Разработка методологии эффективного предупреждения разрушения длительно эксплуатируемых газопроводных систем, подверженных стресс-коррозии

• Автор: Александров, Юрий Викторович
• Шифр специальности: 25.00.19
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Ухта
• Количество страниц: 474 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПОДЗЕМНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ, РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ КРН

1.1 Анализ влияющих факторов, вызывающих КРН

1.1.1 Сущность коррозионного растрескивания под напряжением

1.1.2 Влияние напряженно-деформированного состояния газопровода на КРН

1.1.3 Коррозионная среда и электрохимические условия

1.1.4 Чувствительность КРН к температуре

1.1.5 Анализ влияния грунтов на КРН

1.1.6 Связь проявлений КРН со сварными швами труб

1.1.7 Влияние состояния структуры трубных сталей на их стойкость к КРН

1.2 Классификация механизмов КРН в зависимости от параметров внешней среды
1.2.1 КРН газопроводов, инициируемое водородом
1.2.2 КРН газопроводов, инициируемое по механизму анодного растворения
1.2.3 Идентификация механизма коррозионного растрескивания под напряжением на разрушенных при авариях газопроводных трубах
1.3 Методы повышения работоспособности газопроводов в условиях коррозионного растрескивания под напряжением
1.3.1 Методы устранения дефектов КРН
1.3.2 Методы снижения вероятности развития дефектов КРН
1.4 Аналитический обзор средств и методов диагностирования КРН
1.4.1 Анализ методов оценки изменений механических и физических свойств материала труб при КРН
1.4.2 Анализ достоверности дефектоскопических методов диагностики КРН
1.4.3 Системный подход к мониторингу процессов КРН на линейной части МГ
1.5 Анализ методов оценки напряженно-деформированного состояния стенок газопроводов
1.5.1 Классификация методов оценки НДС стальных конструкций
1.5.2 Физические методы, основанные на использовании магнитомеханических явлений
1.5.3 Магнитострикционный метод
1.5.4. Метод измерения шумов Баркгаузена
1.5.5. Метод магнитной памяти металла (ММПМ)
1.5.6. Метод магнитной анизотропии
1.5.7. Феррозондовый метод
1.5.8. Коэрцитиметрический метод
1.5.9 Обоснование неразрушающего метода контроля НДС трубопроводов
1.5.10 Анализ исследований, проводимых в области коэрцитиметрии
1.6 Применение метода измерения коэрцитивной силы для оценки напряженного состояния
1.7 Систематизация конструктивно-технологических решений по ремонту трубопроводов с применением полноохватных муфт
1.7.1 Классификация муфтовых технологий
1.7.2 Полимерные муфты, устанавливаемые на твердеющий композит
1.7.3 Конструкции и технологии установки стальных муфт на трубопровод без приварки к трубе
1.7.4 Стальные муфты, привариваемые к трубопроводу

1.7.5 Выбор и обоснование конструкций муфт для ремонта дефектов КРН

1.8 Анализ результатов лабораторных исследований моделирования стресс-коррозии металла труб
1.9 Постановка цели и задач исследования
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯЮЩИХ НА КРН ФАКТОРОВ ПРИ АВАРИЙНЫХ РАЗРУШЕНИЯХ ГАЗОПРОВОДОВ
2.1 Анализ статистики аварий по причине КРН на газопроводах ООО «Газпром Трансгаз Ухта»
2.1.1 Анализ причин разрушения газопроводов
2.1.2 Анализ влияния типа грунта и уровня грунтовых вод
2.1.3 Анализ влияния pH среды и минерализации грунтовых вод
2.1.4 Анализ влияния потенциала катодной защиты и электропроводности грунта
2.1.5 Анализ влияния коррозионной активности грунта
2.2 Методы исследования при определении причин аварийных разрушений
2.3 Анализ характерных признаков разрушенных по причине КРН труб и марок сталей
2.4 Анализ влияния напряженно-деформированного состояния металла
2.5 Исследование характерных дефектов полимерных покрытий в местах КРН
2.6 Выводы по главе
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ КОМПЛЕКСНОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КРН НА УЧАСТКАХ ГАЗОПРОВОДОВ
3.1 Диагностирование состояния металла труб, подверженных КРН, по твердости с малой нагрузкой и коэрцитивной силе
3.1.1 Исследование твердости на фрагментах труб, вырезанных по результатам диагностики
3.1.2 Исследование твердости на аварийно-разрушенных трубах по причине КРН
3.1.3 Исследование магнитных свойств на аварийно-разрушенных трубах по причине КРН
3.2 Технологический регламент диагностирования и мониторинга стресс-коррозионных процессов
3.2.1 Цель и задачи системы мониторинга стресс-коррозионных процессов на магистральном газопроводе
3.2.2 Организация и выполнение системы мониторинга стресс-коррозионных процессов
3.2.3 Методика определения потенциально опасных участков коррозионного растрескивания под напряжением
3.2.4 Порядок и состав работ комплексного обследования и приборной диагностики потенциально опасных участков
3.2.5 Методика ранжирования грунта и грунтовых вод в отношении вероятности КРН
3.2.6 Методика мониторинга механических напряжений в металле труб
3.3 Методика изготовления образцов с имитаторами дефектов КРН
3.3.1 Состав, структура и физическое состояние поверхности
3.3.2 Растягивающие напряжения
3.3.3 Электрохимические условия
3.3.4 Коррозионная среда

