авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Совершенствование методов повышения безопасности трубопроводов сероводородсодержащих месторождений

-- [ Страница 2 ] --

В настоящее время идентификация технического состояния линейной части трубопровода сводится к анализу данных ВТД, наружного контроля и оценки потенциальной опасности дефектных участков. ВТД не фиксирует дефекты запорной арматуры, а неразрушающий контроль при наружном диагностировании запорной арматуры позволяет определить дефектность только корпусных деталей и не выявляет дефекты других элементов: седел, затвора, сальников, штока и трубок. Например, после 25-летней эксплуатации на ОНГКМ вследствие негерметичности затвора выходит из строя до 72% общего количества запорной арматуры, что свидетельствует об актуальности оценки дефектности и потенциальной опасности ЗА.

Трубопроводы ОНГКМ эксплуатируются в сложных условиях, характеризуемых широким диапазоном режимов работы, температуры, давления, скорости движения и агрессивности сред, наличия и свойств ингибиторов. При оценке остаточного ресурса работы ТП необходимо четко представлять воздействие основных факторов и количественно определить изменение в этих условиях коррозионно-механических свойств металла ТП.

При реконструкции и замене дефектных участков трубопроводов ОНГКМ актуально проведение входного контроля для определения соответствия материалов и изделий требованиям НД. Отбраковка при входном контроле некачественных изделий позволит повысить безопасность эксплуатации трубопроводов ОНГКМ.

Ингибиторная защита – широко распространенный метод противокоррозионной защиты трубопроводов на сероводородсодержащих месторождениях. Применяемые на ОНГКМ ингибиторы коррозии обладают недостаточным защитным эффектом в наиболее коррозионно-опасных участках трубопроводов, где скапливается влага. Замена этих ингибиторов коррозии на более эффективные позволит свести к минимуму процессы сероводородной коррозии, наводороживания, водородного и сероводородного растрескивания металла труб и, следовательно, повысить безопасность эксплуатации трубопроводов ОНГКМ.

Для повышения безопасности эксплуатации дефектных участков трубопроводов осуществляются реконструкционные работы. Существующие методы ремонта труб имеют ряд недостатков: остановка перекачки продукта (в большинстве случаев), сложность технологии ремонта и его высокая трудоемкость, отсутствие специальной оснастки и материалов, отрицательное воз­действие сварки на напряженно-деформированное состояние (НДС) и структуру металла ремонтируемого участка трубопровода, отрицательное влияние приваренных к стенке конструкции элементов, как концентраторов напряжений. Экономически целесообразен ремонт трубопроводов без остановки перекачки продуктов, что возможно с использованием специальных муфт. Разработка эффективной технологии установки муфт на дефектные участки с созданием разгружающих напряжений на дефектном участке трубопровода для увеличения безопасности эксплуатации является актуальной.

На основе проведенного анализа определены цель и основные задачи диссертационной работы.

Во второй главе приведена методика идентификации дефектов металла трубопроводов по данным диагностического контроля. Основными дефектами (более 50% по результатам ультразвуковой ВТД) являются металлургические дефекты: неметаллические включения, металлургические расслоения (закаты, плены, плоско раскатанные расслоения, ликвационные зоны и т.д.) и металлургические утонения стенки трубы (уменьшение толщины стенки, раковины).



Неметаллические включения представляют собой нарушение сплошности металла внутри стенки трубы. Сульфидные включения имеют вытянутый ступенчатый вид. Оксиды встречаются в большинстве случаев в виде мелких, почти сферических частиц. Сульфиды легкоплавкие и при кристаллизации металла группируются, как правило, по срединной линии сечения листового проката (рисунок 1). Эти включения часто имеют большую протяженность (более 200 мм), а иногда распространяются на всю длину трубы.

  Неметаллические-0

Рисунок 1 – Неметаллические включения в металле трубы 720х22 мм,

TU-28 FR 73

В металле трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды, плоские расслоения, грубая полосчатость и неметаллические включения при определенных условиях (застойная зона, наличие жидкости, отсутствие или неэффективность ингибирования) сорбируют водород на некогерентных границах с матрицей с образованием опасных водородных расслоений. Установлено, что при длительной эксплуатации трубопроводов в области металлургических дефектов металла труб происходит образование эксплуатационных водородных расслоений, причем этот процесс протекает интенсивнее на участках трубопроводов с застойными зонами или в металле трубопроводов, находящихся в консервации. Периодическая ВТД позволяет контролировать параметры эксплуатационных расслоений и проводить ремонт на участках трубопровода, которые приобрели признаки развитых водородных расслоений.

