Корзина
+77075881488
ОПАСНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ, БЫВШИХ В ИСПОЛЬЗОВАНИИ
Контакты
Карагандинская Фабрика Труб
Наличие документов
Знак Наличие документов означает, что компания загрузила свидетельство о государственной регистрации для подтверждения своего юридического статуса компании или индивидуального предпринимателя.
+7707588-14-88whatsapp
Григорий Александрович
КазахстанКарагандинская областьКарагандаул. Толепова, 10/3100027
295805568mobilggk
Карта

ОПАСНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ, БЫВШИХ В ИСПОЛЬЗОВАНИИ

ОПАСНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ, БЫВШИХ В ИСПОЛЬЗОВАНИИ

Павлюк С.К., д-р. техн. наук, ГУВПО «Белорусско-Российский университет», г.Могилев; Лупачев В.Г., канд. техн. наук, Республиканский институт инновационных технологий Белорусского национального технического университета, г. Минск, Лупачев А.В., маг. техн. наук, ГУВПО «Белорусско-Российский университет», г. Могилев, Стеклов О.И., д-р. техн. наук, РГУНиГ им. Губкина, г. Москва.

 

Введение

Трубопроводы теплотрасс из стальных труб предварительно изолиро­ванных пенополиуретаном в полиэтиле­новой или оцинкованной стальной гид­розащитной оболочке (трубы ППУ) при эксплуатации испытывают воздействие переменных механических и тепловых нагрузок. Расчетный срок эксплуатации трубопроводов из труб ППУ — 30 лет при температуре теплоносителя 120-130оС. Трубопроводы в течение этого периода должны сохранять работоспособность — состояние, при котором значения пара­метров, характеризующих способность выполнять функции транспортировки го­рячей воды, соответствуют требованиям технической документации. При этом ос­новным требованием является транспор­тировка теплоносителя без его протечек и без сверхнормативных потерь тепла при проектной пропускной способности.

Обобщенной характеристикой трубопровода является его надежность. Эту характеристику определяют несколь­ко составляющих. Основная составляю­щая — безотказность трубопровода, ко­торая проявляется во времени и характе­ризуется наработкой на отказ. В соответ­ствии с ГОСТ 27002-89 отказ — это собы­тие, заключающееся в нарушении рабо­тоспособного состояния объекта. Отказы трубопроводов могут быть внезапные или постепенные, что в результате при­водит к потере их работоспособности частично или полностью. Частично рабо­тоспособность трубопроводов теряется вследствие намокания теплоизоляции из- за протечки транспортируемого теплоно­сителя или попадания наружной влаги на поверхность стальной трубы из-за по­вреждения гидрозащитной оболочки. Полные отказы могут привести к авари­ям, причиной которых является сущест­венное нарушение сплошности стальной трубы или сварных соединений.

Работоспособность, надежность и экологическая безопасность трубопро­водных систем теплофикации и горячего водоснабжения в значительной степени определяют условия проживания насе­ления и имеют не только техническую, но и социальную значимость.

1     Накопление повреждений в металле труб при эксплуатации на нефте- и газопроводах

При строительстве трубопроводов используют трубы из углеродистых и низ­колегированных сталей. Производство труб, их транспортировка, монтаж и по­следующая эксплуатация трубопроводов приводят к накоплению в стенках труб повреждений и дефектов механической, физической и коррозионной природы [1]. Значительная часть дефектов выходит за предельно допустимые размеры.

Механические дефекты проявля­ются в виде остаточных деформаций, ис­кривленности, овальности труб, гофр, возникающих при пластической дефор­мации. Механические повреждения воз­никают при изготовлении труб на заводе, в процессе транспортировки и выполне­нии монтажно-сварочных работ при строительстве [2].

Повреждения физической приро­ды — это изменения структуры, возни­кающие при деформационном старении металла, рыхлоты и микротрещины.

Накопление физических микропо­вреждений структуры связано с внутрен­ней упруго-пластической деформацией металла. Пластическая деформация раз­вивается по мере наработки. Она может быть однонаправленной и знакопере­менной. О значительной величине нако­пленной пластической деформации сви­детельствуют изгибы труб, овальность, гофры. В результате деформирования снижается запас пластичности металла. Особая опасность состоит в том, что про­цессы накопления деформаций и повре­ждения структуры часто носят локальный характер и концентрируются в местах за­рождения микротрещин.

В процессе длительной эксплуата­ции стальных трубопроводов в трубах на­капливаются повреждения, связанные с деформационным старением [3]. Распа­даются твердые растворы и выделяются из феррита третичный цементит, оксиды и нитриды, происходит перестройка дис­локационной структуры и накопление микроповреждений от эксплуатационных нагрузок. Эти процессы вызывают сни­жение пластичности металла, степень ко­торого зависит от продолжительности эксплуатации труб.

