автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.14, диссертация на тему:Методы оценки коррозионного состояния и технология ремонта оборудования сероводородсодержащих месторождений

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА ИМЕНИ

И.М.ГУБКИНА

Для служебного пользования

экз. N-.-2-----------------------------

На правах рукописи

КУШНАРЕНКО ВЛАДИМИР МИХАЙЛОВИЧ

УДК 620.193:620.194.2

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КОРРОЗИОННОГО СОСТОЯНИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ РЕМОНТА ОБОРУДОВАНИЯ СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 05.17.14 -Химическое сопротивление

материалов и зашита от коррозии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук —

!г".....•

Москва- 1992 О ^ 3

.' .. > ' .............

/ ": ".....:

Работа выполнена в Оренбургском политехническом инсти

Научшй консультант - доктор технических наук, профос* СТЕКДОВ О.И.

Официальные оппонент,• доктор химических наук, профессор РЯБЧЕШЮВ A.B. , доктор технических наук, про^еосор СТЕПАНОВ И.Л., доктор химичоеких наук ВАСИЛЬЕВ B.D.

Ведущее предприятий - Институт пррблем транспорта эне] росурсоа (ШТЭР) .

Защита диссортации состоите " " Мюмя , 1992 i в часов ш заседаиш1 Специализированного совета

Д 053.27.13 по аш[ито йиссортациИ на соискание учоиой стог

j

доктора технических наук в Московской академии нефти и газ имени И. М.Губкина по адресу: II79I7, Москва, ГСП-1, Ленине проопокт, 65^ о50$..

С диссертацией моашо ознакомиться р библиотека ГАНГ им И.М.1убк;ша.

Автореферат разослан " ¿f^t^e-^g. 1902 г.

Учений секретарь Специализированного совет

ОНДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Акт^альность_П£облеш. Новые перспективные месторождения леводородного сырья с сероводородом в районе Прикаспийской зменности обеспечат в ближайшем будущем значительную часть при-ста добычи нефти и газа. Эксплуатация оборудования сероводород-цержащих месторождений связана с проведением большого количес-а ремонтных работ, обусловленных профилактикой и ликвидацией арийшх ситуаций, подключением новых скважин и трубопроводов, действующим, заменой аппаратов, запорной арматуры и т.п. Ди-мичное изменение условий эксплуатации сварных конструкций, . ебугощее необходимость знания коррозионного' состояния оборуд'о-ния и соответствующей корректировки комплекса ремонтко-профи-ктических работ предопределило постановку данной работа.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с ком-ексной программой "Повышение качества строительства и надеж-сти магистральных трубопроводов" ( 1976 - 1980 г.г. ), коорди-ционннм планом НИР ВУЗов СССР в области химического сопротив-ния и защиты от коррозии на 1986-1990 г.г. п.7.13. "Разработка роприятий по защите нефтегазопромыслового оборудования, эк-луатируемого в средах, содержащих сероводород, сводными плана-НИР и ОКР по сварочной науке и техникепроблема "Новые про-ссы сварки и сварные конструкции" ГНИТ СССР АН УССР ИЗС " . Е.О. Патона (р.02.12.1985г., р.07.08,1986г., р.07.08.1967г., 02.08.1988г., р.08.24.1989г.), программой работ МНТК "Антикор" НТ СССР и АН СССР (постановление № 451 от 26.12.1988г.).

Шзью^иссецтауионндй.Еаботы' является создание эксггресс-тодов оценки коррозионного состояния и определение основных кономерностей коррозионного поведения материалов оборудования роводородсодержащих месторождений и разработка на этой основе мплекса мер по повышению коррозионной стойкости и технологии монта металлических конструкций.

На^чная_новизна состоит в решении проблемы по разработке тодологических основ оценки коррозионного состояния и методов 'выиения надежности оборудования сероводородсодержащих место-ждений. Их разработка базируется на следующих основных резуль-|Тах:

- разработан комплексный подход к оценке коррозионного со-■ояния и ремонтопригодности сварных конструкций, контактирующих сероводородсодержаийши средами, заключающийся в определении

свойств материалов при изготовлении оборудования, эксплуатации проведении реконструкционных работ;

- установлены основные причины коррозионных поражений обо рудования сероводородсодержащих месторождений: основными видам коррозии иасосно-комлрессорных труб и деталей оборудования явл ются язвенная коррозия и сероводородное растрескивание; аппара язвенная коррозия, а проработавших более 8...10 лет - водородн растрескивание; фонтанной арматуры - сероводородное растрескив ние; трубопроводов - водородное и сероводородное растрескивани

- создана методика экспресс-оценки сопротивления материал сероводородному растрескиванию (CP) и эффективности противокор

, розионных мер, заключающаяся в медленном (скорость деформации более 2-10"^ с-*) растяжении исследуемых материалов в лаборато ных и натурных условиях, предложены модели CP и язвенной корро . - разработана методология классификации сталей по сопроти лению CP, а также классификации защитных покрытий и ингибитор по эффективности защиты сталей от сероводородной коррозии, в к торой в качестве критерия оптимизации используется функция желательности Харрингтона;

- создан расчетно-экспериментальный метод прогнозирования работоспособности оборудования в условиях наводороживания и оценки предельного состояния конструкций с водородными расслое ниями, основанный на анализе изменения напряженного состояния при "продвижении" водородных расслоений.

П2щ<тическа1з_ценн0£ть. Результаты выполненных автором и п; его участии теоретических и экспериментальных исследований отражены в ряде нормативно-технических' документов; "Рекомендации по технологии послесварочной обработке стыков трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие продукты Р 411-61, Москва, 1961 г.,

"Руководство по производству ремонтно-восстановительных работ на действующих трубопроводах, транспортирующих сероводородео-держащий газ" Р 430-81, Москва, 1983 г., "Инструкция по технологии сварки при производстве ремонтно-восстановительных работ на газопроводах, транспортирующих серс водородсодержащий газ", ШНГАЗПРОМ, 1987 г., "Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытан! металлов. Метод испытания на коррозионное растрескивание с постоянной скоростью деформирования". Рекомендации Р 5.0-54-37-88 Москва, 1988 г.,

"Методика. определения степени защити сталей ингибиторами от кор-розиошю-мехашческого разрушения в сероводородсодеряащих минерализованных средах". РД39-014710Э-324-88, Уфа, 1988 г. "Расчеты ¡1 испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Метод определения зшциткой способности металлических покрытий". Р 54-ЭТ5-8Э, Москва, 1939 г.

Освоение исследовательскими лабораториями научно-обоснованных параметров коррозионно-мехашиеских испытаний и оригинальных установок позволило в 10-30 раз сократить время на оценку сопротивления материалов коррозионному растрескиванию а определение эффективности противокоррозионных мор. Промышленное применение разработанных рекомендаций позволило уменьшить сроки проведения ремонтных работ и повысить надеошость реконструированного оборудования сероводородсодеркащих месторождений. Полезный эффект от использования: технологии ремонта - 200044 руб., одной машины МР-5-8В - 141495 руб. Методики испытаний и машины ?ЛР—5—8В пера-дани: ВМНИИК, ВПЖГАЗ, ВШШСТ, ЦНЖГМАШ - г.Москва , ШШПТХНА - г.Волгоград , ВШШСПТнефтъ, УНИ - г.Уфа ■ , НЕСТИ - г.Днепропетровск , БШИГнефть - г.Самара , ЛЕННШИШАШ - г.Санкт-Петербург , НИПИ ПНГС - г.Оренбург , ЦКБН - г.Подольск •

На защиту представлены следующие основные положения работы:

- методология оценки коррозионного состояния оборудования, контактирующего с сероводородсодержащими средами; 0

- методика и оборудование для экспресс-оценки сопротивления материалов СР и1определения эффективности противокоррозионных мер;

- модели язвенно" коррозии; сероводородного и водородного растрескивания металлических конструкций;

- методология классификация сталей по сопротивлению СР, а такае. классификации покрытий и ингибиторов по степени защиты при сероводородной коррозии металлов;

- результаты исследований ремонтопригодности сварных кбнет-рукцнй к методы повышения их ремонтопригодности с учетом воздействия сероводородсодеркащих сред; . ■

- практические рекомендации по технологии ремонта оборудования серстодорсэдгодеркащих иостороздени».

Апробашш работа. Основниа положения диссертационной работа положены и обсузденн на следующих конференциях и семинарах: со-гашаре "Повышение надежности и опыт борьбы с коррозией оборудо-эшш 0ШЯ (г.Оренбург, 1983г.) ; республикацско: тосаераеда

«»"Защита от коррозии металлоконструкций, коммуникаций и технолс ческого оборудования" ( г. Алма-Ата, 1984г.); секции "Защита >.! •галлов от коррозии НТС МИНГАЗПРША { г. Ташкент, 1985г.); семк ре"Водородная хрупкость и стойкость сталей" (- г. Оренбург, 1905 г.); конференции "Совершенствование технологии и повышена качества изготовления сварных конструкций" ( г. Киев, 1985 г.) ■ международном симпозиуме "Диагностика трубопроводев-85" (г. Мс сква, 1985 г.); Всесоюзном совещании "Защита .от коррозии нефте газового оборудования а процессе строительства предприятий НП (г. Красный Курган, 1967г.); международной конференции "Модиф! нация материалов импульсами энергии" (г. Дрезден, 1987 г.); кс фзренции "Прогрессивные методы получения конструкционных мате; алов и покрытий, повышающих долговечность ДЫ" (г. Волгоград,. 1968г.); конференции "Теория и практика защиты от коррозии металлических и железобетонных конструкций и оборудования" (г. Астрахань, 1938 г.); Всесоюзной конференции "Нонструктивно-тез нологические метода повышения надежности* и их стандартизация" (г. Тула, 1988г.); Республиканской конференции "Коррозия t.'.eTaj лов под напряжением и методы защити" (г. Львов, 1989г.); Всес< юзном научном семинаре "Коррозионный мониторинг" (г. Львов, 1989г.); Международном симпозиуме-семинаре ЩЕСКО и ПРООН "Тез нические, психологические и педагогические проблемы создания i использовании автоматизированных систем" (г, Москва, 1990 г.): Всесоюзном совещании "Проблемы защиты от коррозии нефтогазолр( мыслового оборудования" (г. Смоленск, 1991 г.).

Публикации. Основные положения и результаты работы опубл: кованы в 62 печатных работах, среди которых восемь авторских свидетельств, четыре брошюры, петь отраслевых нормативных док; ментва.

Ст2^кт^а_и_обьем_5:2аботц. Диссертация состоит из в веде ни нести глав и выводов, содержит 407 страниц, в том числе що рисунков, 55 таблиц, список литературы из 346 наименований

ОСНОЕЧОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

§Л§Ш£2В-СЗ§Ш ("Состояние вопроса и задачи исследований проведен анализ условий работы оборудования и изменения свойс металлов, контактирующих с сероводородсодсржацкми средами, ра смотрены технологии ремонтных работ н методы контроля коррози онного состояния ыеталличзеккх конструкций.

Степень агрессивности сероводородсодеряещей среды опреде

отся ее составом, влажностью, рН, температурой и скоростью потока. С открытием а освоением Оренбургского, Карачагапакского и Астраханского газоконденсатных месторождений (ОГКМ.КГКМ и АГКМ) проблема защиты шталлоконструкщй от сероводородной коррозии обострилась вследствие высокой агрессивности газа и большой металлоемкости конструкций. Опыт эксплуатации оборудования и трубопроводов нефтегазовых сероводородсодеряащих месторождений свидетельствует о том, что несмотря на комплекс противокоррозионных мероприятий наблюдается изменение свойств материалов и отказы металлоконструкций. Коррозионные повреждения оборудования приводят к значительным экономическим потерям и загрязнению окружающей среды.

