ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Особенности оценки работоспособности конструкций, имеющих водородные расслоения из "Ингибиторы коррозии. Т.2 " Надежность конструкции при заданных значениях рабочего давления транспортируемой среды определяется работоспособностью сварных соединений, стенок конструкции, пораженных коррозией, наводороженного металла с внутренними расслоениями. Прочность и работоспособность конструкции может быть обеспечена при соблюдении соответствующих нормативов [53, 54] и учете силовых факторов, свойств материалов и условий работы. [c.126] Для конструкций, контактирующих с сероводород содержащими средами, важным показателем является их работоспособность при наводороживании. В этих условиях результаты оценки работоспособности оборудования с внутренними и поверхностными дефектами как в зоне сварных соединений, так и в области основного металла теряют свое самостоятельное значение и могут быть использованы только при проведении общего анализа. [c.126] Результаты натурных наблюдений позволяют устанавливать размеры и распределение водородных расслоений, что в дальнейшем принимается во внимание на стадии обоснования их допустимых значений. На допустимые размеры дефектов четких технических требований нет. [c.126] В последние годы в России [55] и за рубежом [4, 5, 9, 46] накоплен большой объем информации, основанной на прямых наблюдениях напряженно-деформированного состояния металла оборудования сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений и его отказов. Приводимые данные могут быть использованы как эмпирический материал при рассмотрении вопроса об ограничении размеров дефектов. Исследованиями ВНИИНМАШа и ООО Оренбурггазпром установлен предельный размер трещины (L 250-300 мм), при наличии которой возможно возникновение лавинного разрушения в трубопроводе 0720 мм при действующем рабочем давлении. Полученное значение соответствует размеру расслоения металла (L = 300 мм), в результате которого в 1990 г. произошло разрушение тупикового участка газопровода ПО Оренбурггаздобыча . [c.126] Параметры, характеризующие распространение водородного расслоения металла, обычно не изменяются во времени гладко и непрерывно [25, 55]. Например, продолжительность периода инкубации, скорость и время устойчивого роста функционально зависимы от условий эксплуатации конструкции, стабильность которых в течение года обеспечить практически невозможно. Однако, обобщая все изменения условий, происходящие за достаточно продолжительные интервалы времени, можно уверенно прогнозировать среднюю скорость роста водородного расслоения. [c.127] Установлено [25], что два параллельных расслоения развиваются независимо и не взаимодействуют даже при небольших расстояниях между собой. Поэтому развитие каждого расслоения можно прогнозировать, используя, например, методы экстраполяции скорости роста расслоений по результатам периодического неразрушающего контроля. Однако по мере сближения водородные расслоения образуют область взаимодействующих расслоений с неустойчивым развитием и последующим слиянием. На завершающем этапе процесса размеры объединенных расслоений, развивающихся в срединных слоях металла, пре-выщают критические величины. Происходит вскрытие расслоения со стороны одного из контуров, а развивающиеся расслоения на разных уровнях достигают критических размеров по высоте стенки конструкции, следствием чего является ее разгерметизация. [c.127] Условия неустойчивого распространения небольших расслоений (L 0,5 , где i — толщина стенки конструкции, а высота раскрытия расслоения 5 = 0,5-2,0 мм) в [25] анализировали на основе решения плоской задачи теории упругости (плоская деформация) для пластин с внешними границами, свободными от нагрузок. Расчеты проводили методом конечных элементов для пластин, имеющих изолированное расслоение в виде прямоугольной щели, а также несколько водородных расслоений, расположенных на разных уровнях по высоте п.