UTAHOVÁNÍ ZA PROVOZU (HOT BOLTING) A OBJÍMKY MORSAFE™
Thomas Lamb1, Ian Thompson2
1 Hydratight Limited, Aberdeen, United Kingdom
2 Hydratight Limited, Morpeth, United Kingdom
Koroze stojí globální ekonomiku každý rok 2,5 bilionu dolarů a je vážnou hrozbou pro integritu zařízení a infrastruktury po celém světě. Jedná se o významné problémy šroubů u přírubových spojů, které nejsou řešeny a které by mohly vést ke katastrofickým událostem s podstatnými dopady na bezpečnost personálu, majetku a životního prostředí.
Je třeba dávat pozor na tři hlavní typy koroze:
Oxidační koroze
Jedná se o přirozený proces, který postupně ničí materiály v průběhu času. Koroze zhoršuje strukturální integritu součásti a zhoršuje užitečné vlastnosti materiálů a struktur, včetně pevnosti spoje, vzhledu a zvyšující se netěsnosti kapalin a plynů.
Galvanická koroze
K té dochází v aplikacích, kde jsou odlišné materiály v přítomnosti korozivního elektrolytu. Tam, kde jsou materiály odlišné, působí jeden jako katoda a druhý jako anoda. V tomto procesu bude anodický materiál korodovat rychleji, než by to bylo samo o sobě.
Korozní praskání napětím – Stress Corrosion Cracking (SCC)
Jedná se o růst trhliny v korozivním prostředí. SCC nastává, když jsou přítomny tři parametry; přítomnost chemické látky v okolním prostředí (např. chlorid, sulfid, žíravina, vodík atd.), citlivé kovové materiály a napětí.
Úvod
ASME PCC-2 [1] definuje utahování za provozu jako ‘postupná výměna šroubů na přírubových spojích za sníženého provozního tlaku’. Hot Bolting je historicky používán před odstávkovými činnostmi, které zahrnují odstranění starých šroubů, čištění přírub, nakluznění ad reinstalace stávajících šroubů. Účelem tohoto procesu je odstranit nespolehlivé spoje a učinit odstávku předvídatelnější, efektivnější a bezpečnější. S rostoucím počtem stárnoucích tlakových zařízení na celém světě se koroze stává stále větším problémem. Zvyšuje se pozornost na integritu šroubů přírubových spojů a stoupající tlakové ohraničení vede k tomu, že operátoři jsou prozíravější při výměně zkorodovaných / poškozených spojovacích prvků. I když by bylo žádoucí provést tento úkol během období odstavení údržby, není to vždy možné a operátoři se stále více zapojují do činnosti preventivní výměny šroubů za provozu (live).
Hot Bolting lze také použít ke zdokonalení materiálové specifikace nebo kvality šroubů, ať už kvůli nedostatečné mechanické pevnosti nebo nekompatibilitě s materiály spojovacích komponent. Kromě toho mohou postupy nedestruktivní kontroly odhalit také spojovací prvky, které mají metalurgické vady (např. Korozní praskání napětím). Umístění takové vady nemusí být viditelné pouhým okem nebo může být zakryto jejím umístěním (tj. Zakryto přírubou nebo těsněním). Obrázek 1 ukazuje typický spoj mající spojovací prvky s materiálem nekompatibilním s přírubou.
Hlavní výhodou technologie Hot Bolting „za provozu“ je eliminace nutnosti ztráty kontejnmentu. To obvykle znamená, že montáž lze provést bez nebo s omezeným narušením výroby/provozu. To také znamená, že je eliminována potřeba zkoušek těsnosti a požadavků pro opětovné uvedení do provozu.
Například kampaň v roce 2019, která zahrnovala 142 přírubových spojů, převážně se čtveřicí šroubů, dokázala snížit plánovanou odstávkovou kampaň ze 14 dnů na 3 dny. Tabulka 1 ukazuje další příklady odhadovaných úspor na základě úspěšných kampaní Hot Bolting.
| Aktiva Velké Británie | Počet přírub s Hot Bolting | Odhadovaná úspora ve výrobě (dny) | Odhadované úspory nákladů ($M) |
| Ropná plošina A | 1000+ | 21 | 42 |
| Plynové zařízení A | 10 | 1 | 0,255 |
| Ropná plošina B | 42 | 2 | 4 |
| Ropná plošina C | 150+ | 4 | 8 |
| Ropná plošina D | 63 | 3 | 15 |
| Ropná plošina E | 63 | 3 | 15 |
| Plynové zařízení B | 4 | 2 | 0,26 |
Tabulka 1: Odhadované úspory z rozsahu Hot Bolting
Nicméně, s těmito výhodami souvisí i vyšší riziko. Hot Boltingu může vystavit personál nebezpečí související s uvolněním obsahu média pod tlakem a teplotou, hořlavé a/nebo toxické substance, akumulovanou energii, atd.
