии Ь = 2й, (й - внутренний диаметр труб по всей внутренней поверхности корпуса). Крепятся трубы экрана в опорных кольцах, установленных на опорных площадках, приваренных к корпусу. Верхнее опорное кольцо имеет сквозные отверстия, через которые проходят трубы экрана. Нижнее опорное кольцо имеет глухие отверстия, в которые вставлены трубы экрана. После установки труб экрана выполняется их приварка к нижнему опорному кольцу с целью фиксации.

На первом цикле коксования после установки теплозащитного экрана внутри реактора продуктом заполняется пространство внутри труб экрана, между трубами экрана и между стенками корпуса и трубами экрана, далее продукт коксуется. При гидровырезке кокс из труб экрана, пространства между трубами

экрана и стенкой корпуса, пространства между трубами экрана не удаляется и сохраняется в последующих циклах коксования, обеспечивая тепловую защиту стенки корпуса в зоне установки экрана. Эксперименты показали, что теплозащитный экран снижает температуру стенки на 80-100 оС [69]. Такие попытки могут быть оценены как попытки решения технической проблемы обеспечения надежности на основе эмпирического подхода, со стремлением изменения конструкции реактора без понимания особенностей его эксплуатации. Разработка конструкций внутренних теплозащитных экранов потерпела неудачу в силу неучета различных факторов, например наличия значительной неравномерности распределения температуры по наружной поверхности корпусов, что приводило к значительным местным и общим деформациям корпусов. Это вызывало быстрые разрушения установленных внутренних теплозащитных экранов, срок службы которых не превышал 1 года [21]. В результате, от установки внутренних теплозащитных экранов полностью отказались.

Делаются попытки предотвратить рост деформаций с помощью установки с наружной стороны корпуса укрепляющих бандажей. Схема установки укрепляющего бандажа с жестким креплением к корпусу на деформированную часть реактора показана на Рисунке 1.4.

X

н

т

Рисунок 1.4 - Схема постановки бандажа на деформированную

часть реактора [83]

Укрепляющий бандаж представляет собой металлическую пластину шириной 160-180 мм и толщиной до 10-12 мм, которая приваривается прерывистыми швами к корпусу в местах с наибольшей деформацией. Предполагается, что усиление жесткости оболочки за счет установки усиливающего элемента (бандажей) позволит предотвратить дальнейшее развитие деформации [83].

Подобные технические решения были предложены также за рубежом в виде усиления оболочки корпуса с наружной и внутренней сторон наплавкой. Процесс наплавки с внутренней стороны проводится высоколегированными электродными материалами, например 1псопе1 625. Сроки эксплуатации реакторов УЗК, отремонтированных с применением данной технологии, достигли 10-15 лет, при этом результаты применения оцениваются как «неоднозначные» [109; 114].

Применение таких технических решений, как установка укрепляющих бандажей, также может быть оценено как попытка решения технической проблемы на основе эмпирического подхода, со стремлением изменения конструкции реактора без достаточного ясного понимания причин возникновения повреждений корпусов коксовых камер. Расчетного обоснования применения на основе расчета НДС материала с проверкой условий прочности не проводилось вследствие того, что отсутствовала специализированная методика расчета на прочность корпусов реакторов УЗК. Авторами предложенных технических решений указывалось, что применение укрепляющих бандажей «не устраняет причину деформирования реакторов, а лишь является способом борьбы с ее следствием - ростом деформации (гофра) и поэтому не может быть признана оптимальным решением проблемы» [83]. Достаточно широкое практическое применение нашла конструкция укрепляющего бандажа с жестким креплением к корпусу реактора [21]. За рубежом широкое применение, как утверждается, находит проведение наплавки с внутренней стороны [117]. Применение таких технических решений показывало только частичную эффективность и не предотвращало дальнейшего развития деформаций.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бадьин Юрий Аркадьевич, 2026 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением» (Приказ Ростехнадзора от 25 марта 2014 г. № 116)

2 ПБ 03-584-03 Правила проектирования, изготовления и приемки сосудов и аппаратов стальных сварных (утверждены постановлением Госгортехнадзора России от 10.06.2003 года № 81)

