Стресс коррозионные дефекты

Природа возникновения стресс-коррозионных разрушений нефтегазопроводов

Помимо обычных коррозионных процессов, в некоторых условиях имеют место иные формы разрушения трубопроводов, инициированные внешней средой. В частности, в присутствии сероводорода и воды в перекачиваемом продукте может идти процесс коррозионного растрескивания под напряжением (стресс-коррозии). Его определяют как макрохрупкое разрушение, развивающееся в результате одновременного воздействия на металл агрессивной среды и растягивающих напряжений.

Рис. 1. Механизм внутреннего КРН

Механизм стресс-коррозионного разрушения промысловых трубопроводов иллюстрируется на рис. 1. Водород в форме атомов или ионов, образующийся вследствие диссоциации сероводорода, диффундирует вглубь металла. Часть водорода проходит сквозь стенку трубопровода, остальной водород или растворяется в кристаллической решетке железа, вызывая ее охрупчивание, или скапливается в местах существования дефектов кристаллической решетки (примеси, дислокации и т.д.), вызывая резкое локальное увеличение давления. Скопление водорода вблизи наружной поверхности трубопровода может вызывать возникновение пузырей на поверхности металла, скопление водорода в глубине стенки вызывает образование трещиноподобного дефекта.

Примером образующихся трещин может служить рис. 2. На рисунке показаны стадии протекания процесса: образование первоначальной водородной трещины (ВР) и последующего долома металла (ступенчатое растрескивание).

Рис. 2. Внешний вид стресс-коррозионных трещин

Опасность сероводородного коррозионного растрескивания большинства используемых в нефтегазовом комплексе конструкционных сталей появляется при парциальном давлении сероводорода более 0,00035 МПа и в интервале температур -10….+50 о С. Хотя в отсутствие сероводорода наводороживание в нормальных условиях было зафиксировано только при рН + + HS — расширяет этот диапазон до рН=1,5-11,5, хотя зоной наибольшей опасности остаются, конечно, кислые среды. При этом степень коррозионного влияния сероводорода значительно менее опасна, чем повышение интенсивности наводороживания трубной стали.

Таким образом, степень опасности внутренней стресс-коррозии трубопроводов определяется следующими основными факторами:

  • концентрация (парциальное давление) сероводорода;
  • температура и общее давление в системе;
  • микроструктура стали;
  • водородный показатель (рН) коррозионной среды;
  • механические свойства стали;
  • величины конструкционных напряжений в металле.

Оценка опасности описанного явления на действующем объекте может быть выполнена путем установки специальных наружных датчиков водорода (рис. 3), определяющих количество водорода диффундирующего насквозь, через стенку трубопровода, путем измерения парциального давления или по изменению параметров электрохимической реакции с его участием.

Рис. 3. Конструкция датчика давления водорода

Датчики давления менее чувствительны, чем электрохимические датчики и у них меньше время отклика. В то же время датчики давления обладают высокой надежностью и минимальными требованиями к эксплуатации, и техническому обслуживанию, в отличие от электрохимических датчиков.

Мониторинг проницаемости водорода не дает количественных значений скорости роста стресс-коррозионных дефектов, а определяет количество водорода, прошедшего через стенку трубопровода на данную единицу площади. Изменение данного количества водорода в процессе эксплуатации может показывать эффективность работы ингибиторов коррозии и дает основания для аналитической оценки потенциальной скорости роста стресс-коррозионных дефектов.

transenergostroy.ru

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Стресс-коррозионный дефект

Стресс-коррозионные дефекты зарождаются в местах отслоения изоляционного покрытия и проникновения фунтового электролита к телу трубы, т.е. в зонах, недоступных для защитных токов ЭХЗ. В данных условиях происходит активное анодное растворение и наводороживание металла, образуются дефекты в структуре, что снижает эксплуатационные характеристики стали, в первую очередь пластичность, способствует зарождению и развитию растрескивания. По мере увеличения срока эксплуатации газопровода в местах с дефектами изоляции происходит дальнейшее ухудшение механических свойств стали. [1]

Поскольку стресс-коррозионные дефекты развиваются чаще всего в зонах с аномально высокой плотностью неметаллических включений, то необходимы требования по выявлению и выбраковке трубных листов по аномальному содержанию скоплений неметаллических включений. Действующими нормативными документами ( ТУ, стандарты) на производство газопроводных труб и, собственно, сталь листовую данные требования не регламентированы. Для гарантированной поставки труб, стойких к стресс-коррозии, необходимо дооснащение листопрокатного стана автоматической установкой для выявления аномальных по содержанию неметаллических включений зон с уровнем более 1 — 2 балла. [2]

Классификацию стресс-коррозионных дефектов выполняют по измеренной зависимости глубины стресс-коррозионного дефекта от продольной координаты на проекции дефекта на радиальную плоскость, проходящую через продольную ось трубы. [3]

Развитие стресс-коррозионных дефектов могут контролировать анодные или катодные процессы, и, соответственно, развитие растрескивания может происходить путем активного анодного растворения или по механизму водородного ох-рупчивания. [4]

Оценку опасности стресс-коррозионного дефекта выполняют по измеренным максимальной глубине и длине продольной проекции дефекта. При этом два дефекта, расстояние между которыми на продольной проекции не превышает половины длины меньшего из них, рассматривают как один дефект, имеющий длину, равную расстоянию от начала проекции первого дефекта до конца проекции второго. [5]

На рис. 3 представлены стресс-коррозионные дефекты данного участка . [6]

Результаты материалов ВТД с невыявленными стресс-коррозионными дефектами поставлены под сомнение, т.к. с точностью 2 км, с которой расходится задание на проектирование координат пересечений и фактически построенных ( рис. 1 — 3), следует корректно сопоставить данные реестра ПОУ по признаку КРН. [7]

Показано, что возможность появления стресс-коррозионных дефектов закладывается на стадиях выплавки стали, прокатки листа, термообработки и производства труб. [8]

Существуют условия возникновения и развития коррозионных и стресс-коррозионных дефектов . [9]

