Содержание к диссертации
Введение
1 Проблемы повторного использования труб после вывода из эксплуатации магистральных трубопроводов - 13
1.1 Актуальность проблемы демонтажа трубопроводов после вывода из эксплуатации - 13
1.2 Проблемы утилизации или повторного использования демонтированных труб - 19
1.3 Проблемы контроля механических свойств металла труб 23
1.4 Обзор документов по повторному использованию демонтированных труб - 33
Выводы по разделу 1 43
2 Контроль труб, подлежащих повторному использованию на магистральных трубопроводах - 45
2.1 Особенности партии демонтированных труб 45
2.2 Дефектоскопия демонтированных труб традиционными методами неразрушающего контроля - 49
2.3 Дефектоскопия демонтированных труб методами внутритрубной диагностики 53
2.4 Дефекты, не поддающиеся обнаружению и исправлению 60
Выводы по разделу 2 65
3 Контроль металла демонтированных труб 67
3.1 Традиционные методы контроля металла труб 67
3.2 Определение пластичности металла методом изгиба (загиба) 70
3.3 Испытание сварного соединения методом изгиба (загиба) 74
3.4 Определение трещиностойкости металла труб 76
3.5 Оценка ресурса металла демонтированных труб 86
3.6 Оценка ресурса сварных соединений демонтированных труб 89
3.7 Гидравлические испытания демонтированных труб
Выводы по разделу 3 99
4 Восстановление труб и подготовка к повторному использованию - 101
4.1 Очистка наружной и внутренней поверхности труб 101
4.2 Исправление недопустимых дефектов и других несоответствий (методы восстановления) 103
4.3 Нанесение изоляционного покрытия в базовых условиях 108
4.4 Определение эксплуатационных характеристик восстановлен- 111 ных труб
4.5 Пригодность труб к повторному использованию 119
4.6 Документальное сопровождение 123 Выводы по разделу 4 124
Общие выводы по работе 127
Литература 129
- Проблемы утилизации или повторного использования демонтированных труб
- Дефектоскопия демонтированных труб традиционными методами неразрушающего контроля
- Определение пластичности металла методом изгиба (загиба)
- Исправление недопустимых дефектов и других несоответствий (методы восстановления)
Введение к работе
Надежность систем трубопроводного транспорта является одним из важнейших факторов стабильности и роста экономического потенциала России. По трубопроводам транспортируется 100 % добываемого газа, 99 % добываемой нефти, более 50 % производимой продукции нефтепереработки [34, 35]. Экспорт газа, нефти и нефтепродуктов в основном осуществляется трубопроводным транспортом.
В то же время для обеспечения надёжной эксплуатации такой протяженной системы трубопроводов требуется решать непростые научные и технические проблемы, связанные с износом и старением систем трубопроводов.
Как показывают опыт эксплуатации трубопроводов и результаты обследований их технического состояния, внутренняя коррозия выводит из строя промысловые трубопроводы за 5... 10 лет, магистральные трубопроводы - за 20...40 лет, трубопроводы системы газораспределения - за 40...50 лет, водопроводы - за 10...20 лет [36, 47, 57, 96, 98]. Основными методами борьбы с внутренней коррозией являются: очистка перекачиваемого продукта от корро-зионно-агрессивных примесей, регулирование скорости потоков (создание турбулентности), ингибирование. Однако остановить внутреннюю коррозию практически невозможно, можно только замедлить процесс.
Защита от наружной коррозии обеспечивается двумя способами: нанесением изолирующего покрытия и наведением катодного потенциала. Однако после 15...25 лет эксплуатации изоляционное покрытие теряет свои защитные свойства; после этого эффективность электрохимической коррозии резко снижается; коррозия на внешней поверхности ускоряется [4, 11, 36]. Дальнейшая эксплуатация трубопровода требует увеличения объёма ремонтных работ, при этом безопасность расти не будет.
