Научная статья на тему 'Экспериментальная оценка несущей способности и остаточного ресурса труб магистральных газопроводов с трещинами стресс-коррозионного происхождения по результатам полигонных испытаний в ООО "Газпром трансгаз Ухта"'

Экспериментальная оценка несущей способности и остаточного ресурса труб магистральных газопроводов с трещинами стресс-коррозионного происхождения по результатам полигонных испытаний в ООО "Газпром трансгаз Ухта" Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
68
13
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КОРРОЗИОННОЕ РАСТРЕСКИВАНИЕ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ / ПОЛИГОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ / МАГИСТРАЛЬНЫЙ ГАЗОПРОВОД / РОСТ ТРЕЩИН / ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА / STRESS-CORROSION CRACKING / GROUND TESTS / TRUNK GAS PIPELINE / GROWTH OF CRACKS / ESTIMATION OF RESIDUAL LIFETIME

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Погуляев С.И., Максютин И.В., Ряховских И.В.

Нормативная документация ПАО «Газпром» предписывает при капитальных ремонтах вырезать трубы с трещинами стресс-коррозионной природы вне зависимости от размера этих трещин. В то же время анализ аварийности показывает, что причинами отказа ранее являлись только глубокие дефекты. По результатам различных исследований установлено, что размеры дефектов типа коррозионного растрескивания под напряжением (КРН) на участках магистральных газопроводов, где проводились ремонтные работы, не менялись.С целью подкрепления доказательной базы в отношении возможности продления срока безопасной эксплуатации труб с мелкими трещинами типа КРН, не подверженных воздействию коррозионной среды, в 2015-2016 гг. в ООО «Газпром трансгаз Ухта» проводились полигонные испытания. Для полигонных испытаний из действующих газопроводов были вырезаны трубы с мелкими трещинами типа КРН. Затем вырезанные образцы нагружали внутренним давлением всего состоялись2000 отнулевых циклов нагружения. В процессе испытаний осуществлялся мониторинг роста трещин неразрушающими методами контроля, по результатам которого увеличения размеров трещин не выявлено. Кроме того, выполнен комплекс лабораторных испытаний. Результаты испытаний показали, что металл труб соответствует техническим требованиям, к тому же подтверждено отсутствие изменения размеров мелких трещин. Дополнительно выявлены особенности геометрии труб, которые способствуют развитию трещин.По итогам проведенной работы установлено, что испытанные трубы с трещинами типа КРН при отсутствии доступа к ним коррозионно-активной среды обладали достаточной несущей способностью и остаточным ресурсом не менее 27 лет.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Погуляев С.И., Максютин И.В., Ряховских И.В.

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

Experimental assessment of load capacity and residual lifetime for trunk gas pipelines with stress-corrosion cracks according to the results of the ground tests carried out at the Gazpromy Transgaz Ukhta LLC

Technical Gazprom PJSC guidelines dictate to withdraw the pipes having stress-corrosion cracks regardless dimensions of these cracks when major repairs of pipelines are being done. At the same time, damage rate analysis shows that previously only the deep cracks caused failures. According to various test results, at sections of trunk gas pipelines where repairs had been done geometry of stress-corrosion cracks did not change.To support an evidentiary basis for possible prolongation of safe lifetime requirements for pipes with shallow stress-corrosion cracks not subject to exposure of a corrosive medium, in 2015-2016 the Gazprom Transgaz Ukhta LLC carried out the ground tests. Some pipes with light stress-corrosion cracks were cut out of active pipelines. Then, the withdrawn samples were loaded with internal pressure: totally, there were 2000 zero-to-tension stress cycles. Non-destructive monitoring of crack growth during these tests did not highlight increase of cracks. Besides, complex laboratory tests showed that the metal of pipes answered standard technical requirements, and confirmed unaltered dimensions of the shallow defects. Additionally, the tests identified specifics of pipe geometry favorable for crack growing.As result, it was stated that in absence of any corrosive medium the tested pipes with stress-corrosion defects had sufficient load capacity and the residual lifetime not less than 27 years.

