Дайджест докладов - valve-industry.ru · контроль сварки по astm...

21

И н

ф о

6 (75) 2011 мир арматуры

Дайджест докладов

От редакции: Уважаемые читатели! Предлагаем вам ознакомиться с кратким содержанием докладов, прозвучавших на конференции «Valve World 2010» в Дюссельдорфе, Германия. Конференция была организо-вана KCI Publishing B.V., Jacob Damsingel 17, NL 8201 AN Zutphen, The Netherlands. Если вас заинтересует какой-либо доклад, его презентацию вы сможете найти на сайте: http://www.valve-world.net/.

Продолжение. Начало в №6, 2009 г.

РV10_081. Качество отливок для арматурыJ. Baas, металловед, CB&I, Нидерланды, e-mail: [email protected]

ВведениеБольшая часть отливок сегодня производится в

Азии. Раньше сборочные арматурные производства и литейные цеха находились на единой промплощадке одной компании, или же располагались неподалеку друг от друга, что позволяло литейщикам тесно со-трудничать с разработчиками и производителями ар-матуры – это касалось как технических вопросов, так и контроля качества. Теперь помехой такому сотрудни-честву стали огромные расстояния и возросшее число участников процесса. Контроль качества отливок от-дан на откуп местным компаниям, которые зачастую не имеют представления об особенностях производ-ства арматуры.

Иногда производители арматуры идут даже на по-слабления в технических требованиях к литью и ли-тейным цехам, отказываются от проведения предвари-тельных аудитов.

В итоге – увеличение количества негерметичной арматуры на технологических линиях обрабатываю-щих и нефтеперерабатывающих заводов, выявленной уже на стадии ввода в эксплуатацию. В лучшем случае такая арматура подлежит ремонту, гораздо хуже, когда в целях обеспечения безопасности приходится оста-навливать работу предприятия – по стоимости этот ва-риант развития событий сравним с заменой арматуры на новую.

Очевидно, назрела насущная потребность в повы-шении качества процесса изготовления отливок. Для этого необходимо пересмотреть и обновить действую-щие нормы международных стандартов в области не-разрушающего контроля отливок, в которых предъ-являются требования к качеству литья. Кроме того, следует учесть, что заказы на арматуру все чаще связа-ны с субподрядом через торговые фирмы, что услож-няет отслеживание цепочки поставки и контроль каче-ства литья.

Требования к арматуре В данном докладе речь идет о задвижках, запор-

ных и обратных клапанах размером от 2 до 24 дюймов, рассчитанных на классы давления 150 и 300 фунтов. Именно такая арматура в несметном количестве при-меняется во всех производственных процессах об-рабатывающих и нефтеперерабатывающих произ-водств. Как правило, заказываемая арматура должна соответствовать API 598, 600 и 602, а в части размеров, испытаний и конструкции – ASME B 16.34. В боль-шинстве случаев материал корпуса – это углеродистая сталь ASTM A216 WCB или низколегированная сталь ASTM A216 WC6.

Процесс закупки арматуры подразумевает орга-низацию сбытовой цепочки, в составе которой пред-полагается комплектующая организация, полностью обеспечивающая контроль качества поставляемых из-делий в части наличия необходимых сертификатов и испытаний.

Арматура – изделие сложное, состоящее из многих частей, в числе которых немало литых деталей: корпус, крышка, клин и пр. Детали поставляются на арматур-ное предприятие, осуществляющее сборку, вместе с другими комплектующими.

Минимальный объем контроля арматуры обычно таков:

гидростатические испытания корпусных деталей на герметичность;

проверка герметичности в затворе воздухом; визуальный и измерительный контроль; маркировка; проверка сертификатов; контроль покрытий и упаковки.

Отливки подвергаются следующему контролю: химический анализ; механические испытания на растяжение; контроль сварки по ASTM A488 или ASME IX;

For our foreign readers

The reports made during Valve World Conference, 2010 in , Germany. The Conference was organized by KCI Publishing B.V., Jacob Damsingel 17, NL 8201 AN Zutphen, The Netherlands. Http://www.valve-world.net/

22

6 (75) 2011мир арматуры

Рис. 2. Трещины в горловине фланца корпуса клапана

контроль твердости, если предъявляются требо-вания по NACE MR-01-75 (для условий с повышен-ным содержанием сероводорода);

визуальный контроль по MSS SP55.Позаботиться о других видах испытаний и контро-

ля должен покупатель.Арматура делится на две

основные категории – арматура фланцевая, классифицируемая как «стандартная», и армату-ра с концами под приварку, т.е. «специальная»1. В ASME B16.34 есть требования к контролю от-ливок только для специальной арматуры, т.е. с концами под приварку, для которой необхо-дим радиографический контроль по приложению В (или по до-говоренности – ультразвуковой контроль) и контроль поверх-ности, включающий визуаль-ный контроль по MSS SP55, а также магнитопорошковая де-фектоскопия или капиллярный контроль по приложениям C или D соответственно стандарта ASME B16.34.

