Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Исследование влияния напряженно-деформированного состояния на стресс-коррозионные процессы в трубопроводах

Диссертация: Исследование влияния напряженно-деформированного состояния на стресс-коррозионные процессы в трубопроводах
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Появление данного вида разрушения магистральных трубопроводов около 40 лет назад в нашей стране и за рубежом оказалось полной неожиданностью, поскольку растрескиванию подвергались весьма пластичные трубные стали в электролитах, не относящихся к числу коррозионно-активных. Тем не менее, довольно скоро с момента своего появления проблема стресскоррозии приобрела актуальность и до настоящего времени… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Анализ условий и причин стресс-коррозионного разрушения магистральных трубопроводов
  • Глава 2. Анализ нагрузок и воздействий, способствующих стресс-коррозионному разрушению
    • 2. 1. Воздействие температуры
    • 2. 2. Воздействие при перемещениях грунта
    • 2. 3. Предварительный изгиб трубопровода при сооружении
    • 2. 4. Внутреннее давление
    • 2. 5. Классификация линейных участков трассы нефтепроводов в зависимости от интенсивности нагрузок и воздействий
    • 2. 6. Характерные периоды работы нефтепровода при эксплуатации
    • 2. 7. Определение амплитуд колебаний рабочего давления в нефтепроводах
    • 2. 8. Частоты нагружений
  • Глава 3. Кинетика механохимических реакций трубных сталей в коррозионных средах под действием механических напряжений
    • 3. 1. Механохимическая активность вещества
    • 3. 2. Кинетика механохимического растворения трубных сталей при упругой деформации оболочки трубопровода
    • 3. 3. Методика оценки влияния механических напряжений на скорость стресс-коррозии
    • 3. 4. Моделирование траекторий стресс-коррозионного разрушения оболочки магистрального трубопровода
  • Глава 4. Исследования коррозионного растрескивания трубных сталей под действием механических напряжеий
    • 4. 1. Влияние металлургических факторов на стойкость трубных сталей к коррозионному растрескиванию под действием механических напряжений
      • 4. 1. 1. Влияние предела текучести
      • 4. 1. 2. Состав стали
      • 4. 1. 3. Остаточные напряжения
    • 4. 2. Электрохимическая модель образования питтингов на внутренней поверхности оболочки трубопровода
    • 4. 3. Оценка влияния механических напряжений на зарождение и развитие трещин в стенке оболочки магистрального трубопровода
  • Глава 5. Исследование макроскопической электрохимической неоднородности (гетерогенности) металла магистральных трубопроводов
    • 5. 1. Деформационные изменения электродного потенциала стального трубопровода
    • 5. 2. Макроэлектрохимическая гетерогенность на контакте двух различно деформированных участков трубопровода
    • 5. 3. Электрохимическая гетерогенность сварных соединений магистральных трубопроводов
    • 5. 4. Коррозионная усталость сварных соединений магистральных трубопроводов
    • 5. 5. Практические меры по защите стальных оболочек магистральных трубопроводов от стресс-коррозии
  • Выводы

Исследование влияния напряженно-деформированного состояния на стресс-коррозионные процессы в трубопроводах (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Под термином «стресс-коррозия» принято подразумевать процесс коррозионного растрескивания трубных сталей под напряжением (КРН), развивающийся как на внешней поверхности подземных магистральных трубопроводов, защищенной изоляционным покрытием, так и на внутренней, не имеющей изоляции.

Появление данного вида разрушения магистральных трубопроводов около 40 лет назад в нашей стране и за рубежом оказалось полной неожиданностью, поскольку растрескиванию подвергались весьма пластичные трубные стали в электролитах, не относящихся к числу коррозионно-активных. Тем не менее, довольно скоро с момента своего появления проблема стресскоррозии приобрела актуальность и до настоящего времени представляет собой одну из наиболее острых проблем, возникающих при транспортировке природного газа и нефтепродуктов по трубопроводным магистралям большого диаметра.

