CC BY
69
УДК 620-17:620-18
И. И. Губайдуллин, В. А. Булкин, С. И. Валеев
ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА
Ключевые слова: Микроструктура, полосчатость, трубопровод.
В статье представлен литературный обзор по трубопроводам, работающих в различных условиях и изготовленных из разных сталей, подверженных разрушению при длительной эксплуатации. Одной из основных причин разрушения является возникновение полосчатости в микроструктуре металла. Рассмотрена микроструктура участка, на котором произошла авария, и на участке удаленном от аварии.
Keywords: microstructure, banding, pipeline.
The article presents a literature review on pipelines operating under different conditions and made of different steels exposed to destruction. One of the main reasons for failure is the occurrence of banding in the metal microstructure. We consider the microstructure of the plot on which the accident occurred, and in the area remote from the accident.
Изготовление широко используемых сталей в промышленности по нормам ГОСТов не всегда спасает от дефектов, которые вследствие длительного использования приводят к разрушению металла [1]. Чтобы обеспечить большую эксплуатационную надежность стали и способа их производства, стали должны иметь большую прочность, пластичность, ударную вязкость, большоесопротивление к хрупкому,
лавинообразному и вязкому разрушению, высокие параметры циклической трещиностойкости, радиационной стойкости, а также обеспечивать неизменность при термическом старении и минимальную тенденцию к деформационному старению. Другими словами - они должны характеризоваться устойчивой структурой за все время их использования.
К тому же, стали должны обладать оптимальными технологическими признаками на всех этапах их производства, таких как выплавка, разливка, обработка давлением, сварка, термическая обработка для результативного уменьшения технологической повреждаемости структуры в них.
В данной работе рассмотрены различные повреждения выявленные после разрушения участков трубопроводов изготовленных из различных типов сталей.
Так, при исследовании [2], после местного разрушения трубопровода пара и горячей воды, диаметром 219 мм, толщиной 8 мм, материал сталь 20, срок эксплуатации более 20 лет образцы вырезали из участка, на котором произошла авария, и на участке удаленном от аварии.
Исследования проводили металлографическим анализом на микроскопе OLYMPUSGX41 при увеличении 100-500 на шлифах, вырезанных из выше перечисленных участков труб.
В результате проведенных исследований установлено, что микроструктура металла трубы в месте повреждения и на удаленном от места повреждения имеет ферритно-перлитную структуру, размер зерна соответствует баллу 7-8 по стандарту шкалы зернистости, кроме того отрицательным фактором является наличие полосчатости микроструктуры - балл 3, дефектов макро- и
микроструктуры не наблюдается. Стоит отметить, что полосчатость в последнее время все чаще обнаруживается в трубопроводах подверженных разрушению.
Полосчатость - разграничение одной или более фаз или структурных составляющих в двухфазной или многофазной микроструктуре, или участков ликвации в однофазной или состоящей из одного структурного звена в микроструктуре на два отчетливых слоя, сопутствующих оси деформации, в результате растяжения участков микроликвации. На появление полосчатой структуры могут повлиять различные факторы, такие как температура конца горячего или холодного деформирования, частичные превращения аустенита, обусловленные ограниченной прокаливаемостью или неполной скоростью охлаждения [3]. Известно, что такая структура после термомеханической обработки, которая определена ориентированным положением полигонального феррита, может привести к образованию внутренних повреждений в виде расслоений и тем самым, к анизотропии сопротивления стали хрупкому и вязкому разрушению, характеризуемому понижением «хрупкой» прочности особенно в 2-направлениях (вертикальная ориентация образца по толщине листа). Так же, полосчатость оказывает негативное влияние и на усталостную прочность металла, которая может привести к разрушению. При наличии полосчатости скорость образования трещины в 2- направлении превышается в 5 раз, кроме других направлений.
При исследовании двух фрагментов труб диаметром 1020 мм толщиной 11 мм, состоящие из стали 17Г1С,подземного газопровода Белоусово-Ленинград после аварии, на которых методом ультразвукового контроля (УЗК) были обнаружены местные расслоения металла, со сроком эксплуатации 37 лет условиях подземной эксплуатации [4].
Исследования данной стали проводили металлографическим анализом на микроскопе при увеличении 160-1000 на шлифах, вырезанных из труб.
В результате исследований стали микроструктура металла труб на удаленном от места повреждения имеет ферритно-перлитную структуру. Размер зерна соответствует баллу 7 по стандартной шкале зернистости ГОСТ 5639-82. Дефектов макромикроструктуры не наблюдается. Полосчатость структуры имеет более ярко выраженный характер.