Все трубопроводы проходят несколько характерных «жизненных» этапов. Последний из них характеризуется увеличением отказов и, соответственно, объёмов ремонтных работ [54, 79]. При этом надёжность и безопасность падают, риски аварии растут. Так, с определенного момента дальнейшая экс плуатация трубопровода становится невыгодной, возникает необходимость вывода из эксплуатации наиболее изношенных участков и замена их на новые линии.
Необходимость вывода из эксплуатации может возникнуть не только из-за изношенности трубопроводов. Существуют и другие причины, например: выработка месторождения, изменение направления транспорта, моральное старение трубопровода.
Надо отметить, что до момента вывода из эксплуатации трубопровода все вопросы (научно-технические, юридические, нормативные, организационные) отработаны; за состояние трубопроводов отвечает конкретная организация. «Жизнь» трубопровода после вывода из эксплуатации практически остаётся вне поля зрения эксплуатирующих организаций и администраций регионов. Между тем, остаётся ещё один важный этап - утилизация, за который практически никто не отвечает. Важность вопроса следует хотя бы из того, что Россия всё больше интегрируется в мировую экономику. Это требует от нас уважительного отношения к признанным в мире нормам, особенно в отношении к окружающей среде. Одна из таких норм - цивилизованная утилизация предметов, продукции и объектов после их использования. Это относится и к трубопроводам.
Выведенный из эксплуатации трубопровод может быть в зависимости от ситуации законсервирован на некоторый период или передан другой организации для транспортировки других продуктов при более безопасных режимах работы. Если нет никакой возможности обеспечивать безопасность трубопровода после его вывода из эксплуатации, то он, несомненно, должен быть демонтирован.
После демонтажа трубопровода появляется вопрос, утилизировать (передать на переплав) или повторно использовать демонтированные трубы. На практике вопросы демонтажа и повторного использования труб нормативно не обеспечены. В каждом случае решение принимается владельцем трубопровода. Тем не менее, к настоящему времени накоплен некоторый практический опыт по восстановлению и повторному использованию демонтированных труб [9, 10,45, 52, 55, 56, 67, 71, 85, 91]. Анализ этого опыта показал следующее.
1. Проблема повторного использования труб оказалась значительно сложнее, чем в случае применения новых труб.
2. Не решены методические вопросы. Например, проблематично группировать демонтированные трубы в партии, поскольку степень износа каждой трубы разная.
3. Недостаточна нормативная база для повторного применения демонтированных труб. Не определены допустимые условия повторного использования труб, отслуживших разные сроки в разных условиях; не определён необходимый объём сертификационных испытаний.
Как нам представляется, для налаживания производства по восстановлению и подготовке к повторному использованию демонтированных труб, надо на достойном уровне решить две проблемы: дефектоскопию труб, позволяющую выявить все дефекты, и проверку состояния металла после длительной эксплуатации трубопроводов.
Дефектоскопия, используемая при производстве новых труб, в данном случае не достаточна, поскольку здесь намного больше дефектов по количеству, разнообразию, происхождению, опасности. В настоящее время на действующих трубопроводах при внутритрубной диагностике практически на каждой второй трубе выявляют дефекты заводского происхождения (расслоения, включения). Это означает, что уровень дефектоскопии на заводах ниже, чем на действующих трубопроводах. На трубной базе по восстановлению демонтированных труб должно быть наоборот, дефектоскопия более качественной, чем на трассах.
Контроль качества металла демонтированных труб также должен быть более глубоким и полным. На трубных заводах есть возможность использовать понятие «партия труб», где все трубы изготовлены из одного и того же металла. Достаточно одну-две трубы из большой партии проверить по всем показателям, чтобы результаты распространить на все трубы данной партии. Демон тированные трубы могут быть разными, несмотря на то, что они доставлены из одного трубопровода. Их надо все проверить, поскольку они могут подвергаться разным воздействиям при длительной эксплуатации трубопровода. Например, известна водородная коррозия, которая связана с проникновением водорода в металл. Это приводит к охрупчиванию, расслоению и растрескиванию металла. В действующих строительных нормах и правилах по магистральным трубопроводам 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 результаты возможной водородной коррозии. Как это делать - вопрос пока открытый. Во всяком случае, методика контроля металла труб, предназначенных для повторного использования, должна быть более совершенной и полной, чем новых труб.