Текст научной работы на тему «Экспериментальная оценка несущей способности и остаточного ресурса труб магистральных газопроводов с трещинами стресс-коррозионного происхождения по результатам полигонных испытаний в ООО "Газпром трансгаз Ухта"»

Ключевые слова:

коррозионное

растрескивание

под напряжением,

полигонные

испытания,

магистральный

газопровод,

рост трещин,

оценка остаточного

ресурса.

УДК 621.644.07:[620.194.22+620.196.2]

Экспериментальная оценка несущей способности и остаточного ресурса труб магистральных газопроводов с трещинами стресс-коррозионного происхождения по результатам полигонных испытаний в ООО «Газпром трансгаз Ухта»

С.И. Погуляев1*, И.В. Максютин1, И.В. Ряховских2

1 Инженерно-технический центр ООО «Газпром трансгаз Ухта», Российская Федерация, 169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Сосновая, д. 4

2 ООО «Газпром ВНИИГАЗ», Российская Федерация, 142717, Московская обл., Ленинский р-н, с.п. Развилковское, пос. Развилка, Проектируемый пр-д № 5537, вл. 15, стр. 1

* E-mail: spoguliaev@sgp.gazprom.ru

Тезисы. Нормативная документация ПАО «Газпром» предписывает при капитальных ремонтах вырезать трубы с трещинами стресс-коррозионной природы вне зависимости от размера этих трещин. В то же время анализ аварийности показывает, что причинами отказа ранее являлись только глубокие дефекты. По результатам различных исследований установлено, что размеры дефектов типа коррозионного растрескивания под напряжением (КРН) на участках магистральных газопроводов, где проводились ремонтные работы, не менялись.

С целью подкрепления доказательной базы в отношении возможности продления срока безопасной эксплуатации труб с мелкими трещинами типа КРН, не подверженных воздействию коррозионной среды, в 2015-2016 гг. в ООО «Газпром трансгаз Ухта» проводились полигонные испытания. Для полигонных испытаний из действующих газопроводов были вырезаны трубы с мелкими трещинами типа КРН. Затем вырезанные образцы нагружали внутренним давлением - всего состоялись 2000 отнулевых циклов нагружения. В процессе испытаний осуществлялся мониторинг роста трещин неразрушающими методами контроля, по результатам которого увеличения размеров трещин не выявлено. Кроме того, выполнен комплекс лабораторных испытаний. Результаты испытаний показали, что металл труб соответствует техническим требованиям, к тому же подтверждено отсутствие изменения размеров мелких трещин. Дополнительно выявлены особенности геометрии труб, которые способствуют развитию трещин.

По итогам проведенной работы установлено, что испытанные трубы с трещинами типа КРН при отсутствии доступа к ним коррозионно-активной среды обладали достаточной несущей способностью и остаточным ресурсом не менее 27 лет.

Большая часть магистральных газопроводов (МГ), эксплуатируемых в ООО «Газпром трансгаз Ухта», сооружалась до 1981 г., при этом для изоляции труб в основном применяли пленочное покрытие, средний срок службы которого составлял примерно 10 лет. В дальнейшем из-за нарушения такого покрытия и, как следствие, доступа коррозионной среды к телу трубы начались процессы коррозионного растрескивания под напряжением (КРН), что, в свою очередь, привело к снижению надежности эксплуатации МГ.

В процессе ремонтно-восстановительных мероприятий по обеспечению эксплуатационной надежности МГ, подверженных КРН, при наружном обследовании труб наряду с глубокими трещинами выявляется большое количество мелких (глубиной менее 10 % от толщины стенки трубы) трещин, в то время как существующие внутритрубные снаряды-дефектоскопы не позволяют выявлять стресс-коррозионные трещины малой глубины. Такое положение дел в конечном итоге влияет на корректность планирования объемов замены труб во время капитального ремонта, так как действующими нормативными требованиями ПАО «Газпром» запрещается оставлять в эксплуатации трубы с трещинами типа КРН любых размеров. Кроме того, анализ аварийности за период с 1998-го по 2015 г. показал, что причиной разрушения газопроводов ПАО «Газпром» стали глубокие трещины типа КРН, а результаты

повторных обследований участков спустя 8-12 лет эксплуатации после ремонтных работ подтверждают прекращение процессов КРН на переизолированных трубах [1].

