Разработка метода диагностирования нефтегазового оборудования, эксплуатируемого в сероводородсодержащих средах, с применением анализа охрупчивания металла

• Автор: Ломанцов, Виктор Анатольевич
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 140 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ФАКТОРЫ И МЕТОДЫ

ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОХРУПЧИВАНИЯ МЕТАЛЛА

ОБОРУДОВАНИЯ, ЭКСПЛУАТИРУЕМОГО В

СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ СРЕДАХ

1Л Характеристики оборудования, нагрузки, воздействия и их последствия

1.2 Анализ методов и результатов диагностирования оборудования.

1.3 Механизмы, факторы и кинетика охрупчивания металла оборудования

2 ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ, КРИТЕРИЕВ И МЕТОДА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОХРУПЧИВАНИЯ МЕТАЛЛА

ОБОРУДОВАНИЯ

2.1 Параметры охрупчивания и критерии их оценки
2.2 Методы определения параметров охрупчивания и твердости
2.3 Обоснование метода диагностирования охрупчивания металла
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ЗНАЧЕНИЙ ТВЕРДОСТИ И УДАРНОЙ ВЯЗКОСТИ ДЛЯ МЕТАЛЛА ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ
3.1 Исследование зависимостей между твердостью и ударной вязкостью для различных состояний сероводородстойкой стали
3.2 Обработка результатов эксперимента
4 ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ АПРОБИРОВАНИЯ МЕТОДА. МЕТОДИКА. ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ОХРУПЧИВАНИЯ МЕТАЛЛА
4.1 Обоснование возможности и разработка способа, технических решений и устройств для отбора и захолаживания минипроб металла элементов оборудования
4.2 Апробация предложенного метода диагностирования охрупчивания металла
4.3 Методика диагностирования нефтегазового оборудования, эксплуатируемого в сероводородсодержащих средах, на основе анализа охрупчивания металла
4.4 Расчёт экономической эффективности применения методики.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
Стратегией национальной безопасности [1], программами приоритетного развития науки и техники Российской Федерации и ОАО «Газпром» [2] поставлены задачи научного обоснования теоретических и методических основ оценки и обеспечения безопасности опасных производственных объектов (ОПО). В их числе, газохимических комплексов по добыче природных газа и нефти, содержащих сероводород (ГХК). В составе ОПО ГХК эксплуатируются десятки тысяч единиц оборудования, имеющего наработку в два и более раз выше установленной проектом [3, 4]. Длительная эксплуатация и воздействие под высоким давлением влажных сероводородсодержащих нефтегазовых рабочих сред, кроме коррозионного износа вызывают охрупчивание металла высоконагруженных несущих элементов оборудования. Охрупчивание металла элементов оборудования увеличивает вероятность его хрупкого разрушения. Предупреждение такого разрушения возможно путем установления и прогнозирования при диагностировании оборудования значений параметров состояния металла, характеризующих охрупчивание (далее - параметров охрупчивания), и оценки с их учетом возможности продолжения его эксплуатации и остаточного ресурса.
Оценка параметров охрупчивания металла может быть выполнена по результатам разрушающих испытаний образцов, вырезанных из наиболее нагруженных элементов оборудования. Такие вырезки влекут за собой необходимость замены этих элементов. Из-за сложности работ и отсутствия элементов для замены такие вырезки и испытания образцов в практике диагностирования выполняются крайне редко, в основном на выбраковываемых элементах. При этом результаты оценки параметров охрупчивания относятся к металлу вырезанных элементов и не могут служить базой сравнения для следующих испытаний, что делает невозможным мониторинг, установление закономерностей и прогнозирование охрупчивания этого металла. В этих условиях актуальность и значимость исследований методов диагностирования параметров охрупчивания металла высоконагруженных элементов, не

требующих разрушающей вырезки образцов, и предупреждения их хрупкого разрушения возрастает вместе с ростом наработки оборудования.
Цель диссертационной работы - разработка метода диагностирования нефтегазового оборудования, эксплуатируемого в сероводородсодержащих рабочих средах, на основе анализа охрупчивания металла для снижения вероятности хрупкого разрушения и повышения надежности эксплуатации.
Основные задачи исследования:
1. Исследование эксплуатационных факторов и последствий охрупчивания металла, обзор методов и анализ результатов диагностирования оборудования, длительно эксплуатируемого в сероводородсодержащих средах.
2. Анализ и обоснование параметров, критериев и метода диагностирования, мониторинга и прогнозирования значений параметров охрупчивания металла оборудования.
3. Исследование закономерностей изменения и корреляционных зависимостей значений твердости и ударной вязкости в области температур вязко-хрупкого перехода для металла оборудования, эксплуатируемого в сероводородсодержащих средах.
4. Обоснование возможности, разработка способа и технических решений для отбора минипроб металла элементов оборудования и испытаний на твердость в области температур вязко-хрупкого перехода.
5. Апробация метода и разработка методики диагностирования нефтегазового оборудования, эксплуатируемого в сероводородсодержащих рабочих средах, на основе анализа охрупчивания металла для снижения вероятности хрупкого разрушения и повышения надежности эксплуатации. Оценка эффективности ее применения.
Научная новизна:
Впервые обоснованы, подтверждены экспериментально и предложены характеристики охрупчивания металла элементов оборудования ГХК, выражаемые закономерностями функциональных зависимостей между значениями диагностического параметра твердости (Н) и параметра охрупчивания - ударной вязкости (КСУ) для температур испытаний Т|..б= -60, -40, -20, 0,+10, +20°С.

нагруженности конструкции элементов оборудования ГХК; обзор методов неразрушающего контроля (НК) и мер повышения точности и чувствительности приборов и достоверности результатов НК при оценке свойств и параметров состояния металла оборудования; результатов многочисленных исследований, ведущих ученых в области взаимозависимости значений параметров состояния металла: С.В. Серенсена, H.A. Махутова,
В.В. Харионовского, JI.P. Ботвиной, О.И. Стеклова, Е.Е. Зорина, Б.Р. Павловского, В.М. Горицкого, В.Н. Лозовского, И.Н. Кургановой, A.B. Митрофанова, Г.В. Карпенко, В.М. Кушнаренко, С.Н. Барышова, Г.П. Кандакова и др. Показано, что интенсивность охрупчивания металла в различных зонах и участках конструктивных элементов оборудования различна и в зависимости от качества металла, его напряженно-деформированного состояния и особенностей воздействия рабочей среды может быть близкой к нулю или иметь максимум. Из 1980 рассмотренных случаев разрушения элементов оборудования ГХК в более 70% изломы имели хрупкий характер. Для предотвращения хрупкого разрушения оборудования ГХК необходимо при его диагностировании уверенно с требуемой точностью и достоверностью определять и накапливать текущие и прогнозные значения параметров, характеризующих охрупчивание металла в наиболее нагруженных зонах и участках конструктивных элементов. Отмечено, что по результатам выполненных неразрушающих и разрушающих испытаний собрать такие данные и выполнить анализ закономерностей охрупчивания металла оборудования ГХК до настоящего времени не удалось.
Исходя из вышесказанного по результатам, изложенным в главе 1, уточнены цель и задачи диссертационного исследования.