分析各种影响因素对应力腐蚀缺陷的发展的主要天然气管道壁条件的欧洲俄罗斯联邦的一部分

文摘

本文考虑了应力腐蚀缺陷的形成和发展影响因素检测检验和检修期间的主要天然气管道部分。调查了天然气管道采用大直径钢管由控制轧制,生产的各种公司,管道的优势Khartsyzsk管产生的植物(KhPP)。缺陷的几何参数之间的关系,这使得它可能估算裂缝的深度由外部参数。机械测试样本包含的循环荷载裂缝,根据现场操作数据在过去的11年里,没有裂纹增长没有腐蚀介质。Micro-X-ray金属和腐蚀产物的光谱分析显示没有微量硫化氢的影响和非金属夹杂物(硫化物)鳞状细胞癌的发展过程。根据研究的结果,发展过程中应力腐蚀的主要天然气管道位于俄罗斯的欧洲部分。组织运营的天然气管道建议考虑这项工作的结果在制定修复计划。

1。介绍

迄今为止,超过三分之一(36%)的事故发生在主要的天然气管道(MG)的统一的天然气供应系统(ugs)属于«俄罗斯天然气工业股份公司»公司由于应力腐蚀的发展缺陷或应力腐蚀(以下简称SCC)。世界上天然气通过管道运输实践中,这种类型的伤害最高的比重在所有其它原因造成的事故;因此,在诊断检查这种类型的缺陷给出最高优先级(1- - - - - -3]。同时,随着诊断工具的改进,最新发现的CTC缺陷UGS设施的数量每年增长。如果早些时候,每年大约有2000 CWN缺陷被检测到的方法管探伤(伊犁)磁性壳;现在使用电磁声发射弹(EMA)这个数字达到每年10000缺陷(4]。大量的SCC缺陷显示方法的无损检测(NDT)的坑,在重大的改革。检测到所有检验方法的缺陷的绝对多数(92%)有一个测量的深度不到10%的壁厚5,6]。据专家介绍,鳞状细胞癌不同深度的裂纹识别或更有可能被发现在一百万多个管部分在接下来的调查(7- - - - - -9]。这句话符合当前的趋势增加小型找到的缺陷的数量。

修复甚至取代这些管道的一小部分会导致减少的总量ugs管道大修由于特定的个人部分增加维修成本(10- - - - - -12]。同时,缺陷的程度的危险,它的深度小于10 - 15%的壁厚条件下,腐蚀介质的访问是受限制的,是由许多研究者为无关紧要的13- - - - - -16]。目前,聚合物绝缘的方法修复管道,不允许裂缝发展和威胁到管道的可靠性很长一段时间(17,18]。然而,SCC裂缝深度的准确评估方法并不发达,和鳞状细胞癌的因素影响分布缺陷在扩展部分系统并不总是被认为是重大的改革。

因此,开发系统的方法打击消极的表现形式的应力腐蚀事故(标识、评估和目标只删除那些缺陷可能导致事故在可预见的未来与其他账户修复的绝缘缺陷)是一项紧迫的任务。

本研究的目的是确定SCC缺陷的影响分布的因素,其发展主要天然气管道操作期间。第二个目标是确定裂缝的深度的参数可以估计。

2。材料和方法

2.1。实地研究天然气管道上的扩展部分

详细操作的因素,以及抽样,主要天然气管道的一部分,位于欧洲东部的俄罗斯联邦的一部分的长度被选中(图25公里1)。

该站点的选择标准是各种管道和后续目标的可能性,控制他们的技术条件。这是计划评估手术的长期旋回性和比较数据伊犁和即将到来的大修期间拒绝结果(100%的管表面无损检测)。此外,比较电测量的和物理的部分的一个真正的SCC缺陷的分布。

