Все существующие методы оценки остаточного ресурса исходят из того, что скорость коррозии есть некая постоянная величина, которая существенно не изменится за время эксплуатации в пределах назначенного срока. Между тем опыт эксплуатации нефтеперерабатывающего оборудования показывает, что скорость его коррозионного разрушения не постоянна и, в общем случае, не поддается никакому аналитическому описанию. Неизбежное чередование режимов эксплуатации, остановок и пуска существенно искажает прогнозируемую модель поведения оборудования. Каждый из этих режимов характеризуется собственным механизмом коррозионных процессов, что приводит к изменению скорости коррозионного износа, причем скорость коррозии может меняться на несколько порядков. Недооценка этой особенности может существенным образом отразиться на реальном ресурсе оборудования.

Интенсивной коррозии подвергается оборудование во время остановок на ремонт и в пусковой период (при неизбежных и временных изменениях режимных технологических параметров). Объясняется это тем, что в системе конденсируются слабые растворы HCl, коррозионная агрессивность которых усиливается в результате поглощения Н₂S из паровой фазы, а химико-технологические мероприятия в данный период отсутствуют.

Для оборудования нефтеперерабатывающих производств весьма характерным является наличие в составе технологических отложений на внутренней поверхности различных сульфидов металлов, которые образуются в результате высокотемпературной или низкотемпературной сернистой коррозии. В режиме простоя при свободном доступе кислорода и влаги эти соединения вступают в химические реакции с образованием сероводородной, сернистой, серной и политионовых кислот. Эти химические соединения обладают повышенной коррозионной агрессивностью. Могут вызывать достаточно интенсивную коррозию  углеродистых и низколегированных сталей, причем меняется характер повреждений. Низколегированные стали подвергаются неравномерной коррозии с очаговым характером повреждений, а аустенитные нержавеющие стали под действием политионовых кислот становятся чувствительны к межкристаллитной коррозии. Таким образом, стояночная коррозия приводит к изменению не только количественных показателей коррозии, но и к изменению вида коррозионного разрушения. Иногда даже за время проведения комплекса работ по техническому диагностированию оборудования его реальное состояние может измениться коренным образом.

Обращаем внимание и еще на один факт, что в период остановки установки на ремонт или в стояночном режиме технологического оборудования в связи с разностью электрохимических потенциалов и при наличии остатков влаги и других кислых сред на участке с разнородным сварным соединением аустенит+околошовная зона стали 15Х5М неизбежно будет подвергаться коррозии вплоть до сквозного разрушения.

В статье [1] были рассмотрены некоторые причины снижение работоспособности разнородных сварных соединений из сталей типа 15Х5М, 12Х2М1 с аустенитными швами и поиск технологической возможности и конкретных решений по повышению эксплуатационной надёжности таких соединений.

В данной статье на примере рассмотрим выявленный в процессе технического диагностирования дефектный участок и проведем анализ причин его разрушения.

Оборудование из углеродистой стали подвергается заметной высокотемпературной коррозии в сероводородсодержащих безводных средах при температурах выше 260°С и содержании H₂S выше 0,005%. Для защиты оборудования от высокотемпературной газовой коррозии применяются стали марок 15Х5М, Х9М, 12Х8ВФ, 15Х5. Сварка стыков трубопроводов из стали марок 15Х5М, Х9М, 12Х8ВФ, 15Х5, для обеспечения стойкости против данного вида коррозии, должна производится соответствующими электродами для данной марки стали перлитного класса в соответствии с действующей НТД.

При ремонтных работах допускается сварку кольцевых и угловых стыков технологических трубопроводов, печных змеевиков из вышеуказанных сталей производить электродами аустенитного класса в соответствии с СТО 38.17.003-2009 [2]. Ремонтные работы подразумевают временные надежные промежутки времени эксплуатации сварных соединений хотя бы до ближайшего капитального ремонта установки или на более длительное время, если это обеспечивает принятый технологический вариант сварки для данных конкретных условий эксплуатации.

