WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Автор выражает искреннюю благодарность сотрудникам ГУП «ИПТЭР» и научному руководителю Гумерову Кабиру Мухаметовичу за помощь и советы при выполнении и оформлении диссертационной работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертации. Сформулированы цель работы и основные задачи исследований, показаны научная новизна и практическая значимость работы, приведены основные защищаемые положения.

В первой главе рассматриваются проблемы, связанные с повторным использованием демонтированных труб после вывода из эксплуатации магистральных трубопроводов.

Экспертная оценка трубопроводов России приводит следующие приближённые цифры: суммарная протяжённость всех трубопроводов (магистральных, промысловых, газораспределительных, технологических) составляет порядка L » 1,5… 2,0 млн км; срок эксплуатации T » 10…50 лет;

интенсивность вывода из эксплуатации V » L/T » (1 500...2 000)/(10…50) » » 30...200 тыс. км в год. Для системы магистральных нефте-, газо- и нефтепродуктопроводов получаются следующие цифры: общая протяженность L = 217 тыс. км., срок эксплуатации Т » 50 лет; в год требуется заменить V » L/T » 217/50 » 4300 км. Это – огромное количество труб, которые могут представлять проблему, если не найти им эффективного применения.

Выведенный из эксплуатации трубопровод может быть подвергнут следующим действиям в зависимости от ситуации:

- он может быть законсервирован на некоторый период;

- он может быть передан другой организации для транспортировки других продуктов при более безопасных режимах работы;

- он может быть демонтирован.

На практике все эти случаи имеют место. Но при рассмотрении «жизненного цикла» трубопроводов до сих пор серьёзно (на нормативном уровне) не рассматривался этап утилизации трубопроводов, который должен последовать за выводом из эксплуатации. Составной частью утилизации трубопроводов является демонтаж с последующим контролем и определением эффективных вариантов использования демонтированных труб.

Как показал анализ практического опыта, имеются следующие варианты использования демонтированных труб (перечислены в порядке убывания эффективности):

- они могут быть восстановлены и переданы для повторного использования на таких же трубопроводах;

- они могут быть подготовлены и переданы для использования на трубопроводах с меньшими рабочими давлениями;

- они могут быть переданы для изготовления металлоконструкций;

- они могут быть отправлены на переплав.

Повторное использование демонтированных труб в ряде случаев даёт положительный эффект. Существующий опыт показал, что стоимость восстановленных труб может быть до 2-х раз меньше, чем аналогичных новых труб при равных эксплуатационных характеристиках. Однако повторное использование демонтированных и восстановленных труб на магистральных трубопроводах требует наличия специальной нормативной базы, которая до настоящего времени практически отсутствует. Нормативная база, ориентированная на новые трубы, по многим причинам не может быть применена к демонтированным трубам. Главные причины состоят в следующем:

- демонтированные трубы несут в себе отпечатки старения металла, протекающего по нескольким механизмам;

- демонтированные трубы испытывают широкий разброс по всем показателям (по размерам, дефектам, материалам), что затрудняет формирование партии труб и усложняет контроль.

Деградация металла труб происходит по двум механизмам: деформационного старения и водородно-индуцированной коррозии, переходящей в структурные изменения, расслоение и растрескивание под напряжением.

В действующих строительных нормах и правилах для магистральных трубопроводов водородная коррозия не имеет отражения. Применяемые на практике методы защиты трубопроводов от коррозии не защищают от водородной коррозии, а в ряде случаев, наоборот, ускоряют её. При восстановлении демонтированных труб необходимо проверить наличие возможной водородной коррозии. Поэтому нормативный документ на повторное использование труб должен быть более совершенным, чем на применение новых труб.

На механические свойства металла труб может оказать влияние также и сама технология демонтажа. Если при демонтаже трубопровод получает пластические деформации, то не только форма трубы будет нарушена, но и металл потеряет некоторый запас пластичности. Это снизит остаточный ресурс демонтированных труб. Следовательно, необходимо контролировать механические напряжения, которые напрямую зависят от усилий, приложенных к трубопроводу, в том числе трубоукладчиками.

Научными основами демонтажа трубопроводов и восстановления труб для повторного использования занимается ряд научных организаций и специалистов, поэтому третья глава посвящена рассмотрению имеющихся наработок по данной проблеме.

Таким образом, основной проблемой при восстановлении демонтированных труб является надёжный контроль, который состоит из двух этапов: контроль дефектов и контроль металла труб с учётом того, что партия поступивших на восстановление труб сильно отличается от партии новых труб, изготовленных на трубном заводе.

