<<
>>

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Газотранспортная отрасль является основой топливно-энергетиче­ского комплекса Российской Федерации и повышение надежности магистральных газопроводов является важной научно-практической задачей [50]. С позиции металловедения наибольший ин­терес представляет процесс деградации и разрушения металлических трубных материалов, свя­занный с длительной эксплуатацией в природных условиях и определения общих условий разви­тия дефектов [2, 52, 113, 173]. Наиболее опасным видом подобных разрушений является стресс- коррозия или коррозионное растрескивание под напряжением (КРН).

На текущий момент по этой причине происходит более трети (36 %) всех зарегистрированных аварий, что имеет наибольший удельный вес среди всех остальных причин [67]. Важным аспектом этой проблемы в масштабах отрасли является тот факт, что вместе с совершенствованием средств диагностики, с каждым го­дом растет количество вновь выявляемых дефектов. Более чем на десяти миллионах трубных секций уже выявлены трещины КРН различной глубины. При этом большинство выявленных всеми методами контроля дефектов (почти 92 %), имеют измеренную глубину менее 10 % от толщины стенки [156]. Научный подход к решению проблемы КРН требует определения гранич­ных значений параметров внешней коррозионной среды и качественной оценки степени влияния физических воздействий на процесс роста дефектов. Несмотря на большое количество теорети­ческих исследований, вопрос обеспечения надежности магистральных газопроводов, подвержен­ных КРН, изучен недостаточно, а факторы, влияющие на распределение дефектов, не рассматри­ваются системно. Особую практическую значимость имеет разработка методики проведения оценки выявленных дефектов, так как в данный момент, система оценки, прогнозирования раз­вития и мониторинга КРН в магистральных газопроводах ЕСГ на практике пока не реализована [32, 46], а приборных методов точного определения глубины трещин не разработано [73].

Объект исследования - процессы распространения трещин КРН в стенках газопровод­ных труб, приводящие к снижению надёжности конструкции и способные вызвать аварийное разрушение.

Предмет исследования - геометрические характеристики трещин КРН, распределение стресс-коррозионных дефектов на реальных газопроводах, морфологические признаки дефектов, структура материала и факторы, влияющие на рост и распространение стресс-коррозии.

Цель работы - исследование дефектной структуры металла и совершенствование меха­низма оценки стресс-коррозионных трещин для повышения надежности магистральных газопро­водов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) количественно оценить фактор цикличности нагрузки от режима внутреннего давления трубы; оценить возможность роста трещин при цикловой нагрузке, аналогичной рабочей, без вза­имодействия с коррозионной средой;

2) определить структурные особенности материала в зоне дефектов КРН и влияние техно­логии производства металла трубопроводов на предрасположенность к такому типу разрушений.

3) определить морфологию дефектов, оценить факторы, влияющие на рост дефектов КРН; составить схему возникновения и развития дефектов газопровода;

4) разработать метод оценки глубины стресс-коррозионных трещин по внешним проявле­ниям, доступным при периодическом контроле во время эксплуатации трубопроводов, повыша­ющий надежность их эксплуатации.

Методы исследования.

Работа выполнена на основе классических методов в области ма­териаловедения, металлографии и неразрушающего контроля. При моделировании цикличной работы стенки трубы под рабочим давлением использовались отраслевые методики четырехто­чечного нагружения образцов на специализированном испытательном стенде. При проведении усталостных циклических испытаний с большой базой применялась оригинальная испытатель­ная установка. Исследования параметров трещин в образцах металла трубопроводов проводи­лись при помощи стандартных приборов неразрушающего контроля. Для фрактографического анализа и оценки химического состава отдельных областей дефектов применялись приборы раст­ровой электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа. При анализе, обра­ботке результатов диагностики дефектов и мониторинге давления на исследуемом участке ис­пользовались классические статистические методы и современное программное обеспечение.

Достоверность исследований обеспечивается корректностью постановки задач, приме­нением промышленного оборудования неразрушающего контроля, использованием научно­обоснованных расчётных схем, реализацией алгоритмов и процедур компьютерного анализа ре­зультатов, применением исследовательского оборудования и методик, корректным заданием ис­ходных данных и анализом полученных результатов.

Научная новизна. Показано, что предрасположенность дефектов КРН у продольных сварных швов и в зоне термического влияния (ЗТВ) двушовных труб из стали марки 09Г2ФБ связано со структурной неоднородностью трубных материалов. Определено, что данный фактор оказывает максимальное влияние на распределение дефектов КРН. На основе эксперименталь­ных данных сделан вывод о крайне медленной скорости роста трещин КРН малой глубины при воздействии рабочих нагрузок в отсутствии коррозионной среды, вне зависимости от структур­ных особенностей металла вокруг стресс-коррозионного дефекта. Установлено влияние неметал­лических включений (сульфидов) на развитие и морфологию трещин.