При этом в процессе эксплуатации сварных соединений с аустенитными швами должна быть исключена возможность конденсации воды в период пуска в работу и остановки трубопроводов.

Для оборудования, работающего в условиях конденсации водной фазы и возможного коррозионного растрескивания, применение аустенитного варианта сварки недопустимо. Также аустенитный вариант сварки сталей не допускается для соединений элементов на следующих линиях оборудования и трубопроводов установок подготовки и первичной переработки нефти: головных погонов эвапоратора, атмосферной и стабилизационной колонн, включающих трубопроводы от верха колонн до конденсаторов-холодильников, от последних до емкостей орошения, от емкостей орошения ректификационных колонн до стабилизационной колонны, а также на трубопроводах линий орошения всех указанных колонн, дренажной воды и газов из емкостей орошения этих колонн, на линиях подщелоченной обессоленной нефти от места ввода щелочи до эвапоратора.

В процессе проведения технического диагностирования, на одном из предприятия отрасли, была выявлена недопустимая врезка перехода Ду80/50 из стали 15Х5М в магистраль трубопровода из стали 12CrMo20.5 заваренная по аустенитному варианту без последующей операции термической обработки электродами аустенитного класса марки ОЗЛ-6 со сквозным дефектом по околошовной зоне перехода Ду80/50. Конструкция врезки представлена на эскизе 1.

Эскиз 1.

На основании проведенного визуально-измерительного контроля данной врезки были выявлены следующие несоответствия:

• тип врезки не предусмотрен действующей НТД в области промышленной безопасности;
• в процессе подготовки стыка к сварке ремонтной подрядной организацией были нарушены требования по подготовке кромок стыка к сварке и сварных швов в соответствии с ГОСТ 16037 [3]. Не произведена вырезка отверстия в магистрали трубопровода Ду300 по внутреннему диаметру перехода Ду80/50, в результате чего образовался выступ на длине более 15мм по всему периметру;
• сварной шов выполнен с нарушением технологии сварки применительно к сварке электродами на высоко никелевой основе;
• угловой сварной шов выполнен с колебаниями электрода на всю ширину шва, что повлекло введение большого количества тепловой энергии в околошовную зону хромомолибденовой стали.

На основе вышесказанного можно сделать вывод, что в нашем случае в одном месте нарушились все требования к надежности сварного соединения повлекшее за собой сквозное разрушение, а именно:

• тип врезки не предусмотрен действующей НТД в области промышленной безопасности;
• в образовавшемся выступе постоянно скапливалась влага после пропарки оборудования;
• перегрев околошовной зоны повлек за собой изменение структуры металла стали 15Х5М (при сварке однородными электродами перлитного класса последующая термическая обработка стыка снимает остаточные напряжения и приводит сварной шов и околошовную зону в исходное состояние);
• разность электрохимических потенциалов на участке с разнородным сварным соединением аустенит+околошовная зона сталей 15Х5М и 12CrMo20.5 в присутствии застойной зоны привело к коррозионным процессам.

Выводы и рекомендации:

При проведении технического диагностирования и экспертизы промышленной безопасности технологического оборудования из хромомолибденовых теплоустойчивых сталей заваренных электродами аустенитного класса без термической обработки сварных соединений, необходимо учитывать вышеизложенные дефекты в разнородных сварных соединениях. Это позволит уже на стадии ознакомления с технической документацией, а также при проведении визуально-измерительного контроля сориентироваться и уточнить методы и объём дополнительного контроля основного металла и сварных соединений.

По результатам оценки технического состояния опор эстакад ряда промышленных предприятий установлено, что большая часть строительных конструкций эстакад находится в ограниченно-работоспособном, либо аварийном состоянии, т.е., не отвечают требованиям промышленной безопасности. Основным повреждением указанных конструкций являются разрушения защитных слоев бетона и значительная коррозия стальной арматуры, см. рис.1 (отдельные опоры имеют выраженные зоны коррозионного разрушения бетона ядра сечения).

