Разработка метода диагностирования нефтегазового оборудования, эксплуатируемого в сероводородсодержащих средах, с применением анализа охрупчивания металла тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Ломанцов, Виктор Анатольевич

• Ломанцов, Виктор Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ломанцов, Виктор Анатольевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ФАКТОРЫ И МЕТОДЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОХРУПЧИВАНИЯ МЕТАЛЛА ОБОРУДОВАНИЯ, ЭКСПЛУАТИРУЕМОГО В СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ СРЕДАХ

1.1 Характеристики оборудования, нагрузки, воздействия и их последствия

1.2 Анализ методов и результатов диагностирования оборудования

1.3 Механизмы, факторы и кинетика охрупчивания металла оборудования

2 ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ, КРИТЕРИЕВ И МЕТОДА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОХРУПЧИВАНИЯ МЕТАЛЛА ОБОРУДОВАНИЯ

2.1 Параметры охрупчивания и критерии их оценки

2.2 Методы определения параметров охрупчивания и твердости

2.3 Обоснование метода диагностирования охрупчивания металла

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ЗНАЧЕНИЙ ТВЕРДОСТИ И УДАРНОЙ ВЯЗКОСТИ ДЛЯ МЕТАЛЛА ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ

3.1 Исследование зависимостей между твердостью и ударной вязкостью для различных состояний сероводородстойкой стали

3.2 Обработка результатов эксперимента

4 ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ АПРОБИРОВАНИЯ МЕТОДА. МЕТОДИКА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ОХРУПЧИВАНИЯ МЕТАЛЛА

4.1 Обоснование возможности и разработка способа, технических решений и устройств для отбора и захолаживания минипроб металла элементов оборудования

4.2 Апробация предложенного метода диагностирования охрупчивания металла

4.3 Методика диагностирования нефтегазового оборудования, эксплуатируемого в сероводородсодержащих средах, на основе анализа охрупчивания металла

4.4 Расчёт экономической эффективности применения методики

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода диагностирования нефтегазового оборудования, эксплуатируемого в сероводородсодержащих средах, с применением анализа охрупчивания металла»

ВВЕДЕНИЕ

Стратегией национальной безопасности [1], программами приоритетного развития науки и техники Российской Федерации и ОАО «Газпром» [2] поставлены задачи научного обоснования теоретических и методических основ оценки и обеспечения безопасности опасных производственных объектов (ОПО). В их числе, газохимических комплексов по добыче природных газа и нефти, содержащих сероводород (ГХК). В составе ОПО ГХК эксплуатируются десятки тысяч единиц оборудования, имеющего наработку в два и более раз выше установленной проектом [3, 4]. Длительная эксплуатация и воздействие под высоким давлением влажных сероводородсодержащих нефтегазовых рабочих сред, кроме коррозионного износа вызывают охрупчивание металла высоконагруженных несущих элементов оборудования. Охрупчивание металла элементов оборудования увеличивает вероятность его хрупкого разрушения. Предупреждение такого разрушения возможно путем установления и прогнозирования при диагностировании оборудования значений параметров состояния металла, характеризующих охрупчивание (далее - параметров охрупчивания), и оценки с их учетом возможности продолжения его эксплуатации и остаточного ресурса.

Оценка параметров охрупчивания металла может быть выполнена по результатам разрушающих испытаний образцов, вырезанных из наиболее нагруженных элементов оборудования. Такие вырезки влекут за собой необходимость замены этих элементов. Из-за сложности работ и отсутствия элементов для замены такие вырезки и испытания образцов в практике диагностирования выполняются крайне редко, в основном на выбраковываемых элементах. При этом результаты оценки параметров охрупчивания относятся к металлу вырезанных элементов и не могут служить базой сравнения для следующих испытаний, что делает невозможным мониторинг, установление закономерностей и прогнозирование охрупчивания этого металла. В этих условиях актуальность и значимость исследований методов диагностирования параметров охрупчивания металла высоконагруженных элементов, не

требующих разрушающей вырезки образцов, и предупреждения их хрупкого разрушения возрастает вместе с ростом наработки оборудования.

Цель диссертационной работы - разработка метода диагностирования нефтегазового оборудования, эксплуатируемого в сероводородсодержащих рабочих средах, на основе анализа охрупчивания металла для снижения вероятности хрупкого разрушения и повышения надежности эксплуатации.

Основные задачи исследования:

1. Исследование эксплуатационных факторов и последствий охрупчивания металла, обзор методов и анализ результатов диагностирования оборудования, длительно эксплуатируемого в сероводородсодержащих средах.

2. Анализ и обоснование параметров, критериев и метода диагностирования, мониторинга и прогнозирования значений параметров охрупчивания металла оборудования.

3. Исследование закономерностей изменения и корреляционных зависимостей значений твердости и ударной вязкости в области температур вязко-хрупкого перехода для металла оборудования, эксплуатируемого в сероводородсодержащих средах.

4. Обоснование возможности, разработка способа и технических решений для отбора минипроб металла элементов оборудования и испытаний на твердость в области температур вязко-хрупкого перехода.

5. Апробация метода и разработка методики диагностирования нефтегазового оборудования, эксплуатируемого в сероводородсодержащих рабочих средах, на основе анализа охрупчивания металла для снижения вероятности хрупкого разрушения и повышения надежности эксплуатации. Оценка эффективности ее применения.

Научная новизна:

Впервые обоснованы, подтверждены экспериментально и предложены характеристики охрупчивания металла элементов оборудования ГХК, выражаемые закономерностями функциональных зависимостей между значениями диагностического параметра твердости (Н) и параметра охрупчивания - ударной вязкости (КСУ) для температур испытаний Т1..6= -60, -40, -20, 0,+10, +20°С.

Теоретически обоснованы и разработаны метод анализа охрупчивания металла, математическая модель и алгоритм оценки, мониторинга и прогнозирования значений параметров КСУ и температуры вязко-хрупкого перехода (Тк) на основе функциональных зависимостей Н-КСУ при Т1..6 для металла оборудования, эксплуатируемого в сероводородсодержащих средах.

Расчетно обоснована возможность, разработан и апробирован способ отбора минипроб металла, не требующий ремонта или замены высоконагруженных элементов оборудования для испытаний при диагностировании.

Разработано специальное захолаживающее устройство - предметный стол твердомера, обеспечивающий захолаживание до -70°С и стабильность регулирования требуемой температуры при испытании твердости металла образцов до ±0,1 °С.

На защиту выносятся следующие положения:

- теоретическое и экспериментальное обоснование закономерностей, определяющих функциональные зависимости между значениями Н и КСУ при Т1..6 для ряда последующих состояний охрупченности металла элементов диагностируемого оборудования ГХК;

-теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение метода анализа охрупчивания металла, модели и алгоритма оценки, мониторинга и прогнозирования значений параметров КСУ и Тк;

-способ отбора минипроб металла, не требующий ремонта или замены высоконагруженных элементов оборудования для испытаний при диагностировании с использованием захолаживающего устройства -предметного стола твердомера, обеспечивающего захолаживание образцов до - 70°С и стабильность регулирования температуры при испытании твердости металла образцов до ±0,1 °С;

- обоснование нормативно-методических принципов и алгоритма диагностирования нефтегазового оборудования на основе анализа охрупчивания металла и показатели эффективности их применения.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Практическую значимость представляют функциональные зависимости Н-КСУ, модели и метод диагностирования, мониторинга и прогнозирования параметров охрупчивания металла; способ, технические решения и специальные устройства по отбору минипроб металла элементов оборудования и их испытаний на твердость при заданных, в том числе отрицательных температурах для установления по их значениям Тк.

Разработанные и апробированные научно-технические решения реализованы в «Методике диагностирования нефтегазового оборудования, эксплуатируемого в сероводородсодержащих средах, на основе анализа охрупчивания металла». Применение методики при диагностировании, оценке и прогнозировании технического состояния оборудования ГХК позволяет систематически получать и накапливать текущие и прогнозные значения Тк для уточнения значения допускаемого коэффициента интенсивности напряжений [К^ и выполнения расчетов сопротивления металла элементов оборудования хрупкому разрушению. Результаты таких расчетов позволяют устанавливать новые, отличные от проектных нормы допустимых параметров дефектов и другие меры предупреждения хрупкого разрушения элементов оборудования ГХК.

Объектом исследования является техническое состояние оборудования ГХК, эксплуатируемого в условиях охрупчивания металла при воздействии сероводородсодержащих сред.

Предметом исследования являются параметры, критерии и методы диагностирования охрупченности металла и предупреждения хрупкого разрушения элементов оборудования ГХК, эксплуатируемого при воздействии сероводородсодержащих рабочих сред.