Научными основами восстановления демонтированных труб занимается ряд научных организаций и специалистов. Так, например, специалистами Центра технической диагностики АО «Татнефть» разработана «Методика технического диагностирования труб демонтированных трубопроводов», позволяющая вторично использовать трубы при строительстве нефтепромысловых трубопроводов. В ГУП «ИПТЭР» разработана «Инструкция по технологии утилизации и повторного использования труб трубопроводов, выведенных из эксплуатации». Развитие данного направления целесообразно продолжить, учитывая усиливающийся интерес ведущих нефтегазодобывающих и транспортных компаний.
Исходя из этого, была поставлена цель перед настоящей работой - повышение эффективности повторного использования демонтированных труб на магистральных трубопроводах и поставлены следующие задачи:
1. анализ проблем, связанных с повторным использованием демонтированных труб после вывода из эксплуатации магистральных трубопроводов;
2. исследование явлений, связанных с деградацией свойств металла труб при длительной эксплуатации и возможностью повторного использования на магистральных трубопроводах;
3. обоснование и выбор методов контроля труб, предназначенных для повторного использования на магистральных трубопроводах;
4. обоснование и выбор методов восстановления демонтированных труб, предназначенных к повторному использованию;
5. разработка методов определения допустимых режимов эксплуатации трубопроводов, построенных с использованием демонтированных труб.
Основой для решения данных задач явились труды отраслевых институтов (ИПТЭР, ВНИИГАЗ), специалистов АК «Транснефтепродукт», РАО «Газпром», АНК «Башнефть» и других научных центров, работы ведущих ученых: А.Г. Гумерова, Р.С. Гумерова, Р.С. Зайнуллина, К.М. Ямалеева, Х.А. Азметова, М.М. Загирова, Ю.И. Пашкова и других. Кроме того, в работе использованы данные о фактическом техническом состоянии магистральных нефте-, газо- и нефтепродуктопроводов, результаты экспертиз безопасности ряда магистральных нефтепродуктопроводов, а также опыт работы некоторых предприятий по восстановлению демонтированных труб (ООО «Уралтрубопроводстрой», АНК «Татнефть»).
В процессе решения поставленных задач получены следующие результаты, представляющие научную новизну:
1. Установлено, что деградация свойств металла труб происходит по двум механизмам: деформационного старения и водородно-индуцированной коррозии, приводящей к структурным изменениям, расслоению и растрескиванию под напряжением. Ускорению деградации металла способствуют концентрация напряжений на дефектах, наличие источников атомарного водорода (сероводорода, грунтовой воды), циклические перепады нагрузок.
2. Разработаны методы и образцы для определения ресурса металла труб и сварных соединений. Методы основаны на ускоренных испытаниях образцов за счёт применения концентратора напряжений в виде сквозного отверстия и за счёт блочно-циклического нагружения с нарастающей амплитудой. Экспериментально подтверждено, что ресурс сварных соединений в 2,5...3,0 раза ниже, чем основного металла труб. Наличие коррозионных дефектов глубиной до 1 мм в околошовной зоне приводит к снижению ресурса в 8... 10 раз.
3. Предложена методика определения допустимого рабочего давления восстановленных труб, использующая дополнительный коэффициент запаса прочности на эффекты старения металлов при длительной эксплуатации трубопроводов. Коэффициент запаса на старение нелинейно растёт с увеличением срока эксплуатации трубопровода и с повышением углеродного эквивалента.
4. Разработаны два метода расчётной оценки остаточного ресурса демонтированных труб. Показано, что ресурс восстановленных труб сильно зависит от рабочего давления, запаса пластичности, наличия дефектов. Установлено, что:
• снижение относительного удлинения при разрыве на 35 % приводит к снижению ресурса более чем в три раза;
• снижение рабочего давления на 25 % приводит к повышению ресурса в 4 и более раз;
• повышение концентрации напряжений на 1/3 снижает ресурс в 4,2 раза.