2.2。估算裂缝深度的外部表现

创建一个机制来评估SCC裂缝的深度利用直接测量的几何参数,15个样本由拒绝管道,157裂缝被选中,这些样本(图描述2)。

样品的表面是抛光,选择最大的裂缝殖民地以及测量他们的长度和宽度。之后,样品剪切和裂缝的深度是直接测量截面。

2.3。循环与类似操作负载的负载测试

确定循环荷载的作用对SCC的发展缺陷的排除访问操作条件下裂缝的腐蚀介质,循环测试4模型的样本进行了四点加载条件下,根据公认的工业方法(19]。证明循环试验的选择模式,整个范围的压力波动在11年操作构造基于选定的操作模式的数据日志管道部分。压力的平均值()被定义为5.84 MPa和周期的最大压力偏差被确定。选择期间,装卸的管道部分经历了18个周期的最大偏差在17 - 35%的范围。

全谱的振荡,时间间隔(T)决定,在里面上下half-periods进行了分析。在这些著,最大的周期振幅偏离 ,等于2÷工作压力的11% (),被确定。循环压力变化过程的参数在每个半周期()(图计算3)。根据操作条件的分析的调查部分主要天然气管道,发现在一年内总压降的循环次数可分为两部分:30脉动周期与振幅2÷11%的范围和两个主要的周期与振幅的17 - 35%的范围 。

最保守的结果分析加载制度选择样本的测试模型,模拟邮件天然气管道的工作了20年的行动在现实条件。负载变化区间从1.1 MPa变化到7.4 MPa(允许的最大工作压力管道部分),它的特点是周期的不对称系数(R = 0.15)。周期的总数计算总数的所有类型的周期影响天然气管道,乘以计划间隔操作,等于20年。因此,模型的加载模式样本在三个阶段进行负载每640周期的变化。测试进行了拉伸机器上使用四点(图加载方案4)。

监控状态的应力腐蚀裂缝,控制裂缝被选在每个样本,记录的照片用金相显微镜测试开始之前,经过第二阶段,第三阶段的最后测试。相对于初始状态进行控制编程通过测量图像中像素的数量在连接裂纹的开始和结束。

2.4。电子显微镜

裂缝、削减和开放腐蚀裂缝研究了电子显微镜和micro-X-ray光谱分析。在研究过程中,micro-X-ray光谱分析腐蚀产物的元素组成的,和表面的地图元素的分布以及表面的破坏。

显微镜观察的和裂纹表面进行了微观分析TESCAN扫描电子显微镜与织女星软件在放大4000倍19]。

光谱分析来确定元素的定量化学成分进行了使用牛津INCAx-act能量分散附件按照ISO 15632: 2002。

识别断裂行为的类型的地势是依照[20.]。

的一般视图TESCAN织女星SBH容易牛津INCAx-act探针扫描电子显微镜和能量色散附件如图5。

3所示。结果与讨论

SCC缺陷的密度分布无损检测过程中检测到的改革比预期高出97倍的伊犁的结果。鳞状细胞癌的平均密度缺陷single-seam管道(进口)50倍小于二重卷边(KhPP)管道在Khartsyzsk管生产工厂。指出这是应力腐蚀损伤局部主要纵向焊缝附近。鳞状细胞癌缺陷的最大深度(壁厚的36%)也发现KhPP管道。

SCC缺陷的密度分布与数量KhPP管道的管道布局。同时,外部环境的注意特征,作为土壤的电阻的值和高度差异部分概要,不明显影响缺陷的分布。(图6)

在大修期间,超过13.5公里的管道被拒绝在网站上,超过11.5公里(超过85%)是由于SCC的缺陷。总的来说,超过58%的二重卷边KhPP管道检查在25公里部分由于SCC缺陷被拒绝。single-seam管道,包括进口管道、SCC的报废率只有7%。

大多数缺陷无损检测过程中检测到(超过92%)的深度小于壁厚的10%,这低于磁管缺陷检测器的检测阈值。因此,未被发现的鳞状细胞癌的缺陷可以出现在其他部分管道,和检查与更复杂的管缺陷探测器或无损检测检查坑(例如,在改革reinsulation)很可能会揭露他们。