Гипотеза исследования заключается в том, что основываясь на результатах известных исследований корреляционных зависимостей значений параметров состояния металла, получаемых неразрушающими методами испытаний и параметров, характеризующих охрупчивание этого металла, возможно экспериментально получить такие зависимости для металла наиболее нагруженных элементов оборудования и разработать на их основе методику и технические решения, позволяющие с требуемой достоверностью

систематически получать, накапливать и оценивать значения параметров охрупчивания металла наиболее нагруженных элементов оборудования без повреждающей вырезки образцов испытаний и необходимости их замены, а также устанавливать с учетом их значений условия и меры безопасности эксплуатации для предупреждения хрупкого разрушения оборудования ГХК.

Методологической основой исследования являются методы экспериментальных, лабораторных, стендовых, разрушающих и неразрушающих испытаний и исследований параметров состояния и охрупчивания металла элементов оборудования; методы расчетов прочности, прогнозирования ресурса и математической статистики.

Достоверность результатов исследований обеспечена применением стандартизованных методов контроля и испытаний; сертифицированных и метрологически поверенных измерительных приборов и испытательного оборудования; стандартизованных математических методов и сертифицированных пакетов компьютерных программ математического моделирования (MathCad) и анализа напряжений в конструкциях методом конечных элементов (COSMOS/M); сверкой результатов экспериментальных исследований с данными промышленной апробации на реальном оборудовании ГХК.

Обоснованность выводов и рекомендаций подтверждены литературными данными и экспериментальными исследованиями.

Основные результаты работы доложены на научно-технических конференциях, включая:

- V Международную научно-техническую конференцию «Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред», г. Оренбург, 22-25 ноября 2004 г.;

-VI Международную научно-техническую конференцию «Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред», г. Оренбург, 20-23 ноября 2006 г.;

-отраслевое совещание «Состояние и основные направления развития неразрушающего контроля сварных соединений объектов транспорта газа ОАО «Газпром»», г. Уфа, 2007 г.;

-V Международную научную конференцию «Прочность и разрушение материалов и конструкций», г. Оренбург, 12-14 марта 2008 г.;

-VII Международную научно-техническую конференцию «Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред», г. Оренбург, 26-29 ноября 2008 г.;

- III Научно-техническую конференцию с международным участием «Основные проблемы освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения», г. Оренбург, 21-22 мая 2009 г.;

-VIII Международную научно-техническую конференцию «Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред», г. Оренбург, 23-26 ноября 2010 г;

-IX Международную научно-техническую конференцию «Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред», г. Оренбург, 13-16 ноября 2012 г.

По материалам диссертации опубликовано 21 печатная работа из них 7 в изданиях, входящих в "Перечень..." ВАК Минобрнауки РФ.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения; изложена на 140 страницах; содержит 39 рисунков, 33 таблицы и список использованных источников из 140 наименований.

Диссертационная работа выполнена в ОАО «Техдиагностика» (г. Оренбург) - специализированном центре по диагностированию оборудования на объектах сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений и газоперерабатывающих заводов ОАО «Газпром».

1 ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ФАКТОРЫ И МЕТОДЫ

ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОХРУПЧИВАНИЯ МЕТАЛЛА ОБОРУДОВАНИЯ, ЭКСПЛУАТИРУЕМОГО В СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ СРЕДАХ

1.1 Характеристики оборудования, нагрузки, воздействия и их последствия

Задача обеспечения и поддержания на требуемом уровне безопасного состояния оборудования ГХК, имеющего наработку, значительно превышающую проектный срок эксплуатации, решается путем оценки параметров состояния металла с учетом воздействия на него повреждающих факторов: рабочей среды, нагрузок и длительности эксплуатации. Оборудование ГХК [4] отличается широкой номенклатурой, большим разнообразием конструктивных решений в зависимости от конкретных условий технологии производства и характеристик добываемой среды. В качестве примера в работе рассмотрен опыт эксплуатации технологического оборудования (далее - оборудования) ГХК, расположенного в Оренбургской области (ОГХК). Оренбургское газоконденсатное месторождение было открыто в 1966 году. В промышленную эксплуатацию на импортном оборудовании ОГХК введен в 1974 году. Добываемый природный газ ОГХК содержит в своем составе сероводород до 4,7%, диоксид углерода до 2% и пластовую воду [5].

Одним из наиболее распространенных и потенциально опасных при возможном разрушении типов оборудования ОГХК являются сосуды, работающие под давлением. В составе объектов добычи на Установках комплексной подготовки газа (УКПГ) эксплуатируется 317 сосудов, более 80% из них эксплуатируется с сероводородсодержащими средами [6]. Значительная часть сосудов УКПГ ОГХК изготовлена в 1970-1979 годах предприятиями «Creusot Loire», «Secometal S.S.» (Франция), НПО «Волгограднефтемаш» (Россия). При изготовлении сосудов использовались стали TTStE36, 20ЮЧ (для обечаек и днищ), HSB50S, 20ЮЧ (для патрубков и фланцев). Химический состав указанных сталей приведен в таблице 1.1.1.

Таблица 1.1.1 - Химический состав сталей оборудования УКПГ ОГХК

Марка стали С Si Мп P.S Cr Mo Ni V Nb+Ti N Прочие

TT St Е36 S 0,15 0,350,46 <1,56 0,016 0,017 0,3 max 0,08 max 0,3 max - 0,05 max 0,02 -

HSB50S 0,18 0,22 1,35 0,029 0,027 - - 0,6 - - - -

Сталь 20ЮЧ 0,160,22 0,170,37 0,50,8 0,02 0,012 <0,25 - < 0,4 - - < 0,012 AI 0,030,1; Cus 0,3

Служебные свойства некоторых из указанных в таблице 1.1.1 сталей представлены в таблице 1.1.2.

Таблица 1.1.2 - Служебные свойства некоторых сталей оборудования УКПГ

ОГХК

Марка стали Предел прочности МПа Предел текучести МПа Относит. удлинение, % Относит. сужение, % KCV, KCU Твердость

TTSt E36 min 560 360-400 min 30 min 54 KCV-40 15 Дж/см2 max 80 HRB

HSB 50S min 320 min 196 min 33 min 60 KCV-40 28 Дж/см2 max 197HB

Сталь 20ЮЧ (трубы) 502-598 388-450 min 25 53-64 KCU-40 40 Дж/см2 KCV-40 36 Дж/см2 max 22HRC

Стали 20ЮЧ, 20ЮЧА (поковки) более 410 более 240 min 22 min 30 KCU-40 40 Дж/см2 max 190HB

Все стали сосудов УКПГ относятся к одному классу. Это низколегированные углеродистые стали, имеющие ферритно-перлитную структуру, отличающиеся мелкозернистостью, однородностью структуры. Предел текучести у этих сталей находится в пределах 295-355 МПа, предел прочности - 410-630 МПа. В требованиях к химическому составу ограничено содержание углерода, серы (до 0,025%), фосфора (до 0,030%) и легирующих элементов. Металлургическими мероприятиями обеспечивается глобулярная форма включений (сульфиды, оксисульфиды), что должно обеспечивать сопротивление стали сероводородному (водородному) растрескиванию и расслоению.

Оборудование ГХК в процессе эксплуатации испытывает множество

различных нагрузок и воздействий, обусловленных как технологическими

10

факторами - внутренним давлением, температурой, составом и коррозионной агрессивностью рабочих сред, наличием пульсации давления и вибрации при эксплуатации, изменениями нагрузки при испытаниях и др.; конструктивными особенностями - сложной геометрической формой, нагрузками от массы конструкции, реакцией опор и присоединенных трубопроводов, усилий затяжки болтов и шпилек, множеством конструктивных концентраторов напряжения, а также наличием несплошностей (дефектов), также являющихся концентраторами напряжения; внешними факторами - ветровой и снеговой нагрузкой, климатическими изменениями температуры и другие [7].

Для представления об уровнях нагрузок испытываемых конструктивными элементами оборудования из работы [7] на рисунке 1.1.1 приведены результаты анализа напряженно-деформированного состояния (НДС) металла конструктивных элементов одного из сепараторов УКПГ.

а) б)

29 58 87 116 144 173 202 231 260

--------— стзкв, МПа

В)

Рисунок 1.1.1 - Результаты оценки НДС сепаратора ГП 1022.02 при рабочем давлении 6,95МПа: а) - оболочечная модель сепаратора; б) - твердотельная

модель штуцерного узла

Результаты оценки НДС сепаратора показывают, что наиболее

нагруженные зоны расположены локально у конструктивных отверстий

штуцерных узлов, люков-лазов. Общие мембранные напряжения достигают

11

112МПа (86% от допускаемого), местные мембранные - 140 МПа (71% от допускаемого), местные мембранные и местные изгибные напряжения совместно достигают 220 МПа.

Объекты ОГХК расположены в зоне континентального климата [6]. Среднемесячная температура июля +22°С, среднемесячная температура января -13,7°С. В зимнее время температура может опускаться до-40°С (зарегистрированный минимум за последние 10 лет -41.6°С). В условиях отрицательных температур оборудование может периодически испытывать пусковые и остановочные нагрузки, когда металл оборудования, находясь при температуре окружающей среды (т.е. возможно и при минусовой температуре), претерпевает изменения напряжений от нуля до рабочего состояния, что при наличии трещиноподобных дефектов влечет за собой вероятность хрупкого разрушения.

