Материаловедческие критерии оценки надежности металла, методы прогнозирования ресурса газотранспортных систем

• Автор: Кузьбожев, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 315 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ И РЕСУРСА МЕТАЛЛА НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ

1.1. Методология продления ресурса металла нефтегазопроводов

1.2. Напряженно-деформированное состояние металла трубопроводов

1.3. Обзор и классификация процессов деградации механических свойств металла

1.3.1. Изменения структуры и свойств при старении

1.3.2. Механические и физические свойства, эволюция дислокационной структуры при усталости

1.3.3. Коррозионное растрескивание под напряжением

1.4. Методы оценки состояния металла на образцах
1.4.1. Определение механических свойств
1.4.2. Металлографический анализ
1.4.3. Электронная микроскопия
1.4.4. Метод испытания на релаксацию напряжений
1.5. Физические неразрушающие методы контроля металла
1.5.1. Магнитные методы структурного анализа
1.5.2. Методы определения напряжений в металле трубопроводов
1.5.3. Опредление твердости и микротвердости
1.6. Выводы по главе 1. Цель и задачи исследования
2. МОНИТОРИНГ РАЗРУШЕНИЙ ТРУБОПРОВОДОВ
2.1. Анализ разгерметизации при эксплуатации конденсатопроводов
2.1.1. Локальная коррозия внутренней поверхности труб
2.1.2. Химическое исследование продуктов коррозии
2.2. Хрупкие лавинные разрушения конденсатопроводов
2.2.1. Исследование линии разрушения
2.2.2. Исследование твердости и остаточных напряжений в аварийном металле
2.2.3. Исследование микроструктуры аварийного металла
2.3. Анализ хрупких разрушений подземных трубопроводов в условиях
напряженно-деформированного состояния
2.3.1. Фрактографический анализ очага разрушения
2.3.2. Исследование химического состава и микроструктуры стали
2.4. Анализ хрупких разрушенийй надземных трубопроводов в условиях напряженно-деформированного состояния

3. МЕТОДОЛОГИЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАБОТОСОПОСОБНОСТИ МЕТАЛЛА
ГАЗОКОНДЕНСАТОПРОВОДОВ В КОРРОЗИОННЫХ УСЛОВИЯХ
3.1. Классификация коррозионных повреждений внутренней поверхности
конденсатопроводов
3.2. Методы имитирирования коррозионных повреждений в конденсатопроводах на лабораторной модели
3.3. Исследование поврежденных труб неразрушающими методами
3.3.1. Исследование твердости
3.3.2. Исследование остаточных напряжений
3.4. Исследования структуры металла
4. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТАЛЛА НЕРАЗРУШАЮЩИМИ МЕТОДАМИ В УСЛОВИЯХ СТАТИЧЕСКОГО РАСТЯЖЕНИЯ
4.1. Выбор прибора для измерения твердости
4.2. Статистические методы обработки результатов измерения твердости
4.2.1. Случайные величины и законы их распределения
4.2.2. Числовые характеристики распределения непрерывных случайных величин
4.2.3. Законы распределения вероятностей чисел твердости
4.2.4. Оценка числовых характеристик при малых объемах выборки
4.2.5. Оценка числовых характеристик при большом объеме выборки
4.2.6. Графическое представление экспериментальных данных
4.3. Методика определения твердости металла в условиях статической
растягивающей нагрузки
4.4. Выбор фрагментов материала для испытаний
4.4.1. Определение механических свойств материала
4.4.2. Металлографический анализ
4.5. Анализ ТМН в ходе статического растяжения
4.5.1. Испытания на твердость без приложения нагрузки
4.5.2. Испытания на твердость под действием нагрузки
4.6. Анализ коэрцитивной силы в ходе статического растяжения металла
5. МЕТОДОЛОГИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕСУРСА МЕТАЛЛА НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
5.1. Методы экспериментального определения ресурса металла газопроводов174
5.1.1. Методика имитации накопления поврежденности в структуре материала на
образцах
5.1.2. Методика определения поврежденности и ресурса материала трубопровода
5.2. Исследование состояния металла газопровода стандартными методами
5.2.1. Исслсдовнаие химического состава и микроструктуры
5.2.2. Определение механических свойств металла труб

