Научная статья на тему 'Анализ металлургического качества стали преждевременно вышедших из строя нефтепромысловых труб, работающих в агрессивных средах'

Анализ металлургического качества стали преждевременно вышедших из строя нефтепромысловых труб, работающих в агрессивных средах Текст научной статьи по специальности «Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства»

CC BY
12
2
Поделиться
Ключевые слова
ТРУБОПРОВОД / КОРРОЗИОННОЕ ПОВРЕЖДЕНИЕ / МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Аннотация научной статьи по общим и комплексным проблемам технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства, автор научной работы — Пугачева Татьяна Михайловна, Суслина Анастасия Алексеевна

В данной статье рассмотрено металлургическое качество сталей отечественных производителей нефтепромысловых труб, работающих в агрессивных средах, установлены причины преждевременного выхода этих труб из строя, а также предложены мероприятия для повышения долговечности труб.

Похожие темы научных работ по общим и комплексным проблемам технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства , автор научной работы — Пугачева Татьяна Михайловна, Суслина Анастасия Алексеевна,

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

Текст научной работы на тему «Анализ металлургического качества стали преждевременно вышедших из строя нефтепромысловых труб, работающих в агрессивных средах»

УДК 620.1

АНАЛИЗ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА СТАЛИ ПРЕЖДЕВРЕМЕННО ВЫШЕДШИХ ИЗ СТРОЯ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ТРУБ, РАБОТАЮЩИХ В АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ Пугачева Татьяна Михайловна, к.т.н., доцент

(e-mail: t.pugacheva15@yandex.ru) Суслина Анастасия Алексеевна, магистрант (e-mail: feelya93@mail.ru) Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия

В данной статье рассмотрено металлургическое качество сталей отечественных производителей нефтепромысловых труб, работающих в агрессивных средах, установлены причины преждевременного выхода этих труб из строя, а также предложены мероприятия для повышения долговечности труб.

Ключевые слова: трубопровод, коррозионное повреждение, механические свойства.

Для исследования были предоставлены образцы трубопроводов, аварийно вышедших из строя в процессе эксплуатации, от двух разных отечественных производителей. Трубопроводы использовались для перекачки во-донефтяной эмульсии, содержащей сероводород в количестве 45-46 мг/дм . Внешний вид объектов исследования представлен на рисунке 1 (а, б).

а) Объект №1

б) Объект №2

Рисунок 1 - Внешний вид объектов исследования

Внешний осмотр объектов исследования показал, что они имеют сквозной промыв в месте сварного соединения и коррозионное повреждение.

Для определения причин преждевременного разрушения из трубопроводов были изготовлены образцы для определения химического состава металла, испытаний на одноосное растяжение, ударную вязкость, твёрдость, фазовый анализ, биологическую коррозию, а также исследования микроструктуры.

Химический состав стали определяли методом спектрального анализа на атомно-эмиссионных спектрометрах с индуктивно - связанной плазмой iCAP6500 и SA-2000 в соответствии с ГОСТ 18895-97.

Испытания на растяжение проводили на разрывной машине Р-10М-авто на образцах с продольным расположением волокна в соответствии с ГОСТ 10006.

Испытания на ударную вязкость производили на образцах Шарпи (с U-образным надрезом), на маятниковом копре МК-30 в соответствии с ГОСТ 9454-78.

Замер твёрдости производили методом Роквелла на твердомере ТК-2М по шкале HRA в соответствии с ГОСТ 9013-59 с последующим переводом в шкалу НВ Бринелль.

Анализ загрязнённости стали неметаллическими включениями проводили на нетравленых микрошлифах с продольным расположением волокна, на оптическом микроскопе «Leitz» MM6 (Германия) в соответствии с ГОСТ 1778-80.

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

Размер зерна оценивали методом сравнения с эталонными шкалами с использованием оптического микроскопа «Leitz» ММ6 в соответствии с ГОСТ 5639-82.

Анализ микроструктуры металла выполняли с использованием оптического микроскопа «Leitz» ММ6 на микрошлифах с поперечным и продольным расположением волокна. Фотосъемку микроструктуры и фазный анализ продуктов коррозии выполняли на микрорентгеноспектральном анализаторе «Jeol» Superprobe 733 (Япония).