Основное внимание исследователи традиционно уделяют методам выявления стресс-коррозионных дефектов , выпуская из поля зрения методы ремонта участков газопроводов с такими дефектами. Ремонт производится, как правило, с заменой участков и контролируемой шлифовкой и опирается на существующую нормативную базу, не учитывающую специфику стресс-коррозии. Между тем после традиционного ремонта, по прошествии 10 — 12 лет, следует ожидать повторного проявления стресс-коррозии. С учетом того обстоятельства, что непосредственно после аварий, они устраняются в ( ускоренном) аварийном порядке, нередко в неблагоприятное время года, что неизменно сказывается на качестве работ — новый этап КРН может начаться через 6 — 8 лет. [10]

Основное внимание исследователи традиционно уделяют методам выявления стресс-коррозионных дефектов , выпуская из поля зрения методы ремонта участков газопроводов с такими дефектами. Ремонт производится, как правило, с заменой участков и контролируемой шлифовкой и опирается на существующую нормативную базу, не учитывающую специфику стресс-коррозии. Между тем после традиционного ремонта, по прошествии 10 — 12 лет, следует ожидать повторного проявления стресс-коррозии. С учетом того обстоятельства, что непосредственно после аварий, они устраняются в ( ускоренном) аварийном порядке, нередко в неблагоприятное время года, что неизменно сказывается на качестве работ — новый этап КРН может начаться через 6 — 8 лет. [11]

Методика предназначена для выявления участков МГ со стресс-коррозионными дефектами . [12]

Классификацию стресс-коррозионных дефектов выполняют по измеренной зависимости глубины стресс-коррозионного дефекта от продольной координаты на проекции дефекта на радиальную плоскость, проходящую через продольную ось трубы. [13]

При разработке Инструкции дополнительно учтен опыт оценки опасности стресс-коррозионных дефектов труб диам. Ультраскан, КОД-4М и их последующей классификации по результатам обследований в шурфах локальными неразрушающими методами в ООО Тюмен-трансгаз и Уралтрансгаз, классификации дефектов по результатам обследования в протяженных шурфах в ООО: Баштрансгаз, Волготрансгаз и Севергазпром, а также использованы результаты расследования результатов разрывов труб диам. [14]

Повышенная чувствительность СКП к условиям сварки приводит к возникновению стресс-коррозионных дефектов вдоль линии сплавления продольного сварного шва с основным металлом. [15]

www.ngpedia.ru

Стресс коррозионные дефекты

ПОЛНЫЙ ТЕКСТ СТАТЬИ СО ВСЕМИ ФОРМУЛАМИ И КАРТИНКАМИ ДОСТУПЕН В ФОРМАТЕ PDF

В.Ф.Мужицкий, В.А.Карабчевский ЗАО “НИИИН МНПО”Спектр”,

С.В.Карпов ООО “ВНИИГАЗ”

В последние годы возросла аварийность магистральных газопроводов (МГ) по причине коррозионного растрескивания металла трубы под напряжением (КРН). Обследования МГ в 2003г. в ООО”Севергазпром” и ООО”Лентрансгаз” показали, что активно идут процессы развития мелких трещин КРН на участках дефектов большой площади, и, наряду с этим, имеются глубокие трещины. Обслуживание МГ “по состоянию” в соответствии с критериями безопасной эксплуатации требует разработки и широкого применения, особенно на участках МГ, необорудованных камерами приёма-запуска внутритрубных дефектоскопов, методов наружного обследования в шурфах и оценки состояния МГ такими средствами неразрушающего контроля (СНК), как вихретоковые дефектоскопы, магнитопорошковая инспекция, ультразвуковая толщинометрия.

В ООО “ВНИИГАЗ” создана методика проведения обследований труб магистральных газопроводов на наличие или отсутствие стресс-коррозионных трещин в шурфах, при обеспечении доступа к наружной поверхности стенки трубы. Также там создана методика обследования обнаруженных стресс-коррозионных трещин и оценки их опасности вихретоковыми дефектоскопами. Надёжность этих методик обусловлена высокой чувствительностью вихретоковых дефектоскопов, которая позволяет даже в полевых условиях гарантировать оперативное выявление трещин глубиной от 0,5мм.

В настоящее время с увеличением объёмов ремонтных работ в газовой отрасли эти приборы пользуются повышенным спросом: они используются именно для поточных обследований, для того, чтобы гарантировать отсутствие дефектов на обследованной ими поверхности магистрального газопровода, а не только для того, чтобы обследовать обнаруженный по каким-либо признакам дефект.

Результаты обследований дефектоскопами внешней поверхности трубы магистрального газопровода содержат большое количество почти одновременно и непрерывно получаемых числовых оценок. Возможности компьютеризированного вихретокового дефектоскопа ВД-89НМ (см.рис.1), выпускаемого ЗАО “НИИИН МНПО ”Спектр” позволяют представлять сравнительно большие по объёму массивы оценок опасности трещин как в графическом виде для просмотра, так и в виде количественных итогов – сколько по площади дефектов и какой глубины было обнаружено. Сохраненные на персональном компьютере, результаты контроля могут быть представлены для просмотра и отчёта в виде: планов дефектных участков с оценками глубин трещин в мм, общего профиля глубины трещин вдоль дефекта, 3-х мерных диаграмм и цифровых таблиц (см.рис.2) .

Непрерывность и одновременность большого количества измерений обуславливает их сопоставимость, что позволяет обнаруживать дефекты и оценивать их параметры по этим измерениям с высокой степенью надёжности и наглядности.

