Технологические особенности производства труб, влияющие на стойкость к КРН

Мнение о том, что предпочтительные места колоний стресс-коррозионных трещин и раз­рывов труб находятся на расстоянии 200-600 мм от заводского шва, а их формирование обуслов­лено технологией производства труб, сформировано в результате корпуса прикладных статисти­ческих исследований вследствие обобщения результатов расследования аварий по причине КРН.

При проведении статистического анализа разрывов отечественных газопроводов в вось­мидесятые и девяностые годы, установлено, что эти трубы более подвержены растрескиванию, чем какие-либо другие. Однако, нужно отметить, что такое статистическое распределение имеет причину и в том, что наибольшее количество участков работающих в настоящее время маги­стральных газопроводов ЕСГ построены с применением трубных материалов производства Харцызского трубного завода (труб ХТЗ). В момент массовой постройки газопроводов в СССР в 70-е - 80-е годы ХХ века, это было одно из ведущих предприятий, производящих и поставляю­щих трубы большого диаметра на строящуюся ЕСГ [71].

Проведенные исследования по масштабным переиспытаниям участков с трубами ХТЗ по­казали, что разрушения труб производства Харцызского трубного завода (труб ХТЗ) происхо­дили в 19 раз чаще, чем аналогичных труб зарубежного производства. Отмечено существование критических зон повышенной чувствительности - 200-400 мм от сварных швов (заводских) [71].

В целом, аварии с разрывом труб вдоль заводских сварных швов - явление довольно рас­пространенное. В имеющейся базе данных по авариям, отказы, связанные с заводским сварным соединением труб, категорированы со следующими названиями: «Заводской шов», «Брак про­дольного шва», «Заводской брак», «Дефект заводского шва», «Заводской брак, продольный шов». Особенно часто такие отказы происходили в 70-80-е годы прошлого столетия и связаны они были с освоением и отработкой технологии сварки на трубных заводах [49].

Необходимо отметить, что такой характер растрескивания присущ большинству стресс- коррозионных аварий, произошедших по истечении 16-22 лет эксплуатации МГ. Именно на этот срок приходится пик стресс-коррозионной аварийности МГ диаметром 1420 мм, что соответ­ствует общепризнанной кинетике развития стресс-коррозионных трещин в газопроводах. При этом повышенная предрасположенность отдельных участков ЗТВ к коррозии, наличие остаточ­ных напряжений и пр. факторы, обусловленные термодеформационным процессом сварки, без­условно, и в этих случаях оказывали негативное влияние на развитие процесса КРН [49, 59].

В первую очередь отмечена неудовлетворительная конструкция двушовных труб Харцы- зского трубного завода (ХТЗ) [69, 70, 138]. Остаточные напряжения в трубной секции могут ока­зывать основное влияние на развитие стресс-коррозии, независимо от ее морфологических форм. В результате прямых измерений уровня напряжений магнитным методом была обнаружены об­ласти с повышенными (в 2-3 раза) остаточными напряжениями, располагавшиеся на расстоянии 270-800 мм от продольных сварных швов трубы ХТЗ 1420x16,5 мм. [71].

Наиболее полное обобщение информации, связанной с полевыми исследованиями, можно найти в материалах сотрудников отраслевого института Газпром ВНИИГАЗ. [98] Масштабная работа базировалась на анализе данных эксплуатации шестиниточной системы газопроводов, проложенных в одном технологическом коридоре, протяженностью 37 км в западной Сибири (Краснотурьинский участок). Рассматривались участки с толщинами стенок 15,7; 16,5; 17,5 мм. Все трубы охарактеризованы как изготовленные методом контролируемой прокатки из стали Х67 и Х70. Формовка труб осуществлялась на U-образном стане, далее они сваривались. Иссле­дования длились в течении 12,5 года. На трубах производства ХТЗ с толщиной стенки 15,7 мм произошло, при прочих равных условиях, в 2,7 раз больше разрывов, чем на трубах с толщиной стенки 16,5 мм производства того же завода и в 19 раз больше разрывов, чем на трубах произ­водства ФРГ, Японии и Италии [98].

Трещины обнаружены в основном в двухсотмиллиметровой зоне вблизи продольных швов.

Неоднородность распределения остаточных напряжений и склонности к стресс-коррозии в форме КРН при низком pH исследованы в работе на примере двухшовной трубы 1420x16,5 мм из стали Х70 Харцызского трубного завода [70]. Обнаруженные на расстоянии 270-800 мм от заводского шва области с повышенными (в 2-3 раза) остаточными напряжениями имели пони­женную (на 25 -40 %) стойкость по сравнению с остальным металлом труб.

Предрасположенность продольных швов труб ХТЗ, прежде всего, обусловлена специфи­кой технологии их производства, предусматривавшей сварку предварительно сформованных «корыт» в целую трубу. При этом прилегавшая с обеих сторон к сварному шву зона подгиба кромок не отформовывалась с требуемой кривизной. Следствием этого был характерный для труб ХТЗ дефект геометрии - наличие в трубах так называемого «домика», который не выправ­лялся экспандированием трубной заготовки, или «яблока», которое при недостаточной величине экспандирования полностью не устранялось. Ввиду существенного различия свойств металла каждого из соединяемых «корыт» фактическая степень экспандирования не превышала 0,4-0,5 % вместо разрешенной по технологии величины в 1-1,2 %. Отклонение формы трубы в районе про­дольного заводского шва служило фактором появления дополнительных напряжений в зоне под­гиба кромок. Кроме того, существенные отклонения профиля трубы от правильного могло при­водить к образованию трещин-надрывов в ОШЗ в процессе экспандирования труб. Возникнове­ние таких трещин являлось следствием действия ряда факторов: чрезмерных отклонений про­филя трубы от круглой формы в районе сварного соединения перед экспандированием, неплав­ного перехода от усиления шва к основному металлу и неблагоприятных структурных характе­ристик металла в участках, которые прилегают ко шву, обусловленных сварочным нагревом [152].

На трубопроводах в других странах также проводились подобные исследования. Комис­сия NEB (Канады) отметила повышенную подверженность растрескиванию труб завода в Youngstown [217]. Металл сварного шва оказался наиболее подверженным растрескиванию. Экс­перты объяснили это дефектами сварки, низкой вязкостью разрушения, а также повышенным уровнем остаточных напряжений в металле шва. Они указывают на то, что трубы, произведенные в 50-х годах в Yongstown, характеризовались пониженным сопротивлением. Как возможные при­чины повышенной чувствительности зоны сварных швов к развитию КРН при pH близком к нейтральному, эксперты указали низкую вязкость разрушения металла шва, обусловленную низ­ким качеством швов, изготовленных в Yonugstoun труб, и повышенным уровнем остаточных

напряжений. Фактические показатели качества и уровня остаточных напряжений не приводятся [217].

1.3.5