та-стины. Изолированными считали не взаимодействующие друг с другом водородные расслоения, расстояние между которыми в плане составляло более 2-12 мм в зависимости от длины расслоения L (табл. 12) при высоте сечения более (0,8-1,0)1.. [c.127] На контур расслоения путем последовательного сгущения наносили от 14 до 50 узлов. Предполагали, что водородное расслоение металла растет по нормали к направлению действия наибольших растягивающих напряжений. Принимая во внимание ступенчатый характер водородного расслоения, место и направление развития взаимодействующих расслоений на разных уровнях, определяли, сравнивая напряжения и а , действовавшие на контуре. Для случая расслоения с притупленной вершиной, длина которого изменялась от 0,1 до 0,5i, получена зависимость Ь = f(L), характеризующая возможный мгновенный рост изолированного водородного расслоения в центральной части ластины с исходной длиной I до равновесного положения L [25]. [c.128] Показано также [25], что недопустимые значения длины водородных расслоений зависят от величины t и определяются неравенством 1 2,67 Кроме того, отдельные водородные расслоения в процессе развития не склонны к слиянию, если отстоят друг от друга более чем на 5,34 . Это связано с тем, что такие расслоения в ходе развития должны вскрыться к контуру, поражая до 50% сечения по высоте. [c.128] Анализ взаимодействия водородных расслоений, расположенных на разных уровнях по высоте пластины, позволил установить геометрические условия их неустойчивого развития. Для двух крупных расслоений, длина каждого из которых меньше критической, условия неустойчивого развития могут поддерживаться только при их взаимном влиянии. При этом процесс слияния может завершиться двояко формированием 2-образной ступени, если разница в уровнях их расположения по толщине стенки С Q,ЗL (L — длина меньшего расслоения) соединением вершины меньшего расслоения с центральной частью основного расслоения и формированием т-образной ступени при С 0,3 . Критическое расстояние (1 (длина перемычки между расслоениями в направлениях их ориентации) при С 0,ЗL не превышает 12 мм и намного меньше (вплоть до расположения внахлест) в случае С 0,31 [25]. [c.128] Авторами книги предложена методика оперативной оценки предельного состояния конструкций, в материале которых имеются параллельные или ступенчатые водородные расслоения. [c.128] Предельное состояние конструкции с группой несвязанных водородных расслоений, образующих область взаимодействующих расслоений, определяют, применяя критерий, аналогичный использованному в [10] для оценки работоспособности труб с глубокими коррозионными язвами. Этот критерий допускает распространение язв в глубь металла на 80% толщины стенки при небольшой площади поражения поверхности. Были проведены испытания давлением стальных сосудов (03-10 мм, длина 10 мм и толщина стенки 19 мм) с водородным расслоением металла на глубине 10 мм со стороны внутренней поверхности. Давление в три раза превышало расчетное разрушающее давление (при условии, что рабочая толщина стенки равна 10 мм). В результате произошла лишь пластическая деформация материала сосудов, что свидетельствует о возможности их эксплуатации при наличии расслоений металла в случае своевременного контроля пораженных участков [24]. [c.129] Анализ коррозионного состояния металлоконструкций ОНГКМ свидетельствует о том, что ступенчатые расслоения, пронизывающие материал стенок оборудования оболочкового типа более чем на 50%, являются недопустимыми. [c.129] Оперативная оценка размеров областей водородных расслоений металла в любом сечении, нормальном срединной поверхности конструкции, может быть выполнена графически. При проведении диагностики эксплуатировавшегося оборудования, в металле которого методами ультразвукового контроля (УЗК) обнаружены участки с водородными расслоениями, необходимо выявить наиболее опасные из них. На основании результатов УЗК или других методов неразрушающего контроля устанавливают границы водородных расслоений и их местоположение по высоте. Оценивают степень поражения конструкции, определяют области изолированных и взаимодействующих водородных расслоений. [c.129] Недопустимыми считают изолированные расслоения или области взаимодействующих расслоений, имеющие продольный размер в плане более 2,67 , а также группы расслоений, образующие области взаимодействующих расслоений, в которых максимальная разница в уровнях расположения отдельных расслоений составляет более 50% толщины стенки конструкции. [c.130] Поскольку проведение теоретического расчета и непосредственного контроля давления молекулярного водорода внутри расслоения является достаточно сложной задачей, прогнозирование развития изолированных расслоений или областей взаимодействующих расслоений осуществляют на основе результатов периодического УЗК изменения их размеров в процессе эксплуатации трубопроводов. Например, при неизменных условиях эксплуатации трубопроводов и оборудования ОНГКМ увеличение линейных размеров устойчиво развивающихся водородных расслоений достигает 3-5 мм в год [25]. [c.130] Вернуться к основной статье