Научная статья на тему 'Влияние степени упрочнения трубных сталей на их подверженность стресс-коррозии'

Влияние степени упрочнения трубных сталей на их подверженность стресс-коррозии Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
220
75
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СТЕПЕНЬ УПРОЧНЕНИЯ / DEGREE OF HARDENING / ТРУБНЫЕ СТАЛИ / TUBE STEEL / СТРЕСС-КОРРОЗИЯ / STRESS-CORROSION

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Чучкалов Михаил Владимирович, Гареев Алексей Габдуллович

В статье приводится анализ статистики аварий линейной части магистральных газопроводов. Обнаружено существенное влияние степени упрочнения трубных сталей на подверженность магистральных газопроводов коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН) при удалении от компрессорной станции (КС).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Чучкалов Михаил Владимирович, Гареев Алексей Габдуллович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Effect of the degree of hardening of pipe steels in their susceptibility to stress corrosion cracking

The article is an analysis of accident statistics of the linear part of high pressure gas pipelines (HPGP). Found a significant effect of the degree of hardening of pipe steels for susceptibility to stress corrosion cracking (SCC) with distance from the compressor station (CS).

Текст научной работы на тему «Влияние степени упрочнения трубных сталей на их подверженность стресс-коррозии»

УДК 622.691: 622.692.4: 620.193

Влияние степени упрочнения трубных сталей

на их подверженность стресс-коррозии

М.В. ЧУЧКАЛОВ, к.т.н., помощник генерального директора

ООО «Газпром трансгаз Уфа» (450054, Россия, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Р. Зорге, д. 59)

А.Г. ГАРЕЕВ, д.т.н., проф. кафедры «Технология нефтяного аппарато-строения»

ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» (450062, Россия, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1)

E-mail: mchuchkalov@ufa-tr.gazprom.ru

В статье приводится анализ статистики аварий линейной части магистральных газопроводов. Обнаружено существенное влияние степени упрочнения трубных сталей на подверженность магистральных газопроводов коррозионному растрескиванию под напряжением (КРН) при удалении от компрессорной станции (КС).

Ключевые слова: степень упрочнения, трубные стали, стресс-коррозия.

находящиеся в эксплуатации магистральные газопроводы (МГ) построены из нормализованных, термоупрочненных сталей и сталей контролируемой прокатки. Причем в соответствии с технической документацией ряд сталей не имеют верхнего предела прочности.

Целью данного исследования было изучение локализации КРН в зависимости от степени упрочнения сталей.

Для этого был проведен сравнительный анализ разрушений чрезмерно и умеренно упрочненных сталей, эксплуатирующихся в условиях возможного возникновения КРН. В качестве источников статистических данных была использована официальная информация газотранспортных предприятий ОАО «Газпром» и ООО «Газпром газнадзор».

Стали были объединены в 2 группы. В группу умеренно упрочненных сталей были отнесены 17Г1С, Х60, Х70, в группу чрезмерно упрочненных сталей — 14Г2САФ, 17Г2СФ. Для обработки статистики аварий отдельно для этих групп были применены методы математической статистики [1,2], включая приемы разведочного анализа [3].

Общая статистика аварий по причине КРН на МГ, изготовленных из чрезмерно упрочненных сталей:

Среднее расстояние разрушения от КС, км........... 64,3

Медиана, км.................................... 71,0

Стандартное отклонение, км............................................30,8

Коэффициент вариации, % ....................... 48,0

Минимальное расстояние, км............................................3,0

Максимальное расстояние, км..................... 132,0

Стандартизованный коэффициент эксцентриситета . . . -0,40 Стандартизованный коэффициент эксцесса....................0,17

Следует отметить, что для нормального распределения величины эксцентриситета и эксцесса находятся в пределах от -2 до 2. В рассматриваемом случае на основании метода моментов распределение отказов чрезмерно упрочненных сталей может быть описано с помощью нормального распределения.

Тест Шапиро-Вилка показал, что уровень значимости для нормального распределения составил 0,24, что значительно больше 0,05, необходимого для нормального распределения с доверительной вероятностью 95%. То есть не существует функциональной связи между количеством аварий и расстоянием от КС. Нормальная вероятностная сетка (рис. 1) подтверждает вышесказанное.

На симметричность распределения также указывает «ящик с усами» * (рис. 2).

Для нахождения вида распределения отказов по длине газопровода и их параметров было проанализировано 15 теоретических распределений. Наилучшей моделью оказалось нормальное

* Ящик с усами (англ. box-and-whiskers diagram or plot, box plot) — график, использующийся в описательной статистике, компактно изображающий одномерное распределение вероятностей.

Расстояние о

Рис. 1. Нормальная вероятностная сетка общей статистики аварий по причине КРН на МГ, изготовленных из чрезмерно упрочненных сталей

Рис. 2. «Ящик с усами» для общей статистики аварий газопровода по причине КРН на МГ, изготовленных из чрезмерно упрочненных сталей

Рис. 3. Частотная гистограмма аварий по причине КРН на МГ, изготовленных из чрезмерно упрочненных сталей, с подобранными функциями распределения

распределение. Расчеты проводились также для описываемого в литературе однопараметрического экспоненциального распределения [4]. Результаты приведены в табл. 1.

