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 | 2 ||

Оценка работоспособности газопроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением

-- [ Страница 3 ] --

Анализ статистических характеристик подтверждает, что в бездефектных зонах твердость более стабильна в сравнении с зонами трещин КРН.

Мерами неоднородности (разброса, изменчивости) выборки твердости являются интервал разброса, стандартное отклонение, дисперсия, которые возрастают с ростом рассеяния твердости и уменьшаются при однородном состоянии. Пример распределения дисперсии выборок по участкам измерения твердости показан на рис. 7. Очевидно, что дисперсия выборок твердости принимает минимальные значения в диапазоне 21-30 на участках контрольных измерений образцов в неповрежденной зоне. Минимум дисперсии 31 на поврежденных участках с трещинами КРН установлен на участке № 3 образца № 3.

Максимальное значение дисперсии на этом же образце составляет 69, прирост дисперсии по отношению к контрольной зоне составляет 2,2 раза. Гораздо более заметная разница в величинах дисперсий твердости поврежденной КРН и неповрежденной областей металла наблюдается на образцах № 1 и 2. Максимальные значения показателя составляют 212 и 375, отношения к минимальному значению 10 и 12,5 раз, соответственно.

Таким образом, увеличение дисперсии в зонах, поврежденных КРН, свидетельствует, с одной стороны, о снижении твердости наименее прочных фаз за счет образования структурных нарушений сплошности (микродефектов), с другой – об увеличении твердости прочных фаз за счет деформационного старения или о совместном действии обоих явлений.

 Распределение дисперсии твердости по участкам измерений на образцах № 1-3 -10

Рис. 7. Распределение дисперсии твердости по участкам измерений на образцах № 1-3

Так как трещины КРН ориентированы в большинстве случаев вдоль продольной оси трубы, можно предположить, что механические свойства металла труб в месте образования трещины КРН в направлении по окружности трубы характеризуются локальным ухудшением.

При этом свойства металла труб в продольном направлении труб гораздо стабильнее, что доказывается результатами механических испытаний. Для исследования этой неоднородности использовался магнитный метод измерения коэрцитивной силы Нс.

Наиболее важным является то, что определение коэрцитивной силы дает возможность исследовать свойства в определенном направлении трубы. Это связано с тем, что параметр определяется в процессе намагничивания локального участка металла на поверхности трубы между двумя разнесенными обкладками электромагнита. Соответственно, направление намагничивания будет соответствовать тому направлению, в котором производится оценка свойств металла трубы.

Исследования проводились на образцах металла, отобранных из аварийно-разрушенных труб. Измерялась коэрцитивная сила с помощью прибора КРМ-ЦК-2М, выпускаемого фирмой «Специальные Научные Разработки» совместно с МНПО «Спектр» (г. Москва). Диапазон измерения коэрцитивной силы 1-20 А/см с погрешностью не более 5%.

Измерения проводились в трех точках образцов металла, расположенных вдоль кромки очага аварийного разрушения (точки № 1-3, удаление по нормали к линии разрушения не более 30 мм), а также в одной точке (№ 4) на удалении не менее 300 мм от очага, считая это место как неповрежденный металл. Измерялась коэрцитивная сила параллельно линии разрушения (характеристика продольных свойств) и перпендикулярно линии разрушения (характеристика поперечных свойств).

Рассчитывалась анизотропия коэрцитивной силы (АКС) как разность средних величин коэрцитивной силы вдоль и поперек оси трубы по формуле: и как их отношение . Наиболее показательным является пример исследования образца из трубы 122012 мм, сталь 17Г1С, производства Челябинского трубопрокатного завода на участке 1105 км аварийного разрушения по причине КРН 02.08.2002 г. МГ Ухта – Торжок - 2 в Мышкинском ЛПУ МГ ООО «Севергазпром» (рис. 8).

Среди рассмотренных точек № 1-3 отметим точку № 2, расположенную напротив очага разрушения и характеризующуюся максимальными значениями, измеренными на наружной поверхности трубы 4,6 А/см (вдоль) и 5,2 А/см (поперек). Продольные значения в очаге и в основном металле отличаются не существенно, а поперечные, напротив, значительно. Анизотропия неповрежденного металла имеет отрицательные значения и на наружной, и на внутренней поверхности образца. Отношение АКС принимает значения, меньшие единицы. Напротив, вдоль кромки разрушения анизотропия на обоих образцах положительна, а отношение АКС превышает единицу. В месте очага разрушения анизотропия параметра максимальна и принимает значения до 0,8 А/см при отношении АКС до 1,2.