Ежегодно с 1993г. по 2003г. “Спектр” принимал участие в обследованиях МГ на предприятиях ОАО ”Газпром” на наличие стресс-коррозионных дефектов, предоставляя как все необходимые средства неразрушающего контроля, так и исследователей-дефектоскопистов для применения этих средств. В порядке очерёдности и географически работы проводились с севера на юг: сначала на МГ предприятия ООО ”Тюментрансгаз” в районе Краснотурьинска, затем на МГ ООО ”Уралтрансгаз” в Шадринском ЛПУ МГ, затем на МГ ООО ”Баштрансгаз” в Полянском ЛПУ МГ, в ООО ”Севергазпром” в Грязовце и Мышкине , в ООО ”Волготрансгаз” в Сеченове и Шумерле, в ООО ”Пермтрансгаз” в Кунгурском ЛПУ МГ, ООО ”Лентрансгаз”. В ООО ”Тюментрансгаз” в районе Краснотурьинска обследовались аварийные участки газопровода, металл труб после аварий, участки поверхности труб с дефектами изоляции на наличие стресс-коррозионных трещин – весь металл, к которому был открыт доступ. Вихретоковые дефектоскопы показали себя как надёжное средство обнаружения стресс-коррозионных трещин магистральных газопроводов. При гидроиспытаниях по методике, разработанной в ООО “ВНИИГАЗ”, когда были выявлены места стресс-коррозионных повреждений на участке МГ длиной 30км от компрессорной до реки Каква, вихретоковыми дефектоскопами обследовались примыкающие к дефекту трубы с целью удалить из газопровода весь поврежденный или подверженный действию стресс-коррозии участок.

Обследовались трубы всех разрывов (до 14 разрывов на каждом газопроводе 6-ти ниточного коридора). Везде обнаруживались и оценивались по глубине все дефекты типа трещин, составлялись схемы распределения трещин на дефектных участках труб, позволившие детально изучать процесс развития стресс-коррозионных дефектов и механизмы действия влияющих при этом факторов: состояния металла, изоляции, влаги и др.

В ООО ”Уралтрансгаз” обследовались трубы после аварий, а также участки труб, вскрытые по результатам пропуска первых отечественных магнитных внутритрубных снарядов-дефектоскопов (Код, КОД-4М). Наряду с поисковыми дефектоскопами ВД-89Н, здесь все существенные обнаруженные дефекты уже фиксировались дефектоскопом ВД-89НМ, позволившим получать профиль глубин трещин и оценивать по нему при помощи методик ООО ”ВНИИГАЗ” срок безопасной эксплуатации МГ с дефектом. Так как в болотистой местности эти работы проводились зимой, то производить ремонт обнаруженных дефектов немедленно оказалось затруднительным, и очень пригодилась возможность оценить опасность дефекта дефектоскопом ВД-89НМ и при помощи расчётной программы и полученного профиля оценок дефектов предложить вероятный срок безаварийной работы обследованной трубы с дефектом. Результат применения всего комплекса этих мер оказался успешным, дефектная труба отработала ещё месяц и в плановом порядке безаварийно была удалена из газопровода.

В ООО ”Волготрансгаз” проводились первые поиски участков вероятного наличия стресс-коррозии на МГ, обследования в коротких и длинных шурфах по косвенным данным, таким как показания электрометрии, анализ грунтов, растительности и т.д. одновременно проводились обследования в шурфах участков МГ, соседних с теми, на которых происходили аварии. Дефектоскопы ВД-89Н впервые были применены для планового обследования длинных участков действующего магистрального газопровода, соответствующих ландшафтным особенностям трассы: уклонам и оврагам. В ООО ”Баштрансгаз” в Башкирии массовое обследование труб в шурфах в оврагах продолжились, для чего потребовалось обследовать более километра длины трубы, выявить и описать несколько сотен стресс-коррозионных дефектов. В ООО ”Севергазпром” производилось обследование спиральных труб с дефектами в Грязовецком ЛПУ МГ, а также обследования в протяжённых шурфах в Мышкинском ЛПУ МГ, где потребовалось обеспечить средствами обследования участок на котором одновременно велась шурфовка трубы в разных местах несколькими экскаваторами. Здесь отлично проявили себя поисковые вихретоковые дефектоскопы ВД-12НФМ (см.рис.3) с датчиками, надёжно защищёнными от износа специальными наконечниками.

Из-за малого веса прибора и датчика работа им оказывается неутомительной для дефектоскописта. Производительность работы этим дефектоскопом выше, чем у каких-либо известных нам других механизированных средств контроля, и составляет в среднем 12 погонных метров трубы в час. В отличие от магнитных методов за 10 лет эти приборы не имели ложных срабатываний по причине магнитных и структурных пятен металла. Они с успехом обнаруживали дефекты МГ под покрытием 6мм. В настоящее время с увеличением объёмов ремонтных работ в газовой отрасли эти приборы пользуются повышенным спросом.

В ООО ”Пермтрансгаз” производилось обследование стыков труб с заводской изоляцией, а также проверка результатов пропуска снаряда-дефектоскопа. Как оказалось стыки труб с заводской изоляцией являются уязвимым местом МГ, у стыков и под отслоениями заводской полиэтиленовой изоляции было обнаружено большое количество стресс-коррозионных дефектов. Проверка дефектов после снаряда-дефектоскопа показала, что после его пропуска могут оставаться необнаруженными глубокие стресс-коррозионные дефекты, а погрешность оценки глубины трещин этими снарядами выше, чем ожидалось. В ООО ”Баштрансгаз” проводились гидроиспытания стенда с трубами с реальными стресс-коррозионными дефектами, помимо оценки прочности труб эти испытания “на разрыв” показали, что погрешность оценки глубины стресс-коррозионных дефектов вихретоковыми дефектоскопами составляет не более 5…10% . Для подтверждения типа обнаруженного дефекта необходимо использовать средства визуализации. Средства магнитопорошковой дефектоскопии, входящие в комплект (см.рис.4), выпускаемый нашим предприятием, и стандартный фотоаппарат обеспечивают возможность сохранить вид обнаруженных трещин для обоснования решений по ремонту МГ. На рис.5 представлена картина распределения осевшего магнитного порошка на трещинах реального стресс-коррозионного дефекта МГ.

Из публикаций следует,что в возникновении и развитии дефектов КРН играют роль напряжения и деформации металла трубы. Применение коэрцитиметра КРМ-Ц-2К при гидроиспытаниях дефектов КРН до разрушения позволяет с высоким разрешением следить за изменением напряжённо-деформированного состояния металла трубы в зонах дефектов.

