Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Таким образом, постановку мониторинга за развитием кор­розионных процессов следует начинать с химической диагно­стики внешней среды, с изучения литологической принадлеж­ности сопряженных с газопроводом грунтов, их химического состава и влажности, а также солесодержания в водной вытяж­ке или насыщающей грунт воде. При этом подавляющее коли­чество факторов, которые, как принято считать, определяют скорость коррозии, можно измерить только непосредственно на трассе вблизи трубопровода. Например, одна из теорий свя­зывает скорость коррозии с концентрацией бикарбонат-ионов, содержание которых в грунтовых водах может быть измерено только на месте отбора пробы, так как транспортировка в ла­бораторию приводит к искаженным результатам за счет интен­сивного газообмена с углекислым газом атмосферы.

1. ФАКТОРЫ ВЛИЯЮЩИЕ НА НАДЁЖНОСТЬ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВДОВ

3.1 Стресс-коррозия

Под стресс-коррозией понимают явление, которое опреде­ляется как коррозионное растрескивание металла труб на катоднозащищаемых трубопроводных участках, находящихся под воздействием коррозионно-активной средыа также растягивающих напряжений. Это явление получило название коррозионного растрескивания под напряжением (КРН), представляющего микрохрупкое разрушение металла, проявляющегося в виде образования колоний трещин, посте­пенно проникающих вглубь металла с его поверхности. Это приводит к локальному снижению механической прочности труб газопровода вплоть до внезапного разрушения под дейст­вием механических сил и нагрузок от внутреннего давления.

Следует отметить, что проявление стресс-коррозионной повреждаемости трубопроводов оказалось полной неожидан­ностью для их производителей, поскольку растрескиванию подвергались весьма пластичные трубные стали в грунтовых электролитах, не относящихся к числу коррозионно-актив­ных. На протяжении последних десятилетий проблема стресс- коррозии остается актуальной и представляет собой одну из наиболее острых проблем в транспорте газа.

Для возникновения КРН необходимы три группы факто­ров[11]:

1. специфичность коррозионной среды (химико-биологи­ческий состав, pH, температура трубопровода и околотрубного пространства, потенциал «труба—земля»), кото­рая, собственно, и определяет вид КРН, ответственный за разрушение труб на конкретном трубопроводе или системе трубопроводов;

2. параметры напряженно-деформированного состояния (НДС) металла труб (уровень внешних напряжении, цикличность, форма цикла нагружения и т. п.); их рас­сматривают как факторы, контролирующие кинетику растрескивания;

3. металлургические факторы, включающие технологию производства и качество стали (состав, чистоту, струк­турные характеристики, механические свойства и т. п.), которые определяют чувствительность металла труб к растрескиванию.

Согласно литературным данным [12], существуют два ме­ханизма развития КРН: первый — классический механизм (анодный тип) — осуществляется путем активного анодного растворения металла в вершине трещины при высоком pH, второй (водородный тип) — путем адсорбции водорода на ме­талле в вершине трещин при нейтральном pH (водородноеохрупчивание).

Рис. 3.1.Модельный механизм «скольжение—растворение» (анод­ный тип)

Механизм активного анодного растворения предполагает ускоренное локальное растворение металла в вершине трещи­ны. Локализацию этого процесса в вершине трещины связы­вают со снижением (разблагораживанием) потенциала метал­ла в результате его деформации в условиях концентрации напряжений и/или с локальным нарушением пассивности стали в вершине трещины вследствие разрушения защитной пленки и возникновения свежеобразованной (ювенильной) поверхно­сти. Это так называемый модельный механизм «скольжения- растворения»: распространение (рост) трещины обеспечивает­ся за счет предельной локализации процесса анодного раство­рения в ее вершине. Этот механизм схематично представлен на рис. 3.1.

Как видно из рисунка, стенки трешины покрыты защитной окиснон пленкой, которая последовательно разрывается под действием пластических деформаций металла у основания трешины. Зарождение и распространение коррозионного де­фекта происходит в результате циклического процесса разры­ва пленки, растворения металла и восстановления окисной за­шиты.

Рис. 3.2. Модельный механизм «водородноеохрупчивание»

1 — ионный процесс;

2 — электрохимическая реакция;

3 —адсорбция (про­никновение водорода);

4—диффузия (дислокационный перенос)

Говоря о водородном охрупчивании как механизме стресс- коррозии, имеют в виду коррозионное растрескивание метал­ла, основанное на поглощении водорода ювенильно открыв­шейся поверхностью в вершине трещины и приводяшее к ло­кальному снижению прочности металла на разрыв. Присутст­вие водорода способствует возникновению хрупкого разруше­ния за счет деформации скола, межзеренного разделения, пластических деформаций с высокой степенью локализации, образования фаз, вызывающих охрупчивание (например, гидридного водорода) и пр. Схема этого модельного механизма представлена на рис. 3.2.

Химическая форма взаимодействия предполагает разряд ионов водорода на поверхности стали в результате катодной реакции:

(3.1)

где е- электрон;

[Н]_Ме- водород в металле;

(Н₂) - водород в газовой среде.

После в суммарном коррозионном процессе идёт про­никновение и перенос (диффузионный или дислокационный) атомарного водорода в область с повышенной концентрацией напряжений (т. е. к вершине трещины) и облегченное про­движение трещины в результате обусловленного водородом снижения пластичности наводороженного металла.