Для подтверждения отсутствия роста мелких дефектов типа КРН, не испытывающих воздействия коррозионной среды, а также с целью подкрепления доказательной базы по продлению безопасной эксплуатации труб с мелкими трещинами типа КРН в ООО «Газпром транс-газ Ухта» проведены полигонные испытания.

Организация экспериментальных работ

Для проведения полигонных испытаний после анализа данных внутритрубной дефектоскопии и наружных обследований были выбраны трубы с мелкими трещинами типа КРН, из которых подготавливались катушки (табл. 1). Всего отобрали восемь катушек длиной 2...2,5 м

из труб, которые эксплуатировались на участках трассы МГ Ухта - Торжок III (начиная с полутора километров по 39-й километр) и трассы МГ Пунга - Ухта - Грязовец IV (с 501-го по 537-й километр).

Подготовленные и обследованные катушки труб монтировались в единую плеть общей длиной 20 м. Для создания давления рабочей жидкостью использовался опрессовочный агрегат АО-181, соединенный с плетью подводящим шлейфом условным диаметром 50 мм, кроме того, на плети и около стенда устанавливались манометры для контроля давления. В качестве рабочей жидкости использовалась вода, а при отрицательных температурах -16%-ный водный раствор NaCl.

Испытания проводились с 2015 по 2016 г. в два этапа (рис. 1). В сентябре-октябре 2015 г. осуществлено многократное нагружение

Таблица 1

Информация о трубах, вырезанных для проведения полигонных испытаний

Характеристика Тип трубы

1 2 3

Типоразмер, мм 0 1420x16,5 0 1420x17,5 0 1420x17,5

Производитель Харцызский трубный завод (ХТЗ) Mannesmann Mannesmann

Технические условия ТУ 14-3-600-77 ТУ 56-70 ТУ 56-74

Марка стали Х70 Х60 Х70

Год ввода в эксплуатацию 1981 1978

Вид, состояние изоляции Битумная (после капитального ремонта 2014 г.), состояние удовлетворительное Пленочная, полностью разрушившаяся

Номера катушек 2.5 9 6.8

Номер цикла

Рис. 1. Режим нагружения трубной плети в процессе полигонных испытаний

2015-2016 гг.

§104

5 103

о

102

101

100

III

Л

0,1 1,1 2,1 3,1 4,2 5,4 7,2

10,0 21,3 70,4 Размах цикла, кгс/см2

Рис. 2. Спектр нагружения участка газопровода

трубной плети в количестве 556 циклов в режиме 0...75...0 кгс/см2. Далее, уже в сентябре-ноябре 2016 г., для окончательной оценки предельной несущей способности и остаточного ресурса труб с дефектами типа КРН выполнены еще 1444 цикла нагружения. Некоторые циклы состояли из ступенчатого нагружения с шагом 10 кгс/см2 до рабочего давления Рраб = 75 кгс/см2 с выдержкой. При последнем нагружении трубную плеть довели до разрушения давлением 134 кгс/см2. Общее число циклов нагружения трубной плети до нормативного значения Рраб, включая нагружения на начальном этапе и многократные подъемы давления, составило 2000.

Анализ режима работы участка газопровода

С целью установления характера нагружения участков газопроводов, из которых были вырезаны трубы, диспетчерская служба предоставила данные о перепаде давления за пять целых шесть десятых года. На их основе с использованием средств автоматизации проведена схематизация случайного процесса нагружения трубопровода по методу выделения полных циклов в соответствии с ГОСТ 25.101-831, по результатам которой получили спектр нагружения участка МГ за рассматриваемое время (рис. 2).