Применение коэрцитиметра КРМ-Ц-3К (см.рис.6) при гидроиспытаниях дефектов КРН до разрушения позволяет с высоким разрешением следить за изменением напряжённо-деформированного состояния металла трубы в зонах дефектов. Результаты обследования им трубы МГ также представляются в персональном компьютере в виде планов (см.рис.7) и могут сопоставляться с результатами, полученными дефектоскопом ВД-89НМ. Результаты совместного использования вихретоковых дефектоскопов для оценки параметров стресс-коррозионных трещин с другими средствами контроля находятся как показывает опыт в хорошем соответствии. Так обнаружено приращение оценок глубин трещин при создании в трубе магистрального газопровода при гидроиспытаниях напряжений выше предела текучести. При этом распределение приращений напряжений на дефектном участке вполне согласуется с картиной расположения и глубин трещин.

Специально для измерения толщин стенок МГ в диапазоне толщин от 0 до 20мм без использования каких-либо жидких агентов “сухим методом” и с возможностью сканирования применяется электромагнитно-акустический толщиномер ЭМАТ-100. Толщиномер имеет карманный формат и встроенный аккумулятор электропитания. Запись сканирования толщины стенки МГ, например, вдоль сварного шва с целью выявления расслоений, может быть немедленно передана из толщиномера в компьютер.

При обследовании газопровода на наличие стресс-коррозионных трещин в комплексе с вихретоковыми дефектоскопами применяются как толщиномер стенок трубы, – т.к. для определения опасности аварии дефекта необходимо точное значение толщины трубы в месте дефекта, так и магнитный толщиномер покрытий – для случая, если поиск дефектов ведётся не снимая изоляции трубы, средства магнитопорошковой дефектоскопии для подтверждения происхождения дефекта по форме трещин, магнитный толщиномер для измерения толщины оксидных плёнок на поверхности металла, коэрцитиметр для оценки распределения напряжений и т. д.

Возможности применения дефектоскопов, разработанных в “Спектре”, с 1998г. ежегодно освещались на деловых встречах и конференциях, в том числе и “Диагностика” ОАО ”Газпром”. В последние несколько лет при обеспечении работ ОАО ”Газпром” по обследованию МГ на наличие стресс-коррозионных повреждений с поиском вероятных дефектных участков по косвенным факторам “Спектр” обследовал ежегодно до 2км труб в протяжённых шурфах, ежегодно обнаруживая 3…5 стресс-коррозионных дефектов в предаварийном состоянии (глубиной более 5мм и несколько метров длиной).

Был разработан комплексный подход к обследованию труб МГ в шурфах.

“Спектр” применяет и производит весь комплекс необходимых измерений, применяет все имеющиеся в распоряжении приборы: толщиномеры, дефектоскопы, приборы для измерения напряжений, магнитные сканеры для проверки состояния внутренней стенки трубы МГ. В настоящее время большинство приборов, разработанных на нашем предприятии, компьютеризированы и служат не только браковочными средствами для оценки текущего состояния МГ, но и средствами сбора и сохранения объективной информации для обеспечения функций прогнозирования состояния МГ.

Возможность оценки глубины и протяжённости дефектов позволила разработать методики определения степени опасности и остаточного ресурса газопровода. Лаборатория испытаний и обеспечения надёжности эксплуатации МГ ООО ”ВНИИГАЗ” разрабатывает и внедряет в практику эксплуатации методики обследования дефектов КРН и оценки состояния МГ, использующие интеллектуальные технические средства достоверной оценки состояния МГ.

Прошедший год выявил значительную потребность в приборах и методиках для обследования МГ, превысивших нормативный срок эксплуатации, с целью продления их ресурса. Все средства, использовавшиеся для обследования МГ в шурфах с успехом могут быть использованы и в этом случае, так как обеспечивают необходимую высокую производительность контроля.

С целью совершенствования средств обследования МГ создан многоканальный вихретоковый дефектоскоп ВД-89НМ с 16 преобразователями (см.рис.8). Полученные с его помощью распределения оценок глубин дефектов представлены на рис.9. Разработаны закладные датчики, магнитный индикатор трещин МИТ-1 и т.д. На базе старых выпускаются новые, более современные устройства для применения при решении задач эксплуатации и ремонта МГ. На базе МИТ-1 создан сканер для обнаружения дефектов сварных швов, на базе блока преобразователей ВД-89НМ – модуль-дефектоскоп для сканирующей системы, структуроскоп КРМ-Ц-3К использован для оценки напряжённо-деформированного состояния сварных швов. Опыт обследования МГ, обнаружения и ремонта трещин КРН, создания современных СНК отразил тенденцию: с усложнением задач эксплуатации и ремонта МГ, чтобы удержать под контролем большее число эксплуатационных параметров, растёт потребность в более сложной технике и приборах.

www.nio12.ru

Методы диагностики стресс-коррозионных повреждений МТ.

Гидравлическое переиспытание газопровода повышенным давлением с последующим комплексным обследованием – другая схема диагностики его состояния. Его назначают на участках с высокой опасностью КРН, выявленных несколькими авариями. Испытание выявляет и ликвидирует все критические при данном испытательном давлении дефекты. После переиспытания действующего газопровода в нем остаются дефекты с размерами, далекими от критических. И по результатам испытаний назначают сроки безопасной эксплуатации газопровода или сроки повторных переиспытаний. Чем выше давление переиспытания, тем оно эффективнее, т.к. остаются более мелкие дефекты.

Испытания строящихся газопроводов на прочность и герметичность следует проводить только гидравлическим способом, он является наиболее безопасным и позволяет обнаружить мельчайшие дефекты.

Самым высоким испытательным давлением испытывают газопроводы методом стресс-теста. Его регламентирует «Инструкция по проведению гидравлических испытаний трубопроводов повышенным давлением (методом стресс-теста)». Испытание методом стресс-теста требует применения специальной техники, подготовительных работ и очень квалифицированного персонала. За рубежом имеется положительный опыт переиспытания газопроводов подверженных стресс-коррозии этим методом. Прямых оценок эффективности стресс-теста немного.

Лабораторная оценка влияния стресс-теста VD TUV 1060 на механические свойства и сопротивление стресс-коррозии трубных сталей при низком рН была проведена ЦНИИЧермет им. И.П. Бардина в лаборатории качественных сталей КС-15. Для моделирования стресс-теста была разработана методика его проведения на лабораторных образцах Æ 6 мм, вырезанных в кольцевом направлении из трубы 1420´15,7 мм из стали контролируемой прокатки. При использовании поперечных образцов испытания растяжением по схеме стресс-теста позволяют смоделировать деформационное поведение металла трубы в реальном стресс-тесте в направлении действия главного (тангенциального) напряжения.