Коррозионное воздействие добываемого на ОГХК газа [4, 5, 6] обуславливается в основном содержанием сероводорода - до 4,7 об.%. Как и другие коррозионные среды сероводород вызывает сплошную или общую электрохимическую коррозию металла внутренней поверхности оборудования, контактирующей с рабочей средой. Коррозия проявляется в виде равномерного, неравномерного электрохимического изнашивания, либо в виде язв, питтингов, каверн. Однако, наиболее опасной и существенной особенностью сероводородсодержащих (и вообще водородсодержащих) сред является механизм водородного насыщения металла, ведущего к охрупчиванию и растрескиванию.

Присутствие в рабочих средах сероводорода, по формулировке A.A. Гоника, одного из первых исследователей сероводородной коррозии в СССР (1966 т.), резко усиливает коррозию, сероводород выступает в качестве главного коррозионного агента агрессивного коррозионного газа. Коррозия металлов во влажной коррозионной среде при наличии сероводорода увеличивается в сотни раз по сравнению со средой, где он отсутствует.

Согласно общепризнанной теории [8] электрохимической коррозии на катодных поверхностях стали могут адсорбироваться гидратированные ионы

водорода (ионы гидроксония), которые при адсорбции металлом освобождаются от молекул воды:

НзО^НГ + НзО (1.1.1)

при этом часть ионов молизуется и выделяется в виде пузырьков газа, а часть - в виде протонов внедряется в кристаллическую решетку стали. [9]

Сероводород, растворяясь в воде в зависимости от кислотности среды может диссоциировать на Н8~ и РГ ионы или Б2- и 2Н+ ионы.

Влияние сероводорода на коррозионные процессы описано в механизме З.А. Иофа [10]:

Бе + Н28 + Н20 -»• Ре(Н8~)адс + НэО+, (1.1.2)

образование сорбированного соединения Ре(Н8) ослабляет связи атомов железа между собой и облегчает их ионизацию.

Ре(Н8~)адс -> (РеШ)+ + 2е~, (1.1.3)

(РеШ)+ + Н30+ -> Ре2+ + Н28 + Н20. (1.1.4)

Ионы Ре2+ взаимодействуют с Н8 -ионом по реакции:

Ре2+ + Ш" -> Ре8 + Н* (1.1.5)

Уравнение катодной реакции имеет вид:

Ре + Ш- Ре(Н8")адс, (1.1.6)

Ре(Н8")адс + Н30+ Ре(Н-8-Н)алс + Н20, (1.1.7)

Ре(Н-8-Н)адс + Ре^-)^ + Надс. (1.1.8)

Атомы водорода, выделившиеся в результате реакции либо рекомбинируют в молекулы, либо диффундируют в металл.

13

Традиционно [12, 13] растрескивание металла элементов оборудования от воздействия сероводородсодержащих сред делят на две большие группы -растрескивание без действия напряжений (водород-индуцированное растрескивание - ВИР), растрескивание под напряжением (сульфидное коррозионное растрескивание под напряжением - СКРН).

Сероводородное расслоение (в различных источниках: СР [11], ВИР, ВР -водородное расслаивание [12]) проявляется в виде трещин в направлении прокатки (т.е. ориентированных параллельно поверхности металла) в том числе при отсутствии напряжений. ВИР подвержены стали углеродистые и низколегированные с пределом прочности от 300 до 800 МПа.

Наиболее склонны к СКРН зоны термического влияния, металл со структурными неоднородностями, значительным количеством неметаллических включений, несоответствующим химическим составом. Интервал температур, при которых происходит СКРН - +30...+40°С, рН среды менее 5. СКРН имеет такой же механизм как водородное охрупчивание. Считается, что для СКРН необходимо приложение растягивающих нагрузок, водородное растрескивание может наступать без дополнительного приложения усилий, при достижении определенной критической концентрации водорода [12].

Для предотвращения растрескивания в сероводородсодержащих средах международным стандартом 180 15156 и другими нормативами [6, 9, 12, 13, 14] к сероводородстойким сталям предъявляются следующие требования: мелкозернистая структура, глобуляризация включений, твердость как правило не более 22НЯС, предел текучести менее 450МПа [13], показатель эквивалентного углерода Сэ< 0,4%, отношение предела текучести к пределу прочности не более 0,8 для соединительных деталей и не более 0,9 для труб, ударная вязкость КСиго = 30 Дж/см", ограничения по содержанию серы и фосфора (как правило не более 0,025%). Накопленный опыт выбора сероводородстойких сталей был реализован при проектировании объектов ОГХК. К материалам предъявлялись следующие требования: запас прочности по пределу прочности - 3; запас прочности по пределу текучести — 2, ударная

вязкость при -40°С более 2,5 кгсм/см2, ударная вязкость при +20°С более 5 кгсм/см2.

За время эксплуатации оборудования на объектах ОГХК имели место ряд крупных аварий с тяжелыми последствиями [12]. Первая серьезная авария, вызванная действием сероводорода, произошла в 1971 году, вскоре после начала опытного освоения Оренбургского месторождения. Погибли люди. В 1972 году произошла вторая подобная авария - разрушилась емкость углеводородного конденсата, изготовленная из биметалла 09Г2С+Х17Н13М2Т. Причиной разрушения явилась горячая трещина, возникшая при изготовлении сосуда в перекрестье кольцевого и продольного сварных швов. Подобные аварии происходили на объектах ОГХК несколько раз. В ряде случаев последствиями таких аварий были человеческие жертвы, большой материальный ущерб. Анализ причин отказов сосудов ОГХК, произошедших за 15 лет эксплуатации показал, что значительная доля отказов обусловлена возникновением и накоплением скрытых в толщине стенки металла дефектов типа ВИР и СКРН.

В [4] проведены результаты анализа причин 1980 случаев отказов оборудования ОГХК. Результаты анализа показали, что: аварии с катастрофическими последствиями вызваны, как правило, растрескиванием металла при воздействии сероводородсодержащих сред, более 75% разрушений имеют хрупкий характер излома, при этом охрупчивается как металл сварного шва так и основной металл.

По причине высокой токсичности, опасности технологических газов для окружающей среды и жизни персонала и населения, вероятности заражения территории при авариях, больших давлений рабочих сред отказы оборудования ОГХК представляют серьезную опасность. Определенная по статистическим данным эксплуатации ОГХК частота катастрофических отказов сосудов и аппаратов составила около 0,08 год"1, а частота критических отказов скважинного оборудования и трубопроводов - до 1,2 год"1, что значительно превышает допустимую частоту отказов, установленную в РД 03-418-01 [11]. Риск эксплуатации по вышеприведенным данным соответствует уровню

критичности «А», т.е. требуется применение особых мер обеспечения безопасности.

1.2 Анализ методов и результатов диагностирования оборудования

Как показано в 1.1, к настоящему времени большая часть оборудования ОГХК эксплуатируется более 34 лет при проектном сроке эксплуатации 12 лет. За время запроектного срока эксплуатации оборудование прошло следующие количества продлений: Газоперерабатывающий завод - до 6 раз; УКГГГ 3-5 раз; дожимные компрессорные станции - 1-2 раза. Возможность, срок и условия продления безопасной эксплуатации оборудования определяются по результатам технического диагностирования.

Методы и подходы к техническому диагностированию состояния оборудования газодобывающих объектов рассмотрены в работах многих известных ученых и специалистов: В.М. Баранова, В.М. Горицкого, A.A. Ежова, B.C. Иванова, В.В. Клюева, B.C. Котельникова, A.B. Митрофанова, О.В. Покровской, H.A. Хапонена, В.П. Шевченко и многих других, а также изложены в различных нормативно-методических документах [11, 15, 16 и др.]. В частности, особенности технического диагностирования и определения остаточного срока службы сосудов, работающих под давлением, установлены в РД-03-421 [11].

Все многообразие методов определения тех или иных свойств металла можно условно разделить на три большие группы: неразрушающие, разрушающие и повреждающие. При диагностировании оборудования ГХК в соответствии с требованиями НТД [11] предпочтение отдаётся неразрушающим методам контроля (НК). Значительная часть видов НК разрабатывалась и применяется в основном для регистрации объемных несплошностей, трещин, течей и других макродефектов. В рамках технического диагностирования проводятся:

- неразрушающий контроль качества сварных соединений и основного металла: визуальный и измерительный контроль, ультразвуковой, капиллярный, вихретоковый, магнитопорошковый контроль;

- толщинометрия;

- акустико-эмиссионный контроль;

- определение химического состава сталей (при технической необходимости);

- металлографические исследования (при технической необходимости);

- оценка механических свойств основного металла и сварных соединений (по результатам измерения твердости);

- расчеты на прочность и остаточный ресурс.

При визуальном контроле (невооружённым глазом, а также с использованием луп, эндоскопов и микроскопов) определяется наличие дефектов на поверхности металла типа трещин, пор, изменений геометрических размеров и др.). Существенным достоинством методов является их простота, относительно малая трудоемкость. Недостатком метода является возможность контролировать только доступную для контроля поверхность металла. Чувствительность метода не превышает 0,1 мм [17].