Вторая глава посвящена анализу методов контроля труб, поступающих на трубную базу и подлежащих восстановлению и повторному использованию на магистральных трубопроводах.

Как отмечено выше, на демонтируемые трубы понятие «партия» нельзя распространить в том же смысле, что и на трубных заводах.

Можно только говорить о партии труб, вырезанных из какого-то одного трубопровода. Но каждая труба при этом будет индивидуальна. Поэтому при восстановлении демонтированных труб каждая из них должна пройти обследование; по результатам обследования должен быть составлен документ (акт, технический паспорт, сертификат) с указанием следующих основных параметров: диаметра, толщины стенки, длины, кривизны, марки стали, углеродного эквивалента. После всех работ для каждой трубы должны быть определены допустимая область использования (нефтепровод, газопровод, продуктопровод, водопровод; категория трубопровода) и допустимое рабочее давление. При этом должны быть учтены имеющиеся на трубе несоответствия (дефекты). Допускаемые к повторному использованию демонтированные трубы должны иметь дополнительный запас прочности с учётом того, что разброс параметров у них выше, чем у новых труб.

Проанализированы возможности традиционных методов неразрушающего контроля для дефектоскопии демонтированных труб. Установлено, что все эти методы имеют определённые преимущества, но не позволяют в полном объеме контролировать все трубы, поступающие на трубную базу для восстановления.

Предложено проводить дефектоскопию труб на специальном стенде, использующем те же принципы, что и внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп. Учитывая, что контроль трубы происходит в заводских условиях, конструктивное исполнение стенда намного проще, чем ультразвукового снаряда (рисунок 1). Стенд может быть оборудован внутренними или внешними датчиками.

Рисунок 1 – Стенд ультразвукового контроля труб с внешним датчиком Конструктивное исполнение стенда с внешним датчиком:

- труба устанавливается в специальные патроны, обеспечивающие вращение вокруг своей оси;

- параллельно трубе по рельсу движется тележка, на которой установлена штанга с ультразвуковым датчиком;

- труба и датчик находятся в воде (в бассейне).

Дефектоскопия проводится следующим образом:

- труба вращается вокруг своей оси;

- тележка с датчиком движется поступательно;

- ультразвуковой датчик излучает импульсы и принимает отраженные сигналы от наружной и внутренней поверхностей;

- информация записывается в блок памяти, одновременно отражается на экране компьютера в режиме реального времени;

- оператор имеет возможность повторить обследование сомнительных участков, а также просматривать записи несколько раз.

Выходными параметрами являются:

- информация о толщине стенки по всей поверхности;

- информация о наличии, точном местоположении и размерах следующих дефектов: дефектах от коррозии на внутренней и наружной поверхностях; внутристенных дефектах типа расслоений металла и включений; локальных дефектах геометрии трубы (вмятинах, гофрах);

- информация о кривизне трубы.

Определение кривизны трубы основано на измерении изменения расстояния от датчика до внешней поверхности труб при вращении вокруг собственной оси.

Распечатка о дефектах передаётся специалисту для принятия решения о способах восстановления трубы и определении допустимого рабочего давления.

Определён состав минимально необходимых средств контроля для производства работ по восстановлению труб и подготовке к повторному использованию на магистральных трубопроводах.

Исследована микроструктура стыковых соединений, выполненных газопрессовой сваркой. Установлено, что причиной низкой прочности таких стыков являются остающиеся при сварке неметаллические включения на плоскости сплавления. Включения остаются из-за технологических особенностей сварки, при которой не образуется сварочная ванна (рисунок 2). Установлено, что не подлежат восстановлению и повторному использованию трубы, содержащие стыки, выполненные на подкладных кольцах и газопрессовой сваркой. Такие стыки следует вырезать.

100 Рисунок 2 – Структура линии сплавления при газопрессовой сварке Третья глава посвящена вопросам контроля металла демонтированных труб. Как и дефектоскопия, контроль металла демонтированных труб должен проводиться намного детальнее и тщательнее, чем при производстве новых труб. С другой стороны, операции контроля металла не должны превращаться в самоцель и приводить к резкому повышению себестоимости продукции.

Установлено, что контроль свойств металла демонтированных труб должен происходить в два этапа: на первом этапе – все трубы; на втором этапе – выборочно по одному образцу из «группы» труб. Группа труб должна включать не более 10 труб, имеющих одинаковые характеристики (диаметр, толщину стенки, химический состав, твердость) по результатам первичного контроля.

При первичном контроле определяются химический состав (спектральным анализатором), марка стали, твердость металла труб и сварных швов, оценка пределов прочности и текучести (по результатам твердометрирования).