Оценка бактерицидной эффективности химических реагентов относительно адгезированных клеток СВБ производится по стандарту компании «Роснефть» №П1-01 СЦ-080.

Сущность метода заключается в экспонировании стальных образцов в активной культуре СВБ для получения адгезионных форм клеток бактерий. По окончании срока экспозиции образцы обрабатывают бактерицидом и асептически переносят в питательную среду. Затем определяют минимальную концентарацию химического реагента, обеспечивающую полное подавление роста и развития адгезионных бактерий. Испытания проводятся в статических условиях.

Таблица 1- Химический состав объектов исследования

Маркировка объекта Содержание элементов, %

C Mn Cr Si Ni Cu Mo S P

1 0,15 0,35 0,08 0,20 0,22 0,24 0,08 0,010 0,012

2 0,21 0,32 0,10 0,19 0,18 0,24 0,05 0,011 0,012

Сталь 20 ГОСТ 1050 0,17-0,24 (±0,01) 0,35-0,65 <0,25 0,170,37 (±0,02) Не регламентируется <0,040 <0,035 (-0,005)

Твердость соответствуют требованиям НТД (таблица 2). Прочностные характеристики и относительное удлинение соответствуют требованиям ГОСТ 8731-74 при удовлетворительной вязкости (таблица 3) [1].

Таблица 2 - Результаты замера твердости

Маркировка объекта Шкала НВ Среднее значение

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 144 153 144 159 161 153 159 147 141 150 151

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

2 116 110 119 111 103 112 116 122 117 119 115

ГОСТ 8731-74 гр. В < 156

Таблица 3 - Механические характеристики объекта исследования.

Объект На одноосное растяжение Ударная вязкость, КСУ, (Дж/см2)

Временное сопротивление, <3в, МПа Предел текучести <<т, МПа Относительное удлинение, 5, %

1 494,4 358,5 32,2 129

2 497,8 345,6 30,3 126

ГОСТ 8731-74 В >412 >245 >21 -

Химический анализ показал, что состав стали (таблица 1) обоих трубопроводов соответствует марке 20 с заниженным содержанием углерода (0,15% вместо 0,16-0,25%) у первого образца.

Микроструктурный анализ основного металла трубопроводов показал:

1. Микроструктура объекта 1 характеризуется однородной по сечению, феррито-перлитной структурой. Размер зерна 10 баллов. Структурная полосчатость по сечению стенки составляет 3 балла. Максимальная загрязненность металла точечными оксидами достигает 2 балла, неметаллические включения иной конфигурации отсутствуют.

2. Микроструктура основного металла образца 2 характеризуется однородной по сечению, феррито-перлитной структурой. Размер зерна 9 баллов. Структурная полосчатость по сечению стенки составляет 2 балла. Максимальная загрязненность металла точечными оксидами составляет 1 балл, неметаллические включения иной конфигурации отсутствуют.

Таким образом, микроструктура обоих трубопроводов практически одинакова и характерна для подобных изделий.

На рисунке 2 изображен типичный фрагмент области повреждения объекта 1 на микроструктурном уровне: выявлено коррозионное повреждение поверхности разрушенного фрагмента, причем вблизи зоны разрушения наблюдается скопление неметаллических включений. Следов пластической деформации и растрескивания не обнаружено.

На рисунке 3 изображен типичный фрагмент области повреждения объекта 2 на микроструктурном уровне: выявлено коррозионное повреждение поверхности, непровар сварного шва. Следов пластической деформации, скоплений неметаллических включений и растрескивания не обнаружено.

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

Анализ фазового состава продуктов коррозии показал наличие в продуктах коррозии обоих объектов железа, кремния, серы, в образце 1 еще и кальция (таблица 4).

Неметаллические включения а) х1000 б) х1000

Рисунок 2- Микроструктура области повреждения металла объекта исследования 1

а)х1000 б)х300

Рисунок 3- Микроструктура области повреждения металла объекта исследования 2

Таблица 4 - Результат анализа продуктов коррозии на наличие _сульфато-восстанавливающих бактерий_

№ образца труб Вес соскоба, мг Количество клеток СВБ на см2 Количество клеток СВБ/см2мг навески Опасность бактериальной коррозии

1 100,95 0 - -

2 74,95 102 272,567 средняя

Анализ полученных результатов позволил сделать следующие выводы:

1.Образец № 1 в рамках технического задания соответствует требованиям ГОСТ 8731-74 В по механическим свойствам и не соответствует по химическому составу.