Внешний признак КРН - группы или колонии трещин вблизи очагов разрушений, ориентированных преимуществен­но вдоль оси трубы. Трещины могут проникать в толщину стенки на различную глубину. Разрушение газопровода происходит тогда, когда трещина или группа трещин достигают критического размера (соответственно критической вязкости разрушения стали). Отмечают морфологические различия в формах развития КРН: при низком pH поверхности стали ха­рактеризуется высокой плотностью трещин в колонии; напротив, при высокомpH — плотность трещин в ко­лонии является умеренной или низкой.

Таким образом, для возникновения и развития КРН необ­ходимы три условия: коррозионная среда, предрасположен­ность металла к стресс-коррозии и соответствующий уровень деформационных напряжений. Процесс стрес-коррозии явля­ется многофакторным и многостадийным, поэтому для управ­ления этим процессом необходимо выяснить роль и влияние отдельных факторов на различных этапах его развития. Это необходимо для того, чтобы выяснить преимущественность вклада каждого фактора в разрушительный механизм трещи-нообразования, установить их приоритетность и критические условия развития, выявить роль металлургического качества стали. Это позволит обобщить признаки и систематизировать условия развития процесса КРН, разработать модели его развития и сформулировать требования к разработке мероприя­тий по снижению риска стресс-коррозионных разрушений на магистральных газопроводах. Решение этой задачи представ­лено в настоящей работе.

3.2 Формы смещения кромок и условие надежности

Одним из наиболее часто встречающихся и легко выяв­ляемых дефектов кольцевых стыков трубопроводов является смещение кромок их торцов относительно друг друга в попе­речном направлении с возникновением эксцентриситета труб.

Опыт обследования сварных стыков со смещением кромок показывает, что основная причина их возникновения — это заметное различие в величине наружного диаметра и толщи­ны стенок сварных элементов, что указывает на недостаточ­ность контроля на этапе сортировки труб при подготовке их к монтажу.

Однако в отдельных случаях смещение кромок является следствием недостаточной выверенное центровки элементов сварного шва.

Для технологических трубопроводов компрессорных стан­ций характерны сварные соединения двух типов:

- с одинаковой толщиной стенки (толщина стенки свар­ных элементов отличается не более, чем на 5%);

- с различной толщиной стенки (толщина стенки сварных элементов отличается более, чем на 5%).

Возможная форма смещения кромок кольцевого сварного шва равнотолщинных труб представлена на рис. 3.3.

При сварке элементов с разной толщиной стенки вследствие несоосности стыкуемых элементов и отклонения их наружного диаметра от номинального размера, возможны различные по­ложения торцов сварных элементов трубы. Формы сме­щений представлены на рис. 3.4.

Как можно заметить на рисунке, при идеальной центровке двух сты­ков, внешние поверхности их кромок совпадают, а внутренние - образуют уступ который сам по се­бе представляет концентратор напряжений и по существу яв­ляется нежелательным монтажным элементом.

При нарушении соосности сварных стыков возникает (рис. 3.4. б, в, г, д) поливариантность возможных смещений кро­мок, размер и форма которых оказывают определяющее зна­чение на напряженно-деформированное состояние сварного шва при сложившихся действующих нагрузках и воздейст­виях.

Допустимый уровень напряженно-деформированного со­стояния сварного шва устанавливается в соответствии с тре­бованиями [15], предъявляемыми к трубопроводам при их проектировании.

Рис. 3.3. Схема кольцевого сварного шва со смещением кромок равнотолщинных торцов труб

1- сварные элементы;

2-сварной шов;

Д_н иД_вн- наружный и внутренний диаметры элементов;

Д - смещение кромок.

Величина допустимого смешения кромок сварного соеди­нения определяется, исходя из уровня напряженно-деформи­рованного состояния сварного шва, вызванного действующи­ми нагрузками и воздействиями.

Тогда условие надежности сварного стыка со смешением кромок определится в виде неравенства:

(3.2)

где - максимальное фактически измеренное смещение кромки сварного соединения;

- допустимое смещение кромок для рассматриваемого сварного шва, вычисленное исходя из фактически действующих эквивалентных напряже­ний.

При проведении расчетов по определению допустимого смещения кромок используются фактические данные о разме­рах соединенных элементов (наружный диаметр и толщина стенки), величине смещения кромок, механических свойствах материала, указанных в технических условиях или сертификационных документах на поставку труб и фасонных элементов, или полученных экспериментально неразрушающими метода­ми контроля.

Рис. 3.4 Схемы возможного положения разнотолщинных элементов при сварке

а-положение свариваемых элементов без смещения кромок;

б, в, г, д — положе­ние свариваемых элементов со смещением кромок;

1- наружная поверхность элементов сварного соединения;

2- внутренняя поверхность элементов свар­ного соединения;

- толщина стенки отвода;

- толщина стенки трубы;

, - наружное и внутреннее смешения кромок сварного шва соответствено

3.3 Механические характеристики дефектных оболочек

Механические характеристики дефектных оболочек иссле­довались в соответствии с действующим ГОСТ 11 262-80 по определению максимального напряжения при растяжении ( ) и относительного удлинения при разрыве ( ). Из соот­ветствующего дефектного фрагмента антикоррозионного по­крытия изготавливалась серия испытательных образцов с по­мощью стандартного пуансона, режущая поверхность которо­го смазывалась индустриальным маслом для снижения сил трения. К испытаниям подготовлено 30 образцов, выполнен­ных из фрагментов № 1; 2; 3; 4; 5 в продольном направлении и 6 образцов, из фрагмента № 4 — в поперечном направ­лении.

Характеристики

Список файлов ВКР