В результате проведенных модельных опытов и последующих исследований выявлено, что прочностные и пластические свойства стали в исходных образцах и в образцах, подвергнутых стресс-тестовому нагружению, практически одинаковы. При соблюдении требований TUV 1060 по значениям остаточной деформации 0,04 – 0,16% и максимальной нагрузки, составляющей 0,97 – 1,04 фактического предела текучести сопротивление стресс-коррозии металла не ухудшилось, а возросло на 10 –15% и привело к выравниванию остаточных напряжений за счет их снижения в два раза в кольцевом направлении. Испытания проводились на образцах с механически обработанной поверхностью без концентраторов напряжений. Поэтому авторы полагают, что в стресс-тестовых нагружениях реальных труб с неизбежными концентраторами обнаруженный положительный эффект будет более высоким.

Так было до недавнего времени: по сути, единственным методом выявления и ликвидации стресс-коррозионных дефектов, как в нашей стране, так и за рубежом, являлись гидравлические переиспытания магистральных газопроводов повышенным давлением. Считалось, что по результатам пререиспытаний представляется возможным обеспечить безаварийную эксплуатацию газопровода в течение расчетного периода времени. Однако опыт показал, что такой метод выявления стресс-коррозионных повреждений вовсе не является гарантией неразрушимости газопровода. Было найдено, что и после переиспытания действующего газопровода в нем могут оставаться достаточно крупные некритические при испытательном давлении дефекты; к тому же нередко получали развитие даже те трещины, которые находились до этого в стабилизированном состоянии. Из-за этого по результатам переиспытаний не могут быть назначены продолжительные сроки безопасной эксплуатации. Другая, не менее важная причина критического отношения к данному методу заключается в его чрезмерной трудоемкости и больших материальных издержках, связанных с осуществлением переиспытаний. Последнее обусловлено с длительными простоями в подаче газа, а также необходимостью проведения последующих переиспытаний в определенные расчетом сроки.

Комплексное обследование потенциально-опасных участков магистральных газопроводов проводится с помощью специализированных внутритрубных снарядов-дефектоскопов, оснащенных диагностическим оборудованием; посредством переиспытания протяженных участков гидравлическим методом в комплексе с акустико-эмиссионной диагностикой. По результатам проведенных обследований рассчитываются индексы вероятности стресс-коррозионного отказа. С целью определения местоположения, плотности и характера дефектов, их длины и глубины в дальнейшем локальные участки обследуются неразрушающими методами дефектоскопии: вихретоковыми, ультразвуковыми, магнитодинамическими, магнитной и цветной дефектоскопией и т.п.

На многих действующих МГ разрабатываемые маршруты комплексной диагностики не могут быть выполнены в полном объеме. Так, системы внутpитpубной диагностики, не могут быть пpименены для контроля на 70% существующих тpубопpоводов, из-за жестких тpебований к геометpическим паpаметpам тpубопpоводных систем. Типичным для отечественных газопроводов является положение, при котором технически невозможно осуществить пропуск внутритрубных дефектоскопов из-за отсутствия устройств приема и запуска очистных устройств, неравнопроходной запорной арматуры, телескопичности участков газопровода, наличия изгибов, острых углов и т.п. Для осуществления ВТД на ряде трубопроводов необходимо заменить запорную арматуру на равнопроходную и смонтировать камеры запуска-приема дефектоскопов. Многие предприятия газотранспортной системы РФ не могут позволить себе проводить внутритрубную диагностику протяженных участков МГ из-за высокой стоимости ее проведения.

Нарушение проектного положения трубопровода, образование вмятин, изгибов, овальностей, дефектов металла в процессе испытаний и пусконаладочных работ должны выявляться внутритрубной диагностикой и методом акустической эмиссии. По результатам комплексных испытаний и диагностики должна составляться карта начального уровня качества трубопровода.

Эффективным средством выявления стресс-коррозионной повреждаемости служат локальные неразрушающие методы, такие как акустико-эмиссионный, бесконтактно-магнитометрический, вихретоковый и некоторые другие. Так, за последнее время была создана серия приборов, основанных на различных физических принципах, такие как, вихретоковые дефектоскопы ВД-89Н, ВД-89НМ, магнитовихретоковые дефектоскопы МВД-1, МВД-2, ультразвуковые дефектоскопы EPOCH III (фирмы «Панаметрикс»), УД2-12 и др. В частности, приборы ВД-89Н, МВД-1 и ВД-97 позволяют осуществлять поиск трещин на поверхности труб через слой изоляции, а компьютеризированный комплекс на базе вихретокового дефектоскопа ВД-89НМ позволяет с высокой производительностью детально измерять, записывать в память компьютера параметры стресс-коррозионных трещин и классифицировать их по степени опасности непосредственно на месте обследования. Однако все они наряду с несомненными достоинствами обладают рядом недостатков, существенно ограничивающих возможности их использования.

Так, акустико-эмиссионный метод позволяет обследовать непротяженные участки газопроводов, но требует при этом значительного объема подготовительных работ (отрытия шурфов, организации укрытий, обеспечения электропитанием, установки датчиков на тщательно зачищенной поверхности трубы, прокладки кабельных линий и т.д.). Крупным недостатком данного метода является необходимость обязательного изменения давления в газопроводе, поскольку выявление дефектов обеспечивается только при подъеме давления в трубопроводе выше рабочего.

Бесконтактно-магнитометрический метод позволяет обнаруживать аномалии газопровода (участки концентрации напряжений, крупные дефекты и т.п.) с поверхности земли без его подмагничивания и производства вскрышных работ. Однако пока отсутствуют данные, позволяющие оценивать эффективность данного метода при обнаружении стресс-коррозионных трещин.

Акустико-эмиссионный и бесконтактно-магнитометрический методы не обеспечивают 100%-го выявления опасных дефектов и не позволяют определять тип и размеры обнаруженных дефектов, поэтому применение этих методов возможно только в комплексе с другими неразрушающими методами.