Фланцевая же арматура со-гласно данному стандарту мо-жет поставляться без радиогра-фического, капиллярного или магнитопорошкового контро-ля. Предъявляются требования только к визуальному контролю по MSS SP55.

В API 598, 600 и 602 установ-лены различные уровни качества при проведении испытаний дав-лением. Тем не менее, сложилась практика, когда производитель арматуры (не имеющий литей-ного цеха – собственного или поблизости) составляет свою спецификацию на изготовление отливок, в которой, как прави-ло, первым делом предъявля-ет требования к неразрушаю-щему контролю, указанному в ASME B 16.34, как для арматуры под приварку, так и для флан-цевой арматуры. Это в какой-то мере способно служить гаранти-ей качества. Если того требуют обстоятельства, можно выбрать и более жесткие стандарты. Например, в от-ношении тех литейных предприятий, к которым ранее уже были претензии.

1 Для России такая классификация не характерна (прим. ред.).

Вопросы качества арматурыУ нас имеются документальные свидетельства серьез-

ных проблем с качеством фланцевой арматуры (по API/ASME B16.34). В данном случае пришлось на несколько месяцев отложить запуск производства из-за брака двух единиц арматуры некоего производителя. Утечка наблю-

далась через точечные раковины в литых корпусах арматуры (рис. 1), причем если поначалу среда лишь просачивалась через них, то затем буквально била струей. Для того чтобы определить, носит ли ха-рактер выявленного дефекта ли-тья системный характер, наряду с двумя бракованными клапанами были дополнительно обследова-ны десять единиц арматуры того же производителя различных ти-пов, размеров и классов давления.

Программа обследования включала в себя следующее:

1. Контроль герметичности гелием (за исключением двух клапанов, утечки из которых уже были выявлены);

2. Радиографический конт-роль;

3. Капиллярная дефектоско-пия;

4. Ультразвуковой контроль двух протекающих клапанов и другой арматуры;

5. Механические испытания: на растяжение, ударную проч-ность и твердость трех произ-вольно выбранных клапанов;

6. Металлографический ана-лиз выявленных дефектов;

7. Анализ макроструктуры материала арматуры, имеющей неприемлемые дефекты, обна-руженные методом неразруша-ющей дефектоскопии.

Результаты обследования были весьма драматическими (см. таблицу 1). Испытание на герметичность гелием вся арма-тура выдержала, но радиографи-ческих исследований на соот-ветствие требованиям ASME B 16.34 приложения B не прошла. Были обнаружены несколько

видов дефектов, включая:1. Глубокие трещины в горловине фланца корпуса

арматуры (рис. 2).2. Широкие усадочные раковины, распространяю-

щиеся по окружности корпуса (рис. 3a-в).

Рис. 1. Места точечных утечек на двух корпусах арматуры

23

И н

ф о


3. Включения песка в корпу-сах арматуры. Размер одного из включений составил 100 мм, оно составляло более 70% толщины стенки (рис. 4).

В то время как дефекты по-верхности были обнаружены в ре-зультате проведения капиллярной дефектоскопии, основные объ-емные дефекты были выявлены радиографией. Послойный анализ шести клапанов доказал факт на-личия в них значительных дефек-тов, которые не были выявлены при проведении стандартного контроля, предусмотренного тре-бованиями API/ASME для фланцевой арматуры. Де-фекты и трещины, обнаруженные в проверяемой ар-матуре, были достаточно серьезными, чтобы полагать неприемлемой работу данной арматуры под давлени-ем и термическим напряжением при запуске и работе

предприятия. Такая арматура дала бы утечку, подобно двум первым клапанам, уже спустя пару недель после ввода в эксплуатацию.

После испытания произволь-но выбранных двенадцати единиц арматуры дополнительно прово-дился радиографический контроль еще двенадцати единиц того же поставщика. И вновь результаты были неутешительны, так что во избежание дальнейших проблем было принято решение заменить все 1500 штук арматуры данного поставщика.