Сущность контроля проникающими веществами - повышение контрастности дефектных участков путем специальной обработки исследуемой поверхности с целью заполнения имеющихся полостей дефектов индикаторными цветоконтрастными веществами, либо другими индикаторами (флюоресцентными и др.). Метод результативен только для выявления поверхностных дефектов. Минимальные размеры дефектов (трещин), выявляемых капиллярным методом определяются объемом дефекта, способным вместить достаточное для выявления количество индикаторной жидкости -пенетранта: раскрытие - от 0,5 мкм до 500 мкм; минимальная длина трещины, надежно выявляемой капиллярным методом - около 2 мм [18].

Магнитный контроль построен на анализе взаимодействия магнитного поля с контролируемым объектом. В практике диагностирования наиболее распространен магнитопорошковый контроль, вклад в разработку и применение которого внесли многие, в том числе отечественные, специалисты: Саксби, Хок, Н.С. Акулов, Н.И. Еремин, C.B. Вонсовский, Я.С. Шур, П.Г. Михневич, И.Б. Крючков, Г.С. Шелихов. Сущность метода - анализ индикаторных следов, образованных нанесенной на поверхность контролируемого объекта эмульсией,

содержащей мелкую стружку, в приложенном магнитном поле. В местах несплошностей магнитный поток меняет свое направление, силовые линии магнитного поля выходят и входят из контролируемой детали, при этом образуются местные магнитные полюса с наибольшей концентрацией магнитных линий и магнитное поле дефекта, в котором магнитные частицы выстраиваются в цепочки в направлении магнитных силовых линий. Метод применим только для контроля ферромагнитных материалов. Чувствительность метода ограничивается магнитными характеристиками материала, шероховатостью поверхности объекта, местоположением и ориентацией возможных дефектов. Минимальная выявляемая протяженность дефекта - 0,5 мм, минимальное раскрытие дефекта - 1 мкм, глубина 10-30 мкм

[19].

Вихретоковый контроль основан на анализе взаимодействия электромагнитного поля преобразователя с электромагнитным полем наводимых в контролируемо^ объекте вихревых токов. Метод основан на фундаментальных работах Д. Арго и Л.Фуко (первая четверть 19 века) и разрабатывался Д.Е. Хыозом, В.В. Клюевым, Ю.К. Федосенко,

B.М. Мужицким, В.Г. Герасимовым, С.М. Рождественским, А.И. Никитиным и другими специалистами, в отечественной промышленности хорошо известны научные школы, занимающиеся развитием метода: Институт интроскопии, Московский энергетический институт, ВИАМ, ВНИИ трубной промышленности и др. Чувствительность вихретокового контроля -минимальная ширина раскрытия дефекта - 10 мкм, глубина 0,1 мм, длина 2 мм

[20].

Ультразвуковой контроль заключается в регистрации упругих колебаний, искусственно возбуждённых в контролируемом объекте. Возможности УЗК позволяют обнаруживать поверхностные и внутренние дефекты, измерять геометрические параметры дефектов при одностороннем доступе к изделию, а также оценивать некоторые параметры состояния металла. Вклад в развитие методик ультразвукового контроля и разработку аппаратуры внесли

C.Я. Соколов (1928 г.), Г.В. Пророков, Ю.В Ланге, И.Н. Ермолов, A.C. Матвеев, Ю.В. Богословский, В.Д. Королев, Н.В. Химченко, В.А. Бобров, В.И. Чикунов,

коллективы институтов ВИАМ, ЦНИИТМАШ, НИИХИММАШ и др. Сущность метода - посылка коротких ультразвуковых импульсов в контролируемый металл и регистрация интенсивности, времени прихода, фазы эхо-сигналов от донной поверхности или расположенных в толще металла дефектов. Предельная чувствительность метода обуславливается структурно-механическими свойствами металла, состоянием поверхности, в производственных условиях составляет около 1,6 мм [21].

В основе акустико-эмиссионного контроля (АЭК) лежит явление излучения волн напряжений при быстрой локальной перестройке структуры материала. Спектр сигналов акустической эмиссии лежит в звуковом и ультразвуковом диапазонах. Рабочий частотный диапазон аппаратуры может меняться в пределах от 10 кГц до 1 МГц в зависимости от типа, размеров, акустических свойств объекта, а также параметров шумов на объекте [22]. Для стимуляции излучения дефектом акустических волн объект нагружают механическим или тепловым способом. Как структурно чувствительный метод АЭК обеспечивает обнаружение процессов пластической деформации, собственно разрушения и фазовых переходов. Кроме того, метод позволяет выявлять истечение рабочей среды (жидкости или газа) через сквозные отверстия в объекте, а также трение поверхностей. Требованиями нормативных документов устанавливается, что результатом АЭК является поиск, локализация и классификация источников акустической эмиссии. АЭК

позволяет выявлять приращение трещин на десятые доли миллиметра.

6 2

Предельная чувствительность АЭК составляет порядка 1-10" мм , что соответствует выявлению скачка трещины протяженностью 1 мкм на 1 мкм. В производственных условиях могут быть выявлены скачки трещин 0,1н-0,3 мм и более [22].

Радиационные методы НК основаны на измерении и регистрации проникающего ионизирующего излучения при его прохождении через контролируемый объект. Метод реализуется с использованием рентгеновского излучения и гамма-излучения. Радиационные методы используют различную величину поглощения ионизирующего излучения различных по толщине и плотности материалов, дефектов и бездефектных участков, а соответственно

различную интенсивность излучения, регистрируемую детектором. Метод

л

позволяет выявлять дефекты объемом 0,3-М),7 см .

Для уточнения материального исполнения элементов оборудования, соответствия его требованиям нормативной документации при техническом диагностировании также проводится химический анализ состава стали спектрально-эмиссионным методом непосредственно на оборудовании или лабораторно с использованием образцов металла, а также измерения твердости. Оценка механических свойств носит необязательный характер и проводится «по технической необходимости». Положением [23] измерение твердости предусматривается в местах выявления дефектов при ВИК, а также в зонах контроля сварных соединений. Механические свойства, как правило, оцениваются по замерам твердости с использованием зависимостей по ГОСТ 22761 [24] и др. В отдельных случаях механические свойства оцениваются по результатам разрушающих испытаний.

Металлографический контроль состояния металла элементов оборудования может проводиться визуально с использованием переносных металлографических микроскопов и/или методом реплики [19]. Для этого готовятся поверхности контроля и производится травление отшлифованной поверхности 15-20% водным раствором азотной кислоты и последующей нейтрализации. При этом выявляется микроструктура, поверхностные дефекты типа микротрещин и другие [25]. Широкое распространение имеет также металлографический анализ реплик, основанный на получении реплики-оттиска обследуемой предварительно отполированной и протравленной поверхности металла. При металлографическом исследовании проводится определение величины зерна (ГОСТ 5639), анализ загрязненности неметаллическими включениями (ГОСТ 1778, 21022, ГОСТ 801-78/ASTM Е45, El245, DIN 50602), анализ морфологии графитовых включений, доли фазовых составляющих (ГОСТ 3443-87, ASTM А536, А48), определение наличия разрушений по границам зерен, оценка полосчатости структуры по ГОСТ 5640 и другие исследования.

Стандартизованные металлографические исследования являются, как правило, полуколичественными методами балльной оценки. Недостатками этих

методов является субъективность и низкая точность, поскольку результат получается визуально, сравнением случайного поля зрения с образцовым рисунком.

Таким образом, основные результаты «типового» неразрушающего контроля: дефекты поверхности элементов оборудования и сварных швов -100% доступных мест; дефекты сплошности основного металла и сварных швов - выборочно при ~15-30% контроле; основные параметры выявленных макродефектов (при наличии); геометрические отклонения формы и размеров контролируемых оборудования (в их числе толщины стенок); твердость металла основных элементов оборудования; вырезка образцов для разрушающих испытаний металла элементов оборудования в случаях выявления дефектов поверхности, сплошности и отклонений значений твердости для устранения которых требуется замена этих элементов.

В таблице 1.2.1 приведены данные о чувствительности основных видов НК. Видно, что применяемые при «стандартном» техническом диагностировании методы НК позволяют уверенно констатировать наличие только третьей стадии поврежденности, т.е. появление и рост магистральной трещины.