Pro důkaz vysoké úrovně nebezpečí při operacích Hot Bolting tlakových přírubových spojů se šrouby lze odkázat na výbuch v rafinérii Sodegaura v Japonsku v roce 1992, kde byly hlášeny uvolněné šrouby, které způsobily únik v části krytu kanálu, který následně explodoval. Důsledkem bylo 17 obětí, z nichž více než polovina byla usmrcena. I když byla jako hlavní příčina identifikována designová chyba, tento incident ukazuje nebezpečí spojené s prací na zařízení v provozu. Podobně osudová chyba způsobená uvolněním H2S během Hot Boltingu ve Wyomingu v roce 2001 ještě tato nebezpečí posiluje. Koncem roku 2009 došlo také k dobře medializovanému incidentu na moři v Mexickém zálivu, kde nácvik Hot Boltingu skončil požárem majetku, který opět zdůraznil nebezpečí spojená s tímto postupem.
I když se kompetence ve společných postupech montáže a utahování v posledních letech zlepšily, nutně to neznamená, že technici jsou kompetentní pro práci s „živým“ zařízením nebo procesy. Ve studii provedené na Norwegian Continental Shelf [2] bylo prokázáno, že 55% úniků uhlovodíků bylo přičítáno lidskému zásahu, přičemž následná studie rovněž ukázala přibližně 20% úniků, ke kterým došlo ve fázi plánování. To posiluje potřebu odborně vyškoleného a kvalifikovaného personálu provádět specializované úkoly v každém kroku kampaně Hot Bolting, kde je vážně zvýšeno riziko ztráty kontejnmentu.
Tato nebezpečí lze dále zvýšit využitím nezkušeného personálu nebo smluvních partnerů k provádění kritických nebo nebezpečných operací a je třeba poznamenat, že někteří provozovatelé mají omezené nebo žádné uznání osvědčených postupů týkajících se činností Hot Bolting. To vede k pokusu dokumentovat jejich záměr vytvořením jejich vlastních interních specifických dokumentů. Takové dokumenty jsou obvykle koncipovány na základě filozofie společnosti, procesních aplikací nebo zkušeností na místě / u uživatelů. Jako takový může existovat malá harmonizace mezi zákazníky a / nebo pracovišti a postupy Hot Bolting jsou nekonzistentní a postrádají komplexní instrukce.
Svorka MorSafe™
V případech, kdy přírubové spoje mají méně než osm upevňovacích prvků, je důležité vzít v úvahu dopad odstranění jediného šroubu. Nejjednodušším případem je odstranění jediného šroubu, kdy se sníží upínací síly na kontaktní ploše těsnění. Situace však není až tak jednoduchá. Například při odstranění jediného upevňovacího prvku u příruby se čtyřmi šrouby vznikne 180° mezera utahovacího tlaku na kontaktní ploše těsnění. Pokud vezmete v úvahu pravidla v ASME VIII [3] týkající se rozestupu mezi aktivními sousedními šrouby, odstranění jediného šroubu na přírubě se čtyřmi šrouby je více než pravděpodobné, že dojde ke vzniku netěsnosti. V tomto scénáři je nutné použít omezovací zařízení na přírubě se čtyřmi šrouby a právě zde je svorka MorSafe ™, jediná svorka pro horké šrouby na trhu, navržená speciálně pro tento účel (tj. Nepoužívá se příslušenství určené pro jinou funkci).
Svorka MorSafe ™ byla navržena a patentována v roce 2014 a plně zohledňuje potřebu kontrolovaných upevňovacích prvků zařízení a snižuje / eliminuje související přenos zatížení na těsnění. Svorka MorSafe ™ je od té doby základním kamenem služby Hydratight Hot Bolting Service a měřítkem inovace Hot Bolting. Unikátní, patentovaná vlastnost svorky MorSafe ™ Clamp je dvojice západek na šroub, každá polovina průměru odpovídajícího mateřského spojovacího prvku. Tyto zpětné dorazy se aktivují před působením konečného zatížení svorky, čímž se zajistí, že jakékoli zatížení bude procházet přímo přes svorkový šroub, jak je znázorněno na obrázku 3. Tím je zajištěno, že svorka Hot Bolting Clamp může odpovídat stávající konfiguraci příruby a zároveň bezpečně aplikovat požadované zatížení, aby bylo zajištěno oddělení přírub není možné při výměně spojovacího prvku.