Практическая ценность работы заключается в следующем.
1. Рассмотрены и практически решены все методические проблемы, связанные с организацией производства по восстановлению демонтированных труб и подготовкой их к повторному использованию на магистральных трубопроводах.
2. Методика дефектоскопии труб значительно усовершенствована за счёт применения стенда полного ультразвукового контроля, основанного на достижениях внутритрубной диагностики трубопроводов. Стенд может и должен быть внедрён на всех трубных заводах, в том числе по производству новых труб.
3. Методики испытаний металла труб и сварных соединений на пластичность и трещиностойкость позволяют контролировать эффекты старения на этапе восстановления и гарантировать надёжность труб при повторном использовании.
4. Существующие методы восстановления труб, дополненные формированием изоляционно-силовой оболочки и базового изоляционного покрытия, позволяют добиться практически любой прочности и любого ресурса, в том числе более высоких значений, чем те же трубы до начала эксплуатации (в новом состоянии).
5. Методики определения эксплуатационных характеристик (допустимого рабочего давления и ресурса труб) позволяют выдать на каждую трубу индивидуальный технический паспорт, указав в нём всю необходимую информацию для обеспечения безопасности трубопроводов, в которых использованы демонтированные трубы.
На защиту выносятся:
1. комплекс методических решений по контролю, восстановлению и повторному использованию демонтированных труб на магистральных трубопроводах, в том числе:
• новая методика сплошного контроля демонтированных труб, использующая передовой опыт внутритрубной диагностики действующих трубопроводов, позволяющая с помощью ультразвука выявлять все скрытые дефекты, в том числе внутристенные (расслоения) и расположенные на внутренней поверхности стенки (коррозию);
• новые методы контроля металла и сварных соединений труб, использующие испытания образцов на трещиностойкость и ресурс, позволяющие выявлять степень старения материалов труб до демонтажа и пригодность к повторному использованию;
• комплекс методов восстановления труб, включающий механическую обработку, наплавку и сварку, а также формирование силовой оболочки и изоляционного покрытия, позволяющий добиться практически любого уровня прочности и надёжности;
• методы оценки допустимых эксплуатационных характеристик восстановленных труб, включая оценку рабочего давления и ресурса.
2. новые закономерности, полученные в процессе решения методических вопросов, в том числе:
• зависимость трещиностойкости металла от вида трещины (поверхностная, сквозная), размеров образцов и трещины;
• зависимость ресурса от механических свойств металла (пределов прочности и текучести, относительного удлинения при разрыве) и от концентрации напряжений;
• взаимосвязь между разными параметрами, характеризующими пластичность металла (относительное удлинение, относительное сужение, радиус пуансона при статическом изгибе) и другие.
Результаты исследований использованы в следующих практических работах:
- Оценка возможности вторичного использования труб для переукладки нефтепровода (по заказу Бугурусланского районного нефтепроводного управления, 1989 г.);
- Разработка рекомендаций и выдача заключений о возможности повторного использования демонтированных труб при капитальном ремонте нефте-продуктопровода Уфа - Омск (по заказу Уральского управления магистральными нефтепродуктопроводами, 1990 г.);
- Диагностическое обследование, определение остаточного ресурса и выдача заключения о возможности вторичного использования демонтированных труб нефтепроводов Александровское - Анжеро-Судженск и Самотлор - Александровское (по заказу ОАО «Центрсибнефтепровод», 1999 г.).
Результаты исследований использованы при разработке документа «Инструкция по технологии утилизации и повторного использования труб трубо проводов, выведенных из эксплуатации» (Минэнерго РФ). - Уфа, ИПТЭР, УГ-НТУ, 2004; документ согласован с Ростехнадзором.
Автор выражает глубокую благодарность коллективу Института проблем транспорта энергоресурсов, своему научному руководителю, Гумерову Кабиру Мухаметовичу за неоценимую помощь в выполнении настоящей работы.
