автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.13, диссертация на тему:Оценка качества труб демонтированных нефтепроводов

Волгоградское районное нефтепроводное управление АО "Приволжскнефтепровод" Институт проблем транспорта энергоресурсов

Суханов Владимир Дмитриевич

УДК 622.692.4.004.5 УДК 622.692.4.004.6 УДК 622.692.004.67

Оценка качества труб демонтированных нефтепроводов

Специальность 05.15.13 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, без хранилищ

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель докт. техн.наук Гумеров P.C.

УФА 1999

Содержание

стр

Введение 5 Глава 1. Проблемы оценки качества и ресурса нефтепроводов............. 9

1.1. Контроль и сертификация демонтированных труб......................... 9

1.2. Структура работ по оценке остаточного ресурса труб....................15

1.3. Новые сертификационные параметры и методы оценки остаточного ресурса элементов трубопроводов.................................................. 22

Выводы по главе 1. Цель и основные задачи работы............................. 37

Глава 2. Структура восстановления работоспособности труб, бездействующих трубопроводов................:........................................................39

2.1. Демонтаж трубопроводов..................................................................39

2.2. Первичная обработка демонтированных труб..................................49

2.3. Сборочно-подготовительные операции.............................................49

2.4. Сварочно-наплавочные операции...................................................... 50

2.5. Термические операции........................................................................ 50

2.6. Контроль качества...............................................................................50

Выводы по главе 2......................................................................................51

Глава 3. Оценка качества металла труб по критериям статической прочности и трещиностойкости...................................................................... 52

3.1. Критерии оценки качества труб по стандартным механическим характеристикам........................................................................................ 52

3.2. Определене свойств металла по измерениям твердости.................... 57

3.3. Влияние формы и размеров на механические свойства трубных сталей......................................................................................................... 60

3.4. Оценка характеристик сопротивления хрупкому разрушению........ 61

3.5. Влияние размеров образца на статическую трещиностойкость....... 68

3.6. Оценка механических свойств металла по результатам испытаний образцов на ударный изгиб...................................................................... 70

Выводы по главе 3 ...........................................................................................73

Глава 4. Определение ресурса демонтированных труб..................................74

4.1. Общая методология оценки ресурса демонтированных по критериям механики разрушения........................................................................................74

4.2. Малоцикловая трещиностойкость труб....................................................79

4.3. Оценка ресурса труб по параметрам испытаний......................................83

Выводы по главе 4.............................................................................................94

Выводы по работе..............................................................................................95

Список литературы............................................................................................96

Приложения......................................................................................................107

Введение

В результате физического износа или выработки амортизационного срока службы многие участки нефтепроводов подлежат демонтажу. Только в АООТ «Приволжские магистральные нефтепроводы» по данным внутритрубной диагностики ЦТД «Диаскан» сделано заключение о демонтаже более 460 километров нефтепроводов (см. таблицу). Поэтому, чрезвычайно актуальным и практически значимым становится решение вопроса о возможности повторного использования конструктивных элементов (труб, тройников, отводов и переходников) бездействующих и демонтированных нефтепроводов. Однако, при этом возникает ряд затруднений, связанных с преодолением психологического барьера использования «старых» труб в нефтепроводном транспорте, демонтажом, оценкой качества и остаточного ресурса демонтированных по характеристикам долговечности труб и др.

Контроль качества демонтированных труб должен предусматривать проверку по геометрическим и механическим параметрам. Причем геометрические параметры могут быть разделены на две группы: отклонения от кругл ости и локальные дефекты.

Очевидно, что оценка качества демонтированных труб по геометрическим параметрам должна производиться по существующим нормативно-техническим документам (НТД) на новые трубы.

