Срочная публикация научной статьи
+7 995 770 98 40
+7 995 202 54 42
info@journalpro.ru
Копытов Дмитрий Владимирович,
Бабенков Максим Владимирович,
Кравцов Александр Викторович
Кузнецов Михаил Николаевич
ОАО «Системы и технологии обеспечения безопасности. Техдиагностика»
460047, Россия, г. Оренбург, ул. Юных Ленинцев, 22
Тел.: 8(3532) 63-84-07
E-mail: contact@tdiag.ru
По результатам лабораторных испытаний образцов металла оборудования после длительной эксплуатации в коррозионных сероводородсодержащих средах получены значения следующих параметров металла – пределов прочности и текучести, относительного удлинения, относительного сужения, твердости, ударной вязкости, критической температуры хрупкости. Выполнен сравнительный анализ их значений с имеющимися в сертификатах изготовителей из паспортов оборудования. Установлены закономерности изменения значений этих параметров за время эксплуатации. Проведена оценка состояния и обоснована работоспособность металла по критериям нормативно-технической документации.
Ключевые слова: деградация металла; охрупчивание; механические характеристики металла; критическая температура хрупкости; ударная вязкость; предел прочности; предел текучести.
В условиях длительной эксплуатации оборудования при воздействии сероводородсодержащих рабочих сред металл оборудования подвергается деградации, т.е. его механические свойства определенным образом изменяются во времени. Так как определяющими при оценке работоспособности становятся параметры и критерии предельного состояния металла элементов оборудования, важной задачей является достоверное определение фактических текущих значений механических характеристик.
Необходимость оценки изменения механических свойств металла длительно эксплуатируемого в условиях воздействия сероводорода оборудования подчеркивалась в материалах конференций «Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред» в 2010 и 2012 годах. Специалистами ОАО «Техдиагностика» и ООО «Газпром добыча Оренбург» проводятся исследования металла выбраковываемых или заменяемых фрагментов длительно эксплуатируемого в сероводородсодержащих средах оборудования с целью сбора данных о механических характеристиках металла и анализа их изменения за период эксплуатации. Полученные данные используются для прогнозирования дальнейшей работоспособности оборудования в соответствии с требованиям РД 03-421-01 [1] и др. НТД.
В настоящей статье представлен опыт ОАО «Техдиагностика» по оценке изменения механических свойств металла на примере различных представителей технологического оборудования. Для определения характера изменения свойств металла были поставлены следующие задачи:
В таблице 1 представлены данные по оборудованию, металл которого был исследован в ОАО «Техдиагностика» в течение последних 2 лет.
Обобщенная программа исследования металла включала в себя:
Исходные свойства металла для сравнения брались из заводских сертификатов. Ниже приведены основные из полученных результатов.
При исследовании металла трубопровода сырого неочищенного газа от УКПГ до ГПЗ Ø720,0×22,0 мм из стали французского производства по спецификации ТУ-28 FR 73 (см. таблицу 2) подтверждены высокие пластические свойства металла: ударная вязкость даже при температуре минус 40ºС составляет 340 Дж/см2, изломы полностью вязкие. Относительное сужение достаточно высокое. Расчет критической температуры хрупкости показал что она менее минус 60ºС. Изменения прочностных характеристик незначительные. Изменений твердости практически не отмечено.
От выводимого из строя теплообменника «газ-газ», эксплуатировавшегося на одной из установок комплексной подготовки газа, было отобрано 3 фрагмента: два - из обечаек толщиной 42 мм, один – из патрубка штуцерного узла толщиной 44 мм. Металл теплообменника - сталь импортной поставки TTStE36 по DIN 1543 – при испытаниях также показал высокие пластические свойства (см. таблицу 3). Ударная вязкость металла при температуре –40ºС существенно уменьшилась за 30 лет эксплуатации, но, тем не менее, осталась на достаточно высоком уровне (80 Дж/см2 при норме – 30 Дж/см2). Прочностные характеристики практически не изменились. Изменение относительного удлинения незначительное (в пределах погрешности измерений).
Для испытаний металла змеевика теплообменника производства компании LAVALIN, выполненного из стали 42 MOD по API 5LX, была предоставлена катушка длиной 400 мм. После 25 лет эксплуатации в условиях сероводородсодержащих сред пределы прочности и текучести практически не изменились (см. таблицу 4). Относительное удлинение уменьшилось на 30%, но осталось в пределах норм. Изменения твердости незначительны (5%). Критическая температура хрупкости оценена как «менее минус 60ºС».
Металл трубопровода газа регенерации Ø426х16 мм, выполненного из стали 20 по ГОСТ 1050-74[5] (см. таблицу 6) характеризуется следующим: значение ударной вязкости при температуре минус 40ºС уменьшилось до 20 Дж/см2 (на отдельных образцах – до 8 Дж/см2), что менее допустимых значений; критическая температура хрупкости увеличилась до минус 15ºС, что выше минимальной зимней температуры эксплуатации.
При анализе микроструктуры элемента фонтанной арматуры UPETROM (задвижки 4 1/16”), эксплуатировавшейся в условиях Северных газовых месторождений, были обнаружены многочисленные дефекты структуры металлургические поры, микротрещины (см. таблицу 7). За период эксплуатации пределы прочности и текучести металла (сталь T32MoCrNi08R, аналог отечественной стали 35 ХМЛ) увеличились на 3-10%, относительное удлинение уменьшилось на 10% достигнув предельно допустимого значения, относительное сужение уменьшилось на 40%. Ударная вязкость уменьшилась значительно: при температуре минус 60º С уменьшение ударной вязкости достигло 90% от первоначального значения. Критическая температура хрупкости металла составила минус 35º С, при температуре эксплуатации до минус 60ºС. Изменения твердости зафиксированы не были.
При анализе результатов проведенных испытаний исследованные образцы металла оборудования были условно разделены на три группы.
По результатам работ сделаны следующие краткие выводы:
Список используемой литературы.