Результаты металлографических исследований макро- и микрошлифов, вырезанных из различных участков труб, позволили установить, что основные водородные расслоения возникают в области ликвационных зон и состоят из нескольких соединившихся между собой макрорасслоений, являющихся результатом объединения межкристаллитных микрорасслоений.

При этом: зарождение водородного растрескивания (расслоения) происходит по цепочкам оксидов, силикатов, оксисульфидам, сульфосиликатам (рисунок 2); присутствие крупных скоплений неметаллических включений определяет наличие в металле труб структурных аномалий - локально деформированных зон (рисунок 3а), инициирующих зарождение и развитие водородного растрескивания; развитие водородного растрескивания происходит по структурным аномалиям и имеет преимущественно межкристаллитный характер (рисунок 3б).

На основании анализа многочисленных данных ВТД, наружного контроля и результатов металлографических исследований дефектного металла труб разработана методика идентификации дефектов металла трубопроводов, позволяющая установить отличительные признаки дефектов.

Рисунок 2 – Панорама водородного растрескивания металла трубы 720 х 22 мм, TU-28 FR 73. х100

Рисунок 3 – Макроструктура (а) и микроструктура (б) металла трубы 720 х 22 мм, TU-28 FR 73, в зоне водородного растрескивания

Эксплуатационные водородные расслоения (рисунок 4) имеют: по контуру основного дефекта ступенчатые расслоения, приближающиеся к внутренней или наружной поверхностям трубы; следы общей или локальной коррозии в виде общего или локального утонения стенки трубы; в случае протяженных водородных расслоений более 100 мм возникают разрушения стенки трубы над центральной частью расслоения.

  Водородное расслоение:-8

  Водородное расслоение: -9

Рисунок 4 – Водородное расслоение:

а - ступенчатые расслоения, приближающиеся к внутренней поверхности трубы; б - изображение по результатам ВТД в области водородных расслоений

Для неметаллических включений при просмотре В-скана ультразвуковой ВТД в продольном сечении характерным является прерывистая потеря донного сигнала. Металлургическими расслоениями считается дефект, в области которого не наблюдается донный сигнал более чем на 100 мм, и отсутствуют следы коррозии со стороны внутренней поверхности трубы.

Закаты имеют наибольшую длину, как правило, вдоль трубы. Они могут выглядеть как параллельные поверхности трубы дефекты по кромке листа, в этом случае они похожи на расслоения. В области наклонных расслоений в металле стенки трубы возможны плотные включения, расположенные в одной плос­­­кости, но к краю обязательно наблюдается выход к поверхности (рисунок 5).

  Металлургический закат:-10

  Металлургический закат: -11


Рисунок 5 – Металлургический закат:

а – фрагмент дефекта; б - В-скан ВТД выхода дефекта к поверхности

При анализе данных ВТД установлено, что в течение пяти лет (между двумя диагностированиями) в металле трубопроводов ОНГКМ произошло увеличение эксплуатационных дефектов (рисунок 6, пример сканов, которые демонстрируют изменение параметров расслоений). Эти изменения подтверждаются и результатами металлографических исследований металла дефектных участков трубопроводов.

 Образование водородных-12

 Образование водородных-13

Рисунок 6 - Образование водородных расслоений в области неметаллических включений в металле трубы 720х20 мм, TU/28-BRD-75: а) результаты ВТД 1995 года; б) результаты ВТД 2000 года

Для определения характера изменения количества эксплуатационных расслоений за пятилетний период между обследованиями проведена математическая обработка данных ВТД. Построен график прироста количества эксплуатационных расслоений за эти периоды и подобрана соответствующая графику аппроксимирующая экспоненциальная функция (рисунок 7).