Вопроси ироашактнки сероводородной коррозии металлических конструкций и технологии реконструкциояных работ глубоко иссло-дованы в работах ученых Ю.й.Арчакова, И.И.Василенко, М.Д.Гетман-. ского, С.А.Голованенко, А.А.Гониха, Е.Герцога, А.Г.Гумврова^- В.Н. Зикеева, Г.В.Карпенко, Л.С.Лившица, А.Г.Мазеля, Р.Н.Паркинса, Б.В.Перунова,.0.;1.Стеклова, И.А.Степанова, ф.Терасаки, А.Трояно, Н.Х.Халлыова, А.В.Ырейдера и др. Ими доказано, что на надежность и ремонтопригодность сварных конструкций существенное влияние оказывает степень наводорешшания и коррозионного повреждения металлов после их контакта с сероводородсодержащей средой. Литературные данные указывают на отрицательное влияние водорода на механические свойства сталей, однако, отсутствует единое'мнение о характера и степени изменения свойств в результате наводо-решшашш. Значительно снижаются при проникновении водорода пластические свойства - относительные удлинение и поперечное сужение. Воздействие сероводородсодериащей среды на-мягкие неле-гированныа стали при небольших напряжениях вызывает образование ступенчатых трещин и расслоений, ориентированных вдоль проката параллельно действующим напряжениям. В случае сталей повышенной прочности (твердости) иди мягкой стали, яо при высоких концентрациях напряжений, возникает трещины, перпендикулярные действующим напряжениям.

Изменение состояния металла, бывшего в контакте с сероводород-содеркащей средой, затрудняет проведение реконструкционшк работ, так при ремонтной сварке трубопроводов по обычной технологии в корне шва происходит интенсивное порообразование, а в зоне тэп-'лического влияния возникают трещины. Анализ оущосгауадау тс;:но-' югий рвмонишк работ показал, что эти технические рагензд тсо-

^буют существенной доработки в плане оценки ремонтопригодности сварных конструкций и разработки технологии реконструкционных р£ • бот с учетом коррозионного состояния оборудования и трубопроводов, эксплуатируемых в сероводородсодержащих средах.

Сроки ремонта, как правило, весьма ограничены, тем не менее для успешного и качественного проведения его необходимы данные .о коррозионно-ыеханических и физико-химических свойствах сталей, бывших в эксплуатации. Результаты анализа методов контроля коррозионного состояния оборудования сероводородсодержащих месторож дений свидетельствуют о необходимости повышения их оперативности в оценке сопротивления СР новых и бывших в эксплуатации сталей и определении эффективности противокоррозионных мер.

Применяемые для испытаний на СР материалов типовые методы Л'АСЕ ТМ-01-77 и аналогичный отечественный МСКР 01-85 требуют много•времени и не позволяют сравнить коррозионностойкие материа лы или определить эффективность защитных мероприятий, так как об разцы не разрушаются в течецие базового времени4720 ч.) испытаний. Для быстрого получения сведений о сопротивлении материалов СР целесообразно применение ускоренных испытаний в условиях идентичных*типовым испытаниям, но при медленном (скорость деформации меньше 10"^ с"*) растяжении. Достоинством этих испытаний по сравнению с традиционными методами является то, что они приводят к быстрому разрушению образцов, при этом не пропускается, а ускоряется инкубационная фаза СР, которая составляет порядка 80 % времени до разрушения конструкции. При наличии соответствующего оборудования и методики можно оперативно оценивать стойкосп материалов и эффективность противокоррозионных мер в условиях, когда типовые методы испытаний не дают необходимой информации шн требуют много времени.

Анализ состояния вопроса с учетом указанной выше цели позволил сформулировать основные задачи работы:

1. Разработка методологии комплексной оценки коррозионного состояния и ремонтопригодности оборудования сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений и создание техники для коррозионных экспресс-испытаний материалов.

2. Установление закономерностей коррозионного поведения металлических конструкций в процессе эксплуатации в условиях воздействия сероводородсодеркащкх.сред и определение путей увеличения их коррозионной стойкости. . .

3. Разработка методов повышения ремонтопригодности и технологии '

ремонта оборудования нефтегазовое месторождений с сероводородом.'

Во второй главе ("Коррозионное состояние оборудования месторождений с сероводородом") представлен анализ коррозионно- ' го состояния металлических конструкций, контактирующих о серово-дородсодершцими средами, приведена статистическая модель язвенной коррозии аппаратов и модель сероводородного растрескивания сталей.

В условиях многофакторного воздействия сероводородсодержа-щих сред, обусловленного наличием углекислого газа, конденсата и минерализованной пластовой води, кинетика и характер коррозионных поражений чрезвычайно разнообразны. Этим,объясняется необходимость постоянного и многопланового контроля коррозии с применением современных средств и методов его осуществления. Обследование нас о сно-компресс орных труб (НКГ) и обсадных колонн с помощью каверномера "ОТИС" в большинстве случаев выявило незначительные коррозионные поражения - язвы глубиной до 0,8 мм, в некоторых скважинах со значительным водопроявлением и при отсутствии эффективного ингибирования наблюдается прогрессирующая . язвенная коррозия НКГ и муфт НКТ. Ультразвуковой контроль отводов скважин показал, что наибольший коррозионный и эрозионный износ составляет 1,5 - 2,0 мм и находится в пределах допустимого. По данным коррозиматров СК-3 и образцов-свидетелей скорость коррозии газопроводов неочищенного газа и оборудования установон комплексной подготовки газа (УКПГ) не превышает, как правило, допустимой проектом скорости 0,254 мм/год. Контроль процессов на-водороживания, проводимый с помощью пальчиковых водородных зондов, показал, что скорости роста давления водорода в зондах ниже 0,1 Ша/месяц. Однако, в случаях отсутствия эффективного ингибирования наблюдается превышение скорости роста давления нормативной величины равной 0,2 Ша/месяц. Содержание ионов железа в жидких средах аппаратов УКПГ ниже норма, отдельные, превышающие норду показания объясняются скоплением растворенного .железа в застойных зонах и последующим его выбросом. При обследовании оборудования УКПГ и Оренбургского - газоперерабатывающего завода (ОГПЗ) выявлена язвенная коррозия аппаратов глубиной до 5,5 мл. Установлено, что причиной интенсификации процессов коррозии обо- ' рудования УКПГ .является увеличение выноса из скважин минерализованной воды, способствующей развитию язвенной коррозии.

Подавляющее большинства отказов крановых узлов обусловлено потерей герметичности аз-за взноса уплотнений, ко-

торые под действием сероводородсодеркащей среды теряют элластт "■ность, выкрошиваются и охрупчиваются. Через 6-8 лет эксплуатащ кранов для исключения аварийных ситуаций проводят плановые ре-монтно-восстановительные работы - вырезают и заменяют их.

Наблвдаемые отказы газопрошслового оборудования ОГШ обус ловлены в большинстве случаев отсутствием эффективного ингибирс вания в условиях воздействия сероводородсодержащей среды на металлоконструкции из коррозионно-нестойкого сплава или металла, содержащего дефекты. "Твердые" структурные составляющие, неметаллические включения (сульфида, оксисульфиды и т.п.) и расслое ния являются очагом зарождения водородного растрескивания (расслоения); поверхностные дефекты-риски, волосовины, неыеталличес кие включения способствуют возникновению и развитию СР. Металло графическими исследованиями установлено, что СР как и водородно растрескивание стальных конструкций происходит, как правило, ыежкристаллитно. Инициаторами коррозионного разрушения сварных соединений трубопроводов и деталей также являются недопустимые техническими условиями дефекты. Причиной большинства разрушений сварных соединений являются дефекты корня шва. При этом в швах с непроваром, подрезом или смещением сваренных кромок -г,5 мм коррозионные трещины проявляются практически в первый год эксплуатации. Непровары, поры и шлаковые включения в условиях застойных зон способствуют возникновению свищей через 5-10 лет эксплуатации.

Дефекты основного металла и сварных соединений способствует возникновению некогерентных границ и образованию коррозионно-нестойких ■ пленок, создают концентрацию микро- и макронапрякени! повышают термодинамическую неустойчивость дефектного участка и интенсифицируют его наводорохивание и электрохимическое растворение. Поэтому для повышения надежности оборудования и коммуникаций, контактирующих с сероводородсодержащиыи средами, наряду с тщательным входным контролем соответствия материалов конструкций техническим условиям на их поставку и неразрушающим контролем монтажных сварных соединений эффективными являются предпусковые гидроиспытания металлоконструкций давлением, создающим -напряжения 90-95 % от минимального нормативного предела текучести металла.

Анализ коррозионного состояния и отказов оборудования ОГКЫ позволил заключить, что основными видами коррозионных повреждений НКГ, деталей и аппаратов ОГШ являйся язвенная коррозия,

аппаратов УКПГ - язвенная коррозия и водородное растрескивание, фонтанной арматуры - сероводородное растрескивание, трубопроводов - сероводородное и водородное растрескивание. Учитывая вышеизложенное, с целью прогнозирования коррозионной ситуации и своевременного пронятая профилактических мер по повышению надежности: работы металлических конструкций,наш разработаны модели язвенной коррозии, сероводородного и водородного растрескивания сварных конструкций, а также методики и оборудование для акспресс-оценки сопротивления материалов сероводородному растрескивании и определения эффективности противокоррозионных мероприятий.•

Модель язвенной коррозии построена на основа экспертных данных обследования более 200 аппаратов ОГПЗ посла 11-летней эксплуатации. Эти данные представляли точками комплексного чертежа Радищева, являющегося аналогом комплексного чертежа трехмерного пространства. В качестве параметров модели принимали давление, температуру и степень агрессивности коррозионной среды, а таете глубину язвенной коррозии. Построенная регрессионная модель язвенной коррозии позволяет оперативно в автоматизированном режиме (в системах АСТ1Ш и АСУ) определять глубину язвенной коррозии применительно к конкретному аппарату. Проверка работы модели показала адекватность получаемых результатов, данным по язвенной коррозии аппаратов.

На основе результатов исследований натурных конструкций ОГКМ • и сероводородного растрескивания образцов с учетом существующих представлений о механизме СР, строешш а свойствах границ зерен предложена модель СР сталей, основные положения которой заключаются в следующем. Очагами зарождения микротрещин СР наряду с границами раздела матрица - неметаллическое включение являются островки границ с плодим сопряжением кристаллических решеток сменных кристаллитов. Эта островки ("каналы вакансий? являются шкрополостями - микроконцэнтраторамл, в области которых под действием остаточных напряжений или внешних нагрузок (особенно при наличии макроконцентраторов напряжений) возникает объемное напряженное состояние. Образующийся в результате контакта сталей с сероводородом риащей средой водород, поступая через границы зерен и из кристаллической решетки в микрополости,уменьшает прочность этих участков границ 3cpeira.no мере повышения концентрации водорода,молизуется. Увеличение давления водорода в микрорассло^-зиях. до критических значений, наряду с усугубляющим действием зодорода, находящегося вблизи этих микрорасслоений - в областях

трехосного напряженного состояния, приводит к активизации дислокационных процессов, микродеформашям и разрушению островков границ аерен с хорошим сопряжением реиеток смежных зерен. В даль ней тем описанные процессы повторяются, вызывая рост и объединение микротрещин в макротрещину. Субкритический рост трещины происходит аналогично развитию микротрещинь/, но с ускорением эа сче значительного увеличения потока водорода в островки границ зерен с плохим сопряжением решеток смежных кристаллитов или в границы раздела матрица - включение, попадающие в области концентрации напряжений и пластических деформаций, образующиеся впереди рас тущей трещины.

В_££егьей_г;лаБе ( " Методы оценки сопротивления материалов воздействию сероводородсодержащих сред" ) описаны методики и об< рудование для коррозионных экспресс-испытаний материалов в лабораторных и натурных условиях.