Общепризнанно, что одним из наиболее перспективных методов диагностики технического состояния газопроводов является внутритрубная дефектоскопия. Высокая разрешающая способность внутритрубных снарядов является важнейшей характеристикой, определяющей уровень первичных данных инспекции, позволяющих распознавать близко расположенные отдельные дефекты и устанавливать их взаимодействие, используя “критерии взаимодействия”. Достоинства методов внутритрубной диагностики заключаются в оперативности и точности информации об объекте, а также широкие возможности использования их в сочетании с другими методами контроля состояния газопровода, например, с гидравлическими переиспытаниями или с локальными неразрушающими методами диагностики.

Идея внутритрубной диагностики впервые была реализована в 80-х годах посредством создания снарядов-дефектоскопов первого поколения, таких как “Бритиш Газ” (Великобритания) и “Тьюбоскоп” (США).

В настоящее время внутритрубная инспекция находит все более широкое применение, разработаны ультразвуковые снаряды-дефектоскопы 3-го поколения, отвечающие в большей мере требованиям к определению формы и размеров дефектов.

Следует отметить, что до недавнего времени применение внутритрубных снарядов-дефектоскопов для целей обнаружения стресс-коррозионных трещин имело ограниченные возможности, несмотря на широкий спектр выявляемых дефектов, таких как общая и местная коррозия, дефекты механического происхождения: задиры, риски, вмятины; металлургические дефекты: расслоения, места скоплений неметаллических включений и т.д. По форме все перечисленные дефекты относятся к объемным поперечно-ориентированным, и, в связи с этим, достаточно легко диагностировались как магнитными, так и ультразвуковыми снарядами-дефектоскопами. Продольные же плоскостные дефекты, такие как усталостные и стресс-коррозионные трещины магнитными снарядами-дефектоскопами не выявлялись. Первый опыт применения внутритрубных инспекционных снарядов для регистрации стрес-коррозионных дефектов был получен при обследовании в сентябре 1995 г. участка газопровода Уренгой- Центр I от КС Краснотурьинская до КС Ляля. С этой целью был осуществлен пропуск УЗ-снаряда “ Ультраскан” германской фирмы “Pipetronix”. По результатам обследования 80 дефектов было интерпретировано в качестве стресс-коррозионных.

Хотя результаты внутритрубной дефектоскопии были признаны удовлетворительными, в ходе проведения эксперимента выявились и существенные недостатки, присущие как конкретному снаряду-дефектоскопу, так и ультразвуковому методу диагностики в целом. Во-первых, выяснилось, что конструкция снаряда “Ультраскан” позволяла обследовать только нижнюю половину газопровода. Во-вторых, осуществление самого обследования оказалась ввесьма трудоемкой, так как было осуществлено полное прекращение подачи газа на длительный период времени, потребовались: очистка полости трубопровода, предварительное обследование газопровода снарядом-профилемером C-Scan, устранение выявленных нарушений формы, а также пропуск поршня с калибровочными шайбами. Примечательно, что даже после такой тщательной подготовки, во время инспекции МГ Уренгой — Челябинск снаряд “Ультраскан” получил серьезные повреждения. И, наконец, прогон снаряда-дефектоскопа осуществлялся в двухкилометровой водяной пробке путем подачи газа в инспектируемую нитку. При проведении подобных обследований на МГ Уренгой — Челябинск пришлось даже протянуть специальный водовод длиной 2,2 км и смонтировать две насосные станции. Наличие водяной пробки не только чрезвычайно усложняет саму технологию диагностирования, но может привести к снижению точности производимых замеров. Так, например, на участках с большим перепадом высот пробка, обладающая большой массой и инерционностью, стремиться изменить скорость перемещения снаряда, что требует введения корректировки подачи газа на этих перегонах. Да и после проведения обследования требовалось сливать отработанную воду и производить осушку полости газопровода.

Обнаружение трещин вплоть до критических и их контроль в трубопроводах для транспортировки жидких сред.

Дефектоскоп UltraScan CD® предназначен для высокоточной локализации трещин, в том числе докритических, возникающих в результате КРН, усталостных трещин, наружных трещин в сварочном шве и усадочных трещин, продольных закатов, кольцевых трещин и трещин в поперечных сварных щвах, непроваров в сварных швах и крюкообразных трещин.. Инструмент был успешно применен при инспекции трубопроводов общей протяженностью свыше 7000 км, в результате чего компании операторы смогли разработать эффективные программы реализации мероприятий по уменьшению ущерба и управлению рисками, связанными с возникновением трещин КРН на самых ранних стадиях. Для обнаружения трещин любой ширины – от волосяных до широких – используют дефектоскопию с помощью поперечных волн, идущих под углом 450. Чувствительность дефектоскопа столь велика, что он позволяет обнаруживать трещины, царапины и канавки длиной от 30 мм и глубиной от 1 мм и четко регистрирует дефекты, глубина которых составляет половину указанного значения. В трубопроводах некоторых диаметров UltraScan CD позволяет обнаруживать кольцевые трещины.

Для акустической связи дефектоскопа UltraScan CD с материалом трубы необходима жидкая среда, поэтому дефектоскоп можно применять в трубопроводах, транспортирующих нефть и нефтепродукты. В настоящее время дефектоскоп выпускается для трубопроводов диаметром от 16 до 34 дюймов, вскоре появится вариант для трубопроводов диаметром 10-14 дюймов.

Дефектоскопы для поиска и контроля за образованием трещин в газопроводах.

Компания PII стала первопроходцем, предложив дефектоскоп нового типа для локализации и измерения усталостных трещин в продольных швах, КРН-трещин, непроваров в продольных швах, крюкообразных и усталостных трещин. С момента создания в 80-х годах технология Elastic Wave непрерывно совершенствовалась, что позволило значительно повысить характеристики дефектоскопов.

Чтобы обнаружить тончайшие продольные трещины, дефектоскоп Elastic Wave® формирует ультразвуковые импульсы, передавая их в стенку трубы под углом 650. Если импульс встречается с трещиной или иным дефектом в стенке трубы, он отражается, и приемники дефектоскопа фиксируют отраженный сигнал. Для более надежного обнаружения аномалий существуют замеры как по часовой, так и против часовой стрелки.

