ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Причины и условия возникновения стресс-коррозионных повреждений на газопроводах из "Развитие системного подхода к анализу стресс-коррозионной повреждаемости магистральных газопроводов" Корреляция, прослеживаемая между частотой стресс-коррозионных аварий (а также временем до разрушения) и диаметрами МГ, говорит о том, что в сложном и многофакторном явлении коррозии под напряжением существенная роль принадлежит не только прочностным свойствам и качеству металла труб, но также и рабочим параметрам трубопровода, которые определяются давлением перекачиваемого продукта, диаметром и толщиной стенок труб. Важно учитывать, что МГ сильно отличаются от прочих металлических сооружений, прежде всего своей огромной протяженностью и энергетической мощностью, т.е. в них наиболее сильно проявляются масштабные эффекты статистической и энергетической природы. Достаточно напомнить, что по объему упругой энергии, сосредоточенной в металле труб и сжатом газе, газопроводы, пожалуй, не имеют себе равных. Но именно это обстоятельство делает их чрезвычайно непредсказуемыми в отношении риска внезапных разрушений. [c.30] Статистический аспект влияния масштабности газопроводов в процессе стресс-коррозии достаточно подробно изложен в работе [5]. Показано, что с увеличением диаметров труб от 1020 до 1420 мм вероятность попадания дефектных труб на трасСу газопровода, согласно концепции плато скоплений неметаллических включений, резко возрастает. [c.31] Однако изложенная автором энергетическая концепция прочности справедлива лишь в условиях динамического разрушения и поэтому не может быть перенесена для описания медленно протекающих деградационных процессов, таких как замедленное разрушение или КРН. [c.32] Принципиально важно, что в отличие от условий динамического разрушения газопроводов анализ явления КРН необходимо производить с учетом упругой энергии, накопленной не только в металле труб, но и в перекачиваемом продукте. [c.32] Опираясь на работы известных авторов (прежде всего, Я.Б. Фридмана), сущность влияния повышенного запаса упругой энергии (ЗУЭ) на коррозионное растрескивание можно объяснить следующим образом. [c.33] Газопроводы диаметром 1420 мм, аккумулируя максимальное количество упругой энергии, при наличии благоприятных условий (доступ грунтовых вод к поверхности металла и т.д.) оказываются наиболее уязвимыми в отношении стресс-коррозии, несмотря на то, что сделаны из сталей высокого качества. В противоположность этому газопроводы среднего и малого диаметров, зачатую изготовленные из сталей невысокого качества, в меньшей степени подвержены растрескиванию, так как низкий ЗУЭ в них обусловливает меньшую интенсивность деградационных процессов. [c.34] Случаи стресс-коррозии газопроводов отмечаются также в США и Канаде. Там, стресс-коррозионные повреждения были отмечены на газопроводах диаметром 1016, 914, 762, 508 и даже меньших. Нужно при этом учитывать, что на Западе газопроводы эксплуатируются при более высоких давлениях, чем у нас, и, следовательно, в них также создается высокий ЗУЭ. О величинах ЗУЭ в наиболее крупных МГ США и Канады можно судить на основе данных табл. 14. [c.34] Как видно, газопроводы США и Канады в сравнении с российскими имеют хотя и вполне сопоставимые, но все же несколько меньшие значения ЗУЭ, аккумулированной металлом и сжатым газом. Возможно именно этим объясняется тот факт, что возраст аварийных разрывов газопроводов Америки, в среднем, больше наших [9]. Подавляющее большинство стресс-коррозионных трещин обнаружена у них на газопроводах, построенных в 70-е - 60-е и даже более ранние годы, В то же время многие трубопроводы средних и малых диаметров нормально эксплуатируются и при наличии таких трещин. Необходимо принимать во внимание и то, что доля газопроводов большого диаметра в общей протяженности магистралей США и Канады меньше 3%. Не удивительно, что в общем потоке отказов стресс-коррозионные разрушения по данным официальной статистики составляют лишь 1,5%. В странах Западной Европы, также имеющих достаточно протяженную сеть МГ, проблемы стресс-коррозии вообще не существует. В этих странах максимальный диаметр трубопроводов ограничен величиной 1220 мм, и кроме того, используются трубы с гораздо большей толщиной стенок, чем в Америке и в России. [c.35] Не удалось обнаружить в нефтепроводах и характерных для стресс-коррозии трещин, несмотря на неоднократные и весьма тщательные обследования с помощью современных диагностических средств, осуществленные как в нашей стране, так и за рубежом. [c.36] Расчеты показывают, что в металле трубопроводов, транспортирующих жидкие и газообразные продукты, накапливается примерно равное количество упругой энергии, а вот по ЗУЭ, аккумулированной перекачиваемым продуктом, два класса магистральных газопроводов оказываются совершенно несопоставимы. Последнее обстоятельство легко продемонстрировать на конкретном примере. [c.37] Упругая энергия, запасаемая в одном метре перекачиваемой нефти, может быть подсчитана в соответствие с выражением ажидк, = 0,785 КО (р - 0,1) = 0,785 КОУ, [ МДж/м], где К - коэффициент сжимаемости рабочей среды для нефти приближенно принято значение 45x10 м МН О - диаметр трубопровода (внешний) м р - рабочее давление, МПа. [c.37] В табл. 5 приведены значения ЗУЭ в перекачиваемом продукте для наиболее распространенных параметров МТ. [c.37] Приведенные данные свидетельствуют о том, что в газопроводе даже с весьма скромными параметрами создаваемый в перекачиваемом продукте ЗУЭ на порядок больше, чем в самом мощном нефтепроводе. [c.38] Очевидно, что столь большая разница ЗУЭ не может не сказываться на механизме и характере повреждаемости сравниваемых типов трубопроводов. С позиций физики процесса разрушения нетрудно показать, что именно благодаря относительно малому запасу упругой энергии перекачиваемого продукта нефтепроводы не подвержены стресс-коррозии. В отличие от этого МГ даже небольшого диаметра накапливают огромные количества упругой энергии и при прочих благоприятных условиях могут подвергаться этому виду разрушения, вероятность которого существенно возрастает с ростом диаметра трубопровода. Не принимая в расчет влияние упругой энергии, накопленной в перекачиваемом продукте, вполне справедливо считать условия работы магистральных нефтепроводов гораздо более жесткими, поскольку они в течение срока службы испытьшают воздействие пульсаций давления, а также неоднократных динамических всплесков давления, наступающих при внезапной остановке перекачивающих агрегатов. [c.38] Таким образом, при наиболее общих физических подходах явление стресс-коррозии следует рассматривать как результат функционирования сложной многоуровневой системы трубопровод - среда , в которой существенная роль принадлежит, кроме прочего, конструктивным и рабочим параметрам трубопровода диаметру и толщине стенки труб, типу перекачиваемого продукта и создаваемому давлению. Такой подход открывает более широкие перспективы в изучении многих нерешенных аспектов проблемы. [c.38] Вернуться к основной статье