Результаты анализа коррозионного состояния сварных конструг ций свидетельствуют об актуальности проблемы повышения их надежности и необходимости проведения исследований, направленных на оценку свойств бывшего в эксплуатации металла, выбор новых материалов и определение способов их защиты. Эффективность отих исследований в значительной мере зависит от применяемых исследова телями методов и оборудования для коррозионных испытаний матери,

На основе анализа известных конструкций отечественных и рубежных испытательных машин созданы оригинальные установки для лабораторных и промысловых экспресс - испытаний на коррозионное растрескивание одновременно от одного до восьми стандартных обр, цов при скоростях относительной деформации Ю-3 + 10"' Установки содержат электромеханический привод и блоки нагруиате лей и отличаются компактностью, относительно малым весом, унива сальность» и высокой производительностью. Маиида ЫР-5-8В и МР-1 и зонда разрывные КМУ-З-Ш и КМУ-3-2М позволяют проводить корро онные испытания образцов при постоянной нагрузке (ПН) и медлени растякением (МР), а также механический дорыв образцов после их выдержки в коррозионных средах при постоянной нагрузке. Портаги ные зонда разрывные имеют отделяемый нагрукатель, который монти руегся с помощью ¡агатных лубрикаторов в стандартный штуцер тру£ провода или аппарата, предназначенный для присоединения корроз* онных или водородных зовдов, без сброса давления в работающем оборудовании.

В процессе отработки "Методики" на основе литературных дан-шх и результатов собственных исследований были приняты следуйте критерии оценки: основными характеристиками коррозионно-меха-шче ских свойств материалов и сварных соединений являются полугенные после коррозионных испытаний пяти идентичных образцов :реднеарифиетические значения: а) относительного сужения ф с • 1ри испытании цилиндрических образцов тип 1У ГОСТ 1497-84; >) относительного удлинения б с - при испытании плоских'об-)азцов тип I ГОСТ 1497-84; в) предела прочности О" ^ или работы коррозионного разрушения Ас - при испытании образцов тип ! и тип 1У ГОСТ 1497-84, образцов с надрезом или кольцевой вымочкой.

Для оценки изменения механических свойств материалов и ¡варных соединений при растяжении в коррозионной среде предложе-ш дополнительные коррозионно-механические характеристики, кото-)ыми являются приведенные величины: а) относительного сужения С = У с / у , б) относительного удлинения = ^ с / з) предела прочности Кф-= 0*вс /0"в, г) работы разрушения (д = Ас У А , где ^ , <5 , О" в • А - среднеарифметические шачения соответственно относительного сужения, относительного удлинения, предела прочности и работы разрушения после испытаний ?рех идентичных образцов по ГОСТ 1497-84.

Кроме того, влияние сероводородсодержащей среды на пласти-геские свойства сталей учитывали обобщенным показателем сопротив-тения материалов сероводородному растрескиванию:

К = ■ • 100 % (I)

У4 +

Критерием оценки коррозионно-механической стойкости сварного ;оединения при сравнении с основным металлом является вид раэру-пения образца: а) разрушение по основному металлу; б) разруше-те по металлу шва или зоне термического влияния.

При испытаниях медленным растяжением достигается равновесие «ежду скоростями механических процессов, способствующих вязкому зазрушению и скоростями коррозионных процессов, вызывающих хруп-сое коррозионное растрескивание. В случае высоких скоростей растяжения вязкое разрушение образца произойдет прежде, чем коррозионные процессы окажут необходимое воздействие. При слишком медленной скорости растяжения на поверхности испытуемого металла

,возможно образование защитных пленок, замедляющих процесс КР (пассивация), кроме того, неоправдано увеличивается время испытаний. Поэтому одним из основных параметров испытаний является величина оптимальна:: скорости растяжения, которая зависит от ис следуемой системы "металл-среда" и должна наряду с остальными п раметрами обеспечивать соответствие механизма разрушения испыту-.емого материала-раэр уше нию его в условиях эксплуатации или при стандартных коррозионных испытаниях. В большинстве систем корро' зионное растрескивание происходит при скоростях деформации в пр делах Ю"5 ... Ю-7 с"1.

Учитывая вышеизложенное, исследовано влияние скорости раст, женил на коррозионное поведение сталей 20, 25 и 40Х в сероводор! содержащей среде А/АСЕ С 5 % + 0,5 % СН3С00Н, рН 3,0 ... 3,2, Т я 297 К, концентрация Н^й 2,8 ... 3,1 г/л ). Результат! экспериментов показали, что существенное изменение пластических свойств сталей наблюдается при изменении скорости деформирован» в диапазоне от 2,5-Ю-3(скорость, применяемая при механических испытаниях)до 1.7-10"® с-*. Далее в пределах скоростей деформирования 1,7-10 до 10"^ с-1 пластические свойства изменяются в меньшей степени. В отличие от первого диапазона скоростей деформирования, где наблюдается в основном вязкий излом образцов { У > 15 %), при скоростях деформирования < 5,2-10"® < разцы имеют квазихрупкий кристаллический излом с наличием втори* ных трещин, характерных для сероводородного растрескивания. Аналогичный характер разрушения имеет место после испытания в серо-водородсодёркащей среде при постоянной нагрузке, что позволяет сделать вывод об идентичности механизмов, определяющих сопротивление КР при испытаниях различными методами. Полученные экспериментальные данные после-графоаналитической обработки позволили принять в качестве функциональной зависимости коррозионно-меха-нических свойств сталей от скорости деформирования дробно-рациональную третьего порядка, которая обеспечила обусловленную точность приближения (б" 5Й:

у я ; ( 2 ) для стали 20 К = Х±_§а31§-----. ( 3

- АХ2 + С -0,13Х2 + 22,9Г

где

т л т

Анализ вида зависимости 2 на интервалеЮ ,...10 с ■ показал, что при £ < 2-10"®. с"1 кривая асимптотически приближается к горизонтали. Ка основе результатов испытаний с учетом

шила литературных данных рекомендовано при экспрессных испы-шях трубных сталей в сероводородсодериащей среде N АСЕ ско-:ть относительной деформации образцов 2*10"^

Одним из важнейших критериев опенки коррозионной стойкости ■е риалов и сварных соединений являются пороговые напряжения • п , которые характеризуют длительную прочность материала ггри юте в коррозионных средах. Традиционные методы оценки 6" п I постоянной нагрузке (N АСЕ ИЛ 01-77, ИСКР 01-85) включают тельную выдержку нескольких групп образцов в коррозионной сре-до разрушения, при различных для каждой группы образцов уров-: напряжений и определение напряжений, ниже которых разрушения наблвдаегся на базе 720 ч.

. С целью определения путей ускорения оценки <о п , проведены мтания различных марок сталей и разных электродных металлов традиционной методике с постоянной нагрузкой и при медленном ¡тяжении. Для оценки величины пороговых напряжений нами предана зависимость вида 6"п = К ' 6" С 4 ), где К = / ( К <з- , К б ) коэффициент, учитывающий' изменение прочно-ых и пластических свойств материала при воздействии коррози-юй среды и зависящий от величин К и , которые определен экспериментальным' путем.

Экспериментальные данные позволили построить проекцию линей-'ого дискретного каркаса поверхности,моделирующей зависимость 1Т К о- и Кд , что в свою очередь дало возможность представить , уравнения поверхности, несущей на себе этот каркас и устано-■ь зависимость:

К = , ( 5 )

Ксу+Кб

Коэффициенты в ураёнении ( 5 ) ( Б = 1,9986 приняли 3 =»2) ■еделяли по методу наименьших квадратов с помощью специальной ■граммы "МОДЕЛЬ" с использованием ЭВМ. Проверка соотношения : ) на адекватность с использованием непараметрического крите-I Манны-Уитни показала, что при уровне значимости » 0,05 длагаемое соотношение адекватно моделируемому процессу и мо' быть приням для практического использования при экспресс-нке пороговых напряжений.

Разработанным расчетно-экспериментальным методом определены оговые напрякения & п для трубных сталей: стали 20 МРТУ 4-21-67, стали 20 ГХТ 8731-74, низколегированных сталей '2С, 12X1'.® и 09КГ25-1АБЧ ТУ 2635, а также стали типа сталь 25

экспериментальных плавок из первородной шихти Ново-Оскольского ""металлургического комбината, планируемой для замены имлортшх. сталей на отечественные. Результаты экспериментов показали соот ветствие значений пороговых напряжений, полученных при экспресс испытаниях МР, величинам пороговых напряжений для ряда аналогии сталей, полученных ВНИИгазом и ЦКЕН согласно методам коррозионных испытаний при постоянной нагрузке ( МСКР 01-85 и ТМ 01 - 77 Наряду с экспресс-оценкой сопротивления материалов СР применяются неразрушапщие методы контроля коррозионного состояния конструкций, контактирующих с сороводородсодержащими средами. Для определения степени дефектности металла оборудования, бшэше г в эксплуатации^ перспективным представляется применение метода а нигиляции позитронов (УЛП), который от известных бесконтактных неразрушавдих методов контроля, например, от метода рентгеновской дефектоскопии, отличается тем, что позволяет исследовать дефектность металла ни атомном уровне. Чувствительность ?Ш1 в с ношении концентрации дефектов составляет Ю15- Ю16 см , глубина зондируемого слоя достигает I км. Инжектированные в металл позитроны либо захватываются дефектами, либо аннигилируют электронах бездефектной области. Позитронно-чувствителъше дефе ты (вакансии, дислокации, микропоры и т.п.) приводят к увеличению f параметра углового распределения аннигиляциенных фотоно Применяя МАП, определяли дефектность стали 20 и сварных соединен в зависимости от условий их предварительного наводороживанпя. Установлены соотношения, определяющие взаимосвязь величины суме ния стали "при медленном растякении в среде уУЛСё от лйр

метра £ :

Ус (<? . о)"25,66 -• КД = °'80; <6 >

I <5 . 0,5 <3*0,1 ) 3 г8'68 - . Кд - 0,99. ( V )

Результаты исследований свидетельствуют о перспективности испод зования неразрушакхцего бесконтактного контроля МАП для прогноз!' рования коррозиогаю-механических свойств сталей, контактирующих с сероводородсодержадими средами.

Скорость электрохимических процессов и вероятность сероводородного и водородного растрескивания металла сварных конструг циЯ связаны с величиной потока диффузконнс-лодвжного водорода (ДПВ), проходящего через стенки оборудования, контактирухдего с наводррганвающшм средах:«. ■ Дня традиционных годередных зовдев V

лектрохимических датчиков необходимо стационарное герметичное репление и предварительная не менее 10-часовая выдержка на онтролируемом участке оборудования перед измерением потока во-,орода. Нами разработан метод определения величины потока ДПВ [утем измерения контактной разности потенциалов 1КРП) участка юталлического изделия, содержащего ДПВ, и части изделия, не со-.ержашего ДПВ, или образца, выполненного из того же материала, [то и изделие, но без ДПВ, и по разности их потенциалов олреде-;яют поток ДПВ. В соответствии с этим методом создан мобильный ¿атчик водорода, работа которого основана на эффекте взаимодей-:твия двух контактирующих проводников, между которыми, благодаря электронам проводимости, в условиях термодинамического равного-¡ия, возникает КРП, которая измеряется статическим конденсатором ! ионизацией зоны контроля. При внедрении ионов водорода в металл 1роисходит изменение концентрации электронов проводимости и траттории их движения, кроме того, выходящие из металла ионы водорода изменяют энергетическое состояние поверхности, что приведет к изменению поверхностного потенциала исследуемой стали. 1ами обнаружен эффект стабилизации величины КРП при определенном ютоке ДПВ обусловленный образованием на поверхности металла цветного электрического сложмонослоем Н+. Определены зависимости между величиной тока 3 , измеренного электрохимическим ;атчиком водорода, и приращением Л КРП наводороживаемой с таги 20:

3 » 0,019 Д + 0,2 , Д ^ 90, - 0,945; (3)

3 « 0,273 Д - 24,36, Д > 90, К, - 0,974. (9 )

Установлена допустимая величина изменения КРП наводорожива-эмой стали относительно исходной, которая для стали 20 равна 98 мВ, При больших приращениях КРП необходимо повышать эффективность ингибирования или изменять условия эксплуатации оборудования, контактирующего с сероводородсодержащими средами. Проведенные лабораторные и промысловые испытания позволили рекомендовать для оценки коррозионного состояния оборудования датчик ДПВ, который по сравнению с традиционными электрохимическими датчиками прост в применении, ке требует предварительного покрытия места Контроля палладием и обеспечивает измерение ДПВ в течение 5 минут.