Основной причиной ускоренного износа строительных конструкций эстакад являются дефекты защитного слоя [2], заложенные, как на стадии изготовления конструкции, так и вследствие нарушения норм эксплуатации (не обеспечивалось проведение профилактических работ по защите стальных и железобетонных конструкций от воздействия агрессивной воздушной среды промышленного предприятия [1], а также не учитывались  все силовые факторы, воздействующие на конструкции).

Рис.1. Характерное повреждение железобетонных конструкций эстакад

Учитывая, что величина защитного слоя отдельных, аналогично поврежденных опор, соответствовала требованию норм [2]  и проектов, для определения причин коррозионного повреждения конструкций, было произведено испытание бетона опор на водонепроницаемость. По результатам контроля установлено, что марка бетона по водонепроницаемости значительно ниже W2 (согласно [1] бетон железобетонных конструкций зданий и сооружений с агрессивными средами следует принимать марки по водонепроницаемости W4 и выше).

Указанное обстоятельство предопределило увеличенную скорость накопления коррозионного износа конструкций.

Согласно нормативному документу [1], при проектировании бетонных и железобетонных конструкций, предназначенных для эксплуатации в агрессивной среде, их коррозионную стойкость следует обеспечивать применением коррозионно-стойких материалов, добавок, повышающих коррозионную стойкость бетона и его защитную способность для стальной арматуры, снижением проницаемости бетона технологическими приемами, установлением требований к категории трещиностойкости, ширине расчетного раскрытия трещин, толщине защитного слоя бетона. В случае недостаточной эффективности названных выше мер должна быть предусмотрена защита поверхности конструкции:

- лакокрасочными покрытиями;

- оклеечной изоляцией из листовых и пленочных материалов;

- облицовкой, футеровкой или применением изделий из керамики, шлакоситалла, стекла, каменного литья, природного камня;

- штукатурными покрытиями на основе цементных, полимерных вяжущих, жидкого стекла, битума;

- уплотняющей пропиткой химически стойкими материалами.

Выводы и рекомендации:

1. Учитывая, тот факт, что полученные значения по водонепроницаемости значительно ниже марки W2 считаем необходимым, при проведении плановых ремонтов железобетонных стоек эстакад, предусматривать сплошную гидрофобизацию указанных конструкций в соответствии с требованиями нормативных документов, т.е., в качестве обработки поверхности до нанесения грунтовочного слоя под лакокрасочные покрытия.
2. Защита железобетонных конструкций от агрессивного воздействия производственной среды путем гидрофобизации, позволит значительно увеличить остаточный ресурс строительных конструкций, увеличить межремонтные интервалы и повысить уровень промышленной безопасности.

К экспертизе промышленной безопасности зданий и сооружений предъявляются такие требования как независимость и объективность, полнота и всесторонность исследований. Процесс проведения экспертизы  достаточно сложен, один из наиболее ответственных моментов это анализ имеющейся документации, как правило заключается в анализе большого объема информации о том или ином здании (сооружении): срок и условия эксплуатации, характеристика материалов, предшествующие ремонты, реконструкции объекта и т.п. Не менее ответственный момент это проведению натурных обследований, испытаниям материалов, с применением неразрушающих и разрушающих методов контроля.   За этим трудоемким процессом стоит достижение главного результата – оценка соответствия объекта, предъявляемым требованиям промышленной безопасности. Экспертное заключение оформляется в соответствии с требованиями действующих НТД и должно содержать результаты проведения обследования, их анализ,  в совокупности с выводами о том, соответствует, либо не соответствует то или иное здание (сооружение) требованиям промышленной безопасности.

