Федеральный горный и промышленный надзор России (Госгортехнадзор России)

Утверждены постановлением Госгортехнадзора России от 17.11.95 № 57

 

 

Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, подконтрольных Госгортехнадзору России

 

РД 09-102-95

 

Методические указания вводятся в действие со дня опубликования.

 

Разработаны НТЦ "Промышленная безопасность", Управлением по надзору в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, Управлением по котлонадзору и надзору за подъемными сооружениями

 

Редакционная комиссия: Е.А. Малов, Н.Н. Карнаух, В.С. Котельников, А.А. Шаталов,

Н.А. Потапов, В.И. Сидоров, В.Ф. Мартынюк, Н.А. Махутов, В.Т. Алымов, В.М. Маркочев,

В.Н. Пермяков, А.А. Исламов , В.А. Тамаров

 

 

Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов разработаны Научно-техническим центром по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России (НТЦ "Промышленная безопасность") при участии ведущих специалистов Госгортехнадзора России, ИМАШ РАН, Ассоциации КОДАС, НПО ОКИМА, Нижегородского центра технической диагностики в рамках программ "Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф" и "Экологическая безопасность России".

Методические указания содержат принципиальные положения методологии определения остаточного ресурса, устанавливают требования к содержанию разрабатываемых методик по определению прогнозируемого ресурса потенциально опасных объектов, подконтрольных Госгортехнадзору России, а также порядку их согласования и утверждения. Они предназначены для применения при разработке методик диагностирования и определении технического состояния и прогнозируемого ресурса объектов, выработавших ресурс, установленный проектом, заводом-изготовителем, а также после аварий и восстановительных ремонтов.

Термины и определения, применяемые в Методических указаниях, соответствуют системе стандартов "Надежность в технике" (ГОСТ 27.002-89 "Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения"; ГОСТ 27.004-85 "Надежность в технике. Системы технологические. Термины и определения").

 

 

1. Требования к содержанию методик

 

1.1. Методика должна содержать следующие разделы:

вводную часть (введение);

основные положения;

анализ технической документации;

оперативную (функциональную) диагностику;

экспертное обследование;

анализ повреждений, установление их механизма и определяющих параметров технического состояния (ПТС) объекта;

установление закономерностей изменения определяющих ПТС, предельных состояний и их критериев;

методику обработки данных и прогнозирования ресурса;

обоснование вариантов решений о возможности дальнейшей эксплуатации объекта (с разработкой проектной документации в случае ремонта);

заключение.

1.2. Методика, в случае необходимости, может содержать разделы, учитывающие специфические условия эксплуатации и диагностирования объекта (например, уточненную оценку напряженно-деформированного состояния и механических характеристик материалов объекта и т.д.).

1.3. Основные термины и определения, применяемые в методике, должны соответствовать системе стандартов "Надежность в технике". Новые термины и их обозначения и определения должны содержаться в вводной части или в справочном приложении.

 

2. Вводная часть

 

2.1. В вводной части указывается назначение методики, название конкретного объекта или группы объектов, на которые распространяется методика, а также термины, их обозначения и определения.

 

3. Основные положения

 

3.1. В основных положениях должна раскрываться концепция определения остаточного ресурса, в качестве которого (в соответствии с ГОСТ 27.002-89) следует принимать наработку объекта от момента контроля его технического состояния до перехода в неработоспособное или предельное состояние.

В качестве базовой концепции предлагается подход, основанный на принципе "безопасной эксплуатации по техническому состоянию", согласно которому оценка технического состояния объекта осуществляется по параметрам технического состояния, обеспечивающим его надежную и безопасную эксплуатацию согласно нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации, а остаточный ресурс - по определяющим параметрам технического состояния. В качестве последних принимаются параметры, изменение которых (в отдельности или в некоторой совокупности) может привести объект в неработоспособное или предельное состояние.