Таблица 1.2.1 - Сравнительная чувствительность различных методов НК для оценки охрупченности

№пп Вид контроля или испытаний Чувствительность при стандартном техническом диагностировании Потенциальные возможности метода

1. Визуальный контроль 0,05-0,1 мм Оценка параметров охрупчивания невозможна

2. Ультразвуковой контроль основного металла и сварных швов площадь дефекта 1,6 мм2 Возможна оценка охрупчивания по затуханию и скорости УЗ

3. Капиллярная дефектоскопия раскрытие - 0,5 ... 500 мкм; минимальная длина трещины (произв.) - ок. 2 мм, Оценка параметров охрупчивания невозможна

4. Магнитопорошковый контроль раскрытие 1 мкм, глубина 10-30 мкм, длина 0,5 мм. Оценка параметров охрупчивания невозможна

5. Вихретоковый контроль ширина раскрытия -10 мкм, глубина 0,1 мм, длина 2 мм. Оценка параметров охрупчивания невозможна

Продолжение таблицы 1.2.1

№пп Вид контроля или испытаний Чувствительность при стандартном техническом диагностировании Потенциальные возможности метода

6. Акустико-эмиссионный контроль скачок трещины на 100-300 мкм (произв.) Возможна оценка охрупчивания по изменению характера распределения АЭ

7. Радиационные методы 0,3 см3 Оценка параметров охрупчивания невозможна

8. Ультразвуковая толщинометрия погрешность 0,05 мм Оценка параметров охрупчивания невозможна

Как было отмечено выше, в процессе эксплуатации происходит изменение ряда служебных свойств и параметров металла: твердости, пределов прочности, текучести, относительного удлинения и сужения, ударной вязкости, геометрических размеров, а также критической температуры хрупкости и коэффициента интенсивности напряжений (КИН). Знание этих параметров важно для оценки остаточного ресурса. Часть упомянутых параметров может быть оценена неразрушающими методами при техническом диагностировании (прочностные механические свойства - пересчетом через твердость), определение другой части параметров (относительное удлинение, температура хрупкости, КИН, ударная вязкость) методами НК затруднена. Из вышесказанного следует, что исключительно методами неразрушающего контроля проблематично получить данные, достаточные для достоверной оценки параметров состояния металла, оценки деградации и остаточного ресурса. Конструктивные особенности оборудования ГХК накладывают некоторые ограничения на вырезку проб из металла оборудования. При отборе проб требуется восстановительный ремонт, который в свою очередь может внести в конструкцию дополнительные напряжения. Приоритет в выборе таких методов отдается методам отбора проб, не требующим восстановительного ремонта, т.е. традиционно для вырезки образцов используются легкосъемные детали (крышки люков и др) и заменяемые в процессе ремонта детали. Но в силу различий в режиме нагрузок, металл указанных легкосъемных и заменяемых деталей может не находиться в идентичных условиях с наиболее нагруженными участками оборудования, деградация свойств металла в этих деталях может существенно отличаться от максимальной деградации в нагруженных зонах.

В качестве примера ниже рассмотрены результаты анализа данных диагностирования объектов ОГХК за 2011-2012 годы (см. рисунок 1.2.1). За указанный период проведено диагностирование более 500 трубопроводов, 415 сосудов, 113 фонтанных арматур скважин, 34 единицы насосно-компрессорного оборудования, 15 аппаратов воздушного охлаждения, 12 факельных устройств. В этом количестве оборудования наибольшее количество дефектов представляют собой коррозионный износ (около 4000 дефектов), следующими по количеству являются повреждения формы поверхности (вмятины, деформации) - более 1400 дефектов - и несплошности сварных швов - более 800 дефектов. За этот период выявлено также более 200 трещиноподобных дефектов.

2500

ь 2000

ш

о

| 1500 ■в-а Ч о

£ 1000

ф г

X

§

* 500 0

Рисунок 1.2.1 - Распределение количества выявленных дефектов и отклонений от требований НТД по результатам диагностировании объектов ОГХК, данные 2011 г (синие столбцы) и 2012 г (красные столбцы) [26]

Распределение дефектов и отклонений от требований НТД по видам оборудования достаточно четко прослеживается по результатам диагностирования. На рисунке 1.2.2 представлена диаграмма результатов технического диагностирования объектов ОГХК за 2011г. Видно, что для трубопроводов наиболее характерным дефектом является коррозионный износ (более 90% всех выявленных дефектов). Для сосудов доли выявляемых

несплошностей в сварных швах и основном металле, повреждений формы

23

1 19342012

488 406^11 792 711 103 122 18 15 97 104 19 9

Несплошности Коррозионный Повреждения Отклонения ПовышеннаяТрещиноподобныеТермические износ формы геометрии вибрация повреждения повреждения

поверхности

Виды выявленных дефектов

поверхности и коррозионного износа примерно равны (соответственно 28%, 31%, 38%).

СОСУДЫ

Несплоииости (402 повреждения)

Повреждете формы поверхнкти (435 повреждений)

ТРУБОПРОВОДЫ

Отклонение геометрии (59 повреждений)

Повреждение формы поверхности (38 повреждений)

Коррозионный износ (1239 повреждений)

(38 повреждений)

износ (546 повреждений)

Рисунок 1.2.2 - Распределение выявленных дефектов и отклонений.

Данные 2012 года [26]

При техническом диагностировании трубопроводов и сосудов ОГХК проводится также измерение твердости всех сварных швов, зон термического влияния и основного металла элементов оборудования. В соответствии с программой диагностирования проводится также металлографическое исследование металла элементов оборудования методом реплик и уточнение материального исполнения элементов оборудования с помощью спектрального анализа химического состава металла. В 2011-12 годах ОАО «Техдиагностика» на оборудовании ОГХК проведено более 15000 измерений твердости, проведено более 100 металлографических исследований состояния металла элементов оборудования, более 400 анализов химического состава металла.

По результатам измерения твердости обнаружено более 20 несоответствий твердости сварных швов нормативным требованиям, обусловленным отсутствием термообработки. Браковка основного металла по критериям твердости не проводилась. По результатам металлографического исследования и анализа химического состава определено более 40 несоответствий материального исполнения.

Разрушающие испытания с целью установления степени деградации

служебных свойств металла оборудования ГХК проводятся достаточно редко,

за все годы эксплуатации таких комплексных испытаний проведено не более

24

десятка. На основании данных результатов этих испытаний возможно установление параметров, характеризующих охрупчивание металла и оценка степени охрупчивания металла. По результатам подобных испытаний прослеживается, что охрупчивание металла оборудования, эксплуатируемого в сероводородсодержащих средах, имеет место. В качестве примера в таблице 1.2.2 представлены результаты достаточно полных разрушающих испытаний бывшего в эксплуатации более 20 лет металла катушек газопроводов-шлейфов, обвязок устьев скважин, факельных линий и трубопроводов кислого газа, трубопроводов теплообменников подогревателей газа на скважинах Астраханского ГХК, проведенных в ОАО «Техдиагностика» в 2008 году. В ходе данных исследований проводились испытания на ударный изгиб по ГОСТ 9454, определение критической температуры хрупкости, испытания на растяжение по ГОСТ 1497, измерения твердости, металлографические исследования.

Таблица 1.2.2 - Результаты испытаний металла катушек газопроводов-шлейфов 0 168x10,97 мм

Вид контроля или испытаний Результаты контроля и испытаний Заключения

Определения предела прочности 50-52 кгс/мм2 Соответствует ТУ и данным сертификатов

Определение предела текучести 35-37 кгс/мм2 Соответствует ТУ и данным сертификатов

Определение относительного удлинения Минимальное измеренное значение 28% Отмечено уменьшение на 9% по сравнению с данными сертификата

Ультразвуковой контроль сплошности металла Нарушений сплошности не обнаружено Соответствует ТУ и данным сертификатов

Металлографические исследования Повреждений и несоответствий НТД в микроструктуре стали не обнаружено Соответствует ТУ и данным сертификатов

Измерения твердости 139-144НВ Соответствует ТУ и данным сертификатов

Испытания на ударный изгиб при температуре +20°С Все изломы характеризовались матовым волокнистым строением по всему сечению изломов, что указывает на отсутствие хрупкой составляющей. Изломы образцов полностью вязкие. Соответствует ТУ и данным сертификатов

Испытания на ударный изгиб при температуре -40°С Произошло изменение характера разрушения, выявлен переход от вязкого разрушения к хрупкому, резко снизилась ударная вязкость Отмечено охрупчивание металла

Продолжение таблицы 1.2.2

Вид контроля или испытаний Результаты контроля и испытаний Заключения

Испытания на ударный изгиб при температуре -60°С Ударная вязкость снизилась, при этом доля вязкой составляющей в изломах образцов находилась в пределах от 31% до 34%; Отмечено охрупчивание металла

Расчетное определение критической температуры хрупкости Критическая температура хрупкости составила -30°С Соответствует условиям эксплуатации

Представленные в таблице данные подтверждают, что за более 20 лет эксплуатации механические свойства металла не претерпели видимых изменений, что подтверждает высокое качество и правильный выбор стали. Однако, очевидно изменение пластических свойств, свидетельствующее о присутствии процессов охрупчивания. При этом определение охрупчивания стало возможным только путем разрушающих испытаний.