§_Н£2ШШ1£2Л331!£ ("Профилактика коррозии оборудования се-роводородсодержацих месторождений") предложена классификация сталей по сопротивлению СР, определено влияние модифицирования

поверхности сталей на сопротивление СР, даны классификации покрытий и ингибиторов в зависимости от эффективности защиты стал! от сероводородной коррозии.

Анализ коррозионного состояния оборудования сероводородсод( жащих месторождений показал, что одной из основных причин отказ* является СР стальных конструкций. Для определения сопротивления СР испытывали стали, применяемые при обустройстве подобных нефт< газовых месторождений и рекомендуемых для работы в этих условия: Оборудование сероводородсодержащих месторождений изготовлено, К1 отмечено" выше, в основном из низколегированных сталей типа стал) 20 отечественной и импортной поставок. В процессе эксплуатации оборудования возникает необходимость замены отдельных деталей, : лов, трубопроводов и аппаратов на отечественные, при этом испош зуют стали, являющиеся аналогами поставленных инофирмами. Для корпусов сосудов применяют стали 09Г2С, 16ГС, а в последнее вре; 20КН и 03СГЛ1АБЧ. Отдельные виды аппаратов имеют плакирующий слс из высоколегированных сталой аустенитного класса.' например, 06К16Н10Т. Стали 4СЖ, 4СКН и ЗСКМА применяют для изготовления к] пежа, деталей арматуры и насосно-коморессорного оборудования.

Солроттзление сталей СР определяли методами постоянной наг; зки (ПН) и медленного растяжения (МР) - 3,6 10"® м/с, а также ж пытаниями образцов МР в промысловых условиях ОГКМ. Классификашк сталей по сопротивлению СР осуществляли с использованием в качестве критерия оптимизации функции желательности Харрингтона. Дл< ее построения измеренные значения откликов, в нашем случае Когта преобразовывали в безразмерную шкалу желательности:

с/* ехр[-ъкр {-</)'] (Ю)

и применяли метод количественных оценок с интервалом значений желательности от нуля до единицы. Значение с/ =0 соответствует абсолютно неприемлемому значению данного отклика, о с/- I - се .мому лучшему значению отклика. Параметр У » 0,24 Когкм - б получен- из условия совмещения шкалы, принятой для функции желательно сти, и шкалы пределов изменения измеряемой величины Когкм. С учс том этого и условия равновероятностного попадания параметра в ш тервал установлены интервалы оценок и классифицированы стали по сопротивлению СР ( табл. ^ ).

Для нахождения взаимосвязи между сопротивлением сталей СР £ лабораторной среде Л(АСЕ и сероводородсодержащеы газе ОГКМ использовали множественную нелинейную регрессии с автоматическим выбором степени афоксинирущего полинома на РС-ХТ/АТ, Получе-

Таблица I , Классификация сталей по сопротивлению СР

Марка стали ^ВдМПа ш ЛИСЕ С, Ч тек <3*0 & огкм Качеет-К венная /'АСЕ оценка к ~ свой-к0ГКМ ств

)8Х18Н10Т _530_ 64 0,9. з§жё_ Л2А. Высокие

225 ~42~ ~~720~ 12,2 29,1 45,5

[<Х18Н5Т _540_ _б2_ 0.9 _ 13.2 34*3. 16,7 Высокие

~250~ 41 720" И,0 28,7 43,4

)ЖГ2НАШ 560 _ ___12 32,4 Высокие

410 30 720 10,3 25,1 .40,1

ЮШ _480_ 66 0,8 ' „Шз_ Ш- ,15. Высокие

300 32 720 10 24,3 38,1

)эгас _500_ _62_ __0±8_ 10.1 21,2 Хорошие

~зёо~ 30 ~720~ 9,8 ~19 " 30,1

»0 _460_ _63_ 0,8 10.2 20,3 Хорошие

_310" "зо" 720 9,3 18,1 28,4

540, ,57. 0.8 16; 5 12;6 Удовлет

"ззо 25 610 . 6«7 13,2*" 25,4

:егс 530 _52_ 0.8 5.8 .13 8,7 Низкие

340 27 430 3,8 8,7 19,8

КИМА _760_ -53- __0Д8_ 3.2 Ш3_ , 5,3 Низкие

"¡10 18 163 2,0 6,4 18,3

ьСКН .820. 52 0.8 —ах Низкие

660~ 15 140 1,6 5,2 13

:04 _950_ 51 6,5 Низкие

780 12 127 1,3 4,6 12,1

кы две линейные зависимости для сталей, имеющих высокое сопро тивление СР ( II ) и остальных сталей ( 12 ) с хорошими коэффициентами детерминации ^ ц ) = 0,97 и Кд ^ ^ ) =0,'

Когш = 2'85 К аса - 3'88 п?и К ЛАСЕ ^ 15 <

Когш = 1>56 КЛАСЕ + б-21 К//АСЕ < 15 ( 1:

Установленные соотношения С II ) и ( 12 ) позволяют 1 результатам лабораторных экспресс-испытаний определять сопрот! ление сталей СР в промысловых условиях воздействия коррозионш сред и , согласно предложенной методике, классифицировать суще ствующие и новые стали, планируемые для металлических конструг ций нефтегазовых сероводородсодержащих месторождений.

Надежность сварных металлических конструкций,' контактируй щих с коррозионными средами, в значительной степени определяет свойствами их сварных соединений. Для выбора наиболее перспективных электродных материалов проводили совместно с лаборатору сварки ВНШСТа испытания не СР металла швов, выполненных отече твенными и импортными сварочными материалами, предназначенными для сварки трубопроводов и оборудования сероводородсодержащих месторождений. Сопротивление СР металла шаов определяли при ПН МР на образцах, рабочая часть которых включала только шов и ш ла кольцевую проточку длиной 10 ш и диаметром 4 мм, в качеств критериев оценки принимали коэффициенты влияния коррозионной среда: ~

Кт . „ К? = ( 13

«0,2 4 ©V'

Результаты исследований свидетельствуют о соответствии между з чениями коэффициентов влияния коррозионной среды и К^ и показали, что для классификации сварочных материалов по сопроти лепим СР необходимо проводить испытания двумя методами. Разбив материалов., в зависимости от их сопротивления СР5 на группы : подгруппы целесообразно осуществлять по результатам испытаний при Щ, ранжировку материалов внутри групп и подгрупп следует проводить по методике МР. Установлено, что высоким сопротивлен: ем СР обладают сварные швы, выполненные электродами с основным ввдоы покрытия (ОЗС/ВНШСТ-26, ¿В-52(/ , ГохЕУ 50, Шварц ЗК, CK.48.3Q, Гарант, УШИ-13/55) при условии легирования одинаковыми элементами, что объясняется их более высоким металлургиче! ким качеством. Сварные ивы, выполненные указанными электродами

зньшей степени загрязнены вредными примесями (сера, фосфор), ^металлическими включениями, газами и обладают более гомоген-эй и равновесной структурой по сравнению, со сварными швами, зготовленными электродами с целлюлозным (Сове 6010, FoxCel 75, ЗЦ-4 и др.) и рутиловым покрытием (Супербаз, МР-3), а также ма-зриалами, предназначенными для автоматической сварки под флю-эм ( L W 330/ 2, ВВ 25/EMJ2, АН-348А/СВ-08ГА).

Коррозионная стойкость материалов в значительной степени ависит от состояния поверхности, контактирующей с коррозионной редоЯ, поэтому изучали влияние современных методов поверхност-ой обработки (лазерной и ионной) на сопротивление сталей и варных конструкций СР. Лазерную обработку сварных соединений тали 20Ш проводили на непрерывном СС^-лазере ДГН-702. Сопро-ив'ление CP определяли испытаниями МР ( 2 -Ю-^ с-*) образцов ипа I ГОСТ 1497-84 в среде ЫАСЕ. В качестве критерия оценки

риняли степень защиты стали от CP:

?

. 1 = • 100 % , С I* )

О - О с

де $ , § с и В с - среднеарифметические значения тносительных удлинений пяти параллельных образцов, разрушенных а воздухе <5"_, в коррозионной среде сГ с - без лазерной об-аботки и <5*с - после обработки. р

Лазерная обработка стали формирует в поверхностном слое труктуры мартенсита ( М ), мартенсито-бейнита ( М-В )и бейнито-еррита ( Б-Ф ). Установлено, что при отпуске Ф-П сталей, зака-енных на М, М-Б, Б-Ф структуры с помощью лазерного излучения, вчиная с 400°С и выше - раствор полностью освобождается т избытка углерода и переход М и Б в Ф заканчивается. Однако, олько после достаточно длительного отпуска ( 3-4 ч. )j при тем-ературах (873 - 953 К) происходит полная коагуляция цементитных астиц; закрепление границ ослабевает и микроструктура при этом олностью теряет характерные морфологические признаки закалоч-ых структур. В результате получается высокопластичный поверх-остный слой со' структурой рекристализоаанного феррита и не-олыаим количеством равномерно распределенных по телу зерна елкодисперсных карбидов, повышающий коррозионно-механические войства сварных соединений стали. Анализ результатов испытаний озволил утверждать, что проведение лазерной обработки по режи-ам, обеспечивающим глубину 0,5 - 3,0 мм с перекрытием пятен или

полос 50 - 70 55,с последующим отпуском при 923 - 953 К повышает *• на 28 % сопротивление СР сварных соединений сталей.

Лазерная обработка и последующая термообработка сталей тре буют значительных затрат энергии и времени. Одним из перспектш ных способов улучшения эксплуатационных свойств металлов являет ся облучение поверхности сталей мощным ионным пучкомСМИП). После такой обработки возрастает стойкость в процессе трения по абра-' айву, повышается пластичность и усталостная прочность изделий. Для определения влияния ионной обработки на сопротивление метал ла СР проводили облучение образцов 0 6 мм из стали 45 в вакууме торр. на модифицированном ускорителе "Тонус" в технологическом режиме с параметрами пучка ионов углерода: энергия ионов О,2...О,б МэВ, плотность тока 20...150 А/см^, длительность импульса 60...80 Не, скважность импульсов 20...50 с. Как показали результаты электрохимических исследований и коррозионных испытаний, плотность гока коррозии и сопротивление стали СР зависит от режима ионной обработки. Наиболее интенсивной коррозии подвержены образцы без ионной-обработки, сталь 45 после обработки МИЛ при плотности тока 120 АУсм^ и числе импульсов 5-10 растворяется в коррозионной среде с наименьшей скоростью и имеет наибольшее сопротивление СР. Существенное повышение стойкости ста' ли 45 против общей коррозии и СР после обработки МШ при плотности тока 120 А/см** объясняется тем, что при этих плотностях tokí происходит не только плавление поверхностного слоя металла, но i его испарение: за один импульс уносится 70 - 100 А металла, т.е удаляется.окисная пленка с поверхности и уменьшаются микронеровности. Одновременно возникающее в поверхностном слое металла механическое давление достигает 100 - 500 кБар, и поверхность металла переходит в стеклообразное состояние. Аморфный поверхностный слой, образованный в процессе ионной обработки на сглаженно! поверхности металла без окисной пленки, более пластичен и обладг ет высокими защитными свойствами. Кроме того, уменьшение шероховатости поверхности и возникающее при ионной обработке приповер) носгные сжима вдие напряжения обеспечивают повышенную стойкость стали в сероводородсодержащнх средах.

