Проведение исследований металла опытных труб для прогнозирования их стойкости к вязкому разрушению - Дипломная работа

Использование газа для освещения и отопления началось в первой половине XIX века, тогда же появились и первые газопроводы. В Санкт-Петербурге первый газовый завод (производивший светильный газ из импортного каменного угля) и система распределения построены в 1835 году, в Москве - в 1865 году. Первый в СССР газопровод от Дашавских промыслов до Львова был построен в 1940-1941 гг. (первый газопровод от Дашавы - до Стрыя был построен в 1924 году). Во время Великой Отечественной войны были построены газопроводы от Бугуруслана и Похвистнево до Куйбышева (160 км, диаметр трубы 300 мм), а также от Елшанки до Саратова. ЕСГ является крупнейшей в мире системой транспортировки газа и представляет собой уникальный технологический комплекс, включающий в себя объекты добычи, переработки, транспортировки, хранения и распределения газа.Безаварийная работа магистральных трубопроводов - одно из основных требований, предъявляемых в газовой и нефтяной отраслях к трубопроводам в связи с их большой протяженностью и старением (значительная часть магистральных трубопроводов в нашей стране находятся в эксплуатации 20-30 лет и более). Выход из строя магистрального трубопровода изза аварийного отказа может привести к нарушению нормальной работы отдельных экономических районов в связи с перебоями подачи газа, нанести большой материальный ущерб, а часто - и человеческие жертвы. Средняя частота аварий в России за последние 10 лет составляет 0,17 аварий/год/1000 км для газопроводов и 0,25 аварий/год/1000 км для нефтепроводов [1, 2]. Мониторинг состояния почти 10000 км магистральных газопроводов Северного коридора с помощью внутритрубных снарядов-дефектоскопов, выполненный в 2002 году, позволил установить, что из 22.500 дефектов почти половину составляет коррозионные дефекты и дефекты стресс-коррозионного происхождения глубиной от 15 до 30% от толщины стенки трубы. Размеры этой поврежденной области определяются, в основном, состоянием изоляции трубы и размерами области насыщенного водой грунта, в которой создались благоприятные условия для зарождения и развития стресс - коррозионных трещин.При хрупком распространении трещин, протекающем практически без пластической деформации стенки трубы перед вершиной трещины, скорость движения трещины, соизмеримая или даже большая скорости распространения по длине трубы декомпрессии, приводит к разрушению протяженных участков трубопровода (выше 10 км) [3,4]. Из практики эксплуатации газопроводов с конца 60-х годов прошлого века известно много случаев протяженных вязких разрушений, которые в отличие от хрупкого разрушения протекают с пластическим утонением стенки трубы. Анализ процесса вязкого распространения разрушения показывает, что утонение стенки трубы обусловлено пластической деформацией металла стенки трубы растяжением перед вершиной вязкой трещины. При этом пластическая деформация растяжением стенки трубы приводит к удлинению стенки трубы вдоль кромки разрыва, в результате участки стенки трубы вблизи кромки разрыва при вязком распространении разрушения приобретают волнистый характер, подобный тому, что наблюдается при листовой прокатке в случае повышенной вытяжки боковых кромок листа (рис.3.2). Амплитуда, периодичность и ширина зоны наблюдаемой волнистости зависят от толщины стенки трубы, степени и ширины зоны пластической деформации стенки вблизи кромки разрыва.До начала 1960-х годов высокопрочный лист категории прочности Х52(К52) в основном получали путем нормализации относительно высокоуглеродистых сталей, и высокопрочными считались стали на уровне категории прочности Х52. Этим требованиям отвечает сталь 17ГС, предназначавшаяся для менее ответственных труб диаметром 530…820 мм и используемая в горячекатаном состоянии. Результаты широкого промышленного применения этой стали показали, что изготовление ее не вызывает технологических затруднений, а свойства листовой стали и готовых труб из нее достаточно стабильные. Разновидностью стали 17ГС является сталь 12Г2С, разработанная для изготовления горячекатаных газопроводных труб диаметром 530, 720 и 1020 мм (взамен стали 14ГС). В стали 12Г2С повышено содержание марганца и кремния по сравнению со сталью 14ГС.Для современных штрипсовых марок стали, разработанных ЦНИИКМ «Прометей» и ОАО «Северсталь» в рамках государственного инновационного проекта «Магистраль», содержание серы и фосфора ограничено на достаточно низком уровне (таблица 4.1), содержание легирующих и микролегирующих элементов нормируется в узких пределах, дополнительно предъявляются требования по баллу неметаллических включений, размеру зерна, полосчатости структуры. Присутствие в стали вредных примесей, таких как сера и фосфор, вызывает целый спектр явлений ухудшающих металлургическое качество стали, снижающих ее пластичность и вязкость, поэтому эффективное их удаление является первоочередной задачей внепечной обработки металла. Обеспечение требуемого низкого содержания серы представляет собой сложный многофакторный процесс и достигается целым комплексом мероприятий, включая использование