К настоящему времени накоплен некоторый опыт по борьбе с этим разрушительным процессом, собраны статистические данные по авариям и отказам на магистральных трубопроводах, связанным с КРН. Быстрыми темпами развиваются методы приборной диагностики и применения специальных аппаратных комплексов по выявлению и ранней диагностике стресскоррозии. Созданы и проходят апробацию зарубежные и отечественные снарядыдефектоскопы, позволяющие не только обнаруживать места скоплений продольно ориентированных трещин, но и определять их размеры.

Во многом благодаря комплексу мер предупредительного характера в последнее время существенно снизилась аварийность на некоторых участках магистральных газопроводах. Так, совместными усилиями специалистов «Тю-ментрансгаза», ВНИИгаза, ВНИИСТа удалось переломить критическую ситуацию, сложившуюся в районе Краснотуринска. Здесь при проведении реконструкции шестиниточного коридора магистрального газопровода внедрены многие научные разработки и рекомендации, направленные на предотвращение аварий.

Однако, с ростом продолжительности эксплуатации магистральных трубопроводов в нашей стране ситуация с коррозионным разрушением труб под действием механических напряжений с каждым днем усугубляется и становится весьма тревожной. Статистика свидетельствует о том, что интенсивность стресс коррозионных аварий растет. Только на магистральных газопроводах за период 1986;200 г произошло 96 аварийных разрушений, а наибольший рост аварийности наблюдался за последние 5 лет. При этом потери природного газа из-за стресскоррозии превышают потери по всем остальным причинам [73]. Более того, наблюдается опасная тенденция к дальнейшему расширению географии стресс-коррозионных разрушений. Так, в 1998 году произошло 4 аварии на ПО «Баштрансгаз», где ранее случаи КРН не отмечались.

Это происходит потому, что в значительной степени эффективность практических мер по предотвращению стресскоррозионных аварий сдерживается из-за отсутствия четких и ясных представлений о механизме и закономерностях развития стресскоррозионного процесса, а многие факты и случаи растрескивания не находят адекватного научного обоснования в рамках выдвинутых моделей КРН.

В связи с этим вопросы связанные с исследованием влияния напряженно-деформированного состояния на стресс-коррозионные процессы в трубопроводах, находящихся в эксплуатации длительное время становится весьма актуальными.

В настоящей работе проведен анализ условий и причин, нагрузок и воздействий, способствующих стресс-коррозионному разрушению. Приводятся результаты исследований: кинетики механохимического растворениятрубных сталей при упругой деформации оболочки трубопроводакоррозионное растрескивание под лдействием механических напряжениймакроскопическая электрохимическая неоднородность металла трубопроводов.

В заключении проведенной работы приводятся практические меры по защите оболочек магистральных трубопроводов от стресс-коррозии. 3.

152 Выводы.

1. Основные причины стресс-коррозионного разрушения стальных магистральных трубопроводов связаны: с малым сопротивлением трубных сталей хрупкому разрушению, их физической неоднородностью (гетерогенностью) на внутренней и наружной поверхностях труб, загрязненностью металла труб неметаллическими включениями, высокой чувствительностью экспандиро-ванного металла к различным концентраторам напряжений.

Хрупкому стресс-коррозионному разрушению способствует также полосчатость структуры трубных сталей с характерным появлением различных надрывов и несплошностей по ферритным полоскам (строчкам), загрязненным неметаллическими включениям.

2. На скорость эволюции стресс-коррозионного разрушения стальных трубопроводов влияет интенсивность изменения градиента внутреннего давления перекачиваемого продукта во времени.

Особенно это характерно для нефтепроводов, по которым перекачиваются практически несжимаемые жидкости, при смене режима перекачки в зависимости от комбинации включенных насосов или производительности трубопровода.

3. Резкие изменения величины избыточного давления ведет к уменьшению равновесной концентрации атомов в металле, активированных механическим воздействием, т. е. к пространственной локализации механохимиче-ского эффекта (ускорения растворения деформированного металла), которая является, таким образом, термодинамически неизбежной.