5.3. Исследование тонкой структуры металла
5.4. Имитационные испытания материала
5.5. Оценка состояния структуры металла физическими методами
5.5.1. Магнитный метод
5.5.2. Рентгеноструктурный анализ
5.5.3. Определение ТМН
5.6. Уточнение параметров имитационных испытаний на фактическом трубном
материале
5.7. Расчет ресурса материала
6. ОЦЕНКИ РЕСУРСА МЕТАЛЛА ПРИ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЯХ
6.1. Оценка свойств металла соединительных деталей для трубопроводов на
стендах
6.1.1. Методика проведения испытаний
6.1.2. Результаты исследования физико-химических свойств металла трубного узла
6.1.3. Анализ результатов тензоизмерений
6.1.4. Анализ результатов ТМН, полученных в ходе испытаний
6.2. Исследование изменения ТМН при стендовых испытаниях новых
спиральношовных труб Волжского трубного завода
6.2.1. Материал для испытаний
6.2.2. Методика испытаний
6.2.3. Результаты испытаний
6.3. Учет плосконапряженного состояния металла по коэрцитивной силе в
условиях стендовых испытаний
7. ПРАКТИКА ОЦЕНКИ РЕСУРСА МЕТАЛЛА В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ
7.1. Промышленное опробование метода ТМН на компрессорных станциях ООО
«Севергазпром»
7.1.1. Выбор объектов и методы исследований
7.1.2. Результаты контроля НДС трубопроводов и их анализ
7.1.3. Анализ состояния металла трубопроводов по ТМН
7.2. Исследования металла надземного газпровода «Ухта-Войвож»
7.2.1. Объект и методы обследования
7.2.2. Выбор участков обследования
7.2.3. Методы оценки напряженного состояния трубопроводов
7.2.4. Результаты полевых испытаний
7.3. Обоснование ресурса газопровода по состоянию металла

увеличении можно обнаружить элементы структуры размеров до 0,2 мкм, что в очень большом числе случаев меньше размеров многих фаз, присутствующих в сталях.
Известно, что при деформировании металла, в т.ч. начало пластического течения, характеризуемое пределом текучести, связано со сложными процессами изменения дислокационной структуры материала при увеличивающихся напряжениях [125]. При этом’образуются первичные деструктивные системы, т.н. линии скольжения, распределенные по всей поверхности образца. Метод металлографии позволяет оптически наблюдать полосы скольжения после операций подготовки поверхности образца, травления и закрепления оптического оборудования.
Однако для идентификации ранних стадий структурных изменений в металле метод малопригоден. Так в работе [129] выполнена металлография структуры образцов из трубы, не бывшей в эксплуатации, образцов металла четырех состояний, которые сформированы в результате искусственного старения различной степени, а также металл трубы после 52 лет эксплуатации. При искусственном и естественном старении наблюдается некоторое уменьшение перлитной составляющей по отношению к исходной структуре, что связано, очевидно, с обезуглероживанием. Вместе с тем, количественные признаки трансформации структуры неочевидны, и судить о состоянии материала по параметрам метода оптической металлографии не представляется возможным.
Таким образом, метод оптической металлографии позволяет фиксировать уже сформированные микротрещины и полосы скольжения. При этом, прогнозировать определять текущее состояние металла не представляется возможным, т.к. в этом случае возникает угроза спонтанного разрушения конструкции, что является одним из признаков исчерпания ее ресурса.
Основными недостатками метода являются:
1. Позволяет фиксировать лишь критическое состояние металла, связанное с образование первичных деструктивных систем (например, достижение физического предела текучести).
2. Необходимо наличие дорогостоящего оптического оборудования, приспособленного к работе на действующих трубопроводах.
3. Техническая сложность операций по подготовке поверхности к металлографическому анализу в полевых условиях (шлифовка, полировка, травление).