При сварке труб, в значительной степени исчерпавших технический ресурс в нефте- и газопроводах, в зоне термиче­ского влияния активизируются структур­ные превращения, снижающие работо­способность сварных соединений.

Коррозионные повреждения об­разуются в виде общей коррозии поверх­ности трубы, нарушений сплошности ме­талла в виде питтинга и язв.

Старение и повреждение гидро­изоляции приводит к активным коррози­онным процессам по всей поверхности трубы. Для подземной коррозии трубо­проводов характерно повреждение в ви­де питтинга, язв и раковин, проникающих внутрь металла трубы. Глубину коррози­онного повреждения определяют эмпи­рическим выражением:

h = K •тп,

где: h — максимальная глубина коррозионного повреждения; К — коэф­фициент пропорциональности; n — кон­станта, зависящая от степени аэрации почвы; т — время воздействия агрессив­ной среды.

Поверхностные дефекты развива­ются во времени и если глубина проник­новения коррозионного повреждения равна толщине стенки трубы hст , труба разгерметизируется даже при отсутствии давления.

На внутренней поверхности трубы интенсивность коррозионных процессов определяется влажностью газа и наличи­ем в нефти примесей, особенно соеди­нений серы. Внутренняя коррозия менее опасна, чем наружная, поскольку она яв­ляется преимущественно общей.

Выявленные дефекты классифи­цируют по степени опасности и прини­мают решения о режимах безопасной работы, сроках и видах ремонта, вывода трубопровода из эксплуатации. Основ­ные группы характерных дефектов труб [4]: докритические — допустимые; кри­тические, требующие ремонта; закрити- ческие — недопустимые, вызывающие аварийные разрушения трубопроводов.

Бывшие в эксплуатации трубы обычно сдают в металлолом, хотя есть попытки использовать их остаточный ре­сурс для эксплуатации в других условиях, нарушая при этом нормативные доку­менты и стандарты.

2    Снижение надежности, ра­ботоспособности и безотказности теплотрасс, построенных с исполь­зованием бывших в употреблении труб

Отказы трубопроводов вызывают­ся совместным действием термической усталости и коррозионно-активной сре­ды.

Явление малоцикловой усталости связано с тем, что в процессе эксплуата­ции в макроскопических объемах метал­ла накапливаются пластические дефор­мации. Величину пластических деформа­ций принято изображать графически в виде ширины петель циклического де­формирования (рис.1).

а                                          б

 

 

Рис. 1. Пластическая деформация металла: а — циклическое деформиро­вание материала; б — накопление пла­стической деформации при нагружении

На рис. 1,а показан процесс нако­пления пластической деформации s при растяжении (отрезок ОВ) и при сжатии (отрезок ОР). В случае, если имеет место приспособление металла к нагрузке, он подвергается многоцикловой усталости. В рассмотренном примере приспособле­ние металла к нагрузке наблюдается, ко­гда деформирование металла, уже имеющего пластическую деформацию ОВ, происходит по кривой ОАВЕ и наобо­рот. С увеличением количества циклов нагружения происходит постепенное на­копление пластических деформаций.

На рис. 1,б изображен процесс на­копления деформаций в течение трех циклов. Отрезок ag соответствует вели­чине макропластической деформации образца после снятия нагрузки.

Результатами действия повторно­переменных напряжений при малоцик­ловой нагрузке труб, бывших в эксплуа­тации, является страгивание трещин и последующее их развитие, приводящее к нарушению сплошности трубы и протеч­ке теплоносителя.

Усталость вызывает накопление пластической деформации вследствие изменения эксплуатационных нагрузок и температуры труб.

В РД 10-400-01 рекомендуется ис­пользовать при расчете предварительно изолированных трубопроводов темпера­турную историю, составленную на осно­вании экспериментальных данных (табл. 1).

Табл. 1. Температурная история трубопровода

Интер­

вал

времени

Перепад

темпера­

туры

AT ,0 С

Количество циклов Noi

в интер­вале времени т

в

год

за

весь

срок

служ­

бы

Каж­дый год

130

1

1

30

Каж­

дый

месяц

65

2

24

600

 
 

 

Каждая

неделя

32,5

4

208

5200

Каж­

дый

день

16,25

8

2920

73000

 

 

Общее количество циклов за нор­мативный срок службы трубопровода со­ставляет порядка 8-104, что может вы­звать разрушение даже новых труб. Быв­шие в употреблении трубы уже прошли начальные процессы накопления повре­ждений и образования микротрещин. В новых жестких условиях напряженного и температурного нагружения завершаю­щая стадия усталостного процесса разви­вается ускоренно.