1 См.: ГОСТ 25.101-83. Расчеты и испытания

на прочность. Методы схематизации случайных процессов нагружения элементов машин и конструкций и статистического представления результатов.

Для обработки спектра нагружения и выделения количества эквивалентных полных от-нулевых циклов нагружения (0.75.0 кгс/см2) приняли, что каждый цикл вносит повреж-денность, пропорциональную своему размаху. Следовательно, количество N полных эквивалентных отнулевых циклов в год будет определяться по формуле

V к Б,

N = ■

т

раб

где - размах /'-го цикла, кгс/см2; к - общее число циклов; Т - длительность рассматриваемого периода нагружения, лет; Рраб, кгс/см2.

Таким образом, установлено, что самый нагруженный участок МГ, из которого были вырезаны катушки труб, воспринимал 7,3 эквивалентных полных отнулевых цикла в год. В дальнейшем при учете коэффициента запаса по долговечности, регламентированного нормативной документацией2 и равного 10, при полигонных испытаниях трубной плети приняли, что за год эксплуатации происходят 73 эквивалентных полных отнулевых цикла.

2 См.: ПНАЭ-Г-7-002-86. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок / введ. 01.07.1987. -М.: Энергоатомиздат, 1989;

СТО Газпром 2-3.5-252-2008. Методика продления срока безопасной эксплуатации магистральных газопроводов ОАО «Газпром» / взамен СТО Газпром 2-3.5-045-2006; введ. 15.04.2009. -М.: Газпром, 2009. - 106 с.

Мониторинг роста трещин типа КРН при полигонных испытаниях

В ходе полигонных испытаний на различных этапах проводился мониторинг возможного роста трещин с применением макро- и микрофотосъемки стресс-коррозионных повреждений, предварительно выявленных с использованием магнитных методов неразрушающего контроля (магнитопорошковая дефектоскопия, магнито-вихретоковый метод). Выявленные зоны трещин обозначали шифром «Фото К-№» (где К - номер катушки, № - порядковый номер зоны на катушке) и размечали рисками, которые наносили твердым металлическим наконечником шабера, т.е. формировали маркерный след для удобства сопоставления изображений. На промежуточных этапах - по завершении некоторого количества циклов - индикаторные рисунки трещин, полученные на смежных этапах испытаний трубной плети, сравнивались между собой. При каждом сопоставлении изображений велся поиск признаков роста дефектов путем установления какого-либо изменения длин одних и тех же трещин или их слияния. В конечном счете, сравнительный анализ фотоснимков на различных этапах испытания показал, что признаки значительного роста стресс-коррозионных повреждений

отсутствуют. Пример сравнения индикаторных рисунков трещин в зоне «Фото 2-2» показан на рис. 3.

Кроме того, в зонах, выделенных под макросъемку, проводился мониторинг глубины трещин с использованием магнито-вихретоковых дефектоскопов МВД-2МК и ВК 1. Для измерения глубины трещин использовался комплексный подход, предполагавший вычисление глубин дефектов по результатам совместных измерений дефектоскопами МВД-2МК и ВК-1, предварительно откалиброванными на испытываемых трубах по результатам контролируемой шлифовки. За значение глубины трещины принимали среднее значение показаний обоих приборов с учетом поправочного коэффициента, полученного при калибровке [2]. Сравнительный анализ результатов измерений (табл. 2), показал, что изменения глубины не превышают паспортного значения приборной погрешности дефектоскопов, равного 0,5 мм. Кроме того, по результатам испытаний образцов после полигонных испытаний установлено, что фактическая глубина трещин в этих зонах соответствует расчетному значению глубины.