Увеличение срока службы изделий, контактирующих с коррозиоь ■ ними средами,обеспечивается проведением ряда мероприятий, одним из которых является применение защитных покрытий. Несмотря на больное количество исследований эффективности покрытий, задача подбора материала и технологии нанесения покрытий остается акту-

пьной, хотя в настоящее время трудно назвать материал, который з использовался для этой цели. В гоже время среди исследовате-зй нет одназначного мнения относительно методов оценки защитных войств покрытий при коррозии материалов под напряжением.

Нами разработана методика количественной и качественной декки защитных свойств покрытий, рекомендуемых для защиты сталь-IX изделий от СР. Учитывая производственный опыт и литературные гнные, в качестве материала покрытия применяли алюминий, титан, ром, цинк и их композиции. Материалом подложки служили стали 45, Ж, используемые для изготовления деталей крепежа реальных объ-стов. Нанесение покрытий осуществляли согласно общепринятой тех-5Логии для данного веда покрытий. Защитные свойства покрытий негодовали при ПН и МР образцов в среде //АСЕ, защитный эффект тределяли по формуле:

гт „ %—. ЮО %,

г; - Ус

[в Ф относительное сужение металла образцов, опреде-

_ ленное на воздухе по ГОСТ 1497-84;

(рс и - среднеарифметические значения относительного сужения пяти идентичных образцов соответственно с покрытием и без него,' разрушенных в коррозионной среде. По результатам испытаний наилучшими защитными свойствами обдают хромовые покрытия, полученные из паровой фазы и комбини-ванные покрытия цинк + хром. Наименьшую стойкость против СР в ¡от образцы покрытие хромом + алюминием. Металлографическими следованиями в этих покрытиях обнаружено появление столбчатой руктуры и трещин, что значительно^ облегчает диффузию водорода рез покрытие. Недостатком диффузионных покрытий является необ-димость дополнительной термообработки для измельчения зерна ме-лла подложки и восстановления ее механических свойств. Поэтому енивали возможность применения гальванических, химических, пи-литических, плазменных и полимерных покрытий-для повышения со-отивления сталей СР. Гальванические покрытия кадмий титан, мические покрытия Ш +• Со + Р и пиролитические хромовые лс-атия повыпанзт сопротивление сталей СР. Однако, применение этих крыт и й для.деталей крепеяа) по нашему мне ни ю,менее предлечти-яьно, чем диффузионных вследств'ие более высокой механической очности последних, что позволяет избегать повреждений покрытий

при. монтаже (Тшакцввых соединений. Оиытно-прошшлепшло ясигеишш шпилек М48 фланцевых соединений лиши сырого газа 01113 с диуЬТ-зионным хромовым покрытием показали отсутствие следов коррозии на поверхности шпилек после трехлетней эксплуатации и сохранение их механических свойств.

На ОГКМ вследствие коррозионно-эрозиошвдс повреждений годно реставрируется до 120 шаровых кранов. Для повышения нада'л ности деталей запорной арматуры проведены исследования защитных свойств плазменных покрыта!;. Покрытия на образцы из стали 20 а стали 45 наносили методом конденсации вещества в вакууме па пои плазменной установке "Булаг-З'Г" в атмосфере газообразного азота Толщину' покрытия варьировали в пределах З..Л5 мш. Испытаниями на СР выявлены лучшие заданные свойства покрытий из нитрида тит на по сравнению с плазменными покрытиями из молибдена, хрома, циркония, алюминия. Оценку состава мелкодисперсных фаз переходных слоев покрытия из нитрида титана проводили на электроннозон довом микрорентгеноснектральном анализаторе "САЩВАХ". Гезульта ты исследования позволили рассчитать толщину переходной золы ("1,6.,.3 мкм) и предположить наличие четырех переходных зон: нитрид титана, титан, карбид титана, обезуглероненный слой желе за, возникновение которого связано с диффузией углерода аз стал ной подлога® в покрытие, содержащее карбидообразукщий элемент -титан. В процессе оштко-прошаленных испыташй шаровые трехдюй мовые краны со сферическими. пробка!«!, покрытыми нитридом титана наработали в сероводородсодеркащеК среде необходимые, обутугавлс ные опытом эксплуатации задорно-регулирующей арматуры ОПСМ, 101 циклов "открыто-закрыто", что подтверждает результаты лаборатор ной экспресс-оценки защитных свойств покрытий.

Исследование стальных образцов с полимерными покрытиями., предлагаемыми рядом ЕШ для защиты оборудования, контактирующее с сероводородсодорхсащиш средами, проводили в лабораторных и пр мысловых условиях. Согласно результатам лабораторных испыташй высокими защитил,ш свойствами обладают полиуретановое покрытие ; кошозиция ЭФК-1, хорошие защитные' свойства имеет композиция. ЭфК-2. Однако в промысловых условиях при воздействии конденсата композиция ЭФД-1 отслаивается от металлическом поверхности, а а пдучшшИ свойствами обладает композиция ЭФК-2. Опытно-прог/дален-ныв испытания емкостей удаления кислых вод, защищенных полиэфир; ретановьы покрытием я кошоззддей Э-Ж-2, подтвердила высокие за-

итные свойства этих покрытий. Анализ результатов исследований ащигных своПств покрытий о использованием в качестве критерия птимиэации функции желательности Харрингтона, в которой параметр У = 0,24""*"^'=""6 для металлических покрытий и у = - 6

ля полимерных, позволил классифицировать покрытия по защитным войствам при СР сталей (табл. 2 ). '

Одним из наиболее эффективных способов повышения надежности борудования и трубопроводов является применение ингибиторов эррозии. Металлические конструкции, контактирующие в процессе ксплуатации с коррозионными средами, находятся под действием зтаточных и рабочих напряжений, поэтому ингибиторы должны эамед-ять не только общую и язвенную коррозию,.но и коррозионное рас-рескивание металлов. Защитные способности ингибиторов КР опреде-яют в условиях нагружения образцов различными методами. Традици-нные методы определения эффективности ингибиторов связаны с не-Зходимостью извлечения образцов из коррозионной среды и после-уюцим разрушением их на воздухе, характеризуются низкой стабиль-эс.тью результатов, т.к. за время между коррозионными и механи-эскими испытаниями происходит изменение свойств материала, не-знтролируемое от образца к образцу. Кроме того, эти методы не зэволяот оценить степень ингибиторной защиты в процессе КР. Эти эдостатки отсутствуют при определении защитных свойств ингиби-зров КР медленным растяжением образцов. Степень защиты отечест-зннцх и импортных ингибиторов, рекомендуемых для сероводород-эдеряащих нефтегазовых месторождений,определяли поформуле:

% = _с__. 100 % 1 (Г6 )

*Г ~ Г с

;е У - относительное сужение металла образцов, опре-

_ деленное на воздухе по ГОСТ 1497-84; 1р с и с - среднеарифметические значения относительного сужения пяти идентичных образцов, разрушенных в неингибироЕанной и ингибированной коррозионной среде соответственно.■ » защитные свойства ингибитора оказывает влияние его концзнтра-1я и режим течения коррозионной среды. Установлено, что степень щиты ингибиторов, как правило, меньше при ламинарном потоке, ¡м при турбулентном, вследствие преобладания активной адсорбции I счет диспергирования ингибиторов над эффектом смывания их мо-жул с защищаемой поверхности. Промысловые испытания при № об-

Таблица 2

Классификация покрытий по защитным свойствам при СР сталей

Вид покрытий

^ Степень защиты, 2. » %

} Материал и основные . | параметры | щиты,

Цинк + хром + г/о 1153 К и отп. 873 К ;

, Качеств 1 оценка I св-в

Диффузионные

1§73 й? паРовой $азы

Хром шликерный метод 1273 К, т/о П53 Г+ + отп. 873 К;

Хром обмазка в шамоте 1273-К ;

Алюминийхром

Цинкование

Алитирование

Хром + Алюминий

43,6 40,9

Высокие Высокие

30,4' -Хорошие

Гальванические

Кадмий + титан

Цинк

Хром

Ионно-плазменше

Нитрид титана Молибден Гитан • Хром Цирконий Алюминий Нитрид циркония Нитрид молибдена Нитрид алюминия Нитрид хрома

25,5 20,5 17,0

32.2

19.3 7,9

9.6

14,3 13 О Ю'б 8,В

7.4 6,6

4.5

3.7 3,2

Удовлетв. Низкие

Низкие

Хорошие Низкие

Пиролитические 753 К

Химические 723 К

Полимерные

мое С г в Л'Нд 29,7 Хорошие

мое Сг в Аг 9,2 Низкие

Азотирование + МОС Сг в 7,0 _ и _

/ун3

Ыс + Со + Р 26,0 ' Удовлетв.

м- + V/ + Со + Р 25,5 Удовлетв.

м- + Р 17 Низкие

Иолиэфирурётановые — Высокие

Эпсксидно-фенольно-каучук. 68,6 Высокие

Эпокс идно-бакелито вые 56,3 Удовлетв.

эазцов в условиях ЛГКМ показали, что защитные свойства ингибиторов ВИС1Ю-904 ЛЧК и СЫШ1ГАЗ-9В в сухом сероводородсодеркащем raje находятся на одном уровне, тогда как во влажном газе и в лабо-■>аторной среде/VACE СЕКАНГАЗ-9В имеет низкие свойства. Разработанная с использованием в качестве критерия оптимизации функции селательности Харрингтонп классификация ингибиторов (табл. 3 ) звидетельстпует о том, что отечественные ингибиторы по оффектив-юсти защиты не уступают зарубежным аналогам и могут успешно при-«еняться для защити промыслового оборудования.

§_33S2ü_E5äSS ("Анализ работоспособности оборудования серо-юдородсодержощих месторождений") представлена модель неустойчи-юго развития водородных расслоений и изложена методика прогнози-ювания работоспособности конструкций с расслоениями.

Анализ коррозионного состояния оборудования показал, что )дним из основных видов коррозионных повреждений стальных кон- ' ¡трукций являются водородные расслоения (DP). При профилактически обследовании конструкций, бывших в эксплуатации и имеющих участки с ВР^ важно выделить такие области, которые наиболее опас-ш - определяют состояние предразрушения. С этой целью разработа-ia методология анализа развития ВР, основанная на следующих поло-:ениях. ВР трубопроводов и аппаратов располагаются в основном па->аллольно поверхности листовой стали вдоль сульфидных, оксисуль-:идшх и др. включений, которые со многом определяют геометрию тсслоений (размеры в сечении и в плане), т.к. ЕЕ^ зарождаясь на iTitx включениях,развиваются по их скоплениям. Образование и раз-:итие ВР происходит за счет накопления атомов водорода на некоге-ге'нтных границах матрица-включение, его молизации и создания вы-:оких давлений в образовавшихся полостях. В сечениях нормальных юверхности листа расслоения реальных конструкций имеют вид щели. !х развитие определяется главным образом давлением водорода, ко-•орое может в десятки раз превышать рабочее давление коррозион-юй среды, создающее напряженное состояние ( НС ) по принципу 'суперпозиции" накладывающееся на НС, вызванное давлением моли-ованного водорода.

Система материал-среда характеризуется наличием некоторого юрогового уровня коэффициента интенсивности напряжений (£ -■ для остроконечных расслоений или порогового напряжения <3"2ц-• для притуплённых ВР. При значениях Kj, изменяющихся от ^isoc [о Kjq, происходит медленный устойчивый рост трещин. В механике

Таблица 3

Классификация ингибиторов сероводородного растрескивания

г----г------------

, №№ } Ингибитор

I пп I

[ Степень защиты ] Качественная опенк, 2 , ? | защитных свойств

1. Каспий 4

2. Травис В4

3. Нефгехи^ 3

4. И-З-ДМ

5. И-6-ДП

6. виско ш/ак

7. И-5-ДП .8. Каспий 2 9. Нефтехим I

10. Тенгиз 40

11. Травис СЗ

12. Ифхангаз - I

13. Корексит 7802

14. ГИГК - 4 '

15. ИКОТ .