1.3 Механизмы, факторы и кинетика охрупчивания металла оборудования

В металле действующего оборудования при воздействии эксплуатационных нагрузок протекают непрерывные и необратимые изменения микроструктуры, которые интерпретируются как непрерывный процесс роста и взаимодействия повреждений. Для количественной оценки рассеянных повреждений в металле JT.M. Качановым и Ю.Н. Работновым [27, 28] введено понятие поврежденность. Теория поврежденности и накопления повреждений развивалась Ю.Н. Работновым, А.Н.Колмогоровым (1941) [29], Е.Е. Зориным, В.И. Бетехниным, В.И. Владимировым, С.Н. Журковым, B.C. Ивановой, B.C. Куксенко, В.Е. Паниной, JI.M. Рыбаковой, В.В. Болотиным, В.В. Новожиловым, JT.P. Ботвиной, A.A. Лебедевым, Н.Г. Чаусовым [30] и другими. Поврежденность - процесс образования и роста микропор и микротрещин, сопровождающийся снижением жесткости тела за счет образования микротрещин. Мера повреждаемости определяется по относительной площади трещин или пор, накопленных в процессе нагружения в очаге разрушения. Л.М.Качановым предложено уравнение:

dW/dt = F {w, ст, Т}, (1.3.1)

где w - поврежденность, Т - температура, ст - напряжение, t - время.

Считается, что поврежденность металла равна 0 в начальном, т.е. неповрежденном, состоянии и равна 1 при достижении предельного состояния металла оборудования. Таким образом, за критерий разрушения принимается достижение поврежденностыо значения 1.

В действительности металл оборудования не обладает однородной структурой. Он содержит множество микронеоднородностей (дислокаций, вакансий, границ зерен, включений, инородных фаз). Неоднородность структуры металла на микроуровне, обусловленная как исходными, так и приобретенными в процессе эксплуатации микродефектами, приводит к наличию в высоконагруженных зонах конструкции высоких напряжений и деформаций, приводящих в конечном счете к накоплению дефектов кристаллической решетки (от размеров дислокаций до микро- и макротрещин) и деградации некоторых служебных свойств стали. Наличие микроповреждений и дефектов структуры приводит к охрупчиванию стали. В общем случае рост поврежденности можно разделить на несколько стадий. В начальной стадии возникают и начинают двигаться вакансии и дислокации — дефекты на атомном уровне с размерами порядка м. Имеющиеся в

металле микронесплошности при воздействии повторно-переменного напряжения служат концентраторами напряжений. Напряжения в зонах таких концентраторов достигают значительных величин, превышающих напряжения текучести. В вершинах микронесплошностей образуются пластические зоны, структура которых меняется в процессе изменения нагрузки. На стадии рассеянного повреждения, характеризующейся большим количеством локальных пластически деформированных объемов на субмикроскопическом уровне с размерами 10"5...10"4 м. На этой стадии в металле присутствует большое количество локальных пластически деформированных объемов, каждый из которых может перерасти в магистральную трещину.

Величина пластических зон при нагружении возрастает до достижения максимума, при котором начинают формироваться микротрещины. Путем развития и слияния микротрещин формируется макротрещина.

Непосредственное наблюдение рассеянных в металле микроповреждений представляет значительные трудности. Для практических целей

поврежденность удобно оценивать по изменяющимся в процессе эксплуатации служебным свойствам металла, т.е. по его деградации [31]. Как отмечено в [32], деградация механических свойств металлов от воздействия эксплуатационных факторов может происходить по трём направлениям: в виде упрочнения, разупрочнения или охрупчивания.

Упрочнение и разупрочнение характеризуются заметным увеличением (снижением) предела текучести и временного сопротивления по сравнению с этими характеристиками в исходном состоянии. Наиболее опасным следствием изменения механических свойств металла является охрупчивание. Охрупчивание - процесс перехода материала от вязкого состояния к хрупкому под влиянием внутренних изменений (перераспределения дефектов кристаллической решетки, влияния примесных атомов) или внешних воздействий (влияния водорода, коррозионных воздействий и др.), приводящий к уменьшению вязкости или пластичности материала, а соответственно, характеризующийся снижением пластических свойств металла, его ударной вязкости, повышением критической температуры хрупкости и, как следствие, увеличением вероятности хрупкого разрушения. Охрупчивание может вызываться различными причинами как внешними, так и связанными с особенностями структуры металла: влиянием условий эксплуатации (температуры, напряжения, рабочие среды), влиянием повышенных напряжений в зонах концентраторов, в том числе микронесплошностей, влиянием высокотемпературных процессов, изменяющих структуру металла (сварка).

Процессы накопления поврежденности сталей, применяемых для изготовления оборудования ГХК имеют некоторые особенности. Оборудование ГХК в большинстве своем изготавливается из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, относящихся к ферритно-перлитному классу. Границы ферритных зерен, карбиды (цементит) являются препятствиями на пути дислокаций, наиболее вероятно появление зародышевых микротрещин в сталях такого класса у скоплений дислокаций по границам ферритных зерен или цементитных пластин. Относительно высокая сопротивляемость зарождению трещин мелкозернистых сталей обуславливается меньшим

пробегом дислокаций до очередного барьера, меньшей величиной дислокационных скоплений на границах малых зерен [33].

В условиях эксплуатации оборудование добычи и переработки нефти и газа подвергается воздействию различного вида механических нагрузок, коррозионно-активных и агрессивных рабочих сред, температурных полей и других воздействий. Указанные нагрузки и воздействия распределены по конструкции оборудования неравномерно, образуя относительно более нагруженные и менее нагруженные зоны. Напряжения от механических воздействий значительно отличаются в различных зонах конструкции, от практически нуля до напряжений равных или превышающих предел текучести (в вершинах концентраторов напряжения). Неравномерность распределения нагрузок наблюдается также по толщине стенки оборудования, что обусловлено неоднородностью напряженно-деформированного состояния в различных участках (зонах) конструкции.

По литературным данным [26, 31 и др.], определены следующие факторы охрупчивания металла элементов оборудования ГХК: длительный срок эксплуатации оборудования, приближающийся для значительной доли объектов к 40 годам; неоднородность нагрузок от рабочего давления, воздействие давления испытаний на прочность и плотность, неоднородность температурных полей, вибрация, циклическое нагружение при пусках-остановах и испытаниях в том числе в холодное время года; воздействие влажных сероводородсодержащих рабочих сред.

На микроуровне охрупчивание описывается различными механизмами. Первый из них - наклеп ферритной матрицы. Пластическая деформация в зонах концентрации напряжений увеличивает количество и плотность дислокаций в кристаллической решетке феррита и соответственно сопротивление движению дислокаций растет, подвижность дислокаций падает, растет внутрикристаллитная напряженность. Другой механизм, описанный в литературе [32] - ослабление когезивной плотности границ зерен вследствие сегрегации вредных примесей на границах зерен. Сопротивление движению дислокаций оказывают также примесные атомы (углерод, легирующие элементы), но и движение дислокаций в свою очередь, способствуют

перераспределению примесных атомов на границы зерен [32 и др.]. Накопление дислокаций у примесных атомов, границ зерен и других препятствий ведет к образованию микротрещин. При движении дислокаций через цементитные пластины происходит освобождение атомов углерода, вызывающее фрагментацию и распад цементита. Этот механизм рассмотрен в работах Р.И. Энтина, В.И. Саррака и др. (с использованием метода амплитудно-зависимого внутреннего трения) показали, что деформационное старение заключается во взаимодействии атомов внедрения с дислокациями [34]. Когезивная плотность границ ослабляют также выделяющиеся при движении дислокаций фосфор, карбиды, адсорбированный водород.

Другой фактор, вызывающий повышенный уровень напряжений и соответственно деформаций - наличие концентраторов напряжений. При чем в качестве концентраторов могут выступать как конструктивные элементы (например, штуцерные узлы), так и дефекты сплошности металла [35]. При повторно-статическом нагружении в зонах концентраторов напряжений в металле оборудования напряжения доходят до предела текучести при обычных режимах работы.

Проявлением пластических деформаций в процессе эксплуатации конструкций является т.н. «деформационное старение» - изменение свойств стали, протекающее во времени без заметного изменения микроструктуры под действием пластических деформаций ниже температуры рекристаллизации. Процессы деформационного старения изучались с конца XIX века как отечественными, так и зарубежными учеными (Д.К. Чернов, Стромейер и др.). Теория деформационного старения построена и обоснована относительно недавно, с развитием новых методов исследования. В работах Коттрелла механизм деформационного старения описывался как направленная диффузия атомов азота и углерода к дислокациям и образование скоплений (атмосфер) этих атомов, блокирующих дислокации. Дальнейшие исследования развили и дополнили теорию Коттрелла (исследования Харпера, Наккена, Геллера, Вильсона и Рассела, Бэрда, Пакстона, Вепнера, Лесли, Кэ, Эрдманн-Еснитцера, Буллокса и Ньюмена и др.). Специалистами, изучавшими состояние оборудования Оренбургского ГХК отмечалось [4, 5, 6, 8], что для многих типов

оборудования (шлейфовые трубопроводы, технологические трубопроводы, сосуды и аппараты, эксплуатирующиеся при температурах, близких к температуре окружающей среды) наиболее характерны деформационный механизм старения и охрупчивание.