Проблемы утилизации или повторного использования демонтированных труб
После демонтажа трубопровода появляется вопрос утилизации. Здесь также имеются различные варианты использования демонтированных труб. Варианты перечислены в порядке убывания эффективности: 1) они могут быть восстановлены и переданы для повторного использования на таких же трубопроводах; 2) они могут быть подготовлены и переданы для использования на трубопроводах с меньшими рабочими давлениями; 3) они могут быть переданы для изготовления других деталей и металлоконструкций; 4) они могут быть отправлены на переплав.
На практике вопросы демонтажа и утилизации пока практически не обеспечены. Поэтому в каждом случае обоснования и решения принимаются владельцами трубопроводов.
Например, выведенный из эксплуатации в 1989 году магистральный про-дуктопровод Омск - Альметьевск для перекачки ШФЛУ диаметром 720 мм до сих пор полностью не демонтирован. Время от времени из данного трубопровода извлекали трубы для разных второстепенных нужд. В 2006 году нашлась организация (ООО «Уралтрубопроводстрой», г. Челябинск), которая приступила к планомерному демонтажу данного трубопровода и восстановлению демонтированных труб с целью сбыта для повторного использования по прямому назначению (тоже на магистральных трубопроводах). Однако, как оказалось, восстановление ограничивается визуально-инструментальным контролем, очисткой наружной и внутренней поверхности труб, подготовкой торцов под сварку. В данном конкретном случае это тоже неплохо, учитывая недолгий срок эксплуатации трубопровода, однотипность труб по всем показателям. В результате стоимость восстановленных труб оказывается в 2...3 раза меньше, чем новых аналогичных труб.
Иногда трубопровод выводится из эксплуатации за ненадобностью (изменяются потоки). После этого трубопровод может использоваться по другому назначению. Например, нефтепровод Субханкулово - УКПН (установка комплексной подготовки нефти) диаметром 530 мм, работавший под давлением 4,0 МПа, после вывода из эксплуатации из-за ненадобности был передан для эксплуатации в качестве межпоселкового газопровода под рабочим давлением 1,2 МПа. При этом обеспечивается 5-кратный запас прочности. Выгода несомненна для всех. Посёлок получил газ практически без затрат на прокладку трубопровода.
Бывает и так, что приходится перекладывать переход через большую реку из-за того, что там обнаруживается один или несколько опасных дефектов, которые не удаётся надёжно отремонтировать под водой. Тогда данный переход демонтируют, демонтированные трубы сортируют и используют повторно на менее ответственных участках. Так, например, поступили в 1999 году с переходом через реку Обь магистрального нефтепровода Александровское - Анжеро-Судженск диаметром 1220 мм. Как показали обследования, демонтированные трубы находятся в отличном состоянии и полностью удовлетворяют современным нормам. Тем не менее, ввели ограничение - использовать эти трубы на участках, кроме категорий I и В - только потому, что трубы были демонтированы, хотя ресурс не был исчерпан,
В 1989 году была проведена работа по Бугурусланскому РНУ на предмет обоснования возможности и безопасности повторного использования демонтированных труб диаметром 325 мм по прямому назначению. Как оказалось, прочностные характеристики демонтированных труб после 30 лет эксплуатации превосходят те требования, которые предъявлялись к новым трубам. Это позволило использовать демонтированные трубы на том же трубопроводе без снижения категории.
В период 1985...1990 г.г. в Управлении Приволжскими магистральными нефтепроводами проводились работы по созданию полустационарной производственной базы, которая должна была заниматься восстановлением демонтированных труб для повторного использования, Однако тогда работы не были доведены до конца, по-видимому, из-за того, что проблем научно-методических, организационных, финансовых оказалось гораздо больше, чем предполагалось вначале.
В 2000 - 2005 гг. по инициативе АО «Татнефть» были созданы несколько производств по восстановлению демонтированных труб нефтепромыслового сортамента (диаметрами 159...377 мм). Трубы после доставки проходили технологическую цепочку, включающую следующие операции: сортировка, браковка, правка, очистка внутренней и наружной поверхности, дефектоскопия магнитными методами, футеровка внутренней поверхности, нанесение на внешнюю поверхность полиэтиленового покрытия методом экструдирования, подготовка торцов, маркировка. Восстановленные трубы получались пригодными к повторному использованию в условиях промыслов в большей степени, чем но-вые металлические трубы без покрытий.