Присутствие воды отрицательно сказывается на долговечности трубопро­водов. В этом случае усталостная трещи­на зарождается и развивается при нали­чии меньших напряжений по сравнению с усталостным нагружением на воздухе. Разрушение происходит при меньшем количестве циклов нагружения. Это свя­зано с тем, что под действием перемен­ных напряжений разрушаются защитные пленки на поверхности металла, появля­ются новые анодные участки, сообщается дополнительная энергия и электродный потенциал некоторых участков становит­ся более электроотрицательным.

При коррозионной усталости пре­дел выносливости сталей мало зависит от их статической прочности и составляет 120-180 МПа. Более того, при коррозион­но-усталостном разрушении отсутствует истинный предел выносливости, значе­ние которого определяется горизонталь­ным участком на диаграмме выносливо­сти для испытаний на воздухе.

Разрушение металла при корро­зионной усталости происходит в не­сколько этапов. Сначала под воздействи­ем переменной нагрузки напряжения в металле увеличиваются, существующая в ранее использованных трубах неодно­родность внутренней поверхности усили­вается и начинается местная коррозия. Далее коррозионные повреждения раз­виваются в субмикротрещины и микро­трещины. Совокупность коррозионных, механических, сорбционных процессов определяет механизм разрушения ме­талла трубопроводов. Затем одна из микротрещин переходит в макротрещи­ну, которая в течение некоторого перио­да времени увеличивается до своих кри­тических размеров. Рост трещин ускоря­ется тем, что в них попадает вода и обра­зуются микрогальванические пары. Стен­ки трещины в период цикла сжатия трут­ся друг о друга, разрушая защитные пленки. После этого наступает стреми­тельный рост трещины и лавинообразное разрушение металла.

Заварка повреждений труб от ме­стной коррозии создает неоднородность структуры и приводит к появлению оста­точных сварочных напряжений. При этом процесс накопления повреждений уско­ряется.

Попытка восстановить свойства бывших в употреблении труб низкотем­пературной обработкой за счет процес­сов возврата и рекристаллизации не ре­шает задачу восстановления начального ресурса, поскольку при термообработке не устраняются механические поврежде­ния и усталостные микротрещины.

3             Проверка соответствия труб стандартам для исключения использования бывших в употреб­лении труб в трубопроводах ППУ

Предварительно изолированные трубы относительно дороги из-за высо­кой стоимости комплектующих. Основ­ную долю в себестоимости занимает стальная труба, далее следуют полиэти­леновая оболочка, пенополиуретановая теплоизоляция, прочие комплектующие

—    центраторы, заглушки, медные прово­да (рис. 2).

0 32- 76 мм                       0 89- 159 мм

 

 

0 219- 530 мм 0 530- 5320 мм

Рис. 2. Структура затрат на приоб­ретение комплектующих для изготовле­ния труб ППУ разных диаметров: сталь — стальная труба; ПЭ — полиэтиленовая оболочка; ППУ — пенополиуретановая теплоизоляция; прочее — центраторы, заглушки, медные провода

 

 

С увеличением диаметра трубы доля стальной трубы в стоимости ком­плектующих возрастает, поэтому некото­рые производители предварительно изо­лированных труб с пенополиуретановой теплоизоляцией в полиэтиленовой или стальной оцинкованной защитной обо­лочке ориентируются на использование стальных труб, бывших в эксплуатации на нефте- газопроводах, и выведенных из эксплуатации в связи с переходом в пре­дельное состояние, при котором даль­нейшая эксплуатация трубопровода и восстановление его работоспособного состояния невозможны, либо нецелесо­образны по техническим или экономиче­ским причинам. Кроме того, использова­ние бывших в эксплуатации труб является прямым нарушением законодательства и при авариях крупного масштаба эксперты выявляют причины и ответственных за предусмотренные в этой работе послед­ствия незаконного приобретения и ис­пользования бывших в употреблении стальных труб [5].

Проверка качества и соответствия стандартам стальных труб может быть документальной, с использованием ви­зуально-оптического контроля и иссле­дования свойств металла.

При документальной проверке для исключения приобретения и исполь­зования бывших в употреблении сталь­ных или труб ППУ изучают сертификаты качества. Сверяют маркировку на трубах (номера труб, партии, плавки), их длину и массу со сведениями сертификата. При необходимости на заводе-изготовителе можно узнать, указав дату отгрузки, но­мер вагона и другие сведения из серти­фиката, производились ли на предпри­ятии данные трубы. Ответ может быть и отрицательным, поскольку сертификаты могут быть поддельные.

Визуально-оптический и измери­тельный контроль заключается во внеш­нем осмотре и обмере свободных от гид­роизоляции участков трубы и разделки торцов под сварку. Для визуально­оптического контроля используют лупы 4-7 кратного увеличения. Обмер трубы производят штангенциркулями и линей­ками.