3 ГОСТ 34347-2017 Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия

4 ОТУ 3-01 Сосуды и аппараты. Общие технические условия на ремонт корпусов (разработано ВНИКТИнефтехимоборудование 02.09.1983 года, утверждено Министерством энергетики Российской Федерации, Департаментом нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности 17.08.2001, согласовано Гос-гортехнадзором РФ письмом № 11-11/396 от 14.10.2002 года)

5 СТО 00220256-002-2006 Сварочные работы при ремонте и реконструкции сосудов и аппаратов. Типовые технические условия, утверждено и введено в действие АО «НИИхиммаш» от 05.01.2006 года), согласовано письмом Ростехнадзора № 09-03/436 от 26.02.2006 года

6 СТО 00220368-011-2007 Сварка разнородных соединений сосудов, аппаратов и трубопроводов из углеродистых, низколегированных, теплоустойчивых, высоколегированных сталей и сплавов на железоникелевой и никелевой основах (разработан и утвержден приказом ОАО «ВНИИПТхимнефтеаппаратуры» № 25А от 20.02.2009 г.)

7 Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств» (Приказ Ростехнад-зора от 11 марта 2013 г. № 96)

8 Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасного ведения газоопасных, огневых и ремонтных работ» (Приказ Ростехнадзора от 20.11.2017 г. № 485)

9 РД 09-250-98 Положение о порядке безопасного проведения ремонтных работ на химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих опасных производственных объектах (Утвержден постановлением Госгортехнадзора России от 10.12.1998 года № 74, Изменение № 1, принято и введено в действие Постановлением Госгортехнадзора России от 21.11.2002 № 66 (РДИ 09-501(250)-02)

10 РД 03-615-03 Порядок применения сварочных технологий при изготовлении, монтаже, ремонте и реконструкции технических устройств для опасных производственных объектов (Утвержден Постановлением ГГТН России от 19.06.03 № 103, зарегистрирован Минюстом России 20.06.06, регистрационный № 4911)

11 ПБ 03-273-99 Правила аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства (Утверждены постановлением Госгортехнадзора России от 30.10.98 № 63, зарегистрированы Минюстом России 04.03.99, рег. № 1721

12 ПБ 03-440-02 Правила аттестации персонала в области неразрушающего контроля (Утверждены постановлением Госгортехнадзора РФ от 23.01.2002 №3, зарегистрировано приказом Минюста РФ № 3378 от 17.04.2002 года)

13 Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей (Утверждены приказом Минэнерго от 13 января 2003 года № 6 с изменением, утвержденным приказом Минэнерго от 13.09.2018 № 757

14 ПБ 03-372-00. Правила аттестации и основные требования к лабораториям неразрушающего контроля (Утверждены постановлением ГГТН РФ № 29 от 02.06.00, зарегистрированы Минюстом России 25.07.00, рег. № 2324

15 РД 03-614-03 Порядок применения сварочного оборудования при изготовлении, монтаже, ремонте и реконструкции технических устройств для опасных производственных объектов (утвержден постановлением ГГТН России от 19.06.03 № 102).

16 ПУЭ 7. Правила устройства электроустановок. Издание 7, (Утверждены приказом Министерством энергетики Российской Федерации от 08.07.2002 г. № 204).

17 Правила по охране труда при выполнении электросварочных и газосварочных работ (Утверждены приказом Минтруда и социальной Защиты РФ от 23.12.2014 № 1101н).

18 Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок (с изменениями на 15 ноября 2018 года) (Утверждены приказом Минтруда и социальной Защиты РФ от 24.07.2013 года № 328н).

19 Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Основные требования к проведению неразрушающего контроля технических устройств, зданий и сооружений на опасных производственных объектах» (Приказ Ростехнадзора от 21 ноября 2016 года № 490).

20 РД 03-606-03 Инструкция по визуальному и измерительному контролю (утверждено Постановлением Госгортехнадзора России от11.06.2003 года № 92).

21 РД 153-34.1-17.412-2002 Методические указания по применению электропотенциального метода измерений глубины трещин в металле энергооборудования ТЭС (Утвержден Департаментом научно-технической политики и развития РАО "ЕЭС России" 2002 г.).