Дефектоскопия демонтированных труб традиционными методами неразрушающего контроля
Дефектоскопия труб, предназначенных для восстановления, должна проводиться намного глубже и тщательнее, чем новых труб, поскольку вероятность обнаружения дефектов на демонтированных трубах намного больше. С другой стороны, операции дефектоскопии не должны приводить к резкому повышению себестоимости восстановленных труб, иначе будут проблемы с реализацией.
Визуальный контроль должен проводиться несколько раз: - после демонтажа в условиях трассы, с целью установления маршрута доставки: на металлолом или на восстановление; - после доставки на трубную базу, с целью уточнения методов и степени очистки трубы; - после очистки проводится визуально-измерительный контроль с целью выявления дефектов, измерение размеров (диаметра, толщины стенки, длины), кривизны.
На некоторых предприятиях ограничиваются визуально-измерительным контролем [80] и приступают к операциям восстановления. Но этого недостаточно, если трубы предназначаются для повторного применения на магистральных трубопроводах. При визуальном контроле останутся незамеченными дефекты на внутренней поверхности труб, внутристенные дефекты типа расслоения металла, а также дефекты сварки.
Например, после внутритрубной диагностики магистрального нефтепро-дуктопровода Горький - Новки на участке протяжённостью 211,6 км обнаружено дефектов [64]: потерь металла на внешней поверхности - 5154, на внутренней поверхности - 25872, внутристенных дефектов (расслоений и включений) - 306, механические повреждения в виде рисок и царапин - 207, аномальности на продольных сварных швах - 80, дефекты геометрии (вмятины и гофры) - 696, кривые участки (отводы) - 237.
Если, допустим, демонтировать этот трубопровод, то при очень тщательном визуально-измерительном контроле могут быть обнаружены 6137 дефектов; 26178 дефектов не могут быть обнаружены. То есть на данном трубопроводе обнаруживаемостъ дефектов при визуально-измерительном контроле составляет не более 19 %, Этого, конечно, недостаточно, чтобы гарантировать качество восстановленных труб.
Поэтому, помимо визуально-измерительного контроля, необходимо применять неразрушающие методы контроля, основанные на разных физических явлениях. Рассмотрим наиболее известные из них с точки зрения применимости при контроле труб, предназначенных для повторного использования.
Методы проникающей радиации (рентген, гамма-излучение [6,22]).
Принцип действия: Используется эффект затухания излучения при проникании в поглощающую среду (металл). Если на пути излучения встречается дефект, например, в виде пустоты, то на этом месте интенсивность проникающей через стенку трубы радиации будет больше. Измеряя интенсивность проникновения сигнала через стенку трубы можно выявить дефектные места.
Возможности: Позволяют выявлять дефекты сварки (поры, раковины, не-провары), а также другие утонения, в том числе коррозионные дефекты и царапины.
Недостатки: Опасны для персонала. Переносные приборы могут контролировать только небольшие зоны, например, сварные швы. Сплошной контроль трубы затруднителен. Метод позволяет приближённо оценивать размеры дефектов в плане, но глубину практически не определяет. Поэтому трещины и подобные плоскостные дефекты, ориентированные параллельно лучам, данным методом практически не удаётся определять.
Рекомендация: Необходимо иметь переносной прибор для контроля сварки (всех кольцевых стыков, дефектных участков заводских швов, мест исправления сваркой).
