Файл: Центральный институт научнотехнической информации и техникоэкономических исследований по химическому и нефтяному машиностроению.pdf

Р.Г.Маннапов , Методы оценки надежности оборудования, подвергающегося коррозии
(справочным) зависимостям определяли скорость коррозии ξ
i стали Х18Н10Т, соответствующую случайным отклонениям параметров. По скорости коррозии и заданной величине интервала дискретизации
Δ
t определяли соответствующую каждому интервалу величину приращения глубины коррозии металла
Δ
h i
= ξ
i
Δ t и накопленную глубину коррозии j-й реализации H
j
= Σ
Δ
h i
, где n – число генераций ξ
i
. По совокупности реализаций H
j определяли значения коэффициентов вариации υ
н
, соответствующие различной продолжительности испытаний t, и строили функцию υ
н
(t). Результаты проведенных статистических испытаний при различных комбинациях дисперсий параметров позволили установить общую закономерность изменения коэффициента вариации глубины коррозии металла от продолжительности испытаний
(13)
,
(13) где υ
ξ
- коэффициент вариации скорости коррозии.
В зависимость (13) не входят дисперсии переменных (температура, концентрация и т.п.), они учитываются обобщенно коэффициентом вариации скорости коррозии. Закономерность (13) позволяет оценивать погрешность и достоверность результатов коррозионных испытаний образцов как в лабораторных, так и в промышленных условиях по формуле, получаемой в результате подстановки формулы (13) в формулу (6)
(14)

Р.Г.Маннапов , Методы оценки надежности оборудования, подвергающегося коррозии
Для расчета необходимой продолжительности испытаний, обеспечиваю- щей требуемую достоверность результатов, формула (14) преобразуется к удобному виду
(15)
Рассмотрим пример расчета необходимой продолжительности испытаний по формуле (15).
Исходные данные: предельно допустимая ошибка определения показателя коррозии δ = 5% при доверительной вероятности 0,9; коэффициент вариации скорости коррозии υ
ξ
= 0,3 - определен по результатам замеров с помощью коррозиметра, т.е. t
γ
= 1,833 (см. табл. 4); интервал автокорреляции
(повторяемости) Δt =10 ч. Подстановкой исходных данных в формулу (15) определяем необходимую продолжительность испытаний - 1210 ч.
Кроме, как для решения задач моделирования при исследованиях коррозии,
ЭВМ широко применяют в экспертных компьютерных системах [38, 39], предназначенных для контроля противокоррозионной защиты металлоконструкций. Отмечается, что затраты США на борьбу с коррозией металлоконструкций достигают 196 млрд. дол. в год (примерно 5% валового национального продукта). Автоматизированные системы, ориентированные на персональные ЭВМ, применяются при выборе материалов, типов покрытий и проектировании катодной защиты, мониторинга коррозии и хранения результатов анализа и данных мониторинга. Широко применяются автоматизированные системы сбора, накопления и хранения данных. Экспертные системы представляют собой более высокий уровень обработки данных. Они предоставляют доступ к знаниям экспертов, используют для анализа технические данные уточняют область приемлемого решения дают рекомендации и

Р.Г.Маннапов , Методы оценки надежности оборудования, подвергающегося коррозии
Стандартизованные методы ускоренных испытаний
По ускоренным коррозионным испытаниям разработано более 20 государственных стандартов «Единой системы защиты от коррозии и старения»
(ЕСЗКС) (табл. 6), регламентирующих правила проведения испытаний различных металлов, неметаллических материалов и покрытий. Каждый стандарт устанавливает сущность метода испытаний, требования к образцам, аппаратуре, реактивам, требования к проведению испытаний, порядок обработки результатов испытаний, форму и содержание протокола испытаний.
Таблица 6
Перечень НТД по ускоренным коррозионным испытаниям
Обозначение стандарта
Наименование
ГОСТ 9.101-78
ГОСТ 9.017-74
ГОСТ 9.019-74
ГОСТ 9.020-74
ГОСТ 9.021-74
ГОСТ 9 038-74
ГОСТ 9.040-74
ГОСТ 9 045 75
Единая система защиты от коррозии и старения
(ЕСЗКС). Основные положения
ЕСЗКС. Алюминий и сплавы алюминиевые. Методы ус- коренных испытаний на общую коррозию
ЕСЗКГ. Cплавы алюминиевые и магниевые. Методы ус- коренных испытаний на коррозионное растрескивание
ЕCЗКГ. Магний и сплавы магниевые. Методы уско- ренных испытаний на общую коррозию
ЕСЗКГ,. Алюминий и сплавы алюминиевые Методы ус- коренных испытаний на межкристаллитную коррозию
ЕСЗКС. Герметизирующие материалы. Методы ускорен- ных испытаний
ЕСЗКС. Металлы и сплавы. Расчетно-эксперименталь- ный метод ускоренного определения коррозионных по- терь в атмосферных условиях
ЕCЗКГ П
У