Существующие нормы контроля труб по механическим характеристикам должны существенно изменяться и дополняться, поскольку они не учитывают длительности эксплуатации труб. Кроме того, методы определения остаточного ресурса демонтированных труб должны базироваться на фактических механических свойствах и временных критериях разрушения. Оценка фактических механических характеристик затрудняется в связи с необходимостью проведения большого объема контроля (диагностики) вследствие разброса свойств, вызванного старением металла.

Проблеме обеспечения качества и работоспособности нефтепроводов посвящено огромное количество исследований, в частности, известные работы профессора В. Л. Березина, П. П. Бородавкина, А. Г. Телегина, В. И.

Таблица

Перечень нефтепроводовОАО ПРИВОЛЖСКНЕФТЕПРОВОД,

подлежащих демонтажу*

1. Куйбышев-Лисичанск (1 1200 мм 38 км

2. Нижневартовск-Курган-Куйбышев с! 1200 мм 6 км

3. Куйбышев-Тихорецк ё 820 мм 88 км

4. Куйбышев Саратов с! 530мм 39 км

5. Саратов-Ефимовка <1 530 мм 180 км

6. Соколовая Гора-СИПЗ д. 350 мм 42 км

7. Бавлы-Куйбышев (1 350 мм 11 км

8. Покровка-Сызрань с! 500 мм 13 км

9. Жирновск-Волгоград <3 350 мм 6 км

10. Бугуруслан-Сызрань с! 720 мм 9,5 км

11. Муханово-Куйбышев с1 720 мм 9,5 км

12. Кротовка-Куйбышев (1 530 мм 9,5 км

13. Бавлы-Куйбышев & 530 мм 9,5 км

Итого 461 км

*Основание для вывода из эксплуатации - результаты внутритрубной диагностики, выполненной ЦТД "Дласкан".

Черникина, П. И. Тугунова, В. Ф. Новоселова, Л. И. Быкова, А. Г. Гуме-рова, О. М. Иванцова, И. И. Мазура, И. Г. Абдулпина, Р. С. Гумерова и др. Однако, большинство опубликованных работ в основном затрагивают вопросы действующих нефтепроводов.

Важным и малоизученным является проблема оценки качества демонтированных труб по показателям долговечнсоти, определенных с учетом старения металла, которое обусловлено изменением структуры (от сетчатой до ячеисто-клубковой, распадом цементита и повышением плотности дислокаций), механических свойств (повышением предела текучести ат и прочности ав, снижением относительного удлинения 6 и сужения у и др.), а также характеристик статической и циклической трещиностойкости (критические коэффициенты интенсивности напряжений, скорость и характер распространения трещин и разрушения и др.). Методы оценки остаточного ресурса должны базироваться на принципиально отличающихся критериях в сравнении с существующими методами расчета на прочность.

В настоящее время нефтепроводы рассчитывают на прочность от действия статических нагрузок, без учета временных факторов разрушения. Между тем, нефтепроводы работают в режиме малоциклового нагру-жения, которое в десятки раз ускоряет процессы повреждаемости металла труб в области концентраторов напряжений. Кроме того, недостаточная степень подготовки нефти на промыслах способствует коррозионной активности транспортируемой среды. Циклические нагрузки в условиях коррозионного действия среды вызывают усиление, еще в большей степени ускоряющее процессы повреждаемости, и особенно сильно в зонах концентрации напряжений. Это объясняется проявлением локального динамического механохимического эффекта. Не лишены недостатков методы оценки механических свойств, которые используются в расчетных для определения толщины стенок труб. В частности, они устанавливаются по сертификатным данным без учета деформационного старения и охрупчи-вания стали.

Таким образом, методы оценки качества демонтированных труб должны базироваться на таких критериях, которые учитывали бы временные процессы накопления повреждений в металле, а в качестве параметров

надежности должны быть выбраны показатели долговечности, например, время до разрушения или число циклов нагружения до разрушения.

