A maradék élettartam meghatározásához rendelkezünk a szükséges erőforrásokkal, az úgynevezett sub-size technika eszközeivel, és nem utolsó sorban gyakorlati tapasztalattal, ugyanis a Slovnaft Pozsonyi Finomítójában már több alkalommal végeztünk közvetlen anyagtani vizsgálatokon alapuló élettartam számításokat.

A maradék élettartam korszerű és pontos meghatározásához szükséges sub-size technika egy olyan modern vizsgálati módszer, amelynél a speciális mintavevővel a készülékből/berendezésből kivett anyagmintákból kimunkált miniatűr (sub-size) próbatesteken meghatározhatók a szerkezeti anyag jellemző tulajdonságai. A kivett minta ebben az esetben olyan kis méretű (durván 50 Ft-os nagyságú), hogy nem veszélyezteti a szerkezet integritását, bizonyos feltételek megléte esetén a mintavétel akár üzemközben is elvégezhető. A kivett darabokon mechanikai vizsgálatokat, vegyi összetétel meghatározást, valamint optikai- és scanning elektronmikroszkópos metallo-, fraktográfiai és finomszerkezeti vizsgálatokat végzünk azzal a céllal, hogy az anyag tényleges mechanikai viselkedését meghatározhassuk. A maradó élettartam meghatározás esetében a sub-size vizsgálatok szükségességét az indokolja, hogy az anyag tényleges állapotát csak a tartály vagy készülék anyagán elvégzett közvetlen mechanikai és roncsolásos anyagtani vizsgálatokkal lehet felelősen megállapítani.

A maradék élettartam meghatározásról, valamint az ehhez szorosan kapcsolódó sub-size techinkáról alább nyújtunk bővebb információt.

Maradék élettartam meghatározás

Napjainkban egyre nagyobb igény mutatkozik a már üzemelő szerkezetek/berendezések maradék élettartamának számítására, amely egyrészt segíti a preventív karbantartást, másrészt lehetővé teszi az üzemidőhosszabítás (LTE, Life Time Extension) műszaki megalapozását. Ez leginkább a vegyipar és az energetika teljes spektrumát érinti, különösen a nyomástartó edényeket és csővezetékeket és minden olyan berendezést, amelyeknél nem a mechanikai kopás, vagy az elhasználódás egyéb jól észlelhető formái korlátozzák az adott berendezés, szerkezet vagy szerkezeti elem további felhasználhatóságát.

Az üzemi körülmények hatására a különböző szerkezetek anyagaiban öregedési-degradációs folyamatok játszódnak le (pl.: perlites szövetszerkezet bomlása, TiC kiválás), amely a szóban forgó szerkezeti anyagok tulajdonságainak leromlását idézik elő. Ez a tulajdonságromlás korlátozza vagy korlátozhatja a berendezések üzemidejét, élettartamát. Ezek a kedvezőtlen változások különböző anyagtani folyamatok, amelyek mikroszerkezeti vagy szubmikroszerkezeti szinteken játszódnak le.

Perlitbomlás üzemi hőterhelés hatására

TiC kiválás ausztenites acélban

Egy berendezés/szerkezet tervezett élettartamán túli üzemelésének feltétele a szerkezeti anyag megfelelő szívóssága és szilárdsága, mivel csak ezzel garantálható a biztonságos üzemelés. Ezen tulajdonságokat azonban roncsolásmentes (NDT) vizsgálatokkal nem lehet teljes alapossággal meghatározni, mivel a mikro/sub-mikro szinten végbemenő változásokat (átalakulási-, kiválási-bomlási és transzportfolyamatok) nem, vagy csak részben képesek detektálni.

A maradék élettartam meghatározásához így olyan modern vizsgálati eljárás alkalmazására van szükség, amely az adott berendezés szerkezeti anyagának aktuális állapotáról ad számszerű információt, amely megalapozza és lehetővé teszi a szükséges számításokat. Az aktuális anyagjellemzők csak közvetlen, roncsolásos (DT) vizsgálatokkal határozhatók meg, amelyhez értelemszerűen a berendezésből ki kell kimunkálni egy adott anyagtérfogatot, amelyen a szükséges vizsgálatok elvégezhetők. Tekintettel arra, hogy az elsődleges cél a maradék élettartam meghatározása, a kimunkálás (anyagtérfogat szerkezetből való kivétele) nem veszélyeztetheti a szerkezet integritását és nem csökkentheti észlelhető mértékben magát a maradék élettartamot. E két feltételt figyelembe véve olyan vizsgálati eljárásra van szükség, amelynek minimális az anyagigénye.

Sub-size mintavétel

A kis anyagtérfogatú mintavételezéshez a klasszikus anyagleválasztási folyamatok nem, vagy csak részben nyújtanak segítséget a következő okokból kifolyólag: (I) az anyagleválasztási folyamat hőbevitele és/vagy (II) a folyamat okozta deformáció miatt lokálisan megváltozik a vizsgálatra szánt anyagtérfogat szerkezete, ezáltal tulajdonságai. Ezeket kiküszöbölendő olyan mintavételezési eljárás alkalmazását tűztük ki célul, amely egyidejűleg biztosítja a kivett anyagtérfogat aktuális állapotának megőrzését és elhanyagolható vagy minimális hatást gyakorol a szerkezeti integritásra, és semmiképp nem veszélyezteti az üzembiztonságot.