Таким образом, экспериментально получен диагностический критерий предрасположенности металла труб к КРН, заключающийся в определении коэрцитивной силы металла на наружной поверхности трубы вдоль и поперек продольной оси газопровода и расчете ее анизотропии.

При нормальном неповрежденном состоянии металла коэрцитивная сила вдоль оси трубы равна или несколько превышает ее величину, измеренную поперек оси трубы, соответственно анизотропия показателя не превышает единицу. При изменении свойств металла, способствующих развитию трещин КРН, происходит увеличение значений коэрцитивной силы, измеренных поперек оси трубы при сохранении или уменьшении величины, измеренной вдоль оси трубы. Полученные значения коэрцитивной силы являются диагностическим критерием критического изменения структуры металла.

Поэтому метод определения коэрцитивной силы рекомендуется для трассового диагностирования металла труб в шурфах с целью выявления труб, металл которых имеет структуру, не характерную для трубных сталей и предрасположенную к КРН.

Другим найденным критерием состояния металла является различие показателей анизотропии коэрцитивной силы, определенное на наружной и внутренней поверхности трубы. С увеличением данного показателя вероятность образования трещин КРН по состоянию материала труб возрастает. Однако необходимость измерений с внутренней поверхности трубы ограничивает использование данного критерия на действующих газопроводах. Данный критерий рекомендован для отбраковки труб, демонтированных из газопровода после эксплуатации и предполагаемых для повторного использования при ремонтах МГ.

 а) б) в) г) Распределение коэрцитивной-13

 а) б) в) г) Распределение коэрцитивной силы-14

а) б)

 в) г) Распределение коэрцитивной силы с наружной (а) и-15

 в) г) Распределение коэрцитивной силы с наружной (а) и-16

в) г)

Рис. 8. Распределение коэрцитивной силы с наружной (а) и внутренней (б) стороны образца и ее анизотропии (в, г)

Для ранжирования грунтов по вероятности протекания процессов КРН определялся их химический состав. Грунты исследовались по следующим показателям: влажности, рН, содержанию ионов карбонатов и бикарбонатов, ионов хлора, ионов сульфида, ионов кальция и магния. Для определения ионного состава применялись анализаторы жидкости многопараметрические Экотест2000. Зависимость числа аварийных разрушений МГ по причине КРН от содержания отдельных ионов в грунтовых водах приведено на рис. 9, а.

Большое число аварий установлено при суммарном содержании ионов кальция и магния менее 50 мг/кг. То есть, увеличение общей жесткости воды приводит к уменьшению числа аварий, произошедших по механизму КРН. Поэтому для уточнения характеристик процесса в отобранных пробах грунта был реализован электрохимический метод поляризационных кривых. Использовалось следующее оборудование: потенциостат-гальваностат IPC-pro; персональный компьютер; рабочий электрод; вспомогательный электрод; электрод сравнения. Метод был усовершенствован путем разработки зондового устройства, которое позволило проводить электрохимическое тестирование грунтовых вод непосредственно на трассе газопровода (рис. 9, б).

а) б)

1 – ионы кальция и магния, 2 – ионы хора, 3 – ионы сульфата, 4 – ионы гидрокарбонатов, 5 - корпус; 6 – стальная пластина; 7 – пористая мембрана; 8 – винт; 9 – вспомогательный электрод (графитовый); 10 – соединительные провода; 11 – стальное крепежное кольцо; 12 – крышка; 13 – медный электрод; 14 – полость для концентрированного раствора CuSO4

Рис. 9. Число аварий по причине КРН (1995-2004 гг.) в зависимости от содержания ионов в грунтовых водах (а) и конструкция электрохимического зонда (б)

Разработана методика комплексного диагностирования и мониторинга процессов КРН (рис. 10).

Назначение участков для диагностирования проводится на основе анализа имеющейся информации по типам грунта, изоляции, уровня грунтовых вод (УГВ), аварийности, номенклатуре труб по типам и маркам сталей, наличию фактических дефектов КРН по ВТД.