3.2. В зависимости от критериев предельного состояния и условий эксплуатации объекта параметрами его технического состояния могут служить:

характеристики материалов (механические характеристики - предел текучести, предел прочности, твердость, трещиностойкость, пределы выносливости, длительной прочности, ползучести и т.д., химический состав, характеристики микроструктуры и т.д.);

коэффициенты запасов прочности (по пределам текучести, прочности, длительной прочности, ползучести, трещиностойкости, устойчивости, по числу циклов или напряжениям при расчетах на циклическую прочность);

технологические показатели (температура, давление, выход продукта, параметры вибрации, режимы работы и т.д.).

3.3. Оценка параметров технического состояния и выбор определяющих параметров должны осуществляться по результатам анализа технической документации, данных оперативной (функциональной) диагностики, экспертного обследования.

3.4. По сравнению с предусмотренной в нормативно-технической и конструкторской (проектной) документации может вводиться дополнительная система критериев предельного состояния, переход в которое определяет остаточный ресурс обследуемого объекта.

3.5. Прогнозирование остаточного ресурса или установление назначенного ресурса осуществляется согласно закономерностям изменения определяющих параметров, полученным при анализе механизмов развития повреждений и (или) по результатам измерения функциональных показателей. На основании полученных оценок принимается решение о дальнейшей эксплуатации объекта.

3.6. Основные этапы определения остаточного ресурса потенциально опасных объектов показаны на структурной схеме в приложении.

 

4. Анализ технической документации

 

4.1. Цель анализа технической документации - установление номенклатуры технических параметров, предельных состояний, выявление наиболее вероятных отказов и повреждений, а также элементов конструкций и ее участков, рост поврежденности в которых и их дефектность могут привести к ресурсному отказу. Особое внимание должно быть уделено анализу критериев, причин, последствий и критичности отказов, выявлению возможных постепенных, деградационных и зависимых отказов, подтверждению отсутствия возможности внезапных отказов.

4.2. Анализу подлежат: нормативно-техническая, конструкторская (проектная) и эксплуатационная, в том числе монтажная и ремонтная, документация;

техническая документация и научно-техническая информация по отказам и повреждениям по парку объектов и аналогичному оборудованию.

4.3. Анализ технической документации должен включать:

перечень проанализированной документации;

карту объекта в виде эскиза и таблиц с указанием элементов и участков, которые в результате особенностей их конструкторской или технологической реализации и (или) условий функционирования и нагруженности представляются наиболее предрасположенными к появлению повреждений и (или) отказам (в особенности скрытым, зависимым и внезапным);

базу данных по техническим параметрам объекта и (или) техническое заключение по результатам анализа;

программу (план) оперативной диагностики объекта.

 

5. Оперативная (функциональная) диагностика

 

5.1. Цель оперативной диагностики - получение данных о техническом состоянии обследуемого объекта, его технологических параметрах, об условиях взаимодействия с окружающей средой.

5.2. Оперативная диагностика должна осуществляться на объекте непрерывно или дискретно в соответствии с предварительно разработанной (см. п. 4.3) и согласованной со службами и органами, ответственными за эксплуатацию объекта, программой, с использованием штатного приборно-измерительного комплекса и заключаться в регистрации показателей технологического процесса, в том числе служащих параметрами технического состояния объекта (температура, давление, мощность, вибрация, расходы и выход продуктов технологического процесса и т.д.), и их дальнейшей статистической обработке.

5.3. В программах по оперативной диагностике должны быть предусмотрены задание режимов функционирования объекта и (или) дополнительная установка на объекте специальной измерительной или диагностической аппаратуры, позволяющих наиболее полно выявить повреждения в элементах объекта и (или) возможности возникновения отказов.

5.4. Результаты оперативной диагностики должны быть оформлены в виде протоколов измерений, дополнены в базе данных по п. 4.3 и (или) представлены в виде технического заключения или отчета.

 

6. Экспертное обследование

 

6.1. Цель экспертного обследования - получение информации о реальном техническом состоянии объекта, наличии в нем повреждений, выявлении причин и механизмов их возникновения и развития.

6.2. Экспертное обследование должно проводиться в соответствии с программой, разработанной на основе анализа технической документации и данных оперативной диагностики (см. пп. 4.3 и 5.4) применительно к конкретному объекту.