На рис. 3 приведена частотная гистограмма аварий МГ, построенных из чрезмерно упрочненных сталей, с подобранными функциями распределения.

Для проверки соответствия наблюдений указанным распределениям использовался критерий согласия Колмогорова-Смирнова. Результаты расчёта приведены в табл. 2.

Как следует из данных таблицы, уровень значимости для рассматриваемых экспоненциальных распределений не превышает 0,05, что с доверительной вероятностью 95% не позволяет их использование для описания статистики аварий. Для нормального распределения он значительно превышает 0,05, поэтому оно может быть использовано для описания распределения аварий по трассе МГ.

График отклонений квантилей теоретических распределений от экспериментальных данных (рис. 4) подтвердил правомерность использования нормального распределения для описания привязки КРН к КС.

Как следует из приведённых данных, статистика аварий описывается с помощью нормального распределения. Такой вид распределения не характерен для разрушений отечественных [4] и зарубежных [5] МГ. Это свидетельствует о том, что наряду с воздействиями только эксплуатационных факторов, таких как температура, давление, вибрация, на кинетику развития разрушения оказывают влияние и другие факторы, в частности степень упрочне-

Таблица 1

Параметры функций распределения отказов

по причине КРН на газопроводах из чрезмерно упрочненных сталей

Экспоненциальное Экспоненциальное (2 параметра) Нормальное

Среднее —64,3 Фактор масштаба— 0,0163 Среднее — 64,3

Низший пороговый уровень — 3,0 Стандартное отклонение — 30,8

Таблица 2

Результаты тестирования выборки функций распределения аварий газопроводов из чрезмерно упрочненных сталей с помощью критерия Колмогорова-Смирнова

Рис. 4. График отклонений экспериментальных данных от квантилей теоретических распределений отказов по трассе МГ из чрезмерно упрочненных сталей

Распределение статистики Экспоненциальное Экспоненциальное (2 параметра) Нормальное

D+ 0,1658 0,1601 0,1264

D- 0,3605 0,3582 0,1788

DN 0,3605 0,3582 0,1788

Уровень значимости 0,0066 0,0071 0,4933

ния стали. По-видимому, у таких сталей пороговые характеристики растрескивания находятся ниже параметров нормально эксплуатирующегося МГ.

В связи с тем, что распределение аварий МГ, изготовленных из чрезмерно упрочненных сталей, отличается от распределения общего количества аварий вследствие продольного КРН, была проанализирована статистика аварий МГ, изготовленных только из умеренно упрочненных сталей, произошедших по причине этих дефектов.

Общая статистика аварий по причине КРН на МГ

из умерено упрочненных сталей:

Среднее расстояние разрушения от 37,3

КС, км...........

Медиана, км......................................24,0

Стандартное отклонение, км............32,7

Коэффициент вариации, % ..............87,6

Минимальное расстояние, км..........3,0

Максимальное расстояние, км . . . . 132,0

Стандартизованный коэффициент 3,84 эксцентриситета . . .

Стандартизованный коэффициент -0,68

эксцесса ..........

Следует отметить, что величины эксцентриситета и эксцесса находятся вне пределов от -2 до 2. В данном случае распределение отказов не может быть описано с помощью нормального распределения. Тест Шапиро-Вилка показал, что уровень значимости для нормального распределения составил только 9,99-10-16, что значительно меньше 0,05, необходимого для нормального распределения с доверительной вероятностью 95%. То есть существует функциональная связь между количеством аварий и расстоянием от КС. Нормальная вероятностная сетка (рис. 5) подтверждает вышесказанное. Причем наибольшее отклонение от нормальности наблюдается на первых километрах от КС.

На несимметричность распределения также указывает «ящик с усами» (рис. 6). Наибольшее количество отказов происходит на первых километрах.

На рис. 7 приведен график симметричности разброса данных относительно медианы.

Для нахождения вида распределения отказов по трассе газопроводов и их параметров было проанализировано 15 теоретических распределений. Наилучшей моделью оказалось двухпараметриче-ское экспоненциальное распределение. Результаты приведены в табл. 3.

На рис. 8 приведена частотная гистограмма аварий с подобранными функциями распределения.

Для проверки соответствия наблюдений указанным функциям распределения использовался критерий согласия Колмогорова-Смирнова. Результаты расчета приведены в табл. 4.

