CC BY
25ДИАГНОСТИКА
И.И. Велиюлин, д.т.н., академик РАЕН, директор, А.Е. Зорин, заместитель начальника отдела, П.А. Колотовский, главный инженер ЭАЦ «Оргремдигаз» ДОАО «Оргэнергогаз»
ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВИТИЯ СТРЕСС-КОРРОЗИОННЫХ ТРЕЩИН
Анализ результатов внутритрубной диагностики и статистики аварийных отказов магистральных газопроводов показывает, что одной из основных причин возникновения разрушений на магистральных газопроводах большого диаметра, особенно в последние 10-15 лет, являются стресс-коррозионные поражения.
Научно-исследовательские работы по изучению процесса коррозионного растрескивания под напряжением, ведущиеся в подразделениях ОАО «Газпром» уже более 25 лет, пока не привели к формированию однозначного представления о механизмах и причинах возникновения КРН, опираясь на которые можно было бы разработать эффективные мероприятия по предотвращению или снижению возможности появления стресс-коррозионных дефектов. Поэтому основной задачей на данном этапе является своевременное обнаружение подобных дефектов, а также знание особенностей их распространения для оценки опасности коррозионных трещин на разных этапах их развития.
В настоящее время широкое распространение получило диагностирование основного металла труб с применением автоматических сканеров-дефектоскопов. Поскольку сканеры-дефектоскопы являются приборами индикаторного типа и их чувствительность к выявлению дефектов несколько ниже, чем у традиционных ручных приборов неразрушающего контроля, стоит вопрос об определении пороговых размеров обнаруживаемых сканерами-дефектоскопами различных типов дефектов, в частности стресс-коррозионных. Подобные требования к выявляемости дефектов должны базироваться на разрешающей способности физических принципов, лежащих в основе существующих методов неразрушающего контроля, а также исходя из условий обеспечения эксплуатаци-
онной надежности труб с различными дефектами.
Для изучения особенностей распространения стресс-коррозионных трещин были проведены стендовые полигонные испытания плети, сваренной из труб, бывших в эксплуатации. Плеть была изготовлена из 2 труб стали Х70 после 31 года эксплуатации на магистральном газопроводе Ухта-Торжок III нитка, диаметром Dу = 1400мм, с толщиной стенки 16,5мм и содержала две области коррозионного растрескивания (рис.1).
Анализ условий эксплуатации и случаев разрушения трубопроводов под давлением, значительно ниже условного предела текучести, показывает, что основной причиной, вызывающей распространение трещин в трубопроводе является циклическое изменение внутреннего давления в процессе эксплуатации. С учетом этого, испытания проводились под действием циклического нагружения внутренним давле-
нием при Рmax = 75 атм., Рmin = 55атм. в течении 3000 циклов. В процессе проведения испытаний, после каждых 500 циклов нагружения производилось измерение длин трещин с использованием комплекта ВИК и определение глубин трещин с помощью ультразвукового дефектоскопа. Изменение длин трещин после проведения испытаний приведено в таблице 1. Из приведенных в таблице данных видно, что наибольшее увеличение длины в процессе проведения испытаний получили наиболее короткие сомкнутые трещины (до +72%), наиболее длинные, магистральные трещины, напротив, практически не подросли в процессе испытаний. Данный факт, по всей видимости, можно объяснить высоким уровнем пластической деформации в вершинах длинных трещин, что вызывает увеличение радиуса их кривизны, а также результатом свободного доступа коррозионно-активной среды из-за большого раскрытия трещин, что также
, /
Область КРН №2
Область КРН №1
Рис. 1. Общий вид плети, расположение и состояние трещин до проведения испытаний
24 \\ ТЕРРИТОРИЯ нефтегаз \\
\\ № 5 \\ май \ 2010
\\ ТЕРРИТОРИЯ нефтегаз \\
№ 5 \\ май \ 2010 таблица 1. Изменение длин трещин в области КРН №1 в процессе проведения испытаний
№* исходная длина трещины, мм длина трещины после 2000 циклов длина трещины после 3000 циклов суммарный % подрастания трещин
1 26 31 34 30%
2 18 20 22 22%
3 18 21 28 55%
4 56 58 59 2%
5 16 20 22 37%
6 12 14 17 41%
7 34 36 37 8%
8 17 21 21 23%
9 11 16 19 72%
12 12 14 17 42%
13 13 18 21 61%
' нумерация трещин соответствует нумерации на рисунке 2
может способствовать притуплению вершины трещин. Для коротких, сомкнутых трещин, данные процессы менее характерны, а уровень концентрации напряжений в вершине - напротив максимальный.
В результате нагружения (за 20 циклов до окончания базы испытаний) была зафиксирована течь в области КРН №1 (сквозное прорастание трещины №5), после чего испытания были прекращены, а темплеты с трещинами были вырезаны для лабораторного изучения изломов трещин и изготовления микрошлифов. Долом стресс-коррозионных трещин производился для определения исходной глубины и геометрии трещин, а также измерения данных параметров в результате циклического нагружения (рис. 2).
Изломы трещин из области КРН №2 показали, что в процессе проведения испытаний при некотором изменении длины,трещины,проросшие до середины толщины стенки трубы, еще до проведения испытаний не изменили своей глубины, поскольку в центральной части темплета были обнаружены расслоения, препятствовавшие дальнейшему развитию трещин. Кроме того, при изучении изломов образцов была обнаружена следующая особенность: распространение трещин как вдоль трубы,так и в глубину металла происходило не по нормали к действующим нагрузкам, а произвольным образом и привело в некоторых случаях к внутреннему объединению трещин, находившихся в кольцевом направлении на расстоянии до 20мм друг
от друга. Данное обстоятельство в совокупности с тем фактом, что разрушение плети (после вырезки темплетов с трещинами) носило квазихрупкий характер (а в области распространения разрушения были обнаружены новые трещины), говорит о структурном несовершенстве металла и накоплении поврежденности в процессе эксплуатации трубы, что, вероятно, и стало причиной зарождения стресс-коррозионных трещин. По результатам испытаний можно сделать вывод о том, что при созданных условиях для зарождения стресс-коррозионных трещин, их развитие происходит весьма скоротечно, а характер и скорость распространения трещин являются трудно прогнозиру-
а б в а б в
емыми. Таким образом, обнаружение подобных дефектов на самой ранней стадии имеет первостепенную важность для обеспечения надежной и безопасной эксплуатации трубопроводов, а при ведении диагностических работ приоритеты должны быть отданы оборудованию, имеющему наивысшую чувствительность к обнаружению тре-щиноподобных дефектов. Вместе с тем, при формировании технических требований к разрабатываемым сканерам-дефектоскопам необходимо учитывать совокупность условий как их работы в составе ремонтной колонны, так и технико-экономической обоснованностью дефектации труб с незначительными повреждениями.
а б а б в
Рис. 2. Изломы трещин области КРН №1 после проведения испытаний а- исходная глубина трещины; б- прорастание трещины в результате циклических испытаний; в- долом. 1-11- нумерация трещин
WWW.NEFTEGAS.INFO
\\ диагностика \\ 25