6.3. В общем случае программой должны предусматриваться:

визуальный (внешний и внутренний) контроль;

измерения геометрических параметров, включая толщинометрию;

замеры твердости и определение механических характеристик, металлографические исследования, определение химического состава металла, дефектоскопический контроль, вид и объем которого устанавливается с учетом требований полноты и достаточности выявления дефектов и повреждений данного объекта;

испытания на прочность (с применением методов тензочувствительных покрытий, тензометрии, акустической эмиссии, термографии и др.).

6.4. Для выполнения экспертного обследования должны рекомендоваться методики и аппаратура, регламентируемые для этих целей действующей нормативно-технической документацией с учетом требований проектной, монтажной и эксплуатационной документации на обследуемый объект.

Применение других специальных методик и аппаратуры может разрешаться после их согласования со специализированными организациями и утверждения в Госгортехнадзоре России.

6.5. Результаты экспертного обследования должны быть оформлены в виде протоколов измерений, карт дефектности и повреждений объекта с таблицами данных, дополнены в базу данных по объекту и отражены в отчете или техническом заключении.

6.6. При обследовании неисправного, но ремонтопригодного, или нефункционирующего объекта порядок проведения оперативной диагностики и экспертного обследования может быть изменен.

 

7. Анализ повреждений и параметров технического состояния объекта.

Установка критериев предельных состояний

 

7.1. Цель анализа повреждений и параметров технического состояния, проводимого на основании полученных данных при рассмотрении технической документации, оперативной диагностике и экспертном обследовании, - установление текущего технического состояния объекта, уровня и механизмов повреждения, фактической нагруженности, необходимых для прогнозирования развития этого состояния в соответствии с установленными закономерностями доминирующих механизмов повреждения до достижения параметрами технического состояния значений, при которых объект переходит в предельные состояния.

7.2. Анализ должен включать:

оценку фактической нагруженности основных элементов конструкции объектов, выполненную расчетным методом по действующим нормативно-техническим документам с учетом всех режимов нагружения и действующих нагрузок (включая температурные воздействия), фактической геометрии конструкции, фактических толщин ее несущих элементов, имеющихся и выявленных концентраторов напряжений и экспериментальных результатов исследований напряженно-деформированного состояния, полученных при оперативной диагностике и экспертном обследовании;

установление механизмов образования и роста обнаруженных дефектов и повреждений, возможных отказов (постепенных, деградационных, внезапных, включая их категории, последствия и критичность) вследствие развития дефектов и повреждений; при этом особое внимание должно быть уделено подтверждению отсутствия возможности внезапных отказов, при которых нельзя прогнозировать остаточный ресурс;

оценку параметров технического состояния объекта, их соответствие требованиям нормативно-технической и конструкторской документации, а по отклонению от требований - установление определяющих параметров технического состояния;

установление уточненной по сравнению с указанной в нормативно-технической документации системы предельных состояний и их критериев (например, уровень прогрессирующего формоизменения, возникновение предельно допустимых трещин, уровень течи перед разрушением и т.д.);

заключение о необходимости дальнейших уточненных расчетов и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния и характеристик материалов;

заключение о возможности дальнейшей эксплуатации объекта с установлением назначенного ресурса (до проведения уточненных расчетов и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния, характеристик материалов и оценки остаточного ресурса) в случае отсутствия повреждений, влияющих на параметры технического состояния объекта.

7.3. Результаты анализа повреждений и параметров технического состояния должны быть дополнены в базу данных (см. пп. 4.3 и 5.4) и оформлены в виде технического заключения с решением о продолжении дальнейших исследований напряженно-деформированного состояния и характеристик материалов или возможности дальнейшей эксплуатации с указанием назначенного ресурса.

 

8. Уточненные расчеты и исследования напряженно-деформированного состояния и характеристик материалов. Выбор критериев предельных состояний

 

8.1. Цель уточненных расчетов и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния и характеристик материалов - получение дополнительной (а также отсутствующих в технической документации) информации о номинальных и местных напряжениях и деформациях с учетом фактических свойств материалов, необходимой для установления механизмов повреждений (см. п. 7.2) и (или) расчетов остаточного ресурса.