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработан метод определения глубины трещин в дефекте КРН на основе визуально-измерительного контроля со стороны внеш­ней поверхности трубопровода и создан программный продукт, позволяющий проводить оценку дефектов КРН и вычисление разрушающего давления пораженной ими трубы до проведения ре­монта. В результате сопоставления геометрических параметров трещин получены соотношения между шириной раскрытия, длиной и глубиной, позволяющие увеличить точность расчета раз­рушающего давления по существующей отраслевой методике, на ее основе разработан новый принцип прогнозирования работоспособности газопровода с дефектами КРН и создана про­грамма для ЭВМ, зарегистрированная в установленном порядке (свидетельство государственной регистрации программы ЭВМ №2019660974). Даны рекомендации по повышению надежности магистральных газопроводов. Определена принципиальная возможность переизоляции дефектов КРН малой глубины. Предложенный метод улучшения точности нормирования дефектов КРН малой глубины в магистральных газопроводах апробирован и используется с 2018 года в системе контроля технического состояния газотранспортной системы ООО «Газпром трансгаз Самара», что подтверждено документами, представленными в приложении.

Научные результаты работы используются аспирантами, обучающимися по специально­сти «Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов».

Основные результаты, выносимые на защиту:

1. Результаты исследования влияния фактора нагружения внутренним давлением на рост дефектов стресс коррозии в условиях работы газопровода;

2.

Описание механизма трещинообразования и развития дефектов стресс-коррозии газопровода.

3. Предлагаемые компенсирующие меры для предотвращения роста дефектов КРН малой глубины и повышении надежности магистральных трубопроводов.

4. Методика определения параметров трещины КРН по их внешним проявлениям.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Международной научно-технической конференции "СВАРКА И КОНТРОЛЬ- 2013". ПНИПУ, Пермь, 2013; X всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности» (газ, нефть, энергетика); РГУ нефти и газа им. Губкина, Москва 2013; XII научно-технической конференции молодых специалистов и работников ООО «Газпром трансгаз Самара», Самара 2014; LXIV Молодежной научной кон­ференции. СГАУ, Самара 2014; конференции молодых ученых «Электротехника. Энергетика. Машиностроение». НГТУ, Новосибирск, 2014; конференции молодых специалистов и новаторов производства ООО «Газпром трансгаз Югорск», ХМАО г. Югорск, 2014; научно-практическом

семинаре «Повышение надежности магистральных газопроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением» ООО «Газпром ВНИИГАЗ» Московская обл., пос. Развилка 2015; II научно-практическом семинаре «Повышение надежности магистральных газопроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением» ООО «Газпром ВНИИГАЗ» Московская обл., пос. Развилка 2016; XV научно-технической конференции молодых специали­стов и работников ООО «Газпром трансгаз Самара», Самара 2017; III научно-практическом се­минаре «Повышение надежности магистральных газопроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением» ООО «Газпром ВНИИГАЗ» Московская обл., пос. Развилка 2017; I командном Чемпионате по решению задачи на метод ситуационного анализа по отрасле­вой тематике среди дочерних компаний и организаций ПАО «Газпром» Москва, 2018; XIX От­раслевой научно-технической конференции (НТК) молодых руководителей и специалистов «Перспективный диалог: решение актуальных задач оптимизации технологических процессов и повышения надежности транспорта газа», посвященной Году качества в ПАО «Газпром», Екате­ринбург, 2018; VI научно-практическом семинаре «Повышение надежности магистральных газо­проводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением» ООО «Газпром ВНИИГАЗ» Московская обл., пос. Развилка 2018 год; 73-я международной молодежной научной конференции «Нефть и газ - 2019» РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, Москва 2019.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, из них 4 в жур­налах, рекомендованных ВАК РФ и 3 в журналах, индексируемых базой данных Scopus.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключе­ния, приложения и списка литературы из 236 источников. Работа изложена на 147 страницах ос­новного машинописного текста, включает 93 рисунка и 24 таблицы.

Основная часть представленных в диссертации материалов является обобщением ряда до­кладов, представленных на семинарах и конференциях, и опубликована в различных научных изданиях в течение 201 4-2018 гг. Результаты работы опубликованы в соавторстве с Коновало­вым С.В., Мельниковым А.А., Васьковым М.И., Савиным Д.В., Бельковым Д.Н., Шабановым К.Ю., Щербо И.В., Холодковым С.А., а также другими сотрудниками, принимающими участие в проведении экспериментов и написании публикаций.

Автор благодарен сотрудникам кафедры технологии металлов и авиационного материало­ведения Самарского Университета им. С.П. Королева: научному руководителю д.т.н., профес­сору, заведующему кафедрой С.В. Коновалову, к.т.н., доценту, Мельникову А.А., к.т.н., доценту, О.С. Бондаревой, к.т.н., доценту Е.А. Носовой и соавторам публикаций по теме диссертации.

<< | >>
Источник: Афанасьев Алексей Викторович. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ОЦЕНКИ ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. САМАРА - 2019. 2019

Еще по теме ВВЕДЕНИЕ:

  1. ВВЕДЕНИЕ
  2. ВВЕДЕНИЕ
  3. Введение
  4. ВВЕДЕНИЕ
  5. ВВЕДЕНИЕ
  6. Введение
  7. ВВЕДЕНИЕ
  8. Введение
  9. ВВЕДЕНИЕ
  10. Введение
  11. ВВЕДЕНИЕ