16. ИФХАНГАЗ' -

17. И-1-Д-1

18. И-21-Д-1

20.

II

Бактирам 3084 Травис А5

21. ИКБ-2-2 22» ИХП

23. РРТ-З

24. Виско 90441

~25Т~Й-25-ДМ

26. Викозолин

27. ЙКБ-4Т1

28. Секангаз - 9В

29. И 122 - 86

81 79 78 74 71 71 69 68 66 66 66 65 65 63

~бГ 60 60 58

Высокие

56 55

53 50

46

~45~ 36 33 31 20

Хорошие

Удовлетворитель ные

Пониженные

Низкие

зрушения, как правило, проводится анализ поведения трещины до лента окончания ее устойчивого развития и предполагается, что наступлением стадии неустойчивого роста нарушается работоспо-йность конструкции. Одна^ при анализе неустойчивого роста ВР, отекающего мгновенно, следует иметь в виду, что давление молизо-нного водорода Р в них уменьшается, тогда условия ^ я Кщ или 5*^ =» 6*1С определяют начало развития, а не сам его процесс и лгоотся необходимыми, но не достаточными для лавинообразного рг.з-гия, так как в процессе роста ВР К]- или <3*2 могут уменьшаться.

При анализе результатов взаимодействия нескольких параллель-х ВР при внутреннем давлении Р принимали следующий критерий не-гойчивого роста расслоений. Полагали, что указанный рост проходит, когда для некоторого С -расслоения с наибольшим значе-гм параметра НС выполнено условие его страгивания, т.е. удовлет-рен локальный критерий К(||ах « Кс. Параметром К может быть как »ффициент интенсивности напряжений ^ (для остроконечных рас-зений), так и наибольшее нормальное растягивающее напряжение ©х к я притуплённых ВР). Тогда неустойчивый рост ВР определяется и условии максимальным приращением характерного

нвйного размера , для которого выполняется неравенство:

^ ° >

пи при этом значений К других В? превысят исходное значение , то возможно приращение нескольких расслоений, их соединение аду собой или с контуром конструкции.

Прогнозирование последствий взаимодействия ВР выполняли спо-5ом "продвижения" расслоений. В процессе "роста" при моделиро-яии длина ВР увеличивается на конечную величину, при этом давние в замкнутой полости расслоения уменьшается за счет увели-пия ее объема. Однако,уменьшается и расстояние между -расслоз-ями при их росте, в результате усиливается взаимодействие между «и и возрастает параметр К. Это условие, представленное нера-•ютвом { {7 ), приняли за критерий неустойчивого состояния об-;ти ВР. В результате анализа выделяли такие области, для кото-< характерно неустойчивое развитие ВР, их слияние, что и приво-г к снижению надежности конструкций, как только давление водоро-Р в полости расслоения достигает критического значения Рс. дтывая сложность контроля за внутренним давлением Еодорода в зплошностях материала, условие страгивания ВР использовали в

неявном виде, г.е. не определяли количественно величины Рп. Раз витие ВР оценивали, сравнивая КС при "продншрнии" расслоений.

Разработана программа анализа на ЗВУ неустоПчирого развита БР и определены геометрические параметры взаимодействующих расслоений при неустойчивом развитии. Результаты оценки предельног равновесного состояния области с расслоениями является следствк не абсолютного анализа НС, а относительного сравнения различных НС области с ВР и сопоставления расчетных и экспериментальных д ных наблюдений поведения ВР натурных конструкций. Установлено, что развитие изолированного расслоения в срединных слоях с исхс ной длиной 22,67/^ £ Л - толщина стенки конструкции) неустойчиво и завершается Т-образным вскрытием этих, полостей из-за растрескивания со сторону контура к центральной части расслоени Под центром расслоения Р г 2,67/4 в приповерхностной зоне становится возможным образование и развитие мелких ВР. Для раз в тия расслоений с исходной длиной £ от значений / = /г до к тического значения 2,67^ требуется дополнительный приток водор да в количестве менее I % от соответствующего условию страгиган расслоения длиной £ =/) .В отличие от срединных слоев при развитии расслоений в переферийных слоях критическая длина ВР м жег быть значительно меньше 2,67// . Взаимодействие центральны БР с мелкийи поверхностными дефектами, приводящее к слиянию рас слоения с дефектом происходит тогда, когда вершина дефекта нахо дится под центральной частью и удалена на расстояние не более 0,8 £ , т.е. рассматриваемое взаимодействие зависит как от глу ны поражения стенки поверхностным дефектом, так и от параметров их взаимного расположения. В группе расслоений локализованным я ляется расслоение, отстоящее от другого ВР по горизонтали больше 12 мм или по высоте сечения больше & . Расслоение неустойчиво взаимодействует вплоть до слияния с другим ВР, если они отстоят друг от друга по горизонтали меньше 2...12 мм ( в зависимости с / ) и по толщине стенки меньше (0,8...1,0)/ .

Предложена графическая экспресс-оценка размеров области взаимодействующих расслоений (ОВР) в любом сечении, нормальном ; верхности конструкции, и определены допустимые размеры ОВР. Раз' работана методика прогнозирования работоспособности конструкций при которой на основании результатов УЗД устанавливают границы ВР и местоположение их по высоте, оценивают степень поражения оборудования и формируют области изолированных расслоений и ОВР

учетом определенной периодическим контролем средней скорости звития расслоений выполняют экстраполяцию траекторий развития сслоений вплоть до образования предельных состояний с расчетом • времеии. В дальнейшем остаточный ресурс уточняется повторени-I расчетов на основе результатов последующего контроля.

Анализ развития расслоений в натурных конструкциях, контак-рующих с сероводородсодержащими средами, а также другие данные риодического контроля коррозионного состояния металла оборудо-ния, подтверждают результаты экспресс-оценка поведения ВР. Про-денные исследования позволили уточнить определение "изолирован-е водородное расслоение" и оценить предельные геометрические раметры расслоений в группе ВР оборудования нефтегазовых серо-дородсодержащих месторождений.

В_шестой_главе ("Ремонтопригодность и технология ремонта орудсвания сероводородсодержащих месторождений") приведена ме-дология оценки свариваемости .бывшего в эксплуатации металла, ияния наводороживания и режимов технологии ремонта на свойства арных соединений, описана технология ремонтных сварочно-монтаж-х работ.

При ремонте металлоконструкций из феррито-перлитных оталей, «тактировавших с сероводородсодержащей средой, возникает пробна получения качественного сварного соединения, вследствие на-щения поверхности серой и наводороживания металла. Ремонто-игодность сварных конструкций определяется свариваемостью ме-лла, характеризующей его реакцию на физико-химическое воздей-вие процесса сварки и включающей пригодность металла к сварке, дежность и экономическую целесообразность сварки. Одним из авных показателей свариваемости является сопротивление замед-нному разрушению при сварке, т.е. образованию холодных трещин, адиционные методы пригодны лишь для сравнительной оценки сва-паекости материалов и не определяют запас технологической пролети, поэтому для экспресс-оценки влияния сероводородсодержа-;х сред на свариваемость сталей использовали метод "имплант" ¡етод вставок). После 1500 ч выдержки стальных образцов в среде /АСЕ на них наносили винтовой надрез, обеспечивающий концен-ацию напряжений и благоприятные условия для образования холод-ос трещин при статической нагрузке. Затем образцы устанавливали отверстие стальной пластины и на оптимальном режиме наплавляли екгродами Шварц ЗК валик. Нагрузку к образцам прикладывали в

интервале температур, при которых образуются холодные трещины. Путем последовательного снижения нагрузки определяли величину критических напряжений в образце-вставке, при которых не настул ло разрушение в течение 24 часов. Результаты испытаний показали что критические напряжения для сталей I категории прочности составили: сталь 20 - 50 %, 09Г2С - 29,7 %, 20Ш - 29,4 % от предела текучести; для стали П категории прочности (09СГ2НАБЧ) -

- 19,5 % В состоянии поставки, т.е. стали но контактировали с сероводородсодержащей средой, высоким сопротивлением о разованию холодных трещин при сварке обладает сталь Ш-категории прочности (09ХГ2НАЩЦ), у которой критичэские напряжения состав ляют 78'$ (р0 2 , у стали 09ХГ2НАШ - 76 % <3"0 2 и стали 20 -

- 70 % ©" ф 2 • Ухудшение свариваемости сталей после их контакта с сероводородной средой объясняется увеличением поступления водорода при сварке этих сталей из наводороженного основного металла в околошовную зону, кроме того в этих условиях с повышени прочности стали возрастает ее чувствительность к концентрации н пряжений. Кроме водорода на свариваемость, работавшего в серово д'ородсодержащей среде металла, оказывает влияние содержание в н серы. Наличие в металле серы и сульфидов способствует также обр зованию горячих трещин в процессе кристаллизации металла шва. К показали металлографические исследования, металл оборудования на технологических линиях,'где рабочие температуры достигают 1200° (трубные пучки реакционных печей, реакторы, теплообменники, зме евики), содержит до 2 % серы на глубине до I мм. Поэтому при оп ределений ремонтопригодности таких металлоконструкций особенно важна оценка сопротивления материала образованию горячих трещин при сварке. После шестимесячной выдержки заготовок из трубных сталей в условиях работы сернистой ямы 0ГПЗ проводили их испыта ния на склонность к образованию горячих трещин по методике МГГУ им. Н.Э. Баумана. Для этого сваривали образцы в условиях принудительного растяжения металла шва в процессе его кристаллизации При этом скорость деформации, определяемую по относительной ско рости перемещения захватов испытательной машины, увеличивали от образца к образцу до критических значений, при которых появляли горячие трещины. Для получения идентичных термодеформационных циклов испытуемого участка шва сварку проводили с неизменной ве личиной погонной энергии дуги для различных марок сталей (сталь 20, 09Г2С, 20Ш, 09ХГ2НАШ, 09ХГ2НАБЧД), содержащих одинаковое количество серы. Следует отметить, что прямой связи критической

-За-

короти с величиной погонной энергии в данном случае не наблюда-тся. Эти стали обладают низким сопротивлением образованию горних трещин, что объясняется непрерывностью пленки легкоплавких клячекий по сеченкп шва, попавших в него из основного металла ри перемешивании жидкой ванны. В исследованных сталях трещины вы-ываются только жидкими межкристаллитными пленками сульфидного про-схождену.я, т.к. жидкие сульфида значительно лучше смачивает тве-дые железо и сталь, чем жидкие силикаты. В этом случае контакт езду кристаллами имеет место лишь в отдельных узких перемычках, в отсрых возникают большие растягивающие напряжения, повышающие клонность металла ива к развитию горячих трещин, и сварные соеди-ения обладают низкой технологической и эксплуатационной прочно-тью.

При выборе режима ремонтной сварки необходимо стремиться ог-аничивать содержание серы на возможно более низком уровне, йзве-хные методы десульфирования сварочной ванны применением голых пектродов, электродов с покрытиями фтористо-кальциевого или руд-экислого типов дают положительный результат лишь при относительно алом превышении над нормативным содержания серы. Для более пол-эго и эффективного удаления серы из металла и благоприятного рас-эеделения оставшейся ее части в сварочной ванне применили низко-гмпературный плазменный переплав, обеспечивающий испарение серы 5 нагретой до температуры кипения С 2500 - 3000°С ) стали и выяснение ее атомами защитного газа (аргона), которые гораздо тя-элее атомов серы£ на переферио плазменной дуги с температурой 300 - 1000°С, где атомы серы соединяются с кислородом в ^0^ ,

и удаляются из зоны реакции в атмосферу. Оценка влияния Разменного переплава на стойкость против образования холодных и )рячих трещин сварных слединений, бывших в эксплуатации стальных жструкций, показала увеличение их технологической прочности бо-. зе чем на 50 % от исходного состояния.