Как следует из приведённых данных, уровень значимости для рассматриваемых экспоненциальных распределений превышает 0,05, что с доверительной вероятностью 95% позволяет их использо-

0 30 60 90 120 150

Расстояние от КС, км

Рис. 5. Нормальная вероятностная сетка аварий на МГ, изготовленных из умерено упрочненных сталей

0 30 60 90 120 150

Расстояние от КС, км

Рис. 6. «Ящик с усами» для общей статистики аварий по причине КРН на МГ из умерено упрочненных сталей

0 20 40 60 80 100

Разброс точек ниже медианы

Рис. 7. График симметричности разброса данных статистики аварий по причине КРН на МГ из умерено упрочненных сталей относительно медианы

-10 20 50 80 110 140

Расстояние от КС, км

.........Экспоненциальное распределение

——— Экспоненциальное распределение (2 параметра) -Нормальное распределение

Рис. 8. Частотная гистограмма аварий по причине продольного КРН на МГ из умерено упрочненных сталей с подобранными функциями распределения

Таблица 3

Параметры функций распределения отказов по трассе газопроводов, изготовленных из умерено упрочненных сталей

Экспоненциальное Экспоненциальное (2 параметра) Нормальное

Среднее — 37,3 Фактор масштаба — 0,028 Среднее — 37,2

Низший пороговый уровень — 1,0 Стандартное отклонение — 32,7

Таблица 4

Результаты тестирования выборки функций распределения аварий газопроводов из умеренно упрочненных сталей с помощью критерия Колмогорова-Смирнова

Распределение статистики Экспоненциальное Экспоненциальное (2 параметра) Нормальное

D+ 0,0449 0,0595 0,1855

D- 0,0806 0,0837 0,1334

DN 0,0806 0,0837 0,1855

Уровень значимости 0,4758 0,4235 0,0010

вание для описания статистики аварий.

На основании проведённых исследований могут быть сделаны следующие выводы.

Статистика аварий МГ, изготовленных из умеренно упрочнённых сталей, близка к общей статистике аварий по причине продольного КРН. Это, по-видимому, связано с тем, что большинство МГ построено именно из таких сталей.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Статистика аварий МГ, изготовленных из чрезмерно упрочнённых сталей, отличается от общей статистики аварий по причине продольного КРН. При этом отсутствует явная привязка КРН к КС, где газопровод эксплуатируется в наиболее тяжёлых условиях. Это, по-видимому, связано с тем, что трубы из таких сталей имеют повышенную склонность к растрескиванию уже на стадии их изготовления.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тюрин Ю.М., Макаров АА. Анализ данных на компьютере. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: ИНФРА-М, 2003. — 544 с.

2. Гареев А.Г. Основы обработки и визуализации экспериментальных данных: Учеб. пособие. — Уфа: УГНТУ, 2004. — 82 с.

3. Тьюки Дж. Анализ результатов наблюдений. Разведочный анализ. — М.: Мир, 1981. — 693 с.

4. Абдуллин И.Г., Гареев АГ, Мостовой АВ. Коррозионно-механическая стойкость нефтегазовых трубопроводных систем: диагностика и прогнозирование долговечности. — Уфа: Гилем, 1997. — 177 с.

5. Almquist W.E. Control of stress corrosion cracking is probed // Oil&Gas Journal. — 1979. — Oct. 22. — P. 68-73.

EFFECT OF THE DEGREE OF HARDENING OF PIPE STEELS IN THEIR SUSCEPTIBILITY TO STRESS CORROSION CRACKING

Chuchkalov M.V., Candidate of Tech. Sci., Gazprom transgas Ufa, (59, Zorghe st., Ufa, 450054, Russian Federation)

Gareev A.G., Doctor of Tech. Sci., Prof., Ufa State Petroleum Technological University (1, Kosmonavtov str., Ufa, 450062, Russian Federation)

E-mail: mchuchkalov@ufa-tr.gazprom.ru

ABSTRACT

The article is an analysis of accident statistics of the linear part of high pressure gas pipelines (HPGP). Found a significant effect of the degree of hardening of pipe steels for susceptibility to stress corrosion cracking (SCC) with distance from the compressor station (CS).

Keywords: The degree of hardening, tube steel, stress-corrosion

REFERENCES

1. Tyurin Yu.M., Makarov A.A. Analiz dannykh na kompyutere [Analysis of the data on the computer]. Moscow: INFRA-M Publ., 2003. 544 p.

2. Gareyev A.G. Osnovy obrabotki i vizualizatsii eksperimental'nykh dannykh [Fundamentals of processing and visualization of experimental data] Ufa: USPTU, 2004. 82 p.

3. T'yuki Dzh. Analiz rezultatov nablyudeniy. Razvedochnyy analiz [Analysis of the results of observations. Exploratory analysis]. Moscow: Mir Publ., 1981. 693 p.

4. Abdullin I.G., Gareyev A.G., Mostovoy A.V. Korrozionno-mekhanicheskaya stoykost neftegazovykh truboprovodnykh sistem: diagnostika i prognozirovaniye dolgovechnosti [Corrosion- mechanical stability of oil and gas pipeline systems : diagnosis and prediction of durability]. Ufa: Gilem Publ., 1997. 177 p.

5. Almquist W.E. Control of stress corrosion cracking is probed. Oil and Gas Journal, 1979. Oct. 22. Pp. 68-73.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.