8.2. Уточненные расчеты должны проводиться с учетом всех режимов и действующих нагрузок за период эксплуатации (включая температурные воздействия и взаимодействие с внешней средой), а также возможным изменением характеристик материалов. В методике могут не регламентироваться способы, применяемые для определения усилий, перемещений, напряжений и деформаций в элементах, однако должно быть указано, что ответственность за выбор того или иного метода несет организация, выполняющая соответствующий расчет.

8.3. Результаты расчетов напряженно-деформированного состояния, выполненные по нормативным документам, не регламентированным непосредственно для обследуемого объекта, должны быть проверены экспериментальными методами (тензометрии, тензочувствительных покрытий, термометрии, акустической эмиссии и т.д.), которые в отдельных случаях (например, при отсутствии достаточно точных или апробированных на практике методов для сложных расчетов) могут использоваться самостоятельно. При этом могут применяться (при достаточном теоретическом и экспериментальном обосновании) методы моделирования и ускоренные методы испытания.

8.4. Определение уточненных характеристик материалов должно проводиться на образцах, вырезанных из элементов конструкции, или образцах-свидетелях (в отдельных случаях при достаточном экспериментальном обосновании на их имитаторах) в соответствии с программами исследований, составленными с учетом обнаруженных повреждений и условий эксплуатации элемента конструкции. Перечень характеристик материала должен быть расширен и включать, кроме стандартных прочностных свойств, в зависимости от условий эксплуатации характеристики малоцикловой и многоцикловой усталости, длительной прочности, трещиностойкости, сопротивления коррозии и коррозионному растрескиванию и др.

8.5. Испытания образцов и определение характеристик материалов должны проводиться в соответствии с нормативно-технической документацией. Применение другой документации допускается после ее согласования со специализированными организациями и утверждения в Госгортехнадзоре России.

8.6. По результатам уточненных расчетов и исследования напряженно-деформированного состояния и характеристик материалов должны быть уточнены механизмы повреждений, параметры технического состояния, установлены определяющие параметры технического состояния и критерии предельных состояний.

 

9. Определение остаточного ресурса

 

9.1. Остаточный ресурс объекта необходимо устанавливать на основе совокупности имеющейся информации прогнозированием его технического состояния по определяющим параметрам до достижения предельного состояния.

9.2. На первой стадии прогнозирования остаточного ресурса должно быть показано, что в результате проведенных обследований и анализов технического состояния в соответствии с разделами 3-8 выполнены одновременно следующие условия: известны параметры технического состояния объекта, определяющие параметры технического состояния, изменяющиеся соответственно выявленному механизму повреждения элементов объекта, и критерии предельных состояний объекта, достижение которых возможно при развитии выявленных повреждений.

9.3. В методике должен быть обоснован выбор способа прогнозирования. При непрерывном (или дискретном) контроле за параметрами технического состояния могут допускаться упрощенные методы, при которых прогнозирование осуществляется по одному параметру технического состояния. Упрощенные методы прогнозирования могут использоваться, например, при прогнозировании остаточного ресурса:

объекта, работающего в условиях статического нагружения и коррозионной среды и снижающего несущую способность вследствие уменьшения толщины, когда основной повреждающий фактор - общая коррозия;

объекта, работающего в условиях циклического нагружения при отсутствии коррозионной среды, несущая способность которого снижается вследствие малоцикловой усталости;

объектов по функциональным параметрам, когда имеется объем информации по параметрам за период эксплуатации, достаточный для экстраполяции этих значений на последующий период эксплуатации, при выполнении условий его безопасной эксплуатации.

9.4. В общем случае выбор метода должен обосновываться точностью и достоверностью полученных данных, а также требованиями точности и достоверности прогнозируемого ресурса объекта и риска его дальнейшей эксплуатации, наличия и надежности системы контроля за его техническим состоянием.

9.5. В качестве основного показателя остаточного ресурса в результате прогноза должен определяться гамма-процентный ресурс, задаваемый двумя численными значениями: наработкой и выраженной в процентах вероятностью того, что в течение этой наработки предельное состояние не будет достигнуто.