Рисунок 7 - Зависимость прироста количества водородных расслоений от продолжительности эксплуатации трубопроводов ОНГКМ: • - данные ВТД

Прирост количества эксплуатационных дефектов, образующихся при наводороживании металла на участках трубопровода с металлургическими дефектами сплошности металла труб, происходит по экспоненциальному закону Q1 =3,32e0,02t (рисунок 7, кривая 1). Проведение внутритрубной дефектоскопии с периодичностью в 5 лет позволяет выявить трубы с водородными расслоениями и обосновать проведение ремонта участков трубопроводов, имеющих водородные расслоения длиной более 200 мм, остальные оставить в подконтрольной эксплуатации. Тогда фактическое изменение количества эксплуатационных расслоений аппроксимируется экспоненциальной зависимостью Q2=2,08е0,02 t (рисунок 7, кривая 2).

На основе анализа результатов металлографических исследований и механических испытаний установлено, что после 25-летней эксплуатации структура основного металла труб и сварных соединений соединительных трубопроводов практически не изменилась по сравнению с исходной структурой, прочностные и пластические характеристики металла труб, включая ударную вязкость, не ниже минимальных нормативных требований ТУ. Твердость металла труб, бывших в эксплуатации, не превышает 20 HRC, однако происходит уменьшение на 26-33% ударной вязкости KCU-40 металла трубопроводов ОНГКМ при эксплуатации в сероводородсодержащих средах (рисунок 8) по сравнению с исходной ударной вязкостью, указанной в сертификатах. Ударная вязкость металла труб по TU/28-BRD-75 и TU-28 FR 73 практически приблизилась к минимальным значениям требований ТУ, что свидетельствует о снижении остаточного ресурса этих труб (рисунок 8).

Разработанная методика идентификации дефектов трубопроводов позволяет установить характерные признаки дефектов, отличить эксплуатационные дефекты от металлургических и технологических, а также, с учетом структурно - физического состояния металла, повысить объективность оценки потенциальной опасности дефектов и значительно сократить количество ремонтируемых дефектных участков труб без снижения уровня безопасной эксплуатации трубопроводов.

В третьей главе приведена методика оценки потенциальной опасности трубопроводов с дефектами формы и определения их остаточного ресурса безопасной эксплуатации.

Участки с дефектами формы труб, создающими высокую концентрацию напряжений (вмятины, гофры, несплошности основного материала и сварного соединения), являются потенциально опасными и под действием циклически изменяющегося давления могут привести к потере работоспособности трубопроводов вследствие возникновения трещин.





Общепринято считать, что трубопроводы испытывают 300 циклов нагружений в год. Для уточнения этого создана база данных режимов нагружения внутренним давлением пяти наиболее нагруженных трубопроводов ОНГКМ (период оценки - три года). С помощью разработанной программы автоматизированного подсчета эквивалентных циклов нагружения по годам и статистической обработки результатов уточнены значения фактического числа нагружений трубопроводов ОНГКМ (36, 49, 57 и 73 циклов в год при доверительной вероятности 0,90, 0,95, 0,98 и 0,99 соответственно). Учет реального количества циклов нагружений при определении остаточного ресурса позволяет существенно сократить количество вырезаемых участков труб с дефектами формы.

С целью определения несущей способности дефектных участков труб с дефектами основного металла и сварных соединений при циклических и статических нагрузках разработана методика испытаний и создан стенд (рисунок 9). В процессе стендовых испытаний дефектных труб, вырезанных из трубопроводов, проводят их циклическое нагружение давлениями: 200 циклов нагружения с размахом изменения давления Рцик=РН раб (от 0,1РН раб до 1,1 РН раб). Затем продолжают циклические нагружения с размахом изменения давлений: Рцик=1,25РНраб – 125 циклов; Рцик = 1,5РНраб - 85 циклов; Рцик=1,75РНраб- 60 циклов; Рцик=2,0РНраб- 40 циклов. Суммарное эквивалентное число циклов нагружений с размахом изменения давления Рцик=РН раб составляет 1000 циклов. Если не произойдет разрушение испытуемой трубы, то дальнейшим подъемом давления доводят трубу до разрушения с фиксацией разрушающего давления Рразр.

Для оценки потенциальной опасности дефектов формы труб, основного металла и сварных соединений трубопроводов проведены испытания шестидесяти девяти труб диаметрами от 377 мм до 1020 мм.