Важную роль при контроле качества и оценки ресурса демонтированных труб играют трещиноподобные концентраторы напряжений (локальные повреждения, резкие угловые переходы, трещины и др.), которые значительно повышают уровень напряженности и степень повреждаемости металла при эксплуатации, и как следствие, приводят снижению ресурса при циклических нагрузках и коррозии.

Одним из эффективных и проверенных практикой методов оценки и обеспечения качества труб и нефтепроводов являются их гидравлические испытания повышенным давлением. При этом обеспечивается определенный запас прочности, равный отношению испытательного давления к рабочему. Однако, до сих пор в литературе отсутствуют надежные аналитические зависимости, позволяющие рассчитывать характеристики долговечности по величине коэффициента запаса прочности, обеспечиваемого испытаниями.

Все это предопределило цель настоящей работы - разработка методов оценки качества труб демонтированных нефтепроводов с регламентацией последующего срока эксплуатации.

Для решения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

-разработать общую схему восстановления работоспособности труб, бывших в употреблении;

-разработать методы оценки качества труб демонтированных трубопроводов, позволяющие обеспечивать безопасность их последующей эксплуатации при минимальных затратах на обследование;

-произвести оценку ресурса труб, бывших в -употреблении по параметрам и критериям малоцикловой усталости и трещиностойкости; корро-зионно-механической прочности и гидравлических испытаний;

-разработать методику(руководящий документ) оценки качества труб демонтированных нефтепроводов.

Основные защищаемые положения

1 .Технологический процесс демонтажа нефтепроводов и ремонта демонтированных труб.

2.Аналитические зависимости для оценки изменения механических характеристик металла туб при длительной эксплуатации нефтепроводов.

3.Методика оценки остаточного ресурса труб на основе диагностической информации и измерений твердости.

4.Результаты исследований по оценке влияния формы и размеров образцов на характеристики статической и циклической прочности и тре-щиностойкости.

5.Методика расчета остаточного ресурса труб по параметрам испытаний.

Автор выражает благодарность академику АН РБ Гумерову А. Г. и профессору Зайнуллину Р. С. за помощь при создании и обсуждении работы.

1. Проблемы оценки качества и ресурса труб демонтированных нефтепроводов

1.1. Контроль и сертификация демонтированных труб

В настоящем разделе рассмотрены вопросы контроля и сертификации демонтированных труб, бывших в эксплуатации. Трубы, допущенные к повторному использованию, могут применяться при ремонте, реконструкции и строительстве трубопроводов различного назначения. Рекомендации данного раздела базируются на нормативных материалах [20-36 и др.] и регламентируют порядок контроля и оценки пригодности для дальнейшего использования труб и сварных кольцевых соединений после демонтажа трубопроводов, сооруженных в соответствии с требованиями СНИП 2.05.06-85 [100], или предыдущих изданий указанных норм.

Решение об использовании демонтированных труб принимается владельцем трубопровода с учетом результатов контроля и оценки пригодности труб по настоящей методике.

Контроль труб производится с целью установления их технического состояния (износа, дефектности, соответствия свойств металла и геометрических размеров установленным нормам и др.). Контроль и оценка пригодности труб должны выполняться специализированными предприятиями, имеющими лицензию органов Госгортехнадзора на строительство, ремонт, диагностирование и эксплуатацию трубопроводов, в том числе на контроль металла и сварных соединений неразрушающими методами.

Контроль и оценку пригодности труб следует проводить по специальным программам, в которых указываются виды и объем контроля, размеры труб (отрезков), эксплуатационные параметры (рабочее давление, среда, температура и др.), время ввода в эксплуатацию, время остановки перекачки и демонтажа трубопровода и др. Программы разрабатываются

исполнителем работ по контролю и оценке пригодности элементов демонтировании хтруб.

Заказчик предоставляет исполнителю работ по контролю труб соответствующую документацию на демонтаж трубопровода с указанием размеров и номеров демонтированных труб (отрезков), наличия в них кольцевых сварных швов.