Известно отрицательное влияние наводороживания на коррозион-д> стойкость сталей. Однако, в последнее время в качестве мето-)в повышения сопротивления КР отдельными исследователями предла-штся способы повышения надежности оборудования и трубопроводов, >нтактируодих с сероводородсодержащими средами путем их предва-ггельного наводороживания. Результаты проведенных нами совмест-> с ЦКЕН и ВНИИСТом испытаний стали 20 и сварных соединений сеи-¡тельствуит об отсутствии положительного эффекта предвари-;льного наводороживания на сопротивление стали и сварных сседи-

нений СР. .При наличии в сварных соединениях концентраторов на! жений, которые, как показал опыт эксплуатации сероводородсоде] жащих месторождений, является одной из основных причин потери работоспособности сварных трубопроводов, дачсе кратковременное наводороживание С 5 часов в среде /VAGE ) снижает надежность сварных соединений.

Реконструированный участок трубопровода эксплуатируется i дальнейшем совместно с примыкающими к нему участками, вырабогг шиш до ремонта определенную часть своего ресурса. Оптимальна; технология предусматривает обеспечение при меньших затратах с; ка службы отремонтированного участка трубопровода не -ниже дол1 вечности соседних участков. Учитывая существующие технологии i опыт ремонта трубопроводов^ ОГКМ подготавливали сварные стыки f вых труб с бывшими в эксплуатации с применением различных вар1 антов технологии. Механические испытания сварных соединений не вых труб с проработавшими более. 5 лет на ОГКМ не выявили энач! мого влияния технологии сварки на характеристики бездефектных сварных стыков. Снижение механических свойств сварных стыков, лученных при наличии внутри свариваемых труб сероводородсодеря щего газа^обусловлено образованием дефектов в корне шва. Соде^ жание водорода в металле труб, бывших в эксплуатации, более че в 3 раза превышает металлургическое. Предварительный 30-минутг подогрев кромок этих груб до температуры 473 К приводит к умеь шению в 1,7 раза содержания водорода в стали. Электрохимически исследованиями установлено, что наименее стойкой является зона . термического влияния сварных соединений, где наблвдается макси мальвдй ртрицательный потенциал. Участки с наибольшими и наименьшими отрицательными электрохимическими потенциалами соотве ствуют примыкающим друг к другу зонам, поэтому возможна^наряду усиленным локальным растворением зоны перегрева, интенсификация процессов наводороживания в рядом расположенной зоне сплавлени Коррозионная стойкость сварных соединений, полученных без подо грева и послесварочной обработки, ниже стойкости'основного металла труб и сварных соединений, бывших в эксплуатации на ОГКМ Низкая стойкость сварных соединений, полученных при наличии внутри свариваемой трубы сероводородсодержащего газа давлением до 500 Па обусловлена наличием дефектов сварки. В дефектных сварных соединениях коррозионные трещины зарождаются от дефект а в качественных - в зоне термического влияния со стороны стал , бывшей в эксплуатации. Проведенные исследования позволили закл

чить, что да обеслечетш необходимой в условиях воздействия се-роводородсодорзэди срод работоспособности ремонтных сварных соединении, концы свар;шао1.п!Х труб всех диаметров перед началом сварки на расстоянии 150 мы от торцов необходимо подвергать 30-шшут-иому подогреву до температуры 473 К для стыков из стали. 20 и до температуры 573 К для композиционных стыков сталь 20 + 12ХШФ". С целью исключения влишшя сварочного нагрева на поведение коррозионных поранений в металле на расстоянии не мэнее 30 ш от сва- ■ риваомых кромок не долило быть водородных расслоений, а также, недопустимых дефектов, регламентированных техническими условиями на поставку металла конструкции.

Содержание сероводорода в газе и конденсате обусловливает специфику технологии ремонта свариых конструкций, контактирующих с сероводородсодержащимп средами, С целью уточнения толщины «тен-Kii, выявления в могалло дефектов л выбора места резки ремонтируемые участки обследуют ультразвуковыми толщиномерами. Терновую резку проводят газом, плазмой или с примененная труборезов кольцевых кумулятивных. При резке металлов взрывом достигается большая скорость резки, высокая надежность процесса и возможность дистанци-oHiioro управления им с любого расстояния. Однако, импульсное на-грузеешш приводит к изменения иапряаенно-дауормировшшого и структурного состояния металла. Исследованиям! концов труб из стали 20 после разки взрывом но обнаружено изменений в структуре и дефок-тности бившего в эксплуатации на 0ГК»1 металла, расположенного за зоной интенсивного импульсного кагрукешщ Сболее 30 мм от кро:лки роза ) . Отключение ремонтируемого участка трубопровода по традиционно:! технологии предусматривает вырезку в трубопроводе двух технологических отверстий. Выход через технологические отверстия газа, содержащего шогце активные компоненты, в том чделе сорово-дород, дахе прз давлешш 200-500 Па приводи? к загряз ненж окру-лсалцсй среды и ьежст увеличить вше допустимой нормц концентрацию сероводорода в зоне проведения ремонта. При заварке технологических отверстий с помощью заплат под •газом без подкладных колец <сварка трубопроводов для сероводородсодврЬ&ш сред с лод-кладншш кшгь»51а не допускается ) дозыозю возадерааалгио стад-ла ива; з корне ива, как правило, возжжаэт до^скх-ц, яахо&лэ су-дествеино ешьаз? стойкость сзауямх соеджопк.". в сорозадо^хуео-дергащк средах. Кроме того, продольное лзц заплат кахо„;дгсг. цвЕсхвави tíai&aef. атэасакюстл те;,: полаыегцо ал::

¿ольцевые два, что уватичпзает вероятность ::о1\;оз;:с;лсго разруио-

ния этих швов. Поэтому была отработана технология ремонта на т{ . бопроводах, транспортирующих сероводородсодержащие среды, при } торой отключение ремонтируемого участка осуществляют непосредственно в зоне проведения ремонта без вырезки технологических с верстий.

Сварочно-монтажные работы при ремонте проводят согласно Р 430-81 с применением предварительного подогрева свариваемых I-мок и сокращенного режима послесварочной обработки в соответси с Р 4П-81. Дня исключения дефектов, являющихся инициаторами се водородного растрескивания сварных конструкций, представляется лесообразным повысить эффективность предпусковых испытаний. Пре пусковые испытания отремонтированного участка трубопровода регл . ментируется нормативными документами проводить в течение 6 часо на давление 1,1 от максимального рабочего давления для данного участка. Подъем давления выше рабочего в трубопроводах ОГКМ свя со значительными трудностями, кроме того такие испытания не отр жают условий эксплуатации данных трубопроводов. Анализ зксплуат ционных нагрузок в промысловых трубопроводах показывает, что да ление изменяется с амплитудой до 10 % от номинального значения, вследствие колебания температуры и давления транспортируемой ср да, а также геометрической неоднородности внутренней поверхност трубопровода. Присутствие переменной составляющей рабочих напря ний в металле трубопровода усугубляет действие дефектов и сущес венно снижает стойкость против сероводородногр растрескивания сварных стыков труб. Учитывая, что в процессе ремонта выполняет как правило, не более 2-6 сварных стыков, расположенных недалек друг от друга, для повышения эффективности контроля качества це сообразно в процессе предпусковых испытаний применять акустоэми сионный неразрушающий контроль отремонтированного участка трубо провода. Испытания следует проводить путем нагружения трубопров да на давление 0,9 рабочего, а затем сброс давления до 0,8 рабо чего с последующим подъемом его до 1,0 рабочего и выдержкой при .каждом значении испытательного давления не менее 15 мин. Такой цикл нагружения позволит приблизить условия испытаний к эхсплуа тационным и выявить эффект Кайзера, заключающийся в том, что в бездефектном трубопроводе при повторном нагружении акустическая эмиссия возникает лишь ори напряжениях больших предпоследнего максимального нагружающего напряжения.

Разработанная технология прошла опытно-промышленное опробо * вание и в настоящее время широко применяется при ремонте аппара

эубопроводов газокоцденсатных серсводородсодержащих мосторожей.

ОСНОВНЫЕ вывода И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Установлено, что основными причинами повреждений НКТ, де-зй и аппаратов является язвенная коррозия, фонтанной арматуры -зроводородное растрескивание, крановых узлов - потеря герметич-ги, трубопроводов - сероводородное и водородное растрескивание; отом аппараты, проработавшие 8+10 лет, подвержены интенсивно-водородному растрескиванию.

2. Построена регрессионная модель язвенной коррозии аппара-

, дающая возможность оперативно в автоматизированном режиме (в темах АСТПП и АСУ) определять глубину язвенной коррозии приые-эльно к конкретному аппарату. Предложена Модель сероводородно-растрескивания сталей, согласно которой зарождение и развитие эводородного растрескивания происходит за счет молизации водо-а не только на границах раздела матрица-неметаллическое вклю-ю, но и з островках границ с плохим сопряжением кристалличес-решеток смежных зерен с последующим разрушением островков ниц с хорошим сопряжением решеток смежных кристаллитов.

3. Созданы методика и оборудование для экспресс-оценки сопро-яения материалов сероводородному растрескиванию и определения активности противокоррозионных мер, позволяющие в 10+30 раз ратить время по сравнению с традиционными испытаниями на кор-ионное растрескивание. Предложены неразрушаадие способы конгро-коррозионного состояния металлических конструкций, основанные методе аннигиляции позитронов - для оценки микродефектности пей и сварных соединений и на эффекте контактной разности по-циалов - для определения величины потока водорода, проходящего эз стенку оборудования, контактирующего с сероводородсодержа-. я средами.

4. Разработана методология классификации сталей по.-сопротив-ию сероводородному растрескиванию, а также классификации защи-£ покрытий и ингибиторов по эффективности защиты сталей от се-эдородной коррозии. Она дает возможность оценить целесообраз-гь применения существующих и вновь созданных материалов для этовления и защиты сварных конструкций сероводородсодержзщих горождений. Установлены корреляционные зависимости, позэоляю-

по результатам лабораторных испытаний определять согтротивле-сталей сероводородному растрескивания в натурных условиях.

5. Разработан расчетно-экспериментальный метод прогнозирования работоспособности оборудования в условиях наводороживания и оценки предельного состояния сворных конструкций с водородными р{ слоениями, позволяющий определять области водородных расслоений, недопустимые для дальнейшей эксплуатации трубопроводов или аппар{ гов.

6. Оценена ремонтопригодность материалов, бывших в эксплуатг ции на месторождении с сероводородом, и разработана технология сварочно-монтакных работ, обеспечивающая возможность получения сварных соединений не уступающих по коррозионно-механическим сво! ствам основному металлу. Проведение ремонтных работ на трубопровс дах ОГКМ подтвердило эффективность предложенной технологии, при этом на 40 % сокращаются сроки выполнения работ и длительность о< тановок трубопроводов по сравнению с традиционной технологией.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

• I. Перунов Б.В., Кушнаренко В.М., Яковенко В.Ф. Оптимизация режима отпуска сварных стыков трубопроводов // Сварочное производство. - 1978. - №6. - С. 44-45.

2. Перунов Б.В., Кушнаренко В.М., Пауль А.И., Яковенко В.Ф. Повышение надежности строительства трубопроводов для транспорта с< роводородсодержащих сред // Строительство трубопроводов. -1981

- №7. - С. 21-22.

3. Кушнаренко В.М., Перунов Б.В., Холзаков Н.В. и др. Ремонт тру' бопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды // Газовая промышленность. № - 1981. - №11. - С. 9-П.

4. Перунов Б.В., Кушнаренко В.М., Пауль А.И., Яковенко В.Ф. Техника испытаний на коррозионное растрескивание // Физико-химическая механика материалов. - 1981. - №6. - С. 104-105.

5. Перунов Б.В., Кушнаренко В.М., Пауль А.И. и др. Рекомендации по технологии послесварочной обработки стыков трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие продукты.' Р-4П-81.

- м;: ВЩ1ИСТ. - 1981. - 25 с.