Р.Г.Маннапов , Методы оценки надежности оборудования, подвергающегося коррозии
Продолжение табл. 6
Обозначение стандарта
Наименование
ГОСТ 9 903-81
ГОСТ 9 904-82
ГОСТ 9.905-82
СТ СЭВ 3283-81
ГОСТ 9.908-85
СТ СЭВ 4815-84
ГОСТ 21126-75
ГОСТ 6032-89
СТ СЭВ 4076-83
СТ СЭВ 64-46-88
ISO 1462-1973
ЕСЗКС. Cтали и сплавы высокопрочные. Методы ускоренных испытаний на коррозионное растрескивание
ЕСЗКГ. Сплавы алюминиевые. Метод ускоренных испытаний на расслаивающую коррозию
ЕСЗКГ. Методы коррозионных испытаний Общие требования
ЕСЗКГ. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости
ЕСЗКС. Методы ускоренных испытаний на долговечность и сохраняемость в агрессивных средах
Общие положения, 1982 г (с изменениями)
Стали и сплавы коррозионно-стойкие. Методы определения стойкости против межкристаллитной коррозии
Защита от коррозии. Стали и сплавы коррозионно- стойкие. Методы ускоренных испытаний на стойкость против питтинговой коррозии
Металлические защитные покрытия. Анодные защитные покрытия. Ускоренные коррозионные испытания.
Оценка результатов
По получаемым результатам стандартизованные методы ускоренных коррозионных испытаний могут быть подразделены на две группы: дающие качественные оценки и количественные результаты. Первая группа методов позволяет по результатам испытаний принимать альтернативные решения: годен -
В

Р.Г.Маннапов , Методы оценки надежности оборудования, подвергающегося коррозии воздействующих факторов. Экспериментальные данные для получения аналитической зависимости срока службы (скорости коррозии) материала от воздействующих факторов обрабатывают по методу наименьших квадратов, вычисляя коэффициенты зависимости, средние значения показателей и, если требуется, доверительные и толерантные пределы рассчитываемых показателей.
Если результаты испытаний используют для установления режима ускоренных контрольных испытаний при одном значении каждого воздействующего фактора, то определяют коэффициент ускорения следующим образом: а - определяют средние значения коэффициента ускорения К
ус
, по формуле
, где x p
, y p
- значения параметров, соответствующие рабочим значениям параметров среды; х и
, у и
- значения параметров среды при испытании х = 1/Т, Т - температура; у= lnС, С - концентрация.
Параметры испытательной среды рекомендуется [15] выбирать такими, чтобы коэффициент ускорения испытаний был не более 400; б - по результатам испытаний определяют нижний доверительный предел для среднего значения и нижние толерантные предельные значения коэффициентов ускорения с требуемой вероятностью; в - в качестве коэффициента ускорения испытаний для узла или детали принимают нижнее толерантное значение, вычисленное при доверительной вероятности 0,95 (если другие условия не указаны в нормативно-технической документации на изделие). Коэффициент ускорения испытаний для изделия в целом устанавливают равным среднему значению коэффициентов, определенных для узлов и деталей определенного вида изделий; г время ускоренных контрольных испытаний изделия определяют

Р.Г.Маннапов , Методы оценки надежности оборудования, подвергающегося коррозии
Однако на практике трубы теплообменников из двухфазной стали успешно работают более 20 лет в условиях, где трубы из аустенитной нержавеющей стали выдерживают лишь 3 - 12 месяцев.
Приведенный пример показывает, что окончательный правильный выбор материалов может быть обеспечен лишь на основе эксплуатационных испытаний или наиболее полного моделирования всех коррозионных условий при испытаниях.