Дополнительно возможный рост трещин контролировали микрофотосъемкой с использованием мобильного металлографического

Рис. 3. Индикаторные рисунки трещин в зоне «Фото 2-2» до испытаний (а) и по завершении 1999 циклов (б)

Таблица 2

Результаты измерений глубины трещин приборами МВД-2МК и ВК-1 на различных этапах полигонных испытаний

Тип трубы Зона Расчетная глубина, мм Фактическая

(см. табл. 1) 0 циклов 255 циклов 556 циклов 1998 циклов глубина, мм

1 Фото 2-2 2,0 2,1 2,1 2,0 2,1

2 Фото 7-1 1,2 0,6 0,7 0,6 1,0

Фото 8-2 1,7 1,8 1,6 1,1 1,2

3 Фото 9-2 1,5 1,2 1,1 1,1 0,6

микроскопа. Сравнительный анализ морфологии трещин на различных этапах полигонных испытаний (рис. 4) показал отсутствие признаков их роста.

Изменения деформированного состояния труб в процессе нагружения регистрировали с помощью:

• оптоволоконной системы 8ш125;

• тензометрической станции ЦТИ-1;

• тензометрической станции иСАМ-60В.

Датчики устанавливались непосредственно в зоне трещин и на участках с различной локальной кривизной стенки трубы, измеренной по окружности. Результаты расчета кольцевых напряжений, вычисленные по данным измерений деформации всех трех систем, приведены в табл. 3. Они показывают, что напряженно-деформированное состояние зависит от локального радиуса кривизны стенки трубы

и с его ростом значения кольцевых напряжений возрастают. Максимальные напряжения зафиксированы на катушке № 4 при максимальном радиусе кривизны. Они превысили номинальные напряжения на 28 % (катушка № 6). Датчики, установленные поверх трещин на той же образующей, также показали высокий уровень напряжений. На образующих, которые соответствовали максимальному радиусу кривизны стенки, обнаружены трещины типа КРН.

Для сравнительного анализа уровней теоретических и фактических напряжений поведение металла катушки № 4 моделировалось методом конечных элементов. При этом геометрию трубы проектировали таким образом, чтобы локальные радиусы кривизны стенки (см. табл. 3) располагались на удалении 200 мм друг от друга. Результаты расчета показаны на рис. 5. Видно, что полученные методом конечных

Рис. 4. Микроскопический вид, х100, участков одной трещины катушки № 4 (труба 1-го типа, см. табл. 1): а - до полигонных испытаний; б - по завершении 1505 циклов полигонных испытаний

Таблица 3

Напряжения, вычисленные по результатам измерения деформаций при различных локальных радиусах кривизны стенки трубы

Локальный радиус кривизны стенки трубы, мм Средство измерений, место установки датчиков Кольцевое напряжение, МПа

замер расчет*

Минимальный (^мин) 631 Бш125, катушка № 9 225 265

Номинальный (ЯНОм) 707 291 294

Максимальный (^макс) 825 342 347

о мин 643 ЦТИ-1, катушка № 6 258 268

о ном 704 295 293

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

о макс 783 376 340

о мин 611 иСАМ-60В, катушка № 4 193 266

о ном 712 338 331

о макс 895 406 412

Расчет по обобщенному закону Гука с учетом уравнения Лапласа и уравнения равновесия для цилиндрических сосудов [3].

а

б

Рис. 5. Распределение кольцевых напряжений (см. цветовой градиент), МПа,

в металле трубы 1-го типа (см. табл. 1) с различными радиусами кривизны стенки

элементов кольцевые напряжения в металле трубы на номинальном и максимальном локальных радиусах кривизны стенки соответствуют уровню напряжений, измеренных тензометри-ческим методом. Таким образом, моделирование методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния трубы с изменяющейся локальной кривизной стенки еще раз наглядно показывает, что в различных зонах трубы могут возникать области повышенных напряжений, которые будут способствовать КРН.

Разрушение плети

На заключительном этапе испытаний разрушение трубной плети произошло при давлении 134 кгс/см2 по верхней образующей катушки № 4. Здесь следует отметить, что разрушенная труба обладала допустимым запасом прочности, так как фактический коэффициент запаса ее прочности на момент разрушения составлял 1,79 при проектном значении 1,80 для трубопроводов III категории и нормируемом значении 1,74 (см. СТО Газпром 2-2.3-173-2007. Инструкция по комплексному обследованию и диагностике магистральных газопроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением).