Поскольку приемники дефектоскопа находятся в заполненных жидкостью дисках, контактирующих с внутренней поверхностью трубы, то он одинаково хорошо работает как в газо-, так и в нефтепроводах. Скорость инспекции может достигать 3 м/с, применив блок регулирования скорости, можно повысить ее до 8 м/с. Дефектоскопы Elastic Wave выпускают диаметром от 24 до 36 дюймов.

Новаторским в контроле трещинообразования в трубопроводах можно назвать дефектоскоп EmatScan CD®. Он характеризуется высоким разрешением и служит для обнаружения трещин в газопроводах без применения жидкостной фазы.

EmatScan CD – первое успешное применение технологии ЕМАТ (электромагнитный акустический датчик) в специфических условиях среды, транспортируемой по трубопроводу. Он обнаруживает скопления трещин КРН, докритические трещины КРН, продольные усталостные трещины и внешние трещины в сварных швах, крюкообразные трещины, трещины в продольном шве и вдоль него, трещины из-за непровара. Скорость его движения от 0,1 до 2 м/с.

Только специализированный дефектоскоп может найти искомый дефект и только самая высокая степень разрешения позволит определить его размеры.

TransCanada Pipelines подтверждает эффективность применения дефектоскопа UltraScan CD при инспекции газопровода.

Начиная с 1995г. компания TransCanada Pipelines сообщила о 10 авариях газораспределительной сети, вызванным коррозионным растрескиванием под напряжением. В течение этого времени компания поддерживала разработку внутритрубных ультразвуковых снарядов-дефектоскопов и летом 1998г. провела испытания, применив дефектоскоп UltraScan CD для оценки возможности практического применения прибора с жидкостной связью в сухом трубопроводе а также для оценки его способности обнаружить коррозионное растрескивание на двух участках трубопровода, заведомо пострадавших от КРН. Каждый прогон дефектоскопа дублировался для изучения повторяемости данных. Одним из недостатков прежних дефектоскопов была невозможность отличить неопасные включения от настоящих проявлений КРН.

Одна из целей испытания, проводившегося на 36 дюймовом газопроводе, состояла в минимизации изменений конструкции, необходимых для запуска и приема дефектоскопа. В качестве связующей среды выбрали воду, оборудовали временные камеры запуска и приема так, как делается при гидроиспытаниях. Во время прогона перед дефектоскопом двигались два скребка, обеспечивавших жидкостную связь, при этом сам дефектоскоп перемещался под напором закачиваемого столба воды. Во время обратного прогона дефектоскоп шел «в хвосте» столба воды, вытесняемой давлением воздуха. При этом для заполнения применяли типовые гидростатические насосы, а для отвода воды – воздушные компрессоры.

Дефектоскоп сообщил о всех дефектах глубиной свыше 12,5% толщины стенки и длиннее 100 мм, что в сумме составило 78 участков трещиноватости глубиной свыше 1 мм.

По завершении анализа полученных данных были проведены земляные работы, чтобы подтвердить размеры и местонахождение выявленных дефектов. К февралю 2000г. подтвердились первые 40 дефектов. Дефектоскоп правильно определил характеристики дефектов, за исключением одного, когда скопление поверхностных включений было ошибочно принято за участок трещиноватости.

Проведенный эксперимент позволил компании разработать стандарт, который может использоваться в качестве базиса для измерения эксплуатационных показателей других дефектоскопов для внутритрубных инспекций.

Трубопровод Rainbow протяженностью 720 км эксплуатировался компанией Mobil Oil Canada и служил для перекачки сырой нефти в Эдмонтон с северо-запада провинции Альберта. Когда на южном участке трубопровода произошел первый разрыв, а затем через три месяца второй, компания добровольно ограничила на этом участке максимально допустимое эксплуатационное давление, что значительно снизило его рентабельность.

Стремясь понять суть проблемы, компания немедленно произвела ряд раскопов для поиска мест коррозионного растрескивания. Были проведены ремонтно-восстановительные работы, включая полную замену труб на 44-км участке. На основе механики разрушения разработали модель трещинообразования, для подтверждения правильности модели провели гидроиспытание.

К следующему году восстановили исходное давление, и трубопровод вернулся к нормальной эксплуатации с перспективой проведения гидроиспытаний для подтверждения его целостности.

Позднее компания Mobil Oil Canada заключила договор подряда с компанией PII на инспекцию трубопровода с помощью дефектоскопа UltraScan CD. Последующие раскопы подтвердили, что дефектоскоп правильно определил все координаты и размеры дефектов. За единственным исключением в 61 случае глубина коррозионного растрескивания была равна или меньше, чем определил прибор.

Применение дефектоскопа UltraScan CD придало компании новую уверенность в программе обеспечения целостности трубопровода Rainbow. Если прежде 382 раскопа выявили всего 25 случаев значительного проявления стресс-коррозии, то при использовании UltraScan CD выполнили 72 раскопа, выявившие 61 случай. Но самое главное – способность дефектоскопа к обнаружению докритических трещин, что белее не требуются гидравлические испытания, выполнявшиеся для подтверждения способности трубопровода работать при максимально допустимом эксплуатационном давлении.

В настоящее время модернизированная модель дефектоскопа «Ультраскан CD» обладает следующими возможностями по обнаружению стресс-коррозионных (усталостных и прочих продольно ориентированных) трещин: минимальная длина дефекта – 30 мм; минимальная глубина дефекта – 1мм; количество датчиков – 512 (480 для регистрации трещин, 32 для измерения толщины стенки).