4. Скорость стресс-коррозионного разрушения трубных сталей определяется ускорением их анодного растворения в коррозионно-активной среде под действием механических напряжений.

5. Долговечность тонкостенных оболочек магистральных трубопроводов в условиях механохимической коррозии существенно зависит от исходной прочности стали труб и их геометрических размеров, соотношения главных напряжений. При заданном начальном коэффициенте использования несущей способности («коэффициенте запаса») долговечность ниже у высокопрочных сталей и трубопроводов большого диаметра. Это обусловлено резким усилением механохимического эффекта в высокопрочных трубных сталях при механических напряжениях большой интенсивности.

6. Коррозионное разрушение трубных сталей под действием механических напряжений представляет собой термофлуктуационный процесс распада связей и генерации зародышевых трещин в зонах поверхности труб с электрохимической гетерогенностью. Увеличение энергии поверхностных атомов на участках, где нарушено пассивное состояние, приводит к возрастанию скорости перемещения дислокации, являющейся термически активированным процессом.

На участках, где пассивное состояние сохраняется, энергия поверхностных атомов уменьшается из-за образования пассивирующих слоев. Вследствие этого на запассивированной поверхности движение дислокаций затормаживается. На границе, отделяющей пассивную поверхность от активированной, дислокации, движущиеся в области, где металл находится в активном состоянии, блокируются. При этом образуется плоское скопление дислокаций (линий, вдоль которых нарушено правильное чередование атомных плоскостей), являющееся зародышем трещины.

7.Образование микротрещины в результате случайных термофлуктуаций приводит при низких напряжениях к делокализованному (распространенному в объеме оболочки трубопровода) накоплению высокой концентрации трещин. Эти трещины располагаются в стенке трубопровода хаотически. При случайном и близком соседстве нескольких микротрещин они объединяются и образуют кластер — укрупненную трещину. Вокруг этого очага разрушения действуют настолько высокие очаги напряжения, что они нарушают делока-лизацию.

Рост очага разрушения представляет собой последовательное поглощение укрупненной трещиной зарождающихся перед ней так называемых «коррелированных» микротрещин. Такой механизм роста сохраняется до момента, когда напряжение в вершине трещины достигает значения теоретической прочности, после чего наступает атермическое распространение магистральной трещины через всю толщину стенки трубопровода со скоростью, близкой к скорости звука.

Роль коррозионной среды при этом сводится к облегчению формирования условий образования зародышевых трещин (на первом этапе). А на второмк электрохимическому растворению перемычек между магистральной трещиной и зародышами. Кроме того, диффундирующий водород создает перед магистральной трещиной зоны повышенной хрупкости.

8. Разработаны практические меры по защите стальных оболочек магистральных трубопроводов от стресс-коррозии.