В ходе фазового анализа в продуктах коррозии были найдены остатки серы. В процессе металлографического исследования были обнаружены скопления неметаллических включений вблизи зоны разрушения, присутствие которых может увеличить скорость сквозного коррозионного разрушения оборудования. Но, стоит отметить, что металлографические параметры не регламентируются ГОСТ 8731-74 В.

Таким образом, образование промыва связано с коррозионно-эрозионным разрушением поверхностей труб вследствие воздействия транспортируемой жидкости, содержащей сероводород, известняк (наличие Ca в продуктах коррозии), песок (наличие Si в продуктах коррозии).

2. Образец № 2 в рамках технического задания соответствует требованиям ГОСТ 8731-74 В.

В ходе фазового анализа в продуктах коррозии были найдены остатки серы, свидетельствующие об образовании серосодержащих соединений на поверхности металла.

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

В ходе металлографического исследования был обнаружен непровар сварного шва. Непровар уменьшает сечение шва и вызывает значительную концентрацию напряжений, что может привести к разрушению объекта.

Таким образом, возможной причиной зарождения промыва послужил дефект сварного соединения. Развитие промыва было катализировано транспортируемой жидкостью, содержащей песок (наличие Si в продуктах коррозии) и колониями сульфат - восстанавливающих бактерий. Результатом явилась разросшаяся сквозная язва.

При дальнейшем строительстве и ремонтных работах предлагаем следующие рекомендации:

1.Применять металл труб, прошедший коррозионные испытания по стандартам NACE TM0177, NACE TM0284, ГОСТ 9.905.

2.Проводить регулярное диагностическое обследование исследование качества металла труб на других участках трубопровода.

3.Вводить в нефтепромысловые среды бактерициды. Технологический процесс не оказывает отрицательного влияния на процесс подготовки нефти и не ухудшает ее качество. Ингибитор и продукты его разложения не

отравляют катализаторы, применяемые при переработке нефти, а также не ухудшают качество нефтепродуктов. Введение ингибитора в нефтепромысловые среды подавляет рост сульфатвосстанавливающих бактерий. 4.Использовать трубы с полимерным покрытием.

Список использованных источников 1. ГОСТ 8731-74

Pugacheva Tatiana Midtailovna, Cand.Tech.Sci., docent

(e-mail: t.pugacheva15@yandex.ru)

Samara State Technical University, Samara, Russia

Suslта Anastasia Alekseevna, student

(e-mail: feelya93@mail.ru)

Samara State Technical University, Samara, Russia ANALYSIS OF METALLURGICAL QUALITY OF STEEL BEFORE-TEMPORARILY FAILED OIL-FIELD PIPES, IN CORROSIVE

ENVIRONMENTS

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

Abstract. In this article metallurgical quality staly domestic manufacturers of the oil-field pipes working in hostile environment is considered the reasons of a premature exit of these pipes out of operation are established, and actions for increase in durability of pipes are also offered.

Keywords: pipeline, corrosion damage, mechanical properties.

УДК 620.1

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН ПРЕЖДЕВРЕМЕННОГО РАЗРУШЕНИЯ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ КЛАССА

ПРОЧНОСТИ Е Пугачева Татьяна Михайловна, к.т.н., доцент

(e-mail: t.pugacheva15@yandex.ru) Суслина Анастасия Алексеевна, магистрант (e-mail: feelya93@mail.ru) Кощеев Кирилл Игоревич, студент Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия

(e-mail: feelya93@mail.ru)

В данной статье проведен анализ химического состава, микроструктуры, механических свойств и коррозионной стойкости двух насосно-компрессорных труб класса прочности «Е» с целью определения причин преждевременного их разрушения.

Ключевые слова: насосно-компрессорные трубы, микроструктура, механические свойства, коррозионное повреждение.

Насосно-компрессорные трубы (НКТ) предназначены для транспортирования нефти и газа из продуктивного слоя. Колонна составляется из труб