В 1997-99 гг. были проведены многочисленные обследования стресс-коррозионных повреждений на МГ Комсомольское — Челябинск с помощью отечественного магнитного снаряда-дефектоскопа “КОД-4М”, разработанного МНПО “Спектр”. Пропуск снаряда осуществлялся со скоростью 10¸15 км/час, что примерно в 3,5 раза больше той скорости, с которой перемещался “Ультраскан”. Это позволило производить обследование газопровода практически в рабочем режиме при незначительном снижении его производительности. Интерпретация данных, полученных при пропусках снаряда “КОД-4М”, давала возможность определять точное местоположение дефектов, но не позволяла однозначно идентифицировать их тип. Результаты шурфовок показали, что все выявленные снарядом дефекты, а именно, стресс-коррозионные трещины, металлургические и механические повреждения давали одинаковый сигнал. Не делал различий снаряд и в расположении дефекта на внешней, или внутренней поверхности газопровода. В этой связи принципиальным направлением дальнейших работ по усовершенствованию внутритрубных снарядов-дефектоскопов является задача точной и детальной регистрации геометрических параметров обнаруженных стресс-коррозионных дефектов.

Мировая практика показала, что одной из наиболее эффективных и производительных технологией является внутритрубная дефектоскопия на основе метода регистрации рассеивания магнитного потока (метод MFL). Именно данный метод был принят в качестве базового при разработке на ПО «Спецнефтегаз» снаряда-дефектоскопа, предназначенного для выявления продольно ориентированных трещин. Технология и конструкция прибора основывались на методе разворота магнитного поля насыщения на 90°С, таки образом, чтобы линии магнитного поля были направлены по окружности трубы. В отличие от известных в мировой практике магнитных снарядов-дефктоскопов, обнаруживающих объемные дефекты и трещиноподобные дефекты в поперечных сварных швах, в разрабатываемом приборе потребовалось применить новую технологию, основанную на развороте магнитного роля насыщения на 90°С с тем, чтобы линии магнитного поля были направлены по окружности трубы. Однако эта теоретически легко решаемая задача оказалась чрезвычайно сложной в практической реализации в связи с целым рядом проблем технического порядка. Например, выяснилось, что магнитный поток рассеяния в рабочей зоне при поперечном намагничивании уменьшается в два раза, а при его увеличении магнитопроводная система быстро достигает предельного уровня насыщения. По площади рабочей зоны наблюдается контрастная неравномерность напряженности магнитного поля. Сверхмалый размер раскрытия продольных трещин требует установки большого количества сенсоров с высокой разрешающей способностью и 100%-ным охватом периметра трубы.

Решение этих и многих других задач осуществлялось с использованием новейших результатов в технологии постоянного магнитного поля с максимально высоким уровнем насыщения (от 1,7 до 2,1 Тесла). Выбор оптимальной конструкции гнезда сенсора, схема расположения сенсоров по периметру прибора, обеспечивающей наиболее эффективное использование эффекта Холла, производились с помощью компьютерного моделирования. В качестве оптимальной была выбрана конструкция размещения сенсоров сканирования в гнездах ластового типа. Дальнейшая доработка прибора осуществлялась на специально созданном для этих целей макете. При этом для записи данных в цифровых значениях использовались быстродействующие электронные каналы регистрации. Существенно был расширен объем оперативной памяти записывающего устройства (до 24 Гбайт), что позволяет давать более подробную характеристику дефектов. Для сравнения, объем оперативной памяти у лучшего образца снаряда фирмы «Rosen engineering GMBH» составляет всего 16 Гбайт.

В результате к концу 1999 года был создан снаряд-дефектоскоп с поперечным намагничиванием для обследования трубопроводов диаметром 1420 мм. В ходе многочисленных доработок и всесторонних испытаний на протяженном стенде с искусственно созданными повреждениями в снаряде удалось обеспечить высокую степень разрешения при регистрации продольных трещиноподобных дефектов. Ниже перечислены важнейшие параметры снаряда по чувствительности и погрешности к выявляемым размерам дефектов: (t – толщина стенки трубы): продольные трещины — 3t´0,03t´0,2t; одиночные каверны — t´t´0,6t; общая коррозия — 2t´2t´0,2t; глубина дефекта — ±10%t; длина дефекта — ±1,5t.

Испытания снаряда-дефектоскопа в натурных условиях подтвердили полученные при стендовых испытаниях технические характеристики. В настоящее время снаряд-дефектоскоп успешно эксплуатируется на МГ предприятия «Тюментрансгаз», главным образом, на участках, подверженных стресс-коррозионному разрушению. Обследовано 8 участков газопроводов общей протяженностью 870 км. Выявлено большое количество дефектов в виде отдельных продольных трещин и стресс-коррозионных колоний. По результатам дефектоскопии произведено 11 шурфовок наиболее опасных дефектов. Во всех случаях зарегистрированные данные соответствуют фактическим размерам продольных дефектов. Выявлены дефекты в виде продольных трещин глубиной от 0,1t до 0,6t, длиной от 15 до 6000 мм. Все дефекты и колонии стресс-коррозионных трещин концентрировались, в основном, в зоне продольного сварного шва, а также непосредственно по линии сплавления.

Таким образом, данная разработка позволяет разрешить проблему выявления всех видов дефектов в МГ. Практика эксплуатации показала, что наиболее оптимальной технологией дефектоскопии является пропуск по одному участку сразу двух снарядов-дефектоскопов — продольного и поперечного намагничивания. Анализ двух дефектограмм позволяет существенно повысить чувствительность контроля и точно идентифицировать вид и тип дефектов.

Сравнительная оценка результатов выявления коррозионных повреждений магнитными и ультразвуковыми методами в целом дает удовлетворительное совпадение данных по глубине дефектов. В то же время обследование магнитным дефектоскопом дает более консервативную оценку (завышение в сравнении с данными ультразвуковой дефектоскопии и фактических замеров). Погрешность измерения глубины коррозии при магнитной дефектоскопии укладывается в 10% от толщины стенки.

В перспективе предусматривается решение вопросов, связанных с возможностью пропуска внутритрубных снарядов при высоких скоростях потока, для чего создается встраиваемое в дефектоскоп байпасное устройство, позволяющее регулировать скорость снаряда в диапазоне от 12 до 2 м/с. Кроме того, создаются дефектоскопы ДМТ-1-700-128 и ДМТ-3-300-96 с целю диагностирования газопроводов Æ 700…300 мм.

Таким образом, правильный подбор дефектоскопа часто определяется его назначением, типом механизма коррозии, перекачиваемой средой и основными характеристиками стали, из которой изготовлен трубопровод.

students-library.com