 Стенд для натурных-19

Рисунок 9 - Стенд для натурных испытаний труб с дефектами

На основе анализа геометрии вмятин на трубопроводах установлено, что отношение длины вмятины к ее глубине находится в диапазоне значений от 8 до 15. Форма вмятин плавная и имеет различную кривизну, описываемую некоторыми радиусами. Предложена модель вмятины для установления НДС и коэффициента концентрации напряжения в металле трубы (рисунок 10). Поверхность вмятины в продольном сечении описывается тремя окружностями одинакового радиуса R, последовательно сопряженных между собой и с образующей трубы. Согласно результатам исследований глубина вмятин h принята равной R/8, тогда, при длине вмятины L, ее глубина h равна , а радиус кривизны .

Расчет НДС металла трубы с вмятиной производился методом конечных элементов (МКЭ) по программе «APM WinMachine». При одних и тех же размерах длины вмятины концентрация напряжений увеличивается при увеличении глубины вмятины. При этом длина вмятины, при неизменной глубине, на значение К влияет незначительно.

 Модель вмятины и-22


Рисунок 10 - Модель вмятины и график зависимости концентрации напряжений от отношения глубины вмятины к диаметру трубы

Полученные значения коэффициента концентрации напряжений от 2,4 до 4,1 в металле области вмятин труб с различной толщиной стенки при глубине h, равной 3,5% от D предложено использовать для установления ресурса в циклах Nц трубопроводов по критерию зарождения трещин малоцикловой усталости:

, (1)

где пл – исходная (накопленная) деформация при изгибе стенки трубы;

ц – деформация за один цикл нагружения; n – коэффициент запаса долговечности, принимается равным 6; – коэффициент концентрации напряжений при наличии дополнительного дефекта в области вмятины (гофра).

Величина исходной (накопленной) деформации определяется расчетным путем в зависимости от геометрии вмятины и количества циклов нагружения. Для уточнения пл проведены исследования и предложена методика определения накопленной поврежденности по изменению скорости прохождения акустической волны. Установлена зависимость (/t0имп)=0,05пл изменения скорости распространения акустических волн от величины усталостного повреждения металла в области дефектов формы труб.

Согласно разработанной методике рассчитан остаточный ресурс труб с вмятинами и гофрами, подвергнутых гидравлическим испытаниям. Полученные расчетом по методике определения остаточного ресурса значения Nц.раз участков трубопроводов с дефектами формы труб зависят от вида дефекта и его геометрических размеров. С уменьшением радиуса кривизны дефекта формы труб уменьшается остаточный ресурс безопасной эксплуатации участков трубопроводов с вмятинами и гофрами.

В четвертой главе приводится методика оценки потенциальной опасности и остаточного ресурса безопасной эксплуатации участков трубопровода с дефектами утонение стенки труб и с кольцевыми сварными соединениями, содержащими объемные дефекты.

К настоящему времени известна система критериев и запасов прочности, отраженная в НД и гарантирующая безопасную эксплуатацию объектов при соблюдении заданных условий эксплуатации. Прочность трубопровода обеспечивается, если фактический коэффициент запаса прочности N1 превышает допустимый коэффициент запаса Nдоп, регламентируемый НД. Фактический коэффициент запаса прочности N1 определяется расчетом и/или уточняется по результатам натурных гидроиспытаний N1= Рраз / Рраб.

В процессе эксплуатации трубопровода происходит уменьшение коэффициента запаса прочности N1. Это изменение характеризует различные состояния объекта, и может быть оценено функцией желательности Харрингтона на пяти интервалах с равновероятностным попаданием в каждый интервал, имеющих качественные показатели: высокий, хороший, удовлетворительный, пониженный и низкий. Значение коэффициента запаса прочности для трубопроводов, имеющих припуск на коррозию, можно оценить тремя допустимыми интервалами: первый - высокий, когда при эксплуатации сохраняется припуск на коррозию, второй - хороший – выбирается припуск на коррозию, третий - удовлетворительный – выбран припуск на коррозию, и трубопровод подлежит ремонту. При этом сохраняется достаточный запас по прочности – два интервала. Эксплуатация трубопровода с пониженным коэффициентом запаса прочности запрещается, но эксплуатация может быть продлена, если ведется мониторинг за техническим состоянием дефектного участка. Состояние дефектного участка трубопровода характеризуется тремя состояниями: неопасное, потенциально опасное, опасное.

Исходя из вышеуказанных оценивающих интервалов, коэффициент запаса прочности для трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды, составляет для: неопасных дефектов N1Nдоп; потенциально опасных
0,6·Nдоп +0,4< N1<Nдоп; опасных дефектов N1 0,6·Nдоп +0,4.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.