Р.Г.Маннапов , Методы оценки надежности оборудования, подвергающегося коррозии температуры является экспоненциальной. В соответствии с законами теории вероятностей даже при соблюдении технологической дисциплины выходы значений параметров за границы номинальных значений возможны, и, несмотря на их малую долю, они могут весьма существенно повышать среднюю скорость коррозии оборудования. На рис.2 показана функция (Т) плотности нормального распределения во времени температуры (например, в теплообменном аппарате) при обычных условиях функционирования и зависимость скорости коррозии стали Х18Н10Т от температуры в 60%-ной азотной кислоте. Как видно из рис.2 , некоторой доле отклонений от номинального значения температуры соответствуют весьма высокие скорости коррозии, которые необходимо учитывать при оценке ресурса оборудования (или при расчете величины прибавки на коррозию).

Р.Г.Маннапов , Методы оценки надежности оборудования, подвергающегося коррозии
На рис. 3 показана степень влияния колебаний параметров на повышение скорости коррозии. Кривые построены по справочным данным методом статистического моделирования на ЭВМ нормально распределенных отклонений значений двух технологических параметров (концентрации азотной кислоты и ее температуры) относительно номинальных значений (концентрации 60%, температуры 60ºС), соответствующих реальным условиям эксплуатации сепаратора, выполненного из стали Х18Н10Т. Как видно из рис.3, при среднеквадратических отклонениях температуры 20ºС и концентрации 10% средняя скорость коррозии повышается в 2,6 раза.

Р.Г.Маннапов , Методы оценки надежности оборудования, подвергающегося коррозии
По результатам этих измерений (N > 8 - 10) определяют среднюю скорость коррозии ξˉ и ее коэффициент вариации υ (см. формулы (2) и (3). По полученным данным и по величине предельно допустимой коррозии Н
п рассчитывают ожидаемый средний τˉ и гамма-процентный τ
γ
, ресурс (срок службы) оборудования по формулам диффузионного монотонного распределения где υ
т
- коэффициент вариации ресурса, определяемый по формуле u
γ
- квантиль нормального распределения, соответствующая вероятности γ.
ПрЙ планирс1вании наблюдений важно правильно выбрать интервал квантования измерений, т.е. интервалы времени между измерениями глубины коррозии. Минимальная величина интервала ограничивается величиной погрешности δ метода измерений и, как правило, должна быть такой, чтобы измеряемая разность глубины коррозии была не менее 3δ.
Так, например, при погрешности коррозиметра МЛ1В ±0,002 мм интервал квантования должен быть не менее 0,00б мм [49]. Использование для контроля коррозии образцов и весового метода измерения величины коррозионных потерь дает более точные результаты (примерно на порядок), т.е. позволяет сократить необходимую продолжительность испытаний (наблюдений), однако требует

Р.Г.Маннапов , Методы оценки надежности оборудования, подвергающегося коррозии контролирующими технологический процесс в аппарате, подвергается статистической обработке: определяются средние значения параметров и их дисперсия. Расчет средней скорости коррозии и показателей надежности оборудования может быть осуществлен с помощью метода статистических испытаний, приведенного выше. При использовании этого метода необходимо иметь графики или таблицы зависимостей скорости коррозии от значений параметров коррозионной среды. Данный метод может быть использован также при разработке нового оборудования. Неизвестные значения дисперсий технологических параметров могут быть приняты равными значениям дисперсий параметров аналогичных производств. С целью ускорения получения информации о дисперсии параметров технологического процесса по первому методу возможно использование испытуемых образцов из малостойких в исследуемой среде материалов. Для этого необходимо, чтобы зависимости скорости коррозии обоих материалов - малостойкого и из которого изготовлен аппарат - от технологических параметров были адекватными и могли быть выражены некоторым соотношением. В этом случае результаты испытаний образцов из малостойкого материала могут быть пересчитаны на основной материал и может быть обеспечена ускоренная оценка надежности оборудования по критерию коррозионной стойкости.
В выводах рассмотренной работы [48] констатируется, что использование предложенного подхода позволяет осуществлять оценку надежности оборудования, подвергающегося коррозии, в короткие сроки.
Учет дисперсии технологических параметров при разработке нового оборудования позволяет более обоснованно определять величину прибавки на коррозию и тем самым избежать излишнего расхода металла или преждевременного выхода из строя оборудования.
При эксплуатации оборудования можно добиться уменьшения скорости его коррозии, не изменяя средних значений технологических параметров, а лишь за счет уменьшения их дисперсии т е повышения стабильности технологического