Методы магнитные (магнитографический, магнитно-шумовой, токо-вихревой [69]). Основаны на том явлении, что ферромагнитные материалы являются магнитопроводом. Если стенка трубы бездефектная, то силовые линии магнитного поля в металле идут ровно, подобно ламинарному течению жидкости в трубе. Если в стенке трубы имеется дефект, например, перпендикулярная силовым линиям трещина, то линии магнитного поля вынуждены огибать эту трещину, подобно жидкости в трубе, которая огибает препятствие, например, полуоткрытую заслонку. Искажение магнитного поля в металле вызывает искажение поля и вне металла, которое и фиксируется магнитным дефектоскопом. Ориентируя магнитное поле по-разному, можно «вылавливать» по-разному ориентированные дефекты металла. Применяя переменные магнитные поля разной частоты, можно регулировать глубину проникновения поля в металл, т.е. искать дефекты на разных глубинах.
Возможности: позволяют выявлять скрытые дефекты, в том числе внут-ристенные. Глубина выявляемых дефектов в стенке трубы зависит от частоты зондирующего магнитного поля. Лучше других методов выявляет трещины в металле.
Определение пластичности металла методом изгиба (загиба)
Запас пластичности характеризует способность металла деформироваться без разрушения до определённого уровня. Появление трещин при деформировании означает, что запас пластичности исчерпан.
Запас пластичности принято выражать через относительное удлинение 8 и относительное сужение при разрыве \/. В условиях отсутствия разрывных машин оценку запаса пластичности можно провести методом загиба плоских образцов [21, 30], приспосабливая для этого гидравлический домкрат. Идея этого метода состоит в том, что при изгибе плоского образца одна поверхность растягивается, другая сжимается. Величина деформаций растяжения зависит от толщины стенки t и радиуса загиба р. Подбирая пуансон с заданным радиусом закругления р и выполняя испытание образца как показано на рисунке 3.1, можем проверить способность металла деформироваться без растрескивания до заданной величины.
Деформация металла при испытании изгибом определяется следующим выражением [3]: = AL = 7t-(p + t)-7i-(p + 0,5«t)= 0,5 t = 1 Є+ L0 7i-(p + 0,5) p + 0,5 t 2-(p/t) + l Испытания на изгиб необходимо организовать следующим образом: 1). Из существующих требований на трубопроводы определить, каким запасом пластичности должен обладать металл трубы, чтобы их можно было допустить к эксплуатации на магистральных трубопроводах. При испытаниях на растяжение это - параметры 8 и \/. При испытаниях на изгиб эти параметры не годятся. Об этом свои рассуждения приведём ниже, пока необходимый параметр обозначим сс.
2). Из формулы (3.1) найдём радиус пуансона, подставляя вместо деформации є+ его критическое значение Єс t 1 p = - 1 . (3.2) 2 єс )
3). Испытать образец, вырезанный из трубы, как показано на рисунке 3.1, используя пуансон с радиусом закругления р. Испытания проводят в два этапа: на первом этапе по схеме трехточечного изгиба, на втором этапе - по схеме внецентренного сжатия с оправкой диаметром d=2p.
4). После испытания обследовать образец визуально и с помощью лупы с увеличением не менее 5. Если на образце обнаружатся трещины, то это означает, что данный металл не обладает необходимым запасом пластичности. Если трещин не окажется, то металл обладает необходимым запасом пластичности и по этому показателю может быть допущен к использованию на магистральных трубопроводах.
5). Поскольку металл может быть охрупчен на наружной, внутренней и средней поверхности, то испытания следует проводить как минимум три раза: чтобы при изгибе под растяжением оказались наружная, внутренняя поверхность трубы, а также металл средней части. В последнем случае образец должен быть квадратного сечения и при изгибе пуансон должен давить на боковую грань.
6). Для полной реализации запаса пластичности при испытаниях изгибом необходимо соблюдать следующие общеизвестные требования: - продольные рёбра образцов скруглить (напильником или шлифовальным кругом); радиус скруглення должен быть порядка 1 мм; - перед каждым испытанием все опорные поверхности смазать (образца, опор, пунсона), чтобы силы трения не сильно искажали напряженное состояние образца; - при испытании пуансон должен двигаться медленно, со скоростью не более 1 мм в секунду.
Теперь остановимся подробнее на параметре Єс, который принимаем за критическую деформацию.