Modulární konstrukce svorky MorSafe ™ Clamp také umožňuje její přizpůsobení jakékoli geometrii nebo aplikaci a přidaná integrita, kterou toto zařízení nabízí, činí tuto možnost atraktivní pro příruby, kde by dříve bylo možné uvažovat o běžném Hot Bolting (tj. Bez dalšího zadržovacího zařízení). Obavy, jako je praskání korozí napětím nebo vážná koroze / silná média, mohou vést technické orgány k tomu, aby využily bezpečnější variantu, kterou svorka MorSafe ™ nabízí.
Svorka může být také navržena jako výztužné řešení, které zmírní problémy s integritou spojené se zhoršenými spojovacími prvky. Pokud bude možné sladit materiálové specifikace, mohl by být dosažitelný návrh „životnosti aktiv“, což nabízí dlouhodobé nebo krátkodobé zajištění integrity v době, kdy údržba stárnoucích aktiv přichází se zvyšujícími se náklady. V roce 2015 získal Hydratight schválení DNV pro MorSafe ™ Clamp (obnoveno v roce 2019) a byl použit ve více než 4000 aplikacích v této oblasti od přírub od ½ ”do 30” včetně různých konfigurací na míru buď jako dlouhodobé zajištění integrity instalace nebo Hot Bolting kampaně. Za posledních 5 let zaznamenala svorka MorSafe ™ Clamp v Severním moři významný úspěch, kdy několik provozovatelů zakázalo výměnu aktivních upevňovacích prvků na přírubách se čtyřmi šrouby bez svorky MorSafe ™ Clamp
3. Další možnost
Historicky, kde byly požadovány další zádržné přípravky, byla použita svorka G nebo C ve snaze zabránit otevření přírub během výměny šroubu/ů. Tam, kde jsou taková zařízení používána, existuje víra, že tyto svorky mají podobnou schopnost jako svorka MorSafe™ Hot Bolting svorka, a proto zvyšují bezpečnost jakékoli operace s Hot Bolting. Bez pečlivého zvážení však může být použita a obsluha těchto přípravků se stává nebezpečnější. Tam, kde existuje taková obava, je pravděpodobné, že dojde k narušení kontejnmentu, náhlému úniku, výbuchu atd. A závažnost takových incidentů může být pro personál, podnik, životní prostředí a společnosti katastrofická. Dále může být sporná vhodnost G-svorky odolat silám spojeným s přírubovými spoji na „živých“ potrubních trasách. Ve snaze zajistit svorky G k přírubovému spojení jsou jejich spojovací prvky obvykle utaženy na základě pocitu obsluhy a / nebo zkušeností. Takové praktiky jsou přinejlepším nekontrolované a pravděpodobně nepřesné. Nekontrolované postupy utahování mohou vést k tomu, že jsou spojovací prvky pod nebo nad zatížením. Zatímco první z nich může způsobit, že G-svorka nebude k dispozici na podporu přírubového spoje v případě, že by mateřská spojka během Hot Bolting katastroficky selhala, je velmi pravděpodobné, že to povede k přenosu zatížení na těsnění, a tím způsobí změnu v utahovacím tlaku na těsnění, čímž se zvýší možnost úniku a / nebo katastrofických událostí. Schopnost udržovat konzistentní zatížení je také pochybné, protože svorka G se může „ohnout“ v důsledku sil výměny šroubů přírub, které se vyskytly během procesu šroubování za tepla, jak je znázorněno na obrázku 4.
Obr. 4. Síly působící na G-svorku během prací Hot Bolting za teploty/provozu
Ještě jedna úvaha při použití G-svorek; během procesu Hot Bolting může být nutné použít sílu a / nebo příslušenství k odstranění spojovacích prvků původní příruby. Pokud tyto svorky nejsou zajištěné, je možné je náhodně uvolnit. Pokud taková podmínka existuje, může být původní příruba ponechána v tomto stavu.