Извлеченные уроки и конструктивные предложения Исходя из полученного опыта предлагается включить

в требования к испытаниям арматуры радиографический контроль стандартной арматуры в следующем объеме:

Таблица 1. Обозначения: A (Acceptable) = приемлемо, R (Rejected) = забраковано

ТипРазмер

(дюймы)Футы

Испытание на герметичность

Радиографиче-ский анализ

Капиллярная дефектоскопия

Послойный анализ

Ультразвуко-вой анализ

Механические испытания

Задвижка 6 600 R R X X

Задвижка 8 600 A R R X

Задвижка 8 600 A R R

Задвижка 6 600 R X X X

Задвижка 4 600 R X X X

Клапан запорный

4 600 A R



Задвижка 2 600 A R A X

Задвижка 2 1500 A R X

Задвижка 6 150 A R X


2 1500 A R A X



8 300 A R R

в. усадочная раковина протянулась по всей окружности корпуса

Рис. 3 a-в

а. усадочные раковины дендритной природы б. усадочная раковина

Рис. 4. Включение песка

24


Для каждого типоразмера отливок и для каждо-го материала каждый производитель литья должен проводить 100% радиографический контроль по ASME B 16.34, приложение B, обеспечив открытый доступ к данным этого контроля.

Для подтверждения качества технологии литья через некоторое время проводить радиографиче-ский контроль для каждых 100-200 отливок каждого типоразмера и материала по ASME B 16.34, прило-жение B.

Необходимо заметить, что ультразвуковая дефек-тоскопия по ASTM A609 не дает точных данных о не-планарных дефектах. Безусловно, она может приме-няться для обнаружения трещин в области фланцев, но никоим образом не заменит радиографический анализ.

Как альтернатива может также применяться ком-пьютерное моделирование процесса литья с целью анализа технологичности форм отливок, включая рас-положение и размеры изложниц и прибылей.

Предложенный выше подход вызвал бурные дис-куссии среди поставщиков арматуры. На стадии за-проса покупателям котировок и условий поставки зачатую бывает еще не известно, где будет осущест-вляться литье, так что этот подход влечет за собой не только дополнительные расходы на радиографию, но и увеличение сроков поставки.

Дополнительные требования к контролю качества должны быть включены в ASME B 16.34 – таким обра-зом, они станут обязательными для всех производите-лей арматуры и литейных цехов, что повысит качество литья и отливок.

Металлические сильфоны находят широкое при-менение в качестве уплотнения штока высококаче-ственной арматуры. При этом они подвергаются воз-действию давления, температуры и механических нагрузок при периодическом перемещение штока.

В докладе подробно описывается взаимосвязь усло-вий эксплуатации, конструкции, срока службы и на-дежности металлических сильфонов.

Начинается доклад с описания конструкции силь-фонов и взаимосвязи конструкции и внешних нагру-зок. Далее приводятся возможные признаки и виды отказов, и в заключение речь идет о долговечности и надежности сильфонов.

Описание конструкции Сильфоны – это однослойные или многослой-

ные тонкие гофрированные оболочки. Они подвергаются действию напряжений при

изгибах.

Основные напряжение направлены к меридиану сильфона, а также по касательной к окружности.

Максимальные напряжения сосредоточены в изгибах сильфона.

Расчет напряжений возможен полуаналитиче-ским способом.

PV10_013. Металлические сильфоныDr. A. Kampfe, Witzenmann GmbH, Германия

Осевое растяжение Внешнее давление

25

И н

ф о


Обоснование многослойности сильфонов Основные напряжения – изгибные.

Функциональные зависимости ключевых параме-тров от числа слоев np и их толщины ep (аппроксимация первого порядка):

Жесткость сильфонов c ~ np ∙ ep3

Сопротивление давлению p ~ np ∙ ep0,5

Напряжения от деформации ~ ep Срок службы сильфонов

(от 103 до 105 циклов) N ~ ep-4….-6

Оптимизация контура Наиболее существенными параметрами сильфо-

на являются толщина слоя, количество слоев и высота гофра.

Эластичные сильфоны отличаются тонкими слоями, высокими гофрами.

Сильфоны, стойкие к высокому давлению, ха-рактеризуются толстыми слоями, неглубокими гоф-рами.

Рекомендации по применению сильфоновВакуум и низкое давление

Конструкция: однослойные тонкостенные гофры высокие и короткие

Ограничения: удлинение материалов при разломе обслуживание тонких труб

Среднее давлениеКонструкция: многослойные толщина слоя – различная различная форма гофра особые требования: (3A-стандарт)

Оптимизация сильфонов по требованиям заказчиков

Высокое давлениеКонструкция: многослойные толстые слои невысокие гофры небольшой диаметр

варианты: специальный профильОграничения: давление формования жесткость и ход

Условия отказов сильфонов1. Коррозия Материал сильфона не отвечает тре-

бованиям условий эксплуатации. Критическая коррозия: межкристал-

литная, коррозионное растрескивание под напряже-нием, питтинговая.