Как известно, относительное удлинение 8 определяется испытаниями на растяжение и характеризует удлинение образца, измеренное после разрушения. Разрушение образцов, изготовленных из пластичных сталей, происходит с образованием шейки (местного утонения). Измеряемая длина участка включает шейку и прилежащие участки. Поэтому параметр 5 является усреднённой характеристикой данного участка образца, где деформации распределены неравномерно.
При испытании изгибом, как показано на рисунке 3.1, шейка не образуется; деформации распределяются одинаково по всей закруглённой части образца. Поэтому нельзя сравнивать параметр є+ с параметром 8.
Относительное сужение \/ характеризует место разрыва. Это не усреднённый показатель, а локальный, где была достигнута наибольшая деформация. Поэтому нам остаётся найти соответствующую линейную деформацию на этом месте. Для этого рассмотрим элементарный объем металла на месте разрыва.
Исправление недопустимых дефектов и других несоответствий (методы восстановления)
Операции очистки должны состоять из следующих трех этапов: 1) очистка внутренней полости трубопровода в период подготовки к выводу из эксплуатации и демонтажу; 2) очистка наружной поверхности трубопровода в процессе демонтажа; 3) очистка внутренней и наружной поверхности демонтированных труб перед контролем и восстановлением труб.
На первом этапе очистки трубопровод должен освобождаться от остатков продукта и отложений. Очистка внутренней полости трубопровода осуществляется пропуском скребков различной конструкции и поршней-разделителей, продувкой сжатым воздухом. При большом количестве отложений целесообразно несколько раз пропускать скребки с различными диаметрами и конфигурациями щёток.
На втором этапе очистки удаляются грязь и наружная изоляция демонтируемого трубопровода. Для этого можно использовать существующие очистные машины. Степень очистки должна быть достаточной, чтобы качественно провести демонтаж трубопровода.
Третий этап очистки проводится в базовых условиях. Цель третьего этапа очистки - обеспечить доступность трубопровода для контроля неразрушающи-ми методами и подготовка к восстановительным операциям.
Очистка наружной поверхности состоит в том, чтобы снять изоляцию (первичная очистка) и довести поверхность труб до металлического блеска (вторичная очистка).
Возможны два способа первичной очистки: в полевых условиях в процессе демонтажа трубопровода или в условиях трубной базы. Очистка от изоляции в полевых условиях предполагает включение очистной машины в состав механизированной колонны. Это позволяет оптимально резать трубопровод на плети с учетом расположения поперечных стыков. Очистку труб от изоляции в условиях трубных баз выполняют механизированным способом на специальных стендах с применением специального оборудования с рабочими элементами в виде металлических щеток.
В качестве вторичной очистки обычно проводят пескоструйную или дробеструйную обработку поверхности.
Иногда применяют водоструйную технологию очистки под высоким давлением (гидроклинер). Эта технология за один проход выполняет одновременно первичную и вторичную очистку наружной поверхности (снимает изоляцию и ржавчину).
Очистка внутренней поверхности труб представляет более сложную задачу из-за труднодоступности и разнообразия видов загрязнения. Существуют следующие принципиальные виды воздействия на трубу с целью очистки поверхности: - механическое воздействие (инструменты, использующие щетки, пескоструйная и дробеструйная обработка); - термическое воздействие (обработка пламенем, паром, продувка горячим газом, индукционный нагрев, замораживание); - химическое воздействие (обработка растворителем); - комбинированное воздействие (одновременное или последовательное). Таким образом, пескоструйная обработка наружной и внутренней поверхности труб является наиболее эффективным этапом восстановлении труб, предназначенных для повторного использования на магистральных трубопроводах. Дефектами и несоответствиями на демонтированной трубе являются: - отклонения формы (кривизна трубы и овальность сечения); - геометрические дефекты стенки (вмятины и гофры); - коррозионные дефекты на наружной и внутренней поверхности; - внутристенные дефекты (расслоения и включения); - сварочные дефекты; - риски, царапины, трещины на стенке трубы; - комбинированные дефекты. Рассмотрим их подробнее с точки зрения восстановления трубы.