При визуально-оптическом кон­троле и обмере выявляют характерные признаки, отличающие новые стальные трубы от бывших в употреблении. Основ­ные признаки следующие:

—   следы заварки дефектов и аб­разивной обработки;

—    следы зачистки локальных де­фектов (коррозионных повреждений);

—   состояние наружной и внутрен­ней поверхности труб: на новых трубах имеется металлургическая окалина, со­стоящая преимущественно из FeO, серо­голубого цвета, на старых — слой пласто­вой ржавчины;

—   многочисленные поры и подре­зы в районе продольного шва;

—    следы песко- или дробеструй­ной обработки поверхности для скрытия следов гидроизоляции и коррозии;

—    «свежая» маркировка, отсутст­вие логотипа завода-изготовителя;

—  овальность трубы по торцам;

—        нестандартная длина трубы (меньше или больше 10,5 м);

—    искривленность трубы по дли­не;

—      раструб на торце вследствие раздачи для перехода на другой диа­метр;

—        «свежая» обработка торцов трубы (фаска);

—     зачистка внутреннего грата на длину менее 150 мм от торца трубы.

Фактическое состояние материала стенок (микроповреждаемость) при ви­зуально-оптическом контроле не выявля­ется. Для этого необходимы испытания на растяжение, статический и ударный изгиб, измерение твердости, металло­графический анализ.

Выводы

1.     Накопление в стальных трубах, бывших длительное время в эксплуата­ции на газопроводах, структурных изме­нений и повреждений механической, фи­зической и коррозионной природы при­водит к снижению пластичности, термо­циклической долговечности и сопротив­ления хрупкому разрушению. Остаточ­ный технический ресурс таких труб не га­рантирует надежность в сложных услови­ях эксплуатации теплотрасс и не обеспе­чивает нормативную долговечность тру­бопроводов, построенных из бывших в употреблении труб, исчерпавших ресурс работы в менее тяжелых условиях экс­плуатации.

2.    Заварка коррозионных повреж­дений на трубах, бывших в эксплуатации, приводит к химической, структурной не­однородности, высокому уровню оста­точных сварочных напряжений и способ­на активизировать коррозионные про­цессы, снизить термоусталостную долго­вечность и сопротивление хрупкому раз­рушению.

3.     Экономические, технические и юридические риски строителей и экс­плуатационников трубопроводов ППУ с использованием бывших в употреблении стальных труб, полностью исчерпавших технический ресурс в нефте- и газопро­водах и снятых поэтому с эксплуатации, не оправдывают относительно неболь­шой выигрыш в отпускной цене, выгоду от продажи получает недобросовестный производитель нестандартных труб ППУ.

Литература

1.    Неверов, А.С. Коррозия и защи­та материалов: учеб. пособие /

A.                                         С.Неверов,       Д.А.Родченко, М.И.Цырлин.

-                                             Минск: Вышэйшая школа, 2007. - 222 с.

2.    Капцов, И.И. Технология ремон­та газопроводов под давлением / И.И.Капцов, В.П.Гончар, В.Г.Топоров,

B.                                        И.Холодов         // Сварщик. - 2004. - № 4 (44). - С.6-8.

3.   Хромченко, Ф.А. Ресурс сварных соединений       паропроводов                / Ф.А.Хромченко. - М.: Машиностроение, 2002. - 352 с.

4.    Стеклов, О.И. Надежность маги­стральных газопроводов в условиях ин­тенсификации процессов коррозии и ста­рения / О.И.Стеклов // Сварочное произ­водство. - 2010. - №5. - С.40-43.


5.     Правила устройства и безопас­ной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды. М.: НПО ОБТ, 1994.


Аннотация

В настоящее время некоторые предприятия, имеющие производствен­ные площади для выпуска предвари­тельно изолированных труб представля­ют свою продукцию в ценовой политике, находящуюся существенно ниже стоимо­сти комплектации. Это связано с исполь­зованием недорогих или несоответст­вующих требованиям качества и стандар­тов материалов; применением стальных труб, бывших в использовании.

Данный вид труб появился на рын­ке из нефтегазовой промышленности. Их дальнейшее использование в данном секторе невозможно по причине оконча­ния расчетного срока эксплуатации и от­сутствия гарантии их надежности. Такие стальные трубы проходят поверхностную очистку и позиционируются как новые, при этом её действительная стоимость составляет не более 50-60% от стоимости новой. Пытаясь выжить в сложных ры­ночных условиях, и в целях получения быстрой прибыли, некоторые предпри­ятия-изготовители труб в ППУ изоляции, без стеснения закупают подобные трубы, бросая тень на добросовестных изготови­телей, использующих качественные ма­териалы, подрывая экономику заводов- производителей стальных труб. При про­изводстве труб в ППУ изоляции недопус­тимо экономить на комплектации, по­скольку от этого зависит действительный срок эксплуатации трубопроводов.

vkontakte facebook twitter
Предыдущие статьи