На втором этапе контроля рекомендовано определять на образцах стандартные механические свойства (сертификатные данные), а также пластичность, трещиностойкость, ресурс. Для этих испытаний разработаны образцы (формы и размеры), способы испытаний, параметры нагружения.

Контроль пластичности металла труб основан на статическом изгибе образца (рисунок 3). Количественная связь между пластичностью металла (относительным сужением при разрыве y), толщиной стенки трубы t и радиусом пуансона r выражается формулой t 1 r = -1 = t -1, (1) 2 eC 2y где eС – пластическая деформация при растяжении. Подбирая пуансон с заданным радиусом закругления r и выполняя испытание образца, можем проверить способность Рисунок 3 – Статический изгиб металла деформироваться без растрескиваобразца ния до заданной величины.

Учитывая, что при длительной эксплуатации трубопроводов могут появиться как поверхностные, так и сквозные трещины, в работе выполнены эксперименты по оценке трещиностойкости при разных конфигурациях трещин. Полученные закономерности показаны на рисунке 4, где приняты следующие условия и обозначения: относительные размеры трещин одинаковы l / b1 = 0,5 ; l / t = 0,5; sС = sС / sB = PC /(t b sВ); b = b1 / t ;

b = b2 / t ; sВ – предел прочности; РС – разрушающая нагрузка; радиус вершины надреза 0,1 мм.

Экспериментально установлено, что в области b > 5 и b > 5 со1 противляемость росту поверхностных трещин в два раза выше, чем сопротивляемость росту сквозных трещин. Эта закономерность позволяет в два раза снизить количество образцов при испытаниях на трещиностойкость.

Самым сложным и трудноконтролируемым этапом в экспериментах по определению трещиностойкости является «выращивание» трещины на образце. Из результатов испытаний следует, что для трубопроводных сталей статическая прочность образцов с трещинами и с надрезами практически одинакова. Поэтому на практике можно ограничиться только надрезами, если радиус в вершине надреза не превышает 0,1 мм.

Таким образом, достаточно сделать образцы квадратного сечения с острым надрезом глубиной 0,5 толщины. По результату испытания определить sc = Pc /(b t sВ). Тогда сопротивляемость развитию поверхностных и сквозных трещин определяется соответственно выражениями:

sС (пов) = s ; sС (сквоз) = 0,5 s. Допущенная при этом погрешность не преС С вышает 10 %.

Рисунок 4 – Влияние формы и размеров образцов со сквозным и поверхностным дефектом на статическую прочность Методика определения ресурса металла труб и сварных соединений основана на циклических испытаниях образцов с концентратором напряжений в виде сквозного отверстия (рисунок 5). Номинальные напряжения при испытаниях должны соответствовать максимальному допустимому рабочему давлению, тогда количество циклов до разрушения и будет соответствовать остаточному ресурсу.

Нагрузку на образцы можно задавать растяжением, изгибом, сдвигом, кручением. В условиях трубной базы, где нет разрывных машин, наиболее подходящим способом испытания является изгиб (рисунок 5). Изгибающий момент М, обеспечивающий номинальное напряжение на уровне sном = 0,8 s0,2, определяется по формуле 0,8 s0,2 B t М = = 0,13 s0,2 B t. (2) Рисунок 5 – Схема испытаний металла труб на ресурс Зависимость коэффициента концентрации напряжений a от размеров образца (ширины В, толщины стенки h = t, диаметра отверстия d) найдена методом конечных элементов и проверена на тестовых задачах.

Экспериментально установлено, что ресурс сварных соединений в 2,5...3,0 раза ниже, чем металла труб. Наличие коррозионных дефектов глубиной до 1 мм в околошовной зоне приводит к снижению ресурса в 8...10 раз.

Разработан, экспериментально апробирован метод гидроиспытаний сборных плетей по ускоренному режиму за счёт блочно-циклического нагружения с нарастающей нагрузкой. Плети собираются из катушек, вырезанных из одной трубы каждой группы. Метод испытаний имеет следующую положительную особенность: испытания доводятся до разрушения образцов за относительно небольшое число циклов (порядка 1000), и затем результат пересчитывается на любое рабочее давление.

В четвертой главе рассматриваются вопросы восстановления труб и подготовки к повторному использованию.

Восстановление труб должно включать следующие операции:

- очистку наружной и внутренней поверхностей труб от старой изоляции, грязи, ржавчины;

- исключение недопустимых дефектов и других несоответствий нормативным требованиям;

- подготовку торцов труб к сварке;

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»