Согласно Приказу [4] экспертиза промышленной безопасности зданий и сооружений проводится в следующих случаях:

•        Истечение срока эксплуатации зданий и сооружений, который установлен в проектной документации;

•        Отсутствие проектной документации, либо в проектной документации нет никаких данных относительно сроков эксплуатации зданий и сооружений;

•        После аварии на опасном производственном объекте, когда были повреждены несущие конструкции;

•        Истечение сроков безопасной эксплуатации, которые установлены заключениями экспертизы;

•        Возникновение сверхнормативных деформаций конструкций зданий и сооружений.

В данной статье хотели бы остановится на экспертизе промышленной безопасности зданий и сооружений после аварии, когда были повреждены несущие конструкции.

Несмотря на возросший, в последние десятилетия,  уровень безопасности на предприятиях нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, данная отрасль все еще являются одной из главных источников пожаро- и взрывоопасности в промышленном секторе.

При этом особенностью техногенных аварий являются так называемые «углеводородные пожары», который по сравнению с рассматриваемыми нормами (ГОСТ 30247.0-94, [1]) более «легкими» (по условиям температурного воздействия) «целлюлозными пожарами» характеризуются стремительным ростом температуры – ~950°С в течение первых 5 минут и ~1105°C в течение 1 часа.

Вместе с тем на многих предприятиях нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, вводимых в эксплуатацию более полувека назад, модернизация затрагивала преимущественно технологическую часть. Строительные конструкции реконструкция затрагивает в меньшей степени, а качеству ремонтных работ, в случае незначительных повреждений, не уделяется должного внимания. В результате чего большой объем строительных конструкций имеет повреждения, снижающие их эксплуатационные параметры, что подтверждается результатами экспертиз промышленной безопасности строительных объектов.

Наличие таких повреждений железобетонных конструкций, как повреждения защитных слоев бетона с частичным оголением арматуры существенно не влияют на несущую способность конструкций и зачастую данные повреждения не устраняются в течение длительного времени, до тех пор, пока коррозионные повреждения не будут влиять на обеспечение работоспособности конструкций.

Однако, в случае возникновения пожаров, в особенности углеводородных, данные повреждения являются критическими. Температурные воздействия ~1000°C на незащищенную рабочую арматуру несущих железобетонных конструкций приводят к значительному снижению ее прочности [2], и соответственно являются причинами разрушений железобетонных конструктивных элементов имеющих достаточно высокую огнестойкость в проектом, бездефектном, состоянии.

В рамках проведения экспертиз промышленной безопасности после технологических аварий на ряде предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности было проанализировано техническое состояние несущих железобетонных конструкций  располагаемых в  зонах инцидентов.

По результатам анализа установлено, что большинство конструкций, потерявших несущую способность в процессе инцидента, имели разрушения защитных слоев бетона, сформированные до пожара, а также были восстановлены при ранее проведенных ремонтных работах некачественными ремонтными составами,  либо с нарушением технологии (при температурном воздействии ремонтные составы быстро теряли адгезию с «основным бетоном» конструкций, вследствие чего оголялась арматура). Деформация арматуры в зоне поврежденного защитного слоя бетона после пожара показана на рис.1.

Рис.1 Фрагмент балки перекрытия в зоне повреждения арматуры

Выводы и рекомендации на основании полученных результатов:

1. Для обеспечения надежности и долговечности железобетонных строительных конструкций промышленно опасных объектов рекомендуется своевременно устранять (восстанавливать) повреждения защитных слоев бетона. Как видно из примеров даже незначительное повреждение конструкции может привести в случае аварии к серьезным разрушениям зданий и сооружений.
2. Ремонтно-восстановительные работы вести в соответствии с рекомендациями экспертов используя материалы и технологии,  обеспечивающие высокую адгезию ремонтных составов с «основным» бетоном конструкции, а также предусматривающие нейтрализацию коррозионных процессов арматуры.

Своевременное выполнение указанных ремонтно-восстановительных работ значительно повысит безопасность объектов в случае возникновения пожаров и существенно снизит затраты на восстановление после инцидентов.