在研究期间,成立有一个依赖鳞状细胞癌的主要外部参数之间的裂缝。裂纹length-to-width比例为10:1,width-to-depth比率为0.06:1。因此,在1 - 1.5毫米,深度开放宽度是0.06毫米;深度2 - 2.5毫米,打开宽度为0.12毫米(数字7(一)和7 (b))。

测量裂纹张开的宽度进行了使用一个测量放大器精度为±0.01毫米。在这种情况下,两个测量绝对极限误差±0.016毫米,为每一个测量的相对误差δ(部分)和1 = 28%δ分别2 = 24%(部分B)。

后进行循环测试,金相方法(控制的数字8和9),它是发现,在没有腐蚀性的环境中,应力腐蚀裂纹后保留其原始状态的所有测试阶段。在测试期间,没有形成新的cracks-branches和裂纹顶端的其他形态的变化被记录。因此,在测试周期的三个阶段模拟真正的管道部分的操作(式装卸循环),现有的应力腐蚀裂纹的发展并没有发生(图9)。

十个裂缝被过度使用武力打开了为了研究产生的裂缝。分析断裂表面的小的放大显示,上部的裂缝是完全充满了氧化物。土壤盐水不断渗透和氧化手术期间的内部表面裂纹管道的生活。形成的氧化物也挤和畸形的内表面。Micro-X-ray腐蚀产物的元素成分的光谱分析也表明,裂缝是完全氧化。各种元素的分布沿断裂面表示元素的分布地图(图10)。

因为它可以从元素的分布地图,没有明显的相边界。在裂纹腐蚀产物是均匀分布的。图像在铁、氧和碳谱均匀,亮度是一样的,表明单相的氧化物或甚至几个阶段的混合物。预期的腐蚀产物成分是均匀的铁₂O₃或铁的混合物₂O₃和摘要₃。

确定冶金效果的杂质和添加剂对裂缝的发展,部分的表面也映射在硫和锰的光谱。由于方法的局限性,光谱数据没有用来量化氧和碳的比率在腐蚀产物和贱金属。在映射过程中,主要目标是识别点与当地个人化学元素对应的非金属夹杂物含量增加,其后续的详细分析表明其影响材料破坏的过程,和随后的详细分析点的揭示对材料破坏过程的影响。

裂缝的地图显示一个图像样本的光谱铁、氧、碳、硫、锰(图11)。硫磺含量增加腐蚀产物没有观察到,正如不同的元素谱图像的亮度从贱金属裂纹的过渡。减少了铁和锰的含量,氧气和二氧化碳的含量高腐蚀的产品被发现(图11)。

腐蚀产物中的含硫量不超过贱金属硫化物。图像的光谱锰和硫均匀,亮度是一样的贱金属的截面和部分的裂缝。在一些样品,含硫量较低可以注意除了一些地方点(图12)。

因此,巧合的中锰和硫浓度的增加部分的地图表明硫化物非金属夹杂物的存在。随着电子照片中所看到的那样,这些非金属夹杂物不破坏的来源的发展。剩余体积的裂纹,含硫量不超过金属的硫化物,和总污染的材料与硫不超出技术规格。

基于获得的数据作为研究的结果,可以假设一个场景为鳞状细胞癌的发展缺陷主要天然气管道。

在管道的建设,与现场应用程序使用电影绝缘材料,操作期间失去了必要的技术属性。这反映在这一事实,在管道的操作,干硬后和口袋出现在一些地方在绝缘涂层。Corrosion-active土壤电解质渗透破坏绝缘的地区。

之后,这些腐蚀坑继续增长,成为集中器管道壁的机械应力。这些压力的来源是从操作气体抽油机和恒压脉动气体温度波动由于气体压缩机站的非平稳的操作。

出现第一个微小变形,导致大幅裂缝的出现。此外,发达不规则裂缝,在操作负荷的影响。发展的缺陷,一个持续的过程的腐蚀是决定性的重要性,刺激所带走的热量不断流入的运输介质。土壤盐水继续渗透裂缝,洗掉腐蚀产物和交付的部分新电解液到顶点。