9.6. Вероятность (гамма) должна выбираться в зависимости от назначения, степени ответственности и режима использования объекта. Для уникальных и ответственных объектов, преждевременное прекращение работы которых приведет к существенным экономическим потерям, это значение может достигать 90-95 % (и даже выше). Если переход объекта в предельное состояние (ресурсный отказ) связан с опасностью для жизни и здоровья людей, со значительными экологическими последствиями, с отсутствием непрерывного контроля за техническими параметрами, то продолжительность эксплуатации следует нормировать заданным назначенным ресурсом, опираясь при этом на полученные показатели остаточного ресурса.

9.7. Для объектов, подлежащих ремонту, наряду с гамма-процентным остаточным ресурсом рекомендуется определять аналогичный показатель до ремонта.

9.8. В некоторых случаях (например, для оценки потребности в ремонтных мощностях, сроков измерений параметров технического состояния при дискретном контроле) при достаточном обосновании (в том числе на основании данных по объектам-прототипам) может использоваться среднее значение остаточного ресурса.

9.9. Результаты выполненных расчетов по прогнозированию остаточного ресурса должны оформляться в виде отчета и служить основанием для принятия решения.

 

10. Принятие решения о возможности дальнейшей эксплуатации объекта

 

10.1. На основании данных по оценке технического состояния объекта и остаточного ресурса должно приниматься обоснованное решение о возможности дальнейшей эксплуатации объекта в соответствии с остаточным или назначенным ресурсом или его ремонте, снижении рабочих параметров, демонтаже. Решение принимается предприятием (организацией), проводившим техническое диагностирование и оценку остаточного ресурса.

 

11. Заключение

 

11.1. Результаты всех выполненных исследований (включая расчеты) и принятое решение должны оформляться в виде заключения с приложениями, в которые должны входить все упомянутые в пп. 4.3, 5.4, 6.5 и 9.9 материалы.

11.2. Заключение по рекомендуемой методикой форме должно содержать подписи исполнителей (экспертов) работы и утверждающую подпись руководителя организации, проводившей обследование и оценку остаточного ресурса объекта.

11.3. Заключение по объекту - неотъемлемая часть документации на оборудование и вкладывается организацией-владельцем в паспорт оборудования.

11.4. Заключение по объекту служит основанием для принятия владельцем организации решения о дальнейшей эксплуатации объекта. Разрешение на эксплуатацию объекта должно оформляться согласно требованиям нормативных документов Госгортехнадзора России.

 

12. Согласование и утверждение методик

 

12.1. Право разработки методик предоставляется специализированным организациям, имеющим лицензию Госгортехнадзора России на этот вид деятельности.

12.2. Методики согласовываются или утверждаются Госгортехнадзором России в установленном порядке.

Приложение

 

Структурная схема

определения остаточного ресурса потенциально опасных объектов

 

 

Объект, выработавший расчетный ресурс

Анализ технической

Эксплуатационной,

документации

монтажной, ремонтной

По расчетам на прочность По паркам объектов и отказам

Оперативная (функциональная) диагностика

Экспертное

Визуальный осмотр

обследование

Промеры

Дефектоскопия Механические испытания Металлография ...........................................

Анализ механизмов повреждения Выявление определяющих параметров технического состояния

Принятие решения

Дальнейшая эксплуатация

Уточнение НДС Уточнение предельных состояний и их критериев

Уточнение характеристик материалов

Расчетные:

Выбор критериев

Статическая прочность

МКЭ, МКР, теория оболочек, механика разрушения и др. Экспериментальные: тензометрирование, термовидение, акустическая эмиссия, голография,

Малоцикловая усталость Многоцикловая усталость Длительная прочность Хрупкое разрушение Водородное и коррозионное растрескивание Коррозия

фотоупругость, моделирование и др.

Оценка остаточного ресурса

Течь перед разрушением ..........................................

Принятие решения

Дальнейшая эксплуатация

Ремонт

Снижение рабочих параметров

Демонтаж