A mintavétel elvi folyamata

Vákuumos rögzítés

A visszamaradó anyaghiány

A kivett anyagminta

A Corweld Kft. által kifejlesztett mintavevő készülék kisméretű, sekély, gömbsüveg alakú mintát vesz ki a nyomástartó edényből vagy a csővezetékből, ami – előzetes végeselemes szimulációval bizonyítottan – garantáltan nem befolyásolja az adott szerkezet üzembiztonságát. A mintavételt egyes esetekben – a berendezés típusától, falvastagságától, üzemi közegétől és nem utolsó sorban üzemi hőmérsékletétől függően – üzemelés közben is el lehet végezni.

A kifejlesztett mintavevő készülékünk vákuumos rögzítésének öszönhetően alkalmas sík, hengeres és kétszer görbült felületből való mintavételre. Amennyiben szükséges, a vágás környezetében inertgáz (Ar) atmoszféra is biztosítható. A kivett – gömbsüveg geometriájú – anyagtérfogat mérete minden esetben összehangban van az adott berendezés falvastagságával és terhelésével, amely a kimunkálás előtt kerül definiálásra. A kivehető anyagtérfogat magassága (h) 0,6- 3,3 mm között változtatható, amellyel összhangban a visszamaradó anyaghiány mélysége (H) 2,8- 5,5 mm. A kivett minta átmérője ezzel (Ød) 10,6-25,2 mm, a visszamaradó anyaghiány átmérője (ØD) pedig 24,3-33,4 mm között változik beállítástól függően.

Sub-size vizsgálatok

A kivett mintából – hő- és mechanikai behatástól mentes módszerrel – szakítópróbatestet munkálunk ki, amelyet egy Corweld Kft. által fejlesztett speciális szakítószerszámmal vizsgálunk. Ezen túlmenően analitikai, mikroszerkezeti és finomszerkezeti vizsgálatokat (SEM, TEM), dinamikus terhelés esetén mikro-Charpy ütővizsgálatokat is elvégzünk, amire alapozva az adott szerkezet aktuális állapotáról felelősen nyilatkozni lehet. Az egész sub-size módszertan nagy előnye, hogy számszerűsíthető eredményekkel szolgál, ami jó műszaki becsléssel teszi lehetővé az adott szerkezet maradék élettartamának meghatározását. A sub-size méret lehetőséget biztosít mind az alapanyag, a hegesztési varratfém, valamint a hőhatásövezet (HAZ) célirányos vizsgálatára is.

A sub-size vizsgálati eredmények minden esetben lehetővé teszik az öregedési-degradációs tendenciák meghatározását, lényegében ez az értelme és célja magának a vizsgálatnak. A kiinduló adatokat vagy adatbázisokból kell felvenni, vagy pedig azonos minőségű, de új állapotú anyag hagyományos vizsgálataival lehet meghatározni.

A jövőre gondolva célszerű a 0-állapot felvétele új berendések telepítésekor, ami még pontosabbá teszi a későbbi – valószínűleg évtizedek múlva elvégzendő – sub-size vizsgálaton alapuló öregedési-degradációs tendenciák meghatározását. A fentiekből következően kijelenthető, hogy nyomástartó edények és csővezetékek, valamint minden mechanikai terhelésnek és hőhatásnak kitett szerkezet, berendezés aktuális állapotának felmérésére, maradék élettartamának meghatározására jelenleg a sub-size vizsgálati technika alkalmazása a legjobb, legmegbízhatóbb módszertan.

Sub-size próbatestek és egy normál méretű próbatest

Kivett anyagminta, valamint sub-size próbatestek

Alapanyagból kivett anyagminta (bal) és a kimunkált
próbatest (jobb)

Hegesztési varratkörnyezet, valamint a hőhatásövezetből (HAZ) kimunkált sub-size próbatest

Sub-size minta metallográfiai felvétele

Sub-size szakító próbatest fraktográfiai felvétele

Sub-size mintán végzett TEM vizsgálat felvétele

A sub-size vizsgálat előnyeit előzetesen a következőkben lehet összefoglalni:

(1) A sub-size vizsgálat során főleg nyomástartó edények és csővezetékek vagy más szerkezetek anyagából úgy lehet kisméretű mintát venni, hogy az nem befolyásolja az adott berendezés további alkalmazhatóságát. Ugyanakkor a kivett minta anyagtani vizsgálatai alapján megalapozottan, felelősen lehet véleményt mondani az adott szerkezet aktuális állapotáról, az öregedési-degradációs folyamat trendjéről és jól megbecsülhető annak maradék élettartama, ami az üzemidő hosszabbításnak is az alapja.

(2) A sub-size vizsgálat alkalmazása lehetővé teszi a roncsolásmentes vizsgálatok terjedelmének ésszerű csökkentését, ezáltal ezen a téren jelentős költségcsökkentést tesz lehetővé. Csökkenti a karbantartás költségeit azáltal is, hogy sub-size vizsgálatok alkalmazása esetén általában jelentősen megnőnek a karbantartási ciklusidők, ritkábbá és rövidebbé válnak a karbantartási leállások (revíziók vagy főjavítások). Ez a karbantartó szervezet számára lehetővé teszi azt, hogy a legfontosabb feladataira koncentráljon, munkáját még hatékonyabbá tegye.

(3) A maradék élettartam említett módon történő meghatározása lényegében egy jól megalapozott, mérsékelten konzervatív jó műszaki becslés (prediction), ami felelős döntések meghozatalát teszi lehetővé.

(4) A költségcsökkentés, a leállási idők egyidejű csökkentése és a maradék élettartamra alapozott üzemidő hosszabbítások jelentős profit többletet hoznak úgy üzemeltető, mint pedig a tulajdonos számára.

(5) A fenti előnyök az üzembiztonságot is jelentősen megnövelik, ami összhangban van a korszerű vegyipari- és energetikai biztonságfilozófiával.