各种无损检测方法的有效性分析表明,裂缝的殖民地可以被所有可用的质量方法用于石油和天然气工业。然而,为了提高SCC缺陷检测的效率,有必要考虑增加网站的倾向和跟踪因素这种类型的破坏。

的形态学检测到缺陷对应的现代概念SCC的缺陷。缺陷认定为裂缝腐蚀坑的底部。面向分组在殖民地,沿管的轴线在增长和分支的部分合并的趋势。

硫及其化合物的影响对应力腐蚀的过程不是一个重要因素,因为没有增加硫腐蚀产物中的内容。内腐蚀产物的相组成整个裂缝截面裂缝是均匀的。不同的阶段边界和部分大幅的化学成分,也不见了。

杂质和非金属夹杂物的主要影响的痕迹也不见了。金属的结构是均匀和对应的结构金属滚。

发现有一个一致的模式打开的宽度和长度之间的裂缝。一个简单的统计归纳表明length-to-width比率可以被描述为10:1,width-to-depth比率为0.06:1。由于大多数SCC裂缝的调查样本相同起源、大小、形态,可以说,这样的规律存在于这种特殊情况下的鳞状细胞癌。

裂缝的出现会受到各种工艺因素的影响,制定产品在生命周期的不同阶段。这样的一个因素可以管金属的污染有害杂质和残余应力的存在后,管壁和管生产的生产的阶段。此外,这些因素包括管道壁应力值增加,这是由于建筑设计的缺陷和安装在管道施工阶段工作。这包括nonprojected沟管的位置,无计划的土壤运动,和焊接应力。管道的非平稳的运行方式也有很大的影响,即不断脉动注入介质的压力和温度。同样重要的是地面接触的腐蚀性活动质量的管道和天然气管道的防腐保温阶段操作。

电影绝缘与现场应用程序不提供长期保护管道的身体从SCC的缺陷。几年后,由于土壤运动和涂层的退化,干硬后,形成口袋,收集土壤水分。这种情况的发展创造一个有利的环境腐蚀缺陷。在未来,这些条件的影响下在一个适当的应力状态的存在,SCC缺陷可以形成。绝缘涂料用于新建和修复管道的管道必须提供长期可靠的保护身体免受环境的腐蚀效果的操作条件主要天然气管道。

可检测的主要因素和影响应力腐蚀的分布,与其他因素不变的情况下,管道材料的技术特点是嵌入在产品生产阶段。据推测,这是局部塑性变形的程度和数量的转换期间形成的管板材料和热高速纵缝的焊接二缝线管道。证实这一假设,有必要评估影响管的残余应力在墙上,画一个地图。

腐蚀介质的存在是一个先决条件的破坏管道壁由于鳞状细胞癌的发展缺陷。

4所示。确认

经验依赖性的存在应该验证大样本统计。还需要连接的外部表现鳞状细胞癌(裂缝的长度和首场)与应力腐蚀破坏的深度。如果这种关系被证实在其他情况下的鳞状细胞癌,然后可以描述裂缝的发展和传播的速度在一般情况下与足够的精度。还可以建立一个数学模型的裂缝,计算管道的剩余生命周期使用有限元方法。

这种方法将使它安全重用KhPP二重卷边管道大修期间,这是只允许在每个管的综合评价。在确定每个特定缺陷的危险程度,静强度的方法估算气体主要管道的腐蚀裂缝测试和用于”Gazprom transgaz翅果“有限责任公司(21]。如果除了无损检测方法在调查中,外部使用和裂缝参数计算是使用不同的方法获得的最大深度执行,那么SCC裂纹的危险的评估将变得更加准确。

组织运营的天然气管道建议考虑这项工作的结果在制定修复计划。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

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