Рис. 10. Схема выполнения мониторинга стресс-коррозионного
состояния МГ

Диагностирование изоляционных покрытий проводится путем выявления дефектов, характерных для КРН:

а) сквозные дефекты покрытия, образованные в продольных складках полимерных лент на перекрытии слоев, имеющие характеристики: положение на окружности МГ 3-5 и 7-9 ч, радиус дефекта 0,05<RД<0,2 м, расстояние между дефектами кратно 0,5-0,7 м;

б) сквозные дефекты покрытия, образованные в отслаивании полимерных лент на перекрытии слоев, имеющие аналогичные характеристики и положение на окружности МГ 5-7 ч.

Диагностирование электрохимических условий проводится путем проверки потенциалов поляризации катодной защиты на соответствие нормативным требованиям. Ранжируется грунт по вероятности развития процессов КРН по табл. 2.

Таблица 2

Ранжирование вероятности КРН по параметрам поляризационных кривых

Вероятность
КРН
Угловой коэффициент поляризационной кривой, В Потенциал коррозии, В (н.в.э.)
ba bk
Низкая 0,05 0,1-0,12 минус 0,44
Высокая 0,1 0,2-0,35 минус 0,5-0,6

На заключительном этапе диагностирования проводится оценка состояния металла труб в шурфах неразрушающими методами определения твердости и коэрцитивной силы. Измеряется коэрцитивная сила по окружности трубы в 12 точках с равным шагом вдоль и поперек продольной оси трубы. Твердость определяется в 4 точках по 50 измерений в каждой. Оценка коэрцитивной силы выполняется с учетом максимальных значений и градиентов их изменения по окружности трубы, определяемых как разность между максимальным и минимальным значениями, приведенная к расстоянию между точками измерения. Проводится ранжирование опасности развития процессов КРН по установленным параметрам анизотропии коэрцитивной силы и дисперсии твердости по табл. 3.

Таблица 3

Ранжирование вероятности КРН по параметрам анизотропии коэрцитивной силы и дисперсии твердости

Вероятность
развития КРН
Максимальное значение Нс по окружности трубы, А/см Максимальный градиент изменения GНс, А/см2 Дисперсия твердости, ед.
НВ
низкая Менее 0,5 Менее 0,002 25
средняя 10,5-1,0 0,002-0,005 50
повышенная 1,0-1,5 0,005-,001 150
высокая Более 1,5 более 0,01 300

В четвертой главе представлена методика моделирования КРН и аттестации средств и методов диагностирования дефектов КРН газопроводов. Для воспроизведения трещин, подобных КРН, проводилось их изготовление путем имитации растягивающих напряжений, коррозионной среды, состояния структуры и поверхности трубной стали, электрохимических условий.

Использовались криволинейные образцы, вырезанные по окружности трубы без их механической правки. Нагрузка прикладывалась так, чтобы остаточные растягивающие напряжения, возникающие на внешней поверхности трубы при ее изготовлении, получали приращение (рис. 11, а). Механически не очищалась и не выравнивалась наружная поверхность образца. Для инициирования развития трещины на образце выбиралась заготовка металла с поверхностью, предрасположенной к образованию трещин. Использовался фрагмент металла из трубы с места аварийного разрушения МГ по причине КРН. При этом в средней части рабочего образца выбиралась область металла с измененной структурой, что определялось по дисперсии твердости и анизотропии коэрцитивной силы. Условия для начального роста и дальнейшего развития трещины обеспечивались путем создания на поверхности образца электрохимической неоднородности, сосредоточенной на структурных дефектах металла и в вершине трещины. Для создания электрохимической нестабильности попеременно накладывалась анодная и катодная поляризация на образец. К образцу крепилась электролитическая ванна для обеспечения контакта образца с коррозионно-активной средой в рабочей области (рис. 11, б). Было выявлено, что статическое нагружение не дает однозначного образования трещин. Образование трещин происходит под действием растягивающих циклически изменяющихся нагрузок, сосредоточенных во внешней поверхности образца.

а) б)

1 – электродвигатель, 2 – эксцентрик, 3 – основание, 4 – образец, 5 – балка, 6 – нагружающий болт, 7 – зажим, 8 – индикатор часового типа, 9 – источник постоянного тока, 10 - электролитическая ванна, 11 - электрод сравнения, 12 - вспомогательный электрод (анод).

Рис. 11. Устройство для создания переменных напряжений изгиба (а) и электролитическая ванна (б)

При выборе заготовок для изготовления образцов учитывали также предрасположенность к КРН определенных марок трубных сталей, например, труб, прошедших термическое упрочнение. В ходе моделирования трещины применялся ультразвуковой метод контрольных измерений глубины трещины непосредственно в ходе ее изготовления (рис. 12).