Оглавление

1.Введение

2.Аварии трубопроводов

3.Протяженные вязкие разрушения газопроводов

4.Обзор требований к качеству материалов труб для газопроводов

4.1 Применяемые марки трубных сталей и технологии их производства

4.1.1. Первое поколение трубных сталей

4.1.2. Второе поколение трубных сталей

4.1.3. Третье поколение трубных сталей

4.1.4. Современные и перспективные трубные стали

4.2 Требования к качеству трубных сталей

4.2.1. Требования к работе удара образцов Шарпи

4.2.2. Требования к материалам труб, основанные на ИПГ (DWTT) испытаниях

4.3 Требования к вязкости материалов труб на основе линейной и нелинейной механики разрушения

4.3.1Линейная механика разрушения

4.3.2. Нелинейная механика разрушения

4.4. Проблемы определения трещиностойкости на стадии лабораторных испытаний

4.5. Натурные пневмоиспытания труб на сопротивление протяженным разрушениям

5. Исследование механических свойств металла трубы опытной партии после полигонных пневмоиспытаний

5.1 Испытания на ударную вязкость

5.2 Испытания на растяжение

5.3 Результаты ИПГ испытаний по стандартной и специальной методикам

6. Определение параметров трещиностойкости основного металла

7. Разработка методики и проведение испытаний для определения угла раскрытия вершины трещины CTOA металла труб после полигонных пневмоиспытаний

8. Вывод

Список литературы

1.

Россия обладает огромным природным топливо-энергетическим потенциалом. При численности населения менее 2.5% от общего числа жителей Земли запасы ресурсов составляют более 30% от суммарных общемировых запасов. Такие потенциальные возможности должны эффективно реализовываться, обеспечивая достойный уровень жизни населения, развития общества и государства.

Использование газа для освещения и отопления началось в первой половине XIX века, тогда же появились и первые газопроводы. В Санкт-Петербурге первый газовый завод (производивший светильный газ из импортного каменного угля) и система распределения построены в 1835 году, в Москве - в 1865 году. Затраты на сооружение и эксплуатацию газопроводов велики, поэтому первые газопроводы большой длины появились с началом эксплуатации месторождений природного газа.

Первый в СССР газопровод от Дашавских промыслов до Львова был построен в 1940-1941 гг. (первый газопровод от Дашавы - до Стрыя был построен в 1924 году). Во время Великой Отечественной войны были построены газопроводы от Бугуруслана и Похвистнево до Куйбышева (160 км, диаметр трубы 300 мм), а также от Елшанки до Саратова. Первым магистральным газопроводом в СССР стал газопровод Саратов - Москва вступивший в строй в 1946 году.

Добываемый в России природный газ поступает в магистральные газопроводы, объединенные в Единую систему газоснабжения (ЕСГ) России. ЕСГ является крупнейшей в мире системой транспортировки газа и представляет собой уникальный технологический комплекс, включающий в себя объекты добычи, переработки, транспортировки, хранения и распределения газа. ЕСГ обеспечивает непрерывный цикл поставки газа от скважины до конечного потребителя.

Трубопровод - искусственное сооружение, предназначенное для транспортировки газообразных и жидких веществ, а также твердого топлива и иных твердых веществ в виде раствора под воздействием разницы давлений в поперечных сечениях трубы. Газо- и нефтепроводы чрезвычайно важны для нашей страны, именно по ним транспортируются основные полезные ископаемые России.

Газопроводы подразделяются по своему назначению на промысловые, магистральные и газопроводы распределительных сетей.

Промысловые газопроводы - система технологических трубопроводов для транспортирования нефти, конденсата, газа, воды на нефтяных, нефтегазовых, газоконденсатных и газовых месторождениях.

Магистральные газопроводы предназначены для транспортировки газа на большие расстояния. Через определенные интервалы на магистрали установлены газокомпрессорные станции, поддерживающие давление в трубопроводе. В конечном пункте магистрального газопровода расположены газораспределительные станции, на которых давление понижается до уровня, необходимого для снабжения потребителей.

Газопроводы распределительных сетей предназначены для доставки газа от газораспределительных станций к конечному потребителю.

По давлению в магистрали газопроводы классифицируются на газопроводы низкого (до 0,005 МПА), среднего (от 0,005 до 0,3 МПА) и высокого давления (второй категории от 0,3 до 0,6 МПА и первой категории от 0,6 до 1,2 МПА).

По типу прокладки различают газопроводы наземные, надземные, подземные и подводные.