Одним из главных охрупчивающих факторов для оборудования добычи и переработки сероводородсодержащего газа является воздействие поглощенного кристаллической решеткой стали водорода. Водородное охрупчивание вызывается диффузией в металл атомов водорода, которые способствуют образованию в вершинах трещин хрупких составляющих (гидридов). Явление водородного охрупчивания было впервые замечено еще в XIX веке Джонсоном [36] и стало в дальнейшем предметом целого научного направления. В нашей стране исследование водородного охрупчивания проводилось С.А. Балезиным и Н.В. Никольским [12], особенности расчета ресурса при водородном охрупчивании изучались H.A. Махутовым, Ю.Г. Драгуновым [37].

Водород имеет свойство в объеме металла концентрироваться в областях максимального объемно-напряженного состояния, т.е. у вершин трещин [9]. Очевидно, что структурная и химическая неоднородность металла, неравномерное распределение напряжений в металле способствует образованию зон, различно насыщенных водородом, в том числе -перенасыщенных. Наличие таких зон может приводить к локальному охрупчиванию и является потенциально опасным с точки зрения зарождения трещин. Работами различных ученых (А.И. Красников и др.) установлено, что водород в кристаллической решетке металла образует протонный газ, способный легко перемещаться в металле подобно электронному газу. В.М. Сидоренко и Р.И. Крипякевичем установлено, что растворенный водород в альфа-железе мигрирует к катоду под действием электрического тока. Направленное движение протонов может вызываться не только действием электрического тока, но и температурными градиентами, напряженного состояния решетки, изменениями химического состава и структурного состояния стали и других факторов, влияющих на диффузию в твердом теле. Восстановленные атомы водорода, а затем и молекулы, образуются при выходе

протонов на поверхность раздела с другими фазами, наружную поверхность металла, поверхность пор, трещин [9].

Результаты исследований Г.В. Карпенко, И.И. Василенко и др. показывают, что наводороженные участки подвержены охрупчиванию, то есть более склонны к зарождению микротрещин при воздействии растягивающих напряжений.

Охрупчивание может вызываться также и другими факторами, например, влиянием термического цикла сварки на структуру металла сварного шва и околошовной зоны, но в рамках данной работы эти факторы не рассматриваются, так как металл оборудования ОГХК после сварки подвергался соответствующей термообработке.

Изменение исходных свойств сталей, обусловленных различными механизмами охрупчивания, при длительной эксплуатации сосудов давления, трубопроводов и другого оборудования описано в результатах исследований различных авторов: H.A. Махутов, В.В. Харионовский, О.М. Иванцов, Н.П. Мочернюк, В.М. Горицкий и многих других.

В частности, сообщается о некотором повышении в ходе эксплуатации оборудования значений пределов прочности и текучести, слабом изменении твердости, увеличении отношения предела текучести к пределу прочности, росте критической температуры хрупкости, снижении значений относительного удлинения и сужения, уменьшении работы разрушения, ударной вязкости при водородном охрупчивании (см. рисунок 1.1.4). По данным работы A.M. Легуна [38] относительное сужение металла, эксплуатируемого на объектов металлургии за 20 лет эксплуатации уменьшилось на 15-20%. Аналогичные результаты получены и для хладноломкости металла сварного шва и особенно зоны сплавления [39]. По результатам исследований Н.П. Мочернюка отмечено, что после 30 лет эксплуатации трубопроводов из стали 19Г предел прочности увеличился на 11%, а предел текучести на 30%. Ударная вязкость уменьшилась более чем на 40%. При исследовании труб из стали 09Г2С в первые 10 лет не отмечено изменений предела текучести и прочности. В работах K.M. Ямалиева приводятся сведения о снижении объемных долей цементита в перлите и перлита в стали нефтепроводов. После 16 лет

эксплуатации в зернах появляется зернистый цементит, который к 30 годам эксплуатации полностью заменяет пластинчатый цементит [40]. В работах О.М. Иванцова и H.A. Махутова содержатся сведения о снижении значений относительного удлинения и сужения при эксплуатации около 15 лет с последующим ускоренным уменьшением пластичности. Ударная вязкость почти не меняется в первые 10 лет эксплуатации, затем начинает снижаться, а при 20-25 годах эксплуатации может достигать минимальных нормативных значений. Длительная эксплуатация приводит также к увеличению отношения значений предела текучести к пределу прочности. По оценке С.О. Гевлича это отношение за 10 лет эксплуатации стали 09Г2С изменилось с 0,66 до 0,76, т.е. увеличилось на 15% [39].

На рисунке 1.3.1 приведены данные H.A. Махутова [41] об изменении ударной вязкости трубных сталей 17ГС, 14ХГС, 19Г и 16Г2У в ходе эксплуатации. Экспериментальные данные показывают, что независимо от абсолютного значения параметра и вида надреза на образцах при определении ударной вязкости чётко различаются два качественных периода с примерно линейным характером изменения ударной вязкости: первый 10-15 лет изменение ударной вязкости незначительно, второй - 15-30 лет - изменение ударной вязкости происходит более интенсивно. Модуль упругости меняется незначительно (различные исследователи сообщали как об уменьшении модуля упругости (Bastien Р, Azou Р, Comtes Rendus, 1952), так и о некотором увеличении или неизменности модуля упругости (Смяловски, 1967) [42, 43].

В оборудовании, эксплуатируемом в сероводородсодержащих средах, процессы деградации металла интенсифицируются, увеличивается склонность металла к трещинообразованию, но принципиальных различий в механике разрушения не выявляется. Сероводород является одним из самых активных катализаторов наводораживания, по данным различных исследователей [12 и др.] добавление в раствор 0,2 г/л сероводорода увеличивает стационарный поток водорода с 0,2-10"6 до 20-10"6 см3/(см2-с). Вследствие наводороживания изменяются почти все механические характеристики стали: относительное сужение, относительное удлинение, пределы пропорциональности, текучести и прочности, ударная вязкость и работа разрушения. В различных исследованиях

[12, 40] отмечается, что охрупчивание стали от наводороживания происходит даже при отсутствии накопления деформаций.

ств, о0,, HB, 6, KCV

кси,

магистр газопроводы, 17ГС

KCV,

магистр нефтепроводы сварныешиы,1СГ2У

KCV,

магистр нефтепроводы 17ГС. 14ХГС. 19Г

10 15 20 25

Годы

а) б)

Рисунок 1.3.1 - Изменении ударной вязкости трубных сталей 17ГС, 14ХГС, 19Г и 16Г2У в ходе эксплуатации: а) - зависимости механических свойств от срока эксплуатации (качественная характеристика); б) - изменение ударной вязкости трубных сталей при длительной эксплуатации (по данным публикаций

H.A. Махутова) [41]

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Ломанцов, Виктор Анатольевич

Выводы по главе 4

Представлены результаты решения четвертой и пятой задач исследования: обоснована возможность, разработаны способ, технические решения и условия для отбора минипроб от штуцерных узлов оборудования и измерений значений Н отобранного металла при заданных, в т.ч. отрицательных температурах; предложенный метод анализа охрупчивания металла апробирован на металле

124 штуцеров оборудования, разработана «Методика диагностирования нефтегазового оборудования, эксплуатируемого в сероводородсодержащих средах, с применениям анализа охрупчивания металла» (далее Методика), оценена эффективность ее применения.

Возможность отбора минипробы показана на примере сепаратора первой ступени УКПГ, отбор угловой формы минипробы предлагается от поверхности внутренней кромки штуцера люка-лаза Бу 450мм. Для оценки возможности отбора минипробы выполнен расчет укрепления отверстия до отбора и после методом площадей согласно ГОСТ Р 52857. Результаты расчетов показали, что запас площади, участвующий в укреплении отверстия после отбора минипробы, составляет 13007 мм .

Результаты уточненного расчета НДС штуцерного узла методом конечных элементов показывают, что уровень напряжений, возникающих в конструкции, до и после отбора минипробы не превышает допускаемых значений.

Обоснован и апробирован способ вырезки металла минипробы ручной ножовкой по металлу.

С целью снижения разброса значений твердости из-за отклонений температуры металла образца разработано и изготовлено захолаживающее устройство - предметный стол твердомера. Для предложенной конструкции захолаживающего предметного стола твердомера выполнены прочностные и термодинамические расчеты. По результатам расчетов выбран материал основных элементов - сплав алюминия Д16 и определены их толщины стенок. Результаты испытаний показали: время захолаживания минипробы до -70°С составляет менее 10 мин; стабильность регулирования температуры достигает величины ±0,1 °С.

Метод апробирован на образцах металла штуцеров оборудования ГХК, получены функциональные зависимости КСУ(Т), Н(Т) и Н-КСУ, определены значения КСУ, Тк, ёКСУ/сИ:, сГГк/(к. Выполнен расчет максимально допустимых размеров трещиноподобного дефекта в металле штуцера из условия сопротивления хрупкому разрушению. По результатам апробирования откорректированы программы диагностирования и технологические карты НК оборудования.