При осмотре поверхностей излома в месте разрыва выявлен очаг разрушения, в котором находилась группа продольных трещин типа КРН, объединившихся в процессе нагружения трубной плети в магистральную трещину (рис. 6, табл. 4). Максимальная глубина самой глубокой трещины № 6 составила 6,7 мм.

В области трещин на поверхности излома можно выделить две характерные зоны. Первая зона, имеющая темный оттенок вследствие окисления поверхностей берегов трещин, соответствует развитию трещин в процессе эксплуатации газопровода. Вторая зона в виде узкой светлой полосы, примыкающей

Рис. 6. Изображение двух ответных поверхностей трещин в очаге разрушения (труба 1-го типа, см. табл. 1): цифрами показаны номера трещин

Таблица 4

Геометрические размеры трещин на поверхности излома катушки № 4 (труба 1-го типа, см. табл. 1)

Параметр Номер трещины (см. рис. 6)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Длина, мм 12 9 22 8 22 48 20 20 35

Глубина темной области, мм 2,4 2,4 3,5 2,0 4,0 5,3 3,5 4,4 4,0

Глубина светлой области, мм 2,6 2,4 4,1 2,3 4,6 6,7 4,2 5,4 5,0

Приращение глубины, мм 0,2 0,0 0,6 0,3 0,6 1,4 0,7 1,0 1,0

к границе первой зоны, свидетельствует о развитии трещин в процессе повторно-ступенчатого нагружения. Разность глубин этих двух зон соответствует приращению глубины трещины в процессе циклических испытаний.

Лабораторные исследования

До монтажа катушек в плеть и после испытаний из металла труб были вырезаны образцы для проведения исследований в аккредитованной испытательной лаборатории разрушающего контроля Инженерно-технического центра ООО «Газпром трансгаз Ухта», а именно:

• испытаний на статическое растяжение на машине растяжения ИР-5143-200-11 по ГОСТ 1497-843;

• испытаний на ударный изгиб при пониженных температурах4 с использованием маятникового копра ИО 5003-0,3;

атомно-эмиссионного

спектрального анализа5 с использованием спектрометра PMI-Master plus;

• металлографического обследования шлифов на микроскопе Olympus BX-51.

Лабораторные исследования образцов, вырезанных до испытаний, подтвердили, что механические свойства металла труб удовлетворяют требованиям соответствующих технических условий, а химический состав металла обследованных катушек является типичным для проката, применяемого при изготовлении труб методом контролируемой прокатки.

По результатам металлографического исследования установлено, что микроструктура основного металла катушек труб соответствует типичной структуре листового проката из малоуглеродистой низколегированной стали с кар-бонитридным упрочнением после проведения нормализации. При осмотре поверхностей металлографических шлифов выявлены трещины типа КРН, распространяющиеся от наружной поверхности трубы в радиальном направлении. Трещины узкие, с острыми вершинами и малым раскрытием берегов, извилистые, с редкими ответвлениями и транскристаллитным характером развития. Отдельные трещины начинаются

См.: ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний

на растяжение.

См.: ГОСТ 9454-78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах (с Изменениями № 1, 2). См.: ГОСТ Р 54153-2010. Сталь. Метод атомно-эмиссионного спектрального анализа.

со дна поверхностных коррозионных язвенных дефектов. Виды трещин на металлографических шлифах показаны на рис. 7.

После полигонных испытаний из некоторых предназначенных под фотосъемку зон с дефектами типа КРН вырезали образцы, которые в дальнейшем были разрушены в лаборатории на машине растяжения для установления фактической глубины трещин. Фотографии нескольких изломов образцов с трещинами приведены на рис. 8. (Измеренная фактическая глубина для всех испытанных образцов, вырезанных из зон со стресс-коррозионными повреждениями, приведена ранее в предпоследнем столбце табл. 2.) Полученные результаты не противоречат результатам измерений вихретоко-выми дефектоскопами. Кроме того, вид трещин в изломах разрушенных образцов свидетельствует об отсутствии признаков роста дефектов в процессе полигонных испытаний.