Показать весь текст

Список литературы

  1. И.Г., Гареев А. Г. Магистральные газопроводы: особенности проявления КРН. Физика металлов, 1992, № 6, с. 18−20.
  2. Ф.Ф. Коррозионное растрескивание высокопрочных сталей. -М., Металлургия, 1970.
  3. В.Г., Кантор М. М., Яковлев С. Е. Стресс-коррозионные разрушения магистральных газопроводов. Там же, с. 117−119.
  4. Березин B. JL, Шутов В. Е., Прочность и устойчивость резервуаров и трубопроводов. М.: Недра, 1971.-200 с.
  5. В.И., Владимиров В. И. Кинетика микроразгружения кристаллических тел // Проблемы прочности и пластичности твердых тел. Д.: Наука, 1979. С. 142−154.
  6. В.Ю. Защита металлов. 1982. т. 13, № 2, с. 195.
  7. Н.И., Сергеева Т. К. Остаточные напряжения и сопротивление стресс-коррозии металла прямошовных и спираль-ношовных труб. Семинар по коррозионному растрескиванию трубопроводов под напряжением. М.: ИРЦ Газпром, 1999, с. 103−115.
  8. Н.И., Сергеева Т. К., Салюков В. В. Распределение остаточных напряжений и сопротивление стресс-коррозии в трубах большого диаметра. Газовая промышленность, 1999, № 4, с. 49−51.
  9. В.Б. и др. Анализ причин разрушения действующих нефте- и продуктопроводов. ВНИИОЭНГ. Сер. Транспорт и хранение нефтепродуктов. М. 1972. 77 с.
  10. В.Б., Сощенко Е. М., Бобрицкий Н. В. Анализ причин разрушения магистральных трубопроводов. НТО «Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов» № 7,1964.
  11. В.В., Монахов А. С. Материалы ядерной техники. 2-е изд. М.: Энергоиздат, 1982.
  12. В.В., Герасимова В. В. Коррозионное растрескивание аусте-нитных нержавеющих сталей. М.: Металлургия, 1976.
  13. В.П., Середа Е. В. Оценка разброса значений скорости распространения коррозионной трещины // Тезисы докл. Всесоюз, конф. «Химия теплоносителей и физико-химические процессы в АЭУ». Л., 1984. М.: ЦНИИатом-информ, 1984. С. 28−29.
  14. В.П., Середа Е. В. Пленочно-дислокационная модель коррозии под напряжением элементов АЭС из аустенитных сталей // Теплофизика ядерных энергетических установок: Межвузовск. сб. науч. трудов. Свердловск: изд. УПИ, 1984. С. 100−106.
  15. В.П., Середа Е. В. Оценка результатов ресурсных испытаний аустенитной стали в условиях коррозии под напряжением // Теплоэнергетика. 1984. № 10. С. 22−25.
  16. С., Лейдлер К., Эйринг Г. Теория абсолютных скоростей реакций. М.: ИЛ, 1948. 583 е., ил.
  17. Э.М., Зайнуллин Р. С., Шаталов А. Т. и др. Прочность газопромысловых труб в условиях коррозионного износа. М.: Недра, 1984.76 с.
  18. Э. М., Зайнуллин Р. С., Зарипов Р. А. Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности, 1977, № 9, с. 3 — 5.
  19. Э. М., Амосов Б. В., Худяков М. А. Нефтяное хозяйство, 1977, № 8, с. 59−62.
  20. В.Ф., Мурзаханов Г. Х., Филиппов Г. А. Оценка остаточного ресурса нефтепровода и планирование его капитального ремонта. «Строительство трубопроводов». 1119. № 3. с. 21−24.
  21. А.Б., Экспериментальные методы в строительной механике, М., Стройиздат, 1983, 192 с.
  22. В.А., Носков С. В. Электрохимическая гетерогенность сварных соединений трубопроводов. // Сборник научных трудов «Вопросы состояния и перспективы развития нефтегазовых объектов Западной Сибири» Тюмень: ТюмГНГУ, 2002 г. — с.28−37.
  23. В.А., Носков С. В. Макроскопическая электрохимическая гетерогенность металла магистрального трубопровода. // Известия ВУЗов, «Нефть и газ», № 1, 2003 г. с.64−71.
  24. B.C. Разрушение металлов. М.: Металлургия, 1979.