2. Усталость При каждом цикле нагружения имеет место пла-

стическая деформация. Рост усталостных трещин в направлении от наибо-

лее изогнутой к менее изогнутой поверхности сильфона. Внутренний изгиб – наиболее типичное место

отказа.

Однослойные сильфоны

Двухслойные сильфоны

Четырехслой-ные сильфоны

np ∙ ep 1 x 0,3 мм 2 х 0,2 мм 4 х 0,15 м

Жесткость 100% 60% 50%

Сопротивление давлению 100% 90% 100%Длина при постоянном ходе

100% 67% 50%

Стоимость производства 100% 125% 250%

Изгиб двухслойной заготовки сильфонаИзгиб однослойной заготовки сильфона

Увеличение…

толщины слоя, ep

числа слоев, np

высоты гофра, h

диаметрасильфона, di

длины гофра, lc

радиуса впадины, ri/o

Меридиональные напряжения от деформацииМеридиональные напряжения от давления

Среднее тангенциальное напряжение из-за давления

Жесткость

Длина сильфонов

26


Разрушенные усталостным напряжением кромки по причине вибрации или большого числа циклов.

Многослойные сильфоны остаются герметич-ными до тех пор, пока не разрушаться все слои, или не будет сброшено давление.

3. Избыточное внешнее давление Пластическая деформация или продольный из-

гиб в плоскости гофра, которые впоследствии могут вызвать разрушение сильфона.

Тип отказа зависит от соотношения меридио-нальных и тангенциальных напряжений.

a) Преобладание меридиональных напряжений Имеет место в упругих сильфонах, применяемых

на низком и среднем давлении. Тип отказа: деформация профиля Зачастую деформация профиля влечет за собой

появление усталостных трещин.b) Равносильные меридиональные напряжения и

напряжения, относящиеся к окружности Искривление гофр. Характерно для сильфонов на высокое давление. Такому отказу способствуют также высокая тем-

пература и большой ход. В случае применения небольших штоков может

последовать разрыв сильфона.4. Сочетание нагрузок Сочетание усталости слоев, работающих под

давлением, и последующее избыточное нагружение давлением оставшихся слоев.

5. Кручение Сочетание усталости и предварительного напря-

жения в результате некорректной сборки. Тип отказа: наклонные трещины.

6. Внутреннее избыточное давление Выпучивание. Как правило, критическое давление потери

устойчивости (выпучивания) ниже давления, действу-ющего на форму сильфона. Сильфоны должны разра-батываться с учетом действия внешнего давления.

Расчет надежности и долговечности сильфонов для штоков арматурыРасчет напряжений ведется по методу Андерсена

(применяемые стандарты: EN 14917, AD2000 - B 13, EJMA, ASME III).

Прочность материалов проверяется эксперимен-тальным путем (применяемые стандарты: EN 14917, ASME III NB 3288.2, II-1430).

Далее в докладе предложена физическая модель и приведены формулы для расчетов нагрузок сильфонов, описаны принципы подбора параметров этих формул, в том числе исходя из практики, принятой в компании Witzenmann. Приводится схема экспериментальной установки для исследований надежности сильфонов и многочисленные графики, содержащие эксперимен-тальные кривые вероятности отказа в зависимости от наработки (от количества циклов). Сделаны выводы относительно предпочтительной конструкции силь-фонов в ракурсе их безопасности и срока службы.

Перевод Т. Скляровой, ЗАО «Завод «Знамя Труда»

• новости • события • факты • новости • события • факты • новости • события • факты • новости • события • факты •

ОАО «Армалит-1» изготовило партию су-довой трубопроводной арматуры для подво-дных лодок проекта 877 и его модификации 877ЭКМ, стоящих на ремонте в ОАО «Центр Судоремонта «Звездочка». Общая стоимость контракта составила около 75 млн рублей.

Отгрузка идёт с опережением договорных сроков на два месяца. Стандартный цикл про-изводства судовой трубопроводной арматуры составляет от 5 до 12 месяцев, этот заказ вы-полнен за 3. Заказ включает в себя производ-ство различных клапанов, кингстонов, а также фильтрующих патронов. Арматура, произве-денная на Армалите, будет установлена прак-тически во всех системах подводных лодок.

Следует отметить, что ПЛ проекта 877ЭКМ (экс-портный коммерческий модернизированный) строи-лись для таких стран, как Индия и Алжир, что отраз-илось на специфике изготавливаемого оборудования.

В частности, основной акцент при изготовлении ар-матуры был сделан на обеспечение стабильной экс-плуатации систем лодки в условиях тропического климата.

ОАО «Армалит-1» сокращает сроки производства арматуры

Дайджест докладов - valve-industry.ru · контроль сварки по astm...

Documents