Введение к работе
Актуальность работы. В последние годы в нефтехимическом машиностроении и нефтегазодобывающей промышленности, в связи с увеличением объема добычи высокосернистой нефти, произошел резкий рост производства и применения стальных труб с внутренним полимерным покрытием. Однако при соединении таких труб сваркой происходит деструкция полимеров в зоне термического влияния (ЗТВ), в результате чего сварочный шов и ЗТВ оказываются лишенными защиты и подвергаются интенсивному коррозионному разрушению. Поэтому на первое место выходит разработка технологий защиты соединения, обеспечивающих коррозионную стойкость сопоставимую с характеристиками материала внутреннего полимерного покрытия трубы.
Предложено достаточно много способов защиты соединений труб с внутренним полимерным покрытием. Наиболее широкое использование получили вставные изоляционные муфты, разработанные и успешно применяемые фирмой Tuboscope Vetco (США). Однако при монтаже нефтепромысловых труб требуется специальная обработка торцов труб, высокая точность монтажа и специальные режимы сварки. При монтаже фасонных частей трубопроводов требуется приварка дополнительных фланцев, установка дополнительных муфт, что увеличивает количество стыков и косвенно снижает общую надежность трубопровода. Кроме того, проходное сечение трубы в зоне стыка уменьшается не менее чем на 20 мм по диаметру. Реальной альтернативой этому способу может служить защита внутренней поверхности околошовной зоны стыка самофлюсующимся порошковым покрытием, которое наносится на внутренние концы труб и при сварке труб в плеть расплавляется и растекается по поверхности и корневому шву, обеспечивая 100% защиту внутренней поверхности трубы. На сегодняшний день известно достаточно много способов газотермического нанесения самофлюсующихся покрытий, которыми занимались многие отечественные и зарубежные ученые, такие как Борисов Ю.С., Балдаев Л.Х., Калита В.И., Кудинов В.В., Шоршоров М.Х., Кречмар Э., Хасуй А. и др. Однако, особенностью поставленной задачи являлась необходимость экономически эффективного выполнения работ по нанесению покрытий на массивные толстостенные трубы в полевых условиях при монтаже или ремонте.
Цель работы: Повышение эксплуатационной надежности технологических нефтепроводов на основе разработки технологии газопламенного напыления с оплавлением покрытий (ГПНО) из порошка самофлюсующегося сплава ПГ-10Н-01 на внутреннюю поверхность кромок труб и деталей трубопроводов.
Задачи исследования.
Исследовать влияние времени существования жидкой фазы на микроструктуру, пористость, химический и фазовый состав, коррозионную стойкость защитного покрытия из самофлюсующегося порошкового сплава ПГ-10Н-01.
На базе физических представлений разработать математическую модель, позволяющую определять форму межфазной поверхности защитного покрытия.
Разработать основные положения метода «валиковой пробы» определения капиллярной постоянной ак для расчета формы поверхности покрытия из самофлюсующихся сплавов, наносимых методом ГПНО.
Оценить возможность сварки труб с нанесенным защитным покрытием.
Разработать и внедрить технологию защиты внутренней поверхности кромок труб и деталей нефтепроводов от коррозии при перекачке высокосернистой нефти.
Научная новизна состоит в выявлении взаимосвязей между структурой, химическим составом, физическими свойствами жидкой фазы порошка никельхромборкремниего сплава ПГ-10Н-01 и формой защитного покрытия при его оплавлении с применением процесса ГПНО.
1. Раскрыт механизм трансформации микроструктуры оплавленных
покрытий из самофлюсующегося порошка на стальных подложках и
установлено, что при увеличении времени существования ликвата от 10 до 40
секунд параллельно с коагуляцией упрочняющих фаз происходит увеличение
до 27 мас.% доли растворенного железа, повышение которого приводит к росту
в структуре количества твердого раствора на основе никеля, снижению
микротвердости и коррозионной стойкости покрытия.
2. С использованием разработанной на основе теории капиллярности и
реализованной в форме программного обеспечения математической модели,
описывающей цилиндрическую межфазную поверхность оплавленного
пропано-кислородным пламенем покрытия из порошка самофлюсующегося
сплава, выявлена взаимосвязь между технологическими параметрами процесса, обеспечивающими заданный объем порошка в зоне оплавления, физическим свойством, характеризуемым капиллярной постоянной ак, и формой покрытия, причем увеличение значение ак приводит к росту кривизны межфазной поверхности.
3. Для покрытий из порошка ПГ-10Н01, формирующихся на стальной подложке установлен рост значений капиллярной постоянной от 3 до 4,5 мм при увеличении времени существования ликвата от 10 до 40 секунд, что позволяет управлять формой покрытия.
Практическая значимость.
Разработан метод «валиковой пробы» определения капиллярной постоянной ак, основанный на сравнении результатов численного решения предложенной математической модели и экспериментальных координат точек поверхности оплавленного покрытия.
Разработан и введен в действие стандарт организации ООО «ДИЦ «МОСТ» СТО 985285514-001-2007 «Газопламенное напыление порошками самофлюсующихся сплавов с оплавлением газотермического покрытия на внутренней поверхности концов труб и деталей трубопроводов стальных диаметром 102-1020 мм».
На основании норм СТО 985285514-001-2007 разработан технологический процесс «Газопорошковая наплавка самофлюсующимся твердым сплавом ПГ-10Н-01 поверхности кромок труб и деталей трубопроводов под сварку».
В соответствие с требованиями заказчика, на основании СТО 985285514-001-2007, проведена сертификация технологического процесса в Системе добровольной сертификации сварочных технологических процессов, оборудования и материалов Национального Агентства Контроля и Сварки.
5. Разработанный технологический процесс был использован при
нанесении покрытий на трубы и фасонные детали трубопроводов для
строительства технологических трубопроводов нефтяной эмульсии установок
подготовки и очистки нефти от сероводорода месторождения « Южное
Хыльчую». Полученный экономический эффект от внедрения разработанной
технологии составил 5 000 000 рублей.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 13-й Международной научно-практической конференции «Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей
машин, механизмов оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня»(Санкт-Петербург 2011), всероссийских и региональных конференциях: всероссийской конференции «Прогрессивные технологии в обучении и производстве» (Камышин 2009), XV региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград 2010), ежегодных внутривузовских (2008-2011гг.) конференциях и научных семинарах ВолгГТУ.
Публикации По результатам диссертационной работы опубликовано 8 работ, в том числе 6 статей в рецензируемых российских журналах, включенных в список ВАК.
Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложения. Работа содержит 155 страниц, 72 рисунка, 15 таблиц. Список использованной литературы содержит 123 наименования.