  25. В. С., Терентьев В. Ф. Природа усталости металлов. М.: Металлургия, 1975. 456 е., ил.
  26. А.Г. О природе катастрофических разрушений трубопро-водов//Докл. АН СССР.- 1985.-Т.155, № 2.- С. 357−360.
  27. О.М. 'Темный лик" стресс-коррозии. Строительство трубопроводов, 1993, № 6, с. 10−16.
  28. Исследование малоцикловой прочности при высоких температурах. Под ред. С. В. Серенсена. М.: Наука, 1975, 124 е., ил.
  29. Г. В. Прочность стали в коррозионной среде.-Киев, Наукова Думка, 1963.
  30. С.В., Хороших А. В., Сергеева Т. К. Металловедческий мониторинг труб со стресс-коррозионными дефектами. Там же, с. 198−200.
  31. В.П., Махутов Н. А., Гусенков А. П., Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность, М.: «Машиностроение», 1985. 224 с.
  32. А.Х. Дислокация и пластическое течение в кристаллах: Пер. с англ. / Под ред. А. Г. Рохштадта. М.: Гос. науч.техн. изд-во лит. по черным и цветным металлам, 1958.
  33. Ю., Хирт Ф. Коррозионное растрескивание нержавеющих сталей в водных средах с низкой концентрацией хлоридов // Экспресс- информация ВИНИТИ. Сер. Коррозия и защита металлов. 1980. № 5. С. 10−11.
  34. В.В. Прогнозирование ресурса и капитального ремонта магистрального нефтепровода. Диссертация к.т.н., М. 2000. 111с.
  35. В.В., Дмитриев В. Ф., Некоторые вопросы оценки ресурса трубопровода, «Транспорт и хранение нефтепродуктов», № 8, М., 1999, с. 20.
  36. А.П., Чебурахтин Н. А., Лубенский С. А. О причинах коррозионного растрескивания под напряжением магистральных газопроводов. Там же, с. 120−121.
  37. В.Г. Водород фактор коррозионного растрескивания трубопроводов. Строительство трубопроводов, 1992, № 9, с. 23−26.
  38. В.Г. О стресс-коррозии газопроводов. Строительство трубопроводов, 1993, № 7, с. 36−39.
  39. Методика определения остаточного ресурса трубопроводов с дефектами, определяемыми внутритрубными инспекционными снарядами, М.: АК «ТРАНСНЕФТЬ», 1994.- 36 с.
  40. Л.С. // Физика металлов и металловедение. 1962. Т. 13, № 6. с. 912.
  41. С. В., Иванов В. А. Механическая активность вещества. // Сборник научных трудов: «Вопросы состояния и перспективы развития нефтегазовых объектов Западной Сибири» Тюмень: ТюмГНГУ. 2001, с. 15−21.
  42. С. В., Пономарева Т. Г. Моделирование траекторий стресс-коррозионного разрушения трубопровода. // Сборник научных трудов: «Вопросы состояния и перспективы развития нефтегазовых объектов Западной Сибири» Тюмень: ТюмГНГУ. 2002, с. 17 — 27.
  43. С.В., Пономарева Т. Г. Анализ условий и причин стресс-коррозионного разрушения магистральных трубопроводов. «Нефть и газ» 1/2003, с.64−71.
  44. ОСТ 108.901.01−79 Металлы. Методы испытаний на коррозионное растрескивание применительно к атомной и тепловой энергетике. М.: Госстандарты, 1979.
  45. Отт К.Ф. Стресс-коррозия на газопроводах. Гипотезы, аргументы и факты. М., ИРЦ Газпром, 1998. — 72 с.
  46. Отт К. Ф. Функции неметаллических включений в жизненном цикле сталей газопроводных труб. Газовая промышленность, 1993, № 7, с. 32−35.
  47. Отт К. Ф. Материалы статистической обработки информации по стресс-коррозии газопровода./Шестая Международная деловая встреча «Ди-агностика-96″. Ялта, апрель 1996 г. М.: ИРЦ Газпром, 1996, с. 90−93.
  48. В.А. Термодинамический подход к микромеханике разрушения твердых тел // ФТТ. 1983. Т. 25, № 10. С. 3110−3113.
  49. Я.М. Высокопрочные стали. М., Металлургия, 1972.