3.3.5 Концентрация напряжений
3.4 Диагностирование роста трещины КРН при ее имитационном изготовлении
3.5 Методика изготовления и номенклатура стандартных образцов с имитаторами трещин КРН
3.6 Порядок настройки и аттестации средств и методов диагностики дефектов КРН
3.7 Выводы по главе
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ РЕМОНТА ДЕФЕКТОВ КРН С ПОМОЩЬЮ СТАЛЬНЫХ МУФТ
4.1 Расчетные положения по определению усиливающего эффекта сварных стальных муфт без учета дефектного состояния трубы
4.1.1 Общие положения
4.1.2 Обжимная муфта, установленная на трубу без промежуточного слоя с радиальным зазором.
4.1.3 Обжимная муфта, устанавливаемая на трубу с предварительным нанесением тонкого слоя твердеющего композита в кольцевое пространство
4.2 Расчет контактного давления между обжимной муфтой и трубой при наличии композитной прослойки с учетом краевого эффекта
4.3 Оценка эффективности стальных муфт по повышению прочностного ресурса трубопровода с длинными трещинами
4.4 Экспериментальное обоснование усиливающего эффекта стальных муфт на дефектных трубах
4.4.1 Определение влияния слоя композита и технологии монтажа неприварных обжимных муфт на их силовой эффект
4.5 Разработка и испытание новых конструктивно-технологических решений по сварным обжимным муфтам
4.5.1 Муфта со скошенными кромками
4.5.2 Муфта с наклонными кромками
4.5.3 Муфта с П-образными выступами и впадинами
4.6 Испытания муфт
4.6.1 Лабораторные испытания стальных неприварных муфт
4.6.2 Оценка работоспособности обжимных неприварных муфт, установленных на фрагмент трубопровода газа компрессорной станции
4.7 Выводы по главе
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА НЕРАЗРУШАЮЩЕГО МЕТОДА ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ СТЕНОК ГАЗОПРОВОДОВ
5.1 Испытание полых цилиндрических образцов в условиях плосконапряженного состояния
5.1.1 Определение параметров экспериментального образца для проведения испытаний
5.1.2 Исследование влияния напряженного состояния металла на коэрцитивную силу металла в условиях действия внутреннего давления
5.1.3 Исследование зависимости коэрцитивной силы в условиях действия касательных напряжений

Методом фракционного анализа изучено распределение остаточного водорода в аварийных трубах, разрушенных в результате стресс-коррозии и в трубах аварийного запаса. Поученные данные свидетельствуют, что во время эксплуатации в «стресс-коррозионных» условиях общее наводороживание металла труб, по-видимому, не происходит. Существенное наводороживание имеет место только в областях металла, прилегающих к КРН-излому. Это обстоятельство в сочетании с обнаруженной выше повышенной плотностью дислокаций у КРН-излома позволят предположить, что наводороживание связано с локальной пластической деформацией стали в вершине трещины.
Определенным подтверждением «микродеформационного» механизма наводороживания, реализуемого при КРН труб, является резко повышенная (в 5 и более раз по сравнению с металлургическим фоном) концентрация низкотемпературных форм водорода Н400, идентифицируемых как диффузионноспособный водород, закрепленный на структурных дефектах с невысокой энергией связи. К таким дефектам относятся дислокации, двойники, области пиковых микронапряжений, т.е. дефекты, возникающие в процессе пластической деформации металла. Вокруг и вдоль таких дефектов при наводороживании неизбежно образуются сгущения (облака Котрелла) водорода. Их время образования в области климатических температур мало (=10"3 с), и они являются термодинамически стабильными. Это объясняет наблюдаемый факт сохранения закрепленных на них низкотемпературных форм водорода в течение длительного времени после аварии труб. Закрепление части поглощенного во время эксплуатации водорода дает возможность установить факт эксплуатационного наводороживания спустя неограниченно длительное время после аварии применяемыми методами термокинетического анализа.
В металлургическом фоне труб в состоянии поставки содержание этих форм в общем количестве поглощенного в процессе производства водорода ничтожно мало (редко превышает 0,05 см3/100 г) как вследствие меньшей концентрации указанных дефектов, так и вследствие ограничений их насыщения водородом метал-