22 РД-13-03-2006 Методические рекомендации о порядке проведения вих-ретокового контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах (Утвержден приказом Ростехнадзора от 13 декабря 2006 г. № 1072).

23 СТО 00220302/67-001/1-2012. Вихретоковый метод неразрушающего контроля элементов сосудов и аппаратов, АО «Вниинефтемаш».

24 ГОСТ 18442-80 Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования.

25 СТО 00151526-004-2019 Капиллярный контроль деталей технологического оборудования, сварных соединений и наплавок (разработано АО «ВНИК-

ТИнефтехимоборудование», утверждено и введено в действие приказом АО «ВНИКТИнефтехимоборудование» № 100 от 20.05.2019 года).

26 ГОСТ Р 56512-2015 Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод. Типовые технологические процессы.

27 РД 13-05-2006 Методические рекомендации о порядке проведения маг-нитопорошкового контроля технических устройств и сооружений применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах (Утвержден приказом Ростехнадзора от 13.12.06 № 1072).

28 РДИ 38.18.017-94 Инструкция по магнитопорошковому контролю оборудования и сварных соединений, (Разработан ВНИКТИнефтехимоборудование, утвержден департаментом нефтепереработки Минтопэнерго РФ, согласован письмом Госгортехнадзора РФ № 02-35/313 от 02.06.1997 г.).

29 ГОСТ Р 55724-2013 Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые.

30 СТО 00220256-005-2005 Швы стыковых, угловых и тавровых сварных соединений сосудов и аппаратов, работающих под давлением. Методика ультразвукового контроля (Разработан и утвержден ОАО «НИИхиммаш», ОАО «Ир-кутскНИИхиммаш» 12.12.2005 года, согласован письмом Ростехнадзора № 0903/842 от 11.04.2006 года).

31 ГОСТ 7512-82 Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод.

32 ГОСТ 23055-78 Контроль неразрушающий. Сварка металлов плавлением. Классификация сварных соединений по результатам радиографического контроля.

33 СТО 00151526-005-2019 Радиографический контроль сварных соединений сосудов, аппаратов и трубопроводов (разработано АО «ВНИКТИнефтехи-моборудование», утверждено и введено в действие приказом АО «ВНИКТИнефтехимоборудование» № 173 от 30.08.2019 года).

34 ISO 10863:2011 Non-destructive testing of welds - Ultrasonic testing - Use of time-offlight diffraction technique (TOFD).

35 ГОСТ 10885-85 Сталь листовая горячекатаная двухслойная коррозионно-стойкая. Технические условия.

36 ГОСТ 10052-75 Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами. Типы.

37 РД 03-613-03 Порядок применения сварочных материалов при изготовлении, монтаже, ремонте и реконструкции технических устройств для опасных производственных объектов (Утверждено постановлением Госгортехнадзора России от 19.06.03 № 101, зарегистрировано Минюстом России 20.06.03, рег. № 4810).

38 ГОСТ 9466-75 Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки сталей и наплавки. Классификация и общие технические условия.

39 СТО 00151526-003-2019 Определение химического состава основных, сварочных материалов и готовой продукции. Стилоскопирование (разработано АО «ВНИКТИнефтехимоборудование», утверждено и введено в действие приказом АО «ВНИКТИнефтехимоборудование» № 100 от 20.05.2019 года).

40 ОСТ 26.260.480-2003 Сосуды и аппараты из двухслойных сталей. Сварка и наплавка (Разработан ОАО «ВНИИПТхимнефтеаппаратуры», ОАО «ВНИИнефтемаш», Согласован письмом Госгортехнадзора России № 12-п06/583 от 26.06.03)

41 РД 26-11-01-85 Инструкция по контролю сварных соединений, недоступных для проведения радиографического и ультразвукового контроля (Разработан ОАО НИИхиммаш, ОАО ВНИИПТхимнефтеаппаратуры).

42 ОСТ 26.260.14-2001 Сосуды и аппараты, работающие под давлением. Способы контроля герметичности (Разработан ОАО ВНИИПТхимнефтеаппара-туры, утвержден и введен в действие Техническим комитетом № 260 "Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее" листом утверждения от 17.04.2001, согласован Госгортехнадзором России в составе РД 26.260.010-2002 письмом № БК-03-35/198 от 16.07.2002.