Je proto bezpodmínečně nutné, aby Hot Bolting nebyl prováděn bez důkladného přezkoumání zařízení a procesů, které mají být použity k zajištění bezpečnosti místa. Ačkoli Hot Bolting může snížit prostoje zařízení, jedná se o potenciálně nebezpečné činnosti, a proto je při jejich plánování a provádění třeba postupovat s maximální opatrností. Při zvažování potenciálních aplikací pro Hot Bolting je třeba pečlivě zvážit všechny potenciální přínosy z těchto činností oproti rizikům a zachytit je v účelově navrženém posouzení rizika montáže za provozu/při teplotě.
4. Správná praxe
ASME PCC-2 [1] a informační list EEMUA 17 [4] nabízejí nejlepší návod, pokud jde o Hot Bolting, a uvádějí některá základní kritéria, která vyžadují zvážení každé úspěšné operace. Oba dokumenty jsou považovány za vysloveně povinné jako součást jakéhokoli plánovacího procesu a společnost Hydratight vyvinula spolehlivou sadu postupů a procesů Hot Bolting, sladěných s těmito dokumenty, které plně zohledňují všechny relevantní faktory spojené s prací na zařízení v provozu. Bylo rovněž vyvinuto odpovídající posouzení rizika Hot Bolting, které analyzuje všechny relevantní aspekty jakéhokoli konkrétního spoje.
Existuje několik problémů, které mohou ovlivnit běžnou integritu přírubového spoje na tlakem namáhaným lemem, například stav šroubu a / nebo matice, typ těsnění a / nebo stav, zatížení šroubu (indukované nebo zbytkové). Před zahájením prací na pozici je také nutné věnovat pozornost parametrům provozované obálky (potrubí, příruby, spojovací materiál, těsnění), jako je tlak, ty média, další součásti spoje atd. Důležitost hodnocení těchto prvků je zásadní pro celkový úspěch celé operace, a jelikož hodnocení rizik je obvykle založeno na zkušenostech techniků, je při plánování a provádění těchto úkolů životně důležité využívat zkušený personál pracujících pro specializovaný servisní dodavatele.
Po zvážení všech těchto faktorů použití omezovací svorky se zvýší pravděpodobnost bezpečnosti tohoto úkolu a může během těchto činností zmírnit potenciální, neočekávané a katastrofické události. V tomto scénáři by měla být posouzena také vhodnost a účinnost takových svorek za provozu při teplotě. V případech, kdy se provádí posouzení rizik, vývoj postupu Hot Bolting nebo plánování rozsahu práce, je třeba důkladně zvážit veškeré pro (mimo jiné):
- Pozorovatelná versus skryté vady spojovacích prvků související příruby.
- Oslabení versus neoslabení těsnění a potenciál úniku/výbuchu.
- Interakce příruby a spojovacích prvků (např. Prostřednictvím šroubů versus příruby se závity v otvorech).
- Historie úniků spoje.
- Obsažené médium (např. potenciální nebezpečí nebo kritičnost celé opravy).
- Provozní parametry (např. tlak a teplota).
- Způsobilost personálu.
Bez ohledu na techniku používanou pro Hot Bolting nelze význam vedení záznamů podceňovat a všechna zařízení by měla mít společný systém správy integrity pro koordinaci pracovních toků. Znalost společné historie nabídne jistotu při určování předchozích postupů utahování, historie úniků, zátěží náhradních cílů atd., Které lze zachytit a uložit v systému správy aktiv iDMS společnosti Hydratight, aby se dále zlepšila důkladnost jakékoli operace. Nejdůležitější je mít nastavenou mysl zaměřenou na bezpečnost a udržovat povědomí o nebezpečích spojených s procesem, prostředím a úkolem prostřednictvím plánování a provádění. Nejúčinnějším způsobem, jak zajistit bezpečné dokončení rozsahu práce Hot Bolting, je zaměstnat specializované dodavatele s účelově vybaveným zařízením a rozsáhlou úspěšnou historií předchozích zakázek na odstraňování šroubů. Za tímto účelem má společnost Hydratight zkušenosti, kompetence, historii, schopnosti uchovávat záznamy a především MorSafe ™ Clamp, aby zajistila nejbezpečnější a nejefektivnější operace šroubování za tepla.
REFERENCE
[1] ASME PCC-2, Repair of Pressure Equipment and Piping, 2015
[2] Vinnem, J. E., Seljelid, J., Haugen, S., and Husebø, T., Analysis of Hydrocarbon Leaks on Offshore Installations, 2007
[3] ASME VIII, Boiler and Pressure Vessel Code Division 1 and Division 2, 2017
[4] EEMUA Information Sheet 17, Guidance Procedure for the Removal and Replacement of Flange Joint Bolting on Live Piping and Equipment, 2005
Komerční sdělení