1 образец, 2 трещина, 3 – ПЭП–излучатель, 4 – ПЭП–приемник, 5 – дифрагированный сигнал с вершины трещины (время регистрации t2), 6 – опорный (донный) сигнал (время регистрации t1), - задержка сигнала.

Рис. 12 Схема измерения глубины трещины ультразвуковым зеркальным методом

Высота трещины определялась по задержке времени t между сигналом, дифрагированным на конце трещины t2 и опорным сигналом t1, отраженным от рабочей поверхности образца из выражения:

(1)

где h – глубина трещины, с – скорость ультразвука в образце, - расстояние между ПЭП, - время регистрации опорного сигнала, время регистрации дифрагированного сигнала.

Разработана и реализована методика изготовления образцов-имитаторов трещин с применением нагружающего устройства и электрохимического воздействия модельных сред, рекомендуемая для опытно-исследовательской отработки и аттестации методик дефектоскопического контроля. Для калибровки средств и методов диагностирования дефектов КРН на МГ разработана номенклатура стандартных образцов с имитаторами трещин КРН, позволяющая установить зависимости между показаниями прибора и измеряемыми характеристиками трещины КРН.

Таким образом, разработана методическая основа по отработке и аттестации средств и методов обследования и технического диагностирования эксплуатируемых газопроводов, работающих в условиях КРН, позволяющая повысить качество и информативность диагностирования, достигаемых за счет внедрения комплекса мероприятий, направленных на отработку, адаптацию и аттестацию используемых методов.

Основные выводы:

  1. Разработана комплексная методика и критерии ранжирования стресс-коррозионных условий газопроводов и диагностический алгоритм ее реализации, основанный на анализе номенклатуры эксплуатирующихся труб, имеющихся дефектов КРН в коридоре трассы, диагностировании характеристик грунтов и дефектов изоляционных покрытий, характерных для КРН, состоянии металла труб.
  2. Разработана научно-методическая система идентификации и классификации влияющих факторов при аварийных разрушениях по причине КРН на основе комплекса методов лабораторных исследований металла из аварийно-разрушенных труб, трассовых обследований состояния защитных покрытий, ЭХЗ, грунтов и стендовых испытаний поврежденных труб.
  3. Обоснованы критерии оценки накопленной поврежденности металла труб при КРН на основе использования комплекса диагностических методов, включая многократное определение твердости с использованием статистического анализа и измерение анизотропии коэрцитивной силы, позволяющих установить наличие и уровень ухудшения свойств металла труб, способствующих развитию КРН.
  4. Разработаны методика и критерии диагностирования грунтов и грунтовых вод по трассе газопроводов по их влиянию на процессы КРН электрохимическим методом, заключающиеся в снятии поляризационных кривых, как на пробах отобранного грунта, так и в трассовых условиях с помощью предлагаемого зондирующего устройства.
  5. Экспериментально обоснована методика воспроизведения трещин КРН, основанная на выборе металла труб, предрасположенных к растрескиванию, воздействию растягивающих циклических нагрузок, сосредоточенных во внешней поверхности криволинейного образца, электрохимическом воздействии, рекомендуемая для опытно-исследовательской отработки и аттестации методик дефектоскопического контроля.
  6. Для отработки и аттестации средств и методов диагностирования дефектов КРН на МГ предложена номенклатура стандартных образцов с имитаторами трещин КРН, позволяющая установить калибровочные зависимости между параметрами и настройками приборов и измеряемыми характеристиками трещины КРН, в целом повысить качество и информативность диагностирования.
  7. По результатам работы разработаны стандарты организации (Рекомендации) ОАО «Газпром»: «Руководство по организации системы мониторинга стресс-коррозионных процессов на трассах действующих и проектируемых магистральных газопроводов», «Методические указания по отработке и аттестации средств и методов характерных дефектов газопроводов», «Инструкция по обследованию и определению стресс-коррозионного (технического) состояния технологических перемычек и участков магистральных газопроводов между охранными кранами». Стандарты внедрены при диагностировании МГ Пунга-Ухта-Грязовец, Ухта-Торжок, Пунга-Вуктыл-Ухта общества «Газпром трансгаз Ухта». В результате установлены участки газо

    Pages:     | 1 | 2 ||
     





 
© 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.