При повреждении трубопровода компрессорной станции проведены исследования сталей 09Г2С, 10Г2, 19Г металлографическим анализом на микроскопе JEM-7 при увеличении 10000-30000 на шлифах, вырезанных из дефектных труб [5].
В результате исследований сталей установленно:
• Микроструктура металла труб в месте повреждения имеет ферритно-перлитную структуру. Размер зерна соответствует баллу 7-8 по стандартной шкале зернистости ГОСТ 5639-82. Повреждений в макро- и микроструктуры не наблюдается. Наблюдается полосчатость микроструктуры балл 3 по шкале ГОСТ 5640-68.
• Микроструктура металла труб на удаленном от места повреждения имеет ферритно-перлитную структуру. Размер зерна соответствует баллу 7 по стандартной шкале зернистости ГОСТ 5639-82. Повреждений в макро-микроструктуры не наблюдается. Полосчатости структуры не наблюдается.
• Микроструктура металла труб на удаленном от места повреждения имеет ферритно-перлитную структуру. Размер зерна соответствует баллу 8 по стандартной шкале зернистости ГОСТ 5639-82. Дефектов макро-микроструктуры не наблюдается. Полосчатости структуры не наблюдается.
Результаты исследования показывают, что металлы выше перечисленных трубопроводов представляют собой разнозернистую феррито-перлитную смесь со следами деформации. Непровары и другие дефекты не обнаружены. Величина зерна основного металла: 7-8 баллов по ГОСТ 5639-82. Загрязненность неметаллическими включениями основного металла не обнаружена. Дефекты типа пор, раковин, обезуглероживания поверхности слоя на трубах со швами не
обнаружены. В процессе длительной эксплуатации микроструктура металла отличается ярко выраженной полосчатостью, были выявлены расслоение металла, изменения структуры и изменения механических свойств. Также можно сделать вывод, что в процессе длительной эксплуатации трубных сталей с ферритно-перлитной структурой возможно формирование ячеистой дислокационной структуры, характерной для деформированного металла. Уровень остаточной прочности металла трубопроводов с увеличением длительности эксплуатации снижается, что необходимо учитывать при назначении остаточного ресурса по результатам экспертизы промышленной безопасности [6].
Литература
1. Валеев С.И., Ларин А.А. Исследование структуры металла оборудования длительное время находящегося в эксплуатации // В сборнике : Перспективы развития науки и образования. Сборник научных трудов по материаловедению Международной научно-практической конференции : в 13 частях. 2015. С. 28-30.
2. А.А. Ларин, С.И. Валеев, Ф.Р. Зайнуллин, В.А. Булкин. Деградация свойств металла оборудования установки переработки углеводородного сырья, длительное время находящегося в эксплуатации. // ВестникКазанского Технологического Университета. 2014 т.17 № 20. С. 257-258.
3. ГОСТ 54570-2011Сталь. Методы оценки степени полосчатости или ориентации микроструктур.
4. С.А. Егурцов, О.В. Коновалова, Л.А. Ефименко. Оценка структуры и свойств металла трубопроводов КС с различным сроком эксплуатации. // Газовая промышленность. 2009 № 6. С. 58-61
5. Н.А. Калинин, Л.Б. Гецов, А.И. Рыбников, О.П. Виноградов, В.В. Артамонов, Н.И. Добина, Е.А. Овчинникова, М.А. Гусев. Исследование структуры и свойств металла магистральных газопроводов. // Газовая промышленность. 2011 № 3. С. 78-82
6. Ларин А.А., Харламов И.Е., Валеев С.И., Булкин В.А., Поникаров С.И. Определение остаточного ресурса с учетом меняющейся структуры материала. Казанский Государственный Технологический Университет. Депонированная рукопись. ВИНИТИ. № 2083 - В2004 30.12.2004 - 20с.
© И. И. Губайдуллин - магистрант каф. МАХП КНИТУ, [email protected]; С. И. Валеев - доцент каф. МАХП КНИТУ, [email protected]; В. А. Булкин - д.т.н., профессор каф. МАХП, КНИТУ.
© 1 Gubaydullin - undergraduate dep. machinery and equipment of chemical plants, KNRTU; S. Valeev - Candidate of Technical Sciences, associate Professor, dep. machinery and equipment of chemical plants, KNRTU; V. Bulkin - Doctor of Technical Sciences, Professor, dep. machinery and equipment of chemical plants, KNRTU.