Дополнительно с целью имитации роста трещин во время полигонных испытаний в лаборатории выполнены циклические испытания образца катушки № 4, вырезанного еще до монтажа трубы в испытываемую плеть, с трещиной на металле. Образец вырезали таким образом, чтобы на двух его боковых гранях (условно -грани А и Б) была видна одна и та же трещина максимальной глубиной до 3,3 мм. Боковые грани подвергались многоступенчатому шлифованию и полированию для контроля роста трещины с помощью металлографии. Циклическое отнулевое растяжение образца проводили с максимальным усилием растяжения, определенным из условия возникновения в поперечном сечении образца напряжений, равных кольцевым напряжениям в трубе от рабочего давления 75 кгс/см2, задаваемым во время нагруже-ния плети. Всего проведены 2000 циклов растяжения, как и за все время полигонных испытаний. Затем проводили сравнительный анализ металлографических снимков (рис. 9, 10) трещин на обеих боковых гранях образца. В конечном итоге образец с трещиной довели до разрушения и рассмотрели излом образца с трещиной. На изломе образца (рис. 11) видно, что у трещины появилась хорошо выраженная зона роста высотой 0,63.0,66 мм. За 2000 циклов трещина глубиной 3,3 мм выросла на 0,66 мм (см. рис. 9-11), что соответствует росту аналогичных по глубине трещин № 3 и № 7 (см. рис. 6, табл. 4). На образцах, вырезанных

Рис. 7. Вид нетравленых (а, в) и травленых (б, г) металлографических шлифов с трещинами типа КРН: а, б - труба 1-го типа; в, г - труба 3-го типа (см. табл. 1)

Рис. 8. Фотографии изломов образцов из зон «Фото 2-2» (а) и «Фото 8-2» (б)

из зон с трещинами (см. рис. 8), предназначенными под фотосъемку, отсутствует такая же выраженная зона роста, как у трещин в очагах разрушения плети и образца, испытанного в лаборатории. Это подтверждает, что трещины глубиной до 2,1 мм (13 %) не увеличивались в размерах в процессе полигонных испытаний.

Основные результаты полигонных испытаний труб с трещинами типа КРН глубиной 4.32 %, вырезанных из действующих МГ, показали следующее:

• трубная плеть выдержала без разрушения 2000 циклов повторно-ступенчатого нагружения в режиме от нуля до Рра6, что соответствует остаточному ресурсу не менее 27 лет;

• разрушение плети произошло при давлении 134 кгс/см2 по группе трещин с начальной

длиной 196 мм и максимальной глубиной 5,3 мм (32 % от толщины стенки трубы);

• перед последним циклом испытания трубная плеть обладала допустимым запасом прочности в соответствии с действующей нормативной документацией;

• трещины глубиной до 13 % толщины стенки трубы в процессе полигонных испытаний не увеличились в размерах.

На основании изложенного можно заключить, что при отсутствии доступа коррозионно-активной среды трубы с мелкими трещинами типа КРН обладают достаточной несущей способностью и продолжительным остаточным ресурсом.

Рис. 9. Вид трещины со стороны грани А на нетравленом шлифе до испытаний (а) и на травленом шлифе после 2000 циклов растяжения (б)

Рис. 10. Вид трещины со стороны грани Б на нетравленом шлифе до испытаний (а) и на травленом шлифе после 2000 циклов растяжения (б)

0,63 мм

Зона

роста трещины Зона дзлома

Рис. 11. Поверхность излома образца с трещиной

Список литературы

1. Ряховских И.В. Совершенствование технологии ремонта протяженных участков магистральных газопроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением / И.В. Ряховских, А.В. Мельникова, Д.А. Мишарин и др. // Вести газовой науки: Повышение надежности магистральных газопроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением. -М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2016. - № 3 (27). -С. 79-86.