  50. В.Р., Слуцкер А. И., Томашевскнй Э. Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. Л.: Наука, 1974,
  51. В.Р., Слуцкер А. И. Кинетическая природа прочности // Физика сегодня и завтра. М.: Наука, 1973. С 90.
  52. И. Л. Коррозия и защита металлов. М.: Металлургия, 1970, 448 е., ил.
  53. А.В., Никифорова В. М. Роль электрохимических факторов в процессе коррозионного растрескивания сталей // Коррозия и защита металлов в машиностроении. М.: Машгиз, 1959. С. 9 12.
  54. П.Р. Коррозия конструкционных материалов водоохлаждаемых реакторов: Пер. с англ. / Под ред. В. П. Коровина.М.: Атомиздат, 1965. С. 206.
  55. Л.П. Статистическая обработка опытных данных. Томск: изд. Томск, политехи, ин-та, 1980.
  56. Т. К. Турковская Е.П., Михайлов И. П., Чистяков А. И. Состояние проблемы стресс-коррозии в странах СНГ и за рубежом. Обзор, информация. Сер. „Защита от коррозии оборудования в газовой промышленности“ М., ИРЦ Газпром, 1997. -101 с.
  57. Л.П. Материалы для сооружения газонефтепроводов и хранилищ: Учеб. пособие для вузов.-.2-е изд., перераб. и доп. т- М.: Недра, 1989.343 е.: ил.
  58. О. И. Прочность сварных конструкций в агрессивных средах. М.: Машиностроение, 1976, 200 е., ил.
  59. О.И., Есиев Г. С, Тычкин И.А. Развитие системного подхода к анализу стресс-коррозионной повреждаемости магистральных газопроводов. Обз. инф. Сер. Защита от коррозии оборудования в газовой промышленности. М.: ИРЦ Газпром, 2000.
  60. Ю.П., Рыбалко В. Г., Павлов М. Ю., Сычева Т. С. Зарождение трещин при коррозионном растрескивании газопроводов. Физика металлов, 1994, с. 147−151.
  61. Г. А. Некоторые причины разрушения подземных трубопроводов. М.: Недра, 1965.
  62. Ф.Г. и др. Обследование и ремонт магистральных газопроводов, подверженных КРН. ООО „ИРЦ Газпром“, Сер. Транспорт и подземное хранение газа. М. 2001. С. 60.
  63. В.Д., Галлямов А. К., Юкин А. Ф., Бондаренко П. М. Трубопроводный транспорт нефти в сложных условиях эксплуатации. М.: Недра, 1990. -231 с.
  64. Щелочная хрупкость и повышение стойкости аппаратуры глиноземного производства/ Под общей ред. В. И. Артемьева и О. И. Стеклова. М., Цветметинформация, 1971,-87с.
  65. К.М., Старение металла труб в процессе эксплуатации нефтепроводов, М., ВНИИОЭНГ, 1990, 64 с.
  66. Hudar S.J., Page R.A. Analisis of oxide during environment assisted crack growth // Corrosion. 1983. Vol. 39, N 7. P. 285−290.
  67. Juan J. Gonzalez, Alexander Bentolila. PDVSA study suggest neutral pH soil not an SCC contributor. Pipe Line & Gas, 2000, № 6, p.25−29, № 7, p.65−68.
  68. Kermani M., Sculley J.G. Fractographic aspects of the stress corrosion cracking of U-brass in 15 N ammonia solutions // Corrosion Sci. 1979. Vol. 19, № 5. p. 489−506.
  69. Lendriks A.J. Stress-Corrosion Crackinn of Stainless Steel and Nickel Alloys//Journ. of Inst, of Met. 1973. Vol. 101. p. 224−232.
  70. Parkins R.N., Markworth A.Y., Holbrook Y.H., Fessler R.R. Hydrogen gas evolution from cathodically protected surfaces. Corrosion, 1985, v. 41, № 7, p. 389−397.
  71. E.N. // Proc. Conf. Fund. Aspects of Stress Corrosion Cracking. Sept. 11−15, 1967. Ohio, Texas. NACE. 1969. p. 118.
  72. Tromans D., putting. Corrosion, 1965, v. 21, № 5, p. 143 160.
  73. Stress Corrosion Cracking (SCC). Report of the Inguiry. Canada, 1996.
  74. VOilbVi»? J11A i 1 ГОСУДАРСТВЕННА БИБЛИОТЕКА"о i^em ^ - оз*
Заполнить форму текущей работой

На отлично!