Причины и способы устранения неисправностей пластичных компонентов золотника

Когда химическая или нефтеперерабатывающая компания выполняет долгий и трудный процесс определения и контроля строительства перерабатывающего или нефтеперерабатывающего завода, этот процесс немного похож на сбор мозаики из миллиона частей. Каждая длина трубы, каждый клапан, каждый фланец и каждая катушка выполняет определенную работу – часто при сложных температурах и давлениях – чтобы каждая другая часть могла выполнять свою работу, а установка могла работать по назначению.

Иногда что-то идет не так. Независимо от того, является ли сбой незначительным, серьезным или катастрофическим, проводится расследование для определения причины. Правильный ли элемент был установлен? Правильно ли он был установлен? Если да, то следующим шагом будет оценка предмета. Почему это не удалось?

Это не просто замена детали. Катастрофический сбой может привести к травмам или даже гибели людей. Даже в случае, когда травм не произошло, следующим соображением является время простоя. Независимо от размера завода или производственной мощности, система, которую отключают из-за сбоя, не производит ни копейки, пока она снова не заработает.

Некоторым пользователям углеродистых сталей в нефтегазовой промышленности Северной Америки приходилось сталкиваться с такими неудачами. Некоторые компоненты катушек, одобренные для использования при температурах до -20 градусов F (-29 градусов C), вышли из строя из-за хрупкого разрушения. Зачастую отказы возникали при гидростатических испытаниях, холодных пусках, а иногда и при нарушении режима эксплуатации. Независимо от того, когда, последующий вопрос всегда один и тот же: Почему?

Вопрос заключается в соотношении пластичности и хрупкости. Расположенная в едином континууме, пластичность означает способность материала деформироваться под действием растягивающего напряжения (его способность растягиваться без разрушения), тогда как хрупкость — это его неспособность к этому. По мере увеличения пластичности материала вероятность его сопротивления хрупкому разрушению снижается.

Компоненты, изготовленные из углеродистой стали — любого черного материала, содержащего от 0,29 до 0,54 процента углерода и от 0,60 до 1,65 процента марганца, — рассматриваются в соответствии с ASME VIII Div. I и ASME B31.3 по своей природе пластичны и, следовательно, устойчивы к хрупкому разрушению. К ним относятся фланцы A105N; Бесшовные фитинги марок WPA, WPB и WPC A234; Труба А106Н (все марки); и бесшовная труба А53. Однако некоторые компоненты, рассчитанные на эксплуатацию при температуре до -20 градусов F (-29 градусов C), оказались непригодными для таких применений. Некоторые фланцы, изготовленные из углеродистой стали A105, рассчитанные на давление менее 300 фунтов на квадратный дюйм (PSI), и некоторые трубы из A106 класса B толщиной менее ½ дюйма прошли испытание на ударную вязкость по Шарпи с V-образным надрезом и признан непригодным к эксплуатации при любой минимальной расчетной температуре металла ниже 68 градусов по Фаренгейту.

Исследования отказов, проведенные Бельгийским институтом сварки, показали, что на некоторых фланцах наблюдался большой размер зерен. Дальнейшее исследование выявило значительные микроструктурные различия в пределах одного конкретного фланца, что указывает не только на отсутствие единообразия производства, но и на недостаточную термическую обработку. Кроме того, анализ отказов, проведенный на приварном фланце с шейкой A350LF2, показал, что основной причиной отказа была неправильная практика нормализации. Хуже того, данные протокола испытаний, указанные в сопроводительном сертификате EN 10204: 3.1.B, не соответствовали протестированным характеристикам фланца.

Фактически, хотя химический состав и механические свойства этих компонентов находились в пределах указанного диапазона и, следовательно, считались пластичными, они были подвержены хрупкому разрушению. Известно, что хрупкое разрушение вновь закупленных компонентов трубных узлов приводит к внезапным катастрофическим отказам и представляет собой потенциальную угрозу целостности, надежности и безопасности технологического процесса.

Управление безопасности Альберты, агентство, которое контролирует безопасность оборудования, работающего под давлением в Альберте, Канада, опубликовало рекомендацию в своем информационном бюллетене IB16-018: «Это может вызывать беспокойство, поскольку фланцы, изготовленные из материала SA-105, обычно освобождаются от испытаний на удар по ASME. Раздел VIII, раздел 1, параграфы UG-20(f), UCS-66 или ASME B31.3, параграф 323 для температуры -29°C (-20°F) и выше.