2. Латышев И.А. Использование вихретокового и магнито-вихретокового дефектоскопов для неразрушающего контроля глубины колонии мелких трещин / И. А. Латышев, С.И. Погуляев // Рассохинские

чтения: материалы международной конференции (2-3 февраля 2017 г.): в 2 ч. / под ред. Н.Д. Цхадая. - Ухта: УГТУ, 2017. - Ч. 1. -С. 217-222.

3. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: учеб. для вузов / В.И. Феодосьев. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. - 592 с.

Experimental assessment of load capacity and residual lifetime for trunk gas pipelines with stress-corrosion cracks according to the results of the ground tests carried out at the Gazpromy Transgaz Ukhta LLC

S.I. Pogulyayev1*, I.V Maksyutin1, I.V. Ryakhovskikh2

1 Engineering technical center of Gazprom Transgaz Ukhta LLC, Bld. 4, Sosnovaya street, Ukhta, Komy Republic, 169300, Russian Federation

2 Gazprom VNIIGAZ LLC, Bld. 1, Estate 15, Proyektiruemyy proezd no. 5537, Razvilka village, Leninskiy district, Moscow Region, 142717, Russian Federation

* E-mail: spoguliaev@sgp.gazprom.ru

Abstract. Technical Gazprom PJSC guidelines dictate to withdraw the pipes having stress-corrosion cracks regardless dimensions of these cracks when major repairs of pipelines are being done. At the same time, damage rate analysis shows that previously only the deep cracks caused failures. According to various test results, at sections of trunk gas pipelines where repairs had been done geometry of stress-corrosion cracks did not change.

To support an evidentiary basis for possible prolongation of safe lifetime requirements for pipes with shallow stress-corrosion cracks not subject to exposure of a corrosive medium, in 2015-2016 the Gazprom Transgaz Ukhta LLC carried out the ground tests. Some pipes with light stress-corrosion cracks were cut out of active pipelines. Then, the withdrawn samples were loaded with internal pressure: totally, there were 2000 zero-to-tension stress cycles. Non-destructive monitoring of crack growth during these tests did not highlight increase of cracks. Besides, complex laboratory tests showed that the metal of pipes answered standard technical requirements, and confirmed unaltered dimensions of the shallow defects. Additionally, the tests identified specifics of pipe geometry favorable for crack growing.

As result, it was stated that in absence of any corrosive medium the tested pipes with stress-corrosion defects had sufficient load capacity and the residual lifetime not less than 27 years.

Keywords: stress-corrosion cracking, ground tests, trunk gas pipeline, growth of cracks, estimation of residual

lifetime.

References

1. RYAKHOVSKIKH, I.V., A.V. MELNIKOVA, D.A. MISHARIN, et al. Perfecting an overhaul procedure in respect to long sections of gas mains subject to stress corrosion cracking [Sovershenstvovaniye tekhnologii remonta protyazhennykh uchastkov magistralnykh gazoprovodov, podverzhennykh korrozionnomy rastreskivaniyu pod napryazheniyem]. Vesti Gazovoy Nauki. Moscow: Gazprom VNIIGAZ LLC, 2016, no. 3 (27): Improving reliability of gas mains subject to stress corrosion cracking, pp. 79-86. ISSN 2306-8949. (Russ.).

2. LATYSHEV, I.A., S.I. POGULYAYEV. Application of eddy-current and magneto-eddy-current flaw detectors for non-destructive depth control of a crevices colony [Ispolzovaniye vikhretokovogo i magneto-vikhretokovogo defektoskopov dlya nerazrushayushchego kontrolya glubiny kolonii melkikh trshchin]. In: TSKHADAYA, N.D. (ed.). Proc. of the Rassokhin Readings international seminar, 2-3 February 2017: in 2 pts. Ukhta, Russia: Ukhta State Technical University, 2017, pt. 1, pp. 217-222. (Russ.).

3. FEODOSYEV, V.I. Strength of materials [Soprotivleniye materialov]. Moscow: Bauman Moscow State Technical University, 1999. (Russ.).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.