Коррозионно-усталостное разрушение труб водотрубных котлов.

Отделу химической промышленности HSE известно о трех относительно недавних неисправностях, связанных с водотрубными котлами. Каждая из этих проблем, по-видимому, была вызвана коррозионной усталостью труб с внешней водяной стенкой. В этом предупреждении, предназначенном, в частности, для сектора химической промышленности, описываются инциденты и излагаются действия, которые должны быть предприняты ответственными лицами.

Примечание. Коррозионная усталость вызвана сочетанием коррозионного механизма и усталости, вызванной механическими или термическими напряжениями.

Все три котла работали на газе, имели конструкцию D-образной трубы (показаны напротив), имели возраст около 30 лет и рабочее давление 80 бар (изб.). За это время они видели как непрерывное, так и прерывистое обслуживание.

Два из трех инцидентов привели к поломке типа «оконного стекла», когда кусок материала был выброшен из стеновой трубы котла. Они показаны на фотографиях ниже. Подобный отказ может представлять собой очень серьезный риск получения травмы либо из-за самого купона, либо из-за выброса пара под высоким давлением. В третьем инциденте продольная трещина в трубе привела к выбросу пара внутри котла с достаточной энергией, чтобы снести люк.

В каждом случае поврежденные трубы располагались на крайних концах котлов, рядом с основной конструкцией. Два разрушения произошли на изгибах, полученных холодной формовкой (один на верхнем изгибе и один на нижнем). Третья поломка произошла на прямом участке трубы.

Детальный осмотр с использованием видеобороскопов, углового зонда UT и разрушающих испытаний показал, что коррозионное усталостное растрескивание (хотя и уменьшающееся по величине) было очевидно примерно до 12 трубок от концов.

Расследования инцидентов показывают, что части труб, подвергающиеся более высокой нагрузке (например, изгибы или другие участки рядом с стойками или опорами), могут быть наиболее уязвимыми. На концевые трубы рамы котла могут возникнуть дополнительные термические нагрузки.

Считается, что предвестником коррозионного воздействия является неудовлетворительный контроль водной стороны во время простоев котла, а не плохая очистка воды в процессе эксплуатации (ссылка 1). Коррозия проникает в естественно образующийся слой магнетита, образуя ямки. Морфология дефектов предполагает, что усталостное растрескивание возникает из-за коррозионных ямок, которые затем соединяются, образуя трещины.

Расследования показали, что, хотя каждый из котлов имел обширную историю проверок (периодичность которых составляла 4 и 3 года соответственно), эти проверки были сосредоточены преимущественно на паровых и грязевых барабанах. На самих трубах проводились лишь очень ограниченные проверки, и они были сосредоточены преимущественно на утончении стенок, вызванном коррозией под изоляцией. Хотя в схемах испытаний упоминалось некоторое обнаружение трещин, при этом не учитывалась усталость или коррозионная усталость в отношении труб с водяными стенками.

Также представляется вероятным, что ряд отказов трубок в годы, предшествовавшие этим инцидентам, могли быть вызваны коррозионной усталостью, но были ошибочно отнесены к отказу из-за перегрева.

Хотя сомнительно, что состояние креплений дверцы люка, связанное с третьим отказом, способствовало серьезности этого инцидента, была признана важность надлежащего установления состояния и пригодности этих и других креплений для использования по назначению во время проверок простоя.

На момент написания статьи представляется, что видеоскопический осмотр внутренних частей трубки плюс УЗК с угловым датчиком снаружи являются единственными подходящими методами. В настоящее время проводятся исследования, чтобы выяснить, можно ли использовать другие методы, такие как методы вращающихся вихревых токов (аналогично IRIS).

Расследования HSE также показали, что те, кто участвовал в проведении технических проверок и оценок добросовестности на основе рисков, а также сами инспекторы, хотя и имели опыт и навыки работы на обычных химических технологических установках, не были специалистами по котлам или пламенным нагревателям.