Для выполнения контроля должны быть обеспечены доступ для осмотра наружной и внутренней поверхности труб, а также работа измерительных приборов и аппаратуры неразрушающего контроля в соответствии с их техническими характеристиками. Безопасность работ по контролю труб должна обеспечиваться в соответствии с действующими нормами и инструкциями.

Требования к средствам и объему контроля

Организация проведения работ по контролю элементов демонтированных трубопроводов возлагается на их владельца. Работы по контролю демонтированных труб должны выполняться специалистами, аттестованными в установленном порядке и располагающими соответствующими средствами контроля, а также имеющими квалификационный уровень не ниже второго.

Аппаратура и средства контроля должны надежно выявлять недопустимые дефекты. Не допускается применение аппаратуры, не прошедшей "госповерку. Чувствительность аппаратуры неразрушающего контроля должна обеспечивать выявление дефектов, размер которых составляет половину от предельно допустимых. При измерении линейных размеров, характеризующих форму (диаметр, прогиб и др.), должны использоваться методы и приборы измерения, позволяющие обеспечить точность не более 1 мм. При определении толщины стенок труб и глубины язвин приборами линейных измерений точность должна быть не более 0,1 мм. Механические

свойства, химический состав и неразрушающий контроль металла и сварных соединений труб должны определяться и проводиться в полном соответствии с требованиями стандартов, в частности [22-27].

От каждой партии (100 шт.) демонтированных труб одного и того же типоразмера должны быть отобраны по две трубы для проведения гидравлических испытаний, контроля продольных швов и основного металла, определения механических свойств и химического состава металла и сварных соединений [22]. Каждая демонтированная труба осматривается и обмеряется [22, 23]. Наружная и внутренняя поверхности демонтированных труб должны быть очищены от изоляции и загрязнений. Качество подготовки поверхностей должно удовлетворять требованиям применяемых методов контроля.

Гидравлические испытания следует проводить после осмотра, обмеров, контроля неразрушающими методами и определения механических свойств металла и сварных соединений. Величина испытательного давления должна вызывать окружные напряжения, составляющие 95... 100% от минимального нормативного и фактического значения предела текучести. Допускается совмещение гидравлических испытаний с контролем металла методом акустической эмиссии. По результатам контроля составляется акт соответствующей формы.

Контроль и сертификация труб

При контроле устанавливают:

- размеры забоин, рисок, вмятин, задиров и коррозионных повреждений на теле и торцах труб;

- отсутствие недопустимых вмятин, задиров и других механических повреждений, металлургических дефектов и коррозии;

- отсутствие на торцах забоин, вмятин, наличие разделки кромок под сварку (разделка кромок под сварку производится в районе кольцевых стыков на расстоянии 100...200 мм от сварного шва);

- толщину стенок элементов по торцам и в месте механических повреждений и коррозии;

- овальность по торцам;

- кривизну труб;

- косину реза торцов труб;

- отсутствие расслоений на концевых участках труб.

Последовательность контроля и оценки пригодности труб в каждом

конкретном случае указывают в программах работ по обследованию. Допускается производить контроль и оценку пригодности труб в три этапа:

а) внешний осмотр и отбраковка труб по поверхностным дефектам (царапины, риски, вмятины, забоины, коррозионные повреждения и др.);

б) обрезка торцов труб под разделку кромок под сварку с последующей проверкой металла на расслоение, замеры овальности и толщины стенок и др.;

в) механические и гидравлические испытания.

Трубы считаются пригодными при соблюдении следующих условий:

- соответствуют требованиям действующих норм, в частности [11];

- отклонения наружного диаметра труб на длине не менее 200 мм от торца не превышает для труб диаметром 800 мм включительно предельных размеров, регламентируемых в НТД [И, 22], но не более 2 мм, а для труб диаметром свыше 800 мм - 2 мм;

- овальность сварных труб диаметром 426 мм и более не превышает 1% от номинального наружного диаметра (при этом овальность определяется как отно