6. Перунов Б.В., Кушнаренко В.М. Повышение эффективности строительства трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащи среды, - М.: Информнефтегазстрой. - 1982. - ЕЫп. II. - 45 с.

7. Кушнаренко В.М., Перунов Б.В., Мазель А.Г. и др. Руководство по производству ремонтно-восстановительных работ на действующи

трубопроводах, транспортирующих сероводородсодержащий газ. P-430-8I. - М.: ВНШСТ. - 1983. - 23 с.

3. Купшаренко В.М., Стеклов О.И., Бочкарев Г.И., Уханов B.C. Обследование коррозионных поражений металлических конструкций Оренбургского газохимического комплекса // Коррозия и. защи^ та п нефтяной промшленности. - 1983. - № 8. - С. 8 - 9. Кушнзреико В.М., Холзаков II.В. Пути повышения эффективности ремонта трубопроводов // Газовая промышленность. - 1984.

- It I. - С. 16 - 18.

Э. Кукпаренко В.М., Перунов Б.В., Яковенко В.Ф. Электрохимическая гетерогенность сварных соединений трубных сталей в серо-водородсодержащих средах // Физико-химическая механика материалов. - 1985. - № 3. - С. 93 - 95.

1. Перунов Б.В., Купшаренко В.М., Яковенко В.1>. Предпусковая диагностика трубопроводов для повшенпя их надежности на се-роводородсодержацих месторождениях. Материалы международного симпозиума "Диагностика трубопроводов - 85", Совинцентр, ЩЕП. - С. 192 - 200.

2. Нушнаренко В.М., Стеклов О.И., Уханов B.C. Установка для уюррозионно-механических испытаний. // Заводская лаборатория.

1985. - № 10. - С. 90 - 91.

3. Куанаренко В.М., Ильичев Л.Л., Пксьпенпк С.П., Уханов B.C. Защитные свойства покрытия из нитрида титана в сероводород-содержащих сардах // Защита металлов. - 1986. - !? 5. - С. 811 - 813.

4. Ieaico* I.P.,Xiigachev А,В.,Kuobnarenko V.U. э tal. Inoreoaed Microhnrdneas, Woar Resístanse and Corroalte Hofllotanca of Metala and Alloya Exposed to HPIB.-jSbatracta. International Conference of Energy Pulae and Partical Boan Modification of Materials. Stop 07. September 7-11, {iresdan, GDR. -p. 3.23.

5. Воробьев С.А., Погребняк А.Д., Купшаренко В.М. и др. Контроль структурно-физического состояния сЕарных соединений методом аннигиляции позитронов IJ Дефектоскопия. 1986. - 9.

- С. 92 - 94.

5. Кушнаренко В.М., Стеклов 0.1!., Холзаков Н.В. Ремонт нефтегазовых металлоконструкций, контактирующих с сероводорсдсо-дертащими средами. - 'Л.: ВЖИСЭНГ. - 1986. - 62 с.

7. Гутман Э.?Л., Антонов В.Г., Кулнаренко З.М. и др. Методика ускоренных испытаний сталей на стойкость против сгрсводородного растрескивания при ггостоганоГ: скорости деформ-.грован'ля.

- М.: ВНИИГАЭ. - 1987. - 19 с.

16. Иванов В.Ф., КушнареиюВ.М. Использование метода вставок nj оценки свариваемости конструкционных сталей, бывших в эксш атации в сероводородной среде //Тр. МИНГа им. И.М. Губкинг

- 1987. - Вып. 196. - С. 94 - 100.

19. Кушнаренко В.М., Мазель А.Г., Холзаков Н.В. Коррозия и зазц конструкций в сероводородсодержащих средах газоконденсатно! месторождения // Защита металлов. - 1987. - № I. - С. 115—]

20. Климов М.Ш, Кушнаренко В.М., Холзаков Н.В. К определению

. области катастрофического взаимодействия трещин.' // Изв. вз зов.Строительство и архитектура. - 1987. - № 4. - G. 19 - ;

21. Кушнаренко В.М., Стеклов О.И., Климов М.И., Холзаков Н.В.

К прогнозированию развития расслоений в конструкциях при нг водороживании // Физико-химическая механика материалов.

- 1988. - № I. - С. 98 - 100.

22. Кушнаренко В.М., Стеклов О.И., Гутман Э.М. и др. Метод ист таний на коррозионное растрескивание с постоянной скоросты деформирования. Р 50-54-37-88, - М.: ВНИИША1И Госстандарта

' СССР, 1988. - 20 с.

23. Еугай Д.Е., Гетманский М.Д., Кушнаренко В.М. и др. Методик; определения степени защиты сталей ингибиторами от коррозио! механического разрушения в сероводородсодержащих минерализ( ванных средах. РД 39-0147103-324-88. - Уфа: ВНИЙСЛТнефть,

1988. - 25 с.

24. Кушнаренко В.М., Кемхадзе Т.В., Румянцева Е.Л., Уханов B.C. Оценка эффективности ингибиторов сероводородной коррозии с. лей //.Защита металлов. - 1988. - №' 5. - С. 867 - 870.

25. Кушнаренко В.М., Гетманский М.Д., Бугай Д.Е. и др. Ингибирс вание коррозии и коррозионного растрескивания нефтепромысле вого оборудования в сероводородных средах. - М.: ВНШОЭНГ,

1989. - 60 с.

26. Кушнаренко В.М., ГринцовА.С., Оболенцев Н.В. Контроль взаимодействия металла с рабочей средой 0ГКМ. - М".: ВНШЭгазщ 1989. - 49 с.

27.'Кушнаренко В.Ы., Перунов В.В., Фот А.П., Уханов B.C. Устан< ка КМУ-3-2 для испытаний в натурных условиях // Заводская лаборатория. - 1989. - № 7. - С. 85 - 87.

28. Кушнаренко В.М., Романов В.В., Филиновский В.Ю. и др. Мето; определения защитной способности металлических покрытий.

Р 54-275-89. - П.: ВНИШАШ Госстандарта СССР, 1989. - 23 i

Иуишаренко В.М., Климов ¡.1.И., Уханов B.C. К методам оценки сопротивления материалов коррозионному растрескиванию // Заводская лаборатория. - 1989. - Л 10. - С. 59-62. Кушаренко В.М., Кшшов М.И., Холзаков Н.В., Миргородский И.Ф. Оценка предельного состояния конструкций с водородными, расслоениями // Физико-химическая механика материалов.

- 1090. - Jj I. - С. 7S-80.

KymiapQHKo B.i.l., Климов М.й., Ковалевская Г.П. Моделироваг-ние неустойчивого развития расслоений под действием водорода // Изв.вузов. Строительство а архитектура, - 1990, - tell;

- С. ПО - ИЗ.

Кушпарепко В.М., Гингер П.П., Поляков В.Н. Влияние водорода на коррозионную стойкость сталей. — Г.1.: ВНИИЭгазпром, 1990.

- 39 с.

Кушаренко В.М., Гетманский М.Д., Фот А.П., Епаманов Б.Д. О методах определения свойств ингибиторов коррозионного рао-трескивашш // Физико-химическая механика материалов. - 1990,

- Í 2. - С. ИЗ - 114.

Куашарекко В.М., Фот A.II., Гончаров H.I. Экспрессная оценка пороговых напряжений. // защита металлов. - 1990. - Jé 9.

- С. 1032 - 1034.

Кушаренко В.Ы., Фот А.П., Стеклов О.И. и'др. Машина МР-5-8В дал коррозионно-меосашиоскшс испытаний // Заводская лаборатория. - 1991, - & 6. - С. 60-61, •

Кушаренко В.Я., Фот A.B., Узяхов Р.Н. Оборудование для ис-питшсШ материалов в натурных условиях // Заводская лаборатория.. - 1291. -¿7, - С. 47-48.

Кушнарешсо В.Ы., Емельянов Ю.В., Романов В.В, и др. Защитные свойства полимерных покритий в сероводородсодзржадщх средах // Защита от коррозии и охрана окружающей среды, - 1991,

- J5 7. - С» II - 15.

Кушаренко В.М., Гетманский М.Д., Бугай Д.Е. и др. Защитные свойства ингибиторов сероводородного расгрескнвашш. // Защита от коррозии и охрана окружающей средн." - 1991. - :: 8.

- С. 6 - 12.

Гончаров Н.Г., Г/аз ель А.Г., Кушаренко В.:",!., Ставшенко В.Г. Сопротивление сероводородного расгрескизаниз мзталла ебоз, выполнении* различн^ти сзарочицки материалати // Сваротное производство. - I9S2. - j; 2. - С. 14 - 16.

40; А;С. 823984 СССР, Ж1Ч <5 0I/V17/00. КорроэиотшГ. зоод / Ф.Э.Герцонвиойк, В.йЛСушкарешш, Б.В.Борунов ц др. ~ Опуб/ . 23.04.81, Бол. & 15.

41. A.c. 1027585 СССР, ;ШЧ<У OLf 17/00. Способ оцет;" корроз^ онной стойкости материалов / Б.Б.Перунов, В.ы.Кушии^кгсо, . А.И.Пауль. - Опубл. 07.07.83, Б;м. 'й 25.

42» A.c. I4I23I7 СССР, Ш1Ч С ZIP 1/09. Способ обработка дадо-л1й./ О.И.Стоклоа, Л.ИДак;шов( Р.Д.Родчепко, В.Л.Соловьо: .. А.Ы.Сазонов, B.ivi.KyiHiiapefKo. - Опубл. 21.II.CS.

43. A.c. 1338903 СССР, ilül4 В08В9/04. Способ оч;:си;п трубопроводов от аздкосто." / З.й.Кушнарешсо, «.С.Садахяаов, P.II.

. Уздкой м др. - Опубл. 23.09.87., Бкм. J." 35.

44. A.c. Г392460 СССР, ¡Ж!'1 С?Ol-V17/00. Устройство жш коррозионных испытаний образцов / B.wi.Iiyiuiiapoiiso, А.П.Фот, Б.Б, Перунов, A.n.üiajcapoa. - Опубл. 30.04.88, Бэл. 16.

45. A.c. 1486538 СССР, ШЗ!4 С 22F 3/00. Способ ловшиен.и; корр< зиошгай стойкости металлов и сплавов / Д.Р.Лкйрг.-.ая, Г.2.Fi

• . пав, В.Ы.Кушнарекко и ,цр. - Опубл. 15.06.89, Бал. ^ 22.

46. A.c. 1583233.СССР, ivlül4 B23K9/I6. Способ'дутово;. обработы кегаллов / О.И.Сгеклов, А.В.Алоксеев, Р.Д.Радчснко, B.K.Ei дарчук, В.Ы.Хушлароппо. - Опубл. 07.08.SO, Bim. Jü 29.

47. A.c. I6069I4 СССР, i.KI4 © Ol/V 17/00. Установка для исслвд« вания коррозионного растресюваняя в водородоодоркаикис ср> дах / B.I.i.IiyuHapeiiKOi О.И.Стсклое, Г.Н.Узякоб, А.П.Фот, К Миргородский. - Опубл. 15.II.90, Бэл. D 42.

48. A.c. (Положительное рааенле по заявке 4790077/28 ) СССР, !Ш1Ч <л01/717/00. Устройство для испытания трубчатых обра цов / В./Л.Кушнарепко, О.И.Стсклов, В.А.Огородников, В.Г.С' вшенко.

49. A.c. (Полокительноо решение по заявке 4840138/28) СССР, ¡ЛКИ4 01N17/00. Установка для коррозюшо-межашческих : питаний / В.и,1\ушнареысо,А.11.Фог,В.С.Уханов,В,Г.Ставип10ш{|

50. A.c. (Положительное решение по заквке 4Б65016/25-094056) СССР, ff OL/V27/416. Способ опредолешш количества дц фузиоино-подвагеюго водорода в металле / В.М.Купшарепко, В.Е.Шатсрнпков, П.Б.Горзнтьев, А.А.Саш:акоз и др.

Солскгтсль Кгшаропко В.;,;.