На основе требований НТД [11] и результатов апробирования разработан алгоритм диагностирования нефтегазового оборудования с применением анализа охрупчивания металла.

По результатам разработок и апробирования разработана «Методика диагностирования нефтегазового оборудования, эксплуатируемого в сероводородсодержащих средах, на основе анализа охрупчивания металла».

Основу Методики составляют результаты теоретического и экспериментального обоснования методов определения индивидуальных для каждого металла диагностируемых элементов оборудования ГХК, зависимостей Н-КСУ при Т1.6, разработок и апробации способа отбора и исследования металла минипроб.

Выполнен анализ эффективности применения Методики, годовой экономический эффект составляет 2,6 млн. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам анализа накопленных за время длительной эксплуатации исследований причин и последствий имевших место разрушений оборудования ГХК показано, что наиболее' опасным повреждающим проявлением воздействия рабочих сред, нагрузок и длительности эксплуатации является охрупчивание металла, влекущее за собой повышение вероятности хрупкого разрушения оборудования. Установлено, что для предотвращения хрупкого разрушения оборудования ГХК необходимо при его диагностированиях уверенно с требуемой точностью и достоверностью определять и накапливать значения параметров, характеризующих охрупчивание металла в наиболее нагруженных зонах и участках конструктивных элементов. Накопленные за время длительной эксплуатации значения параметров, характеризующих охрупчивание, могут служить исходными данными для установления интенсивностей и закономерностей их изменения и оценки их значений на прогнозируемый период эксплуатации оборудования.

Теоретически обоснованы, экспериментально установлены и оценены закономерности изменения, тесная корреляционная связь и зависимости между значениями Н и КСУ для металла обечайки теплообменника ГХК. Зависимости Н-КСУ с высокой достоверностью аппроксимируются экспоненциальными функциями вида КСУ=А3 -е В3Н. Для инженерной практики предложены упрощенные зависимости вида КСУ=А4 • Н + С4 и определены области их применения.

Теоретически обоснованы и разработаны метод анализа охрупчивания металла, математическая модель и алгоритм оценки, мониторинга и прогнозирования значений параметров КСУ и Тк на основе установления и применения функциональных зависимостей Н-КСУ металла диагностируемых элементов оборудования.

Метод апробирован на образцах металла штуцера теплообменника, получены функциональные зависимости КСУ(Т); Н(Т) и Н-КСУ, подчиняющиеся тем же законам, что и для металла обечайки, но отличающиеся коэффициентами.

Расчетно обоснована возможность, разработан и апробирован способ отбора минипроб металла от высоконагруженных элементов оборудования ГХК. Разработаны и апробированы специальные устройства, обеспечивающие захолаживание образцов, стабилизацию требуемой для испытаний температуры и повышающие достоверность измерений твердости.

Обоснован и разработан алгоритм диагностирования нефтегазового оборудования на основе анализа охрупчивания металла. Алгоритм включает в себя расчетное обоснование возможности и отбор минипробы, опытно-экспериментальное получение зависимостей Н-КСУ, измерение твердости металла минипробы при различных температурах, установление по измеренным значениям твердости зависимости КСУ(Т) и определение Тк и [Ьч]. Уточненные значения КСУ, Тк, [К1] затем используются при оценке технического состояния оборудования. Полученные при каждом новом диагностировании новые значения параметров охрупчивания КСУ, Тк, [К1], с!КСУ/ск, с!Тк/ск, с![К|]/с11:; позволяют оценивать значения КСУ, Тк и [Кг] на прогнозируемый период эксплуатации; устанавливать с учетом их значений условия сопротивления металла хрупкому разрушению; устанавливать требования к неразрушающему контролю, обеспечивать требуемый уровень надежности эксплуатации диагностируемого оборудования.

По результатам исследования разработана и введена в действие «Методика диагностирования нефтегазового оборудования, эксплуатируемого в сероводородсодержащих средах, с применением анализа охрупчивания металла».

Разработки внедрены и применяются в практике диагностирования, прогнозирования и обеспечения технического состояния и уровня надежности эксплуатации оборудования ООО «Газпром добыча Оренбург» и ООО «Газпром добыча Астрахань».

Выполнен анализ эффективности применения Методики, годовой экономический эффект составляет 2,6 млн. руб.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ломанцов, Виктор Анатольевич, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников

1. Указ Президента Российской Федерации от 12 мая 2009 г. N 537 "О Стратегии национальной безопасности Российской Федерации до 2020 года".

2. Программа инновационного развития ОАО «Газпром» до 2020 года. Москва, 2011 г. - 385 с.

3. Оценка степени деградации механических свойств и остаточного ресурса работоспособности трубных сталей с использованием методов акустической эмиссии и кинетической твердости / Пенкин А.Г., Терентьев В.Ф., Маслов Л.Г. [Электронный ресурс] URL: http://www.sds.ru/rnethod.html. (дата обращения: 13.08.2012 г.).

4. Митрофанов A.B. Методы управления состоянием технологического оборудования по критериям вероятности и риска отказа. - М.: Недра, 2007 г. -380 с.

5. Обеспечение безопасной эксплуатации трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды / Иванов С.И., Швец A.B., Кушнарен-ко В.М., Щепинов Д.В. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2006 г. - 215 с.

6. Определение характеристик надежности и технического состояния оборудования сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений / Гафа-ров H.A., Гончаров A.A., Кушнаренко В.М. - М.: Недра, 2001 г. - 239 с.

7. Заряев М.Ю. Оценка работоспособности сепараторов установок комплексной подготовки природного газа и нефти, содержащих сероводород, с применением метода отбора пробы металла. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М. 2011 г.

8. Коррозия и защита оборудования сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений / Гафаров H.A., Гончаров A.A., Кушнаренко В.М. - М.: Недра, 1998 г.-437 с.

9. Отчет о научно-технической работе «Разработка и экспериментальная проверка методов для определения и идентификации потенциально опасных зон металла элементов оборудования, длительно работающих в условиях знакопеременных нагрузок и коррозионных воздействий», ОАО «Техдиагностика», Оренбург, 2006 г.

10. Иофа З.А. О механизме действия сероводорода и ингибиторов на коррозию железа в кислых растворах. Защита металлов. 1980. Т. 16. № 3. С. 295-300.

11. РД 03-421-01. Методические указания по проведению-диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов (утв. постановлением Госгортехнадзора РФ от 6 сентября 2001 г. № 39)

12. Металл и оборудование для сероводородсодержащих нефтей и газов / Перепеличенко В.Ф., Рубенчик Ю.И., Щугорев В.Д., Гераськин В.И., Елфи-мов В.В. - М.: «Недра-Бизнесцентр», 2001 г. - 359 с.

13. ISO 15156-1. Нефтедобывающая и газодобывающая промышленность. Материалы для использования в средах, содержащих H2S, в нефтедобывающей и газодобывающей промышленности. Часть 1. Основные принципы выбора трещиностойких материалов.

14. ТТ8924-6-90. Соединительные детали трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды. Технические требования. «Южниигипро-газ», Донецк, 1990 г.

15. «Методика диагностирования технического состояния сосудов и аппаратов, эксплуатирующихся в сероводородсодержащих средах», утвержденная Минтопэнерго РФ 30.11.1993, согл. Госгортехнадзором России.

16. Положение о диагностировании технологического оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред. РАО «Газпром», утв. 30.5.1998 г., согласовано Упр. по надзору в нефтяной и газовой промышленности Госгортехнадзора России 28.5.1998 г.

17. ГОСТ 23479-79. Контроль неразрушающий. Методы оптического вида. Общие требования.

18. Сайфутдинов С.М. Капиллярный контроль: история и современное состояние // Технология машиностроения - 2008 г. №10 - с.39-43.

19. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / Под ред. член-корр. РАН проф. В.В.Клюева, - М.: Машиностроение, 1995 г. - 488 с.

20. РД 13-03-2006. Методические рекомендации о порядке проведения вих-ретокового контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах.

130

21. Химченко Н.В., Бобров В.А. Неразрушающий контроль в химическом и нефтяном машиностроении. - М.: Машиностроение, 1978 г. - 264 с.

22. ГОСТ Р 52727-2007. Техническая диагностика. Акустико-эмиссионная диагностика. Общие требования.

23. Положение о диагностировании технологического оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред. РАО «Газпром», Утв. 30.5.1998, согласовано Упр. по надзору в нефтяной и газовой промышленности Госгортехнадзора России 28.5.1998 г.

24. Хромченко Ф.А. Ресурс сварных соединений паропроводов. - М.: Машиностроение, 2002. - 352 с.

25. Презентация ОАО «Техдиагностика» по итогам диагностирования оборудования объектов добычи ООО «Газпром добыча Оренбург» за 2011 год и планированию работ на 2012 год. Материалы совещания «Итоги работы газодобывающих предприятий по диагностическому обслуживанию объектов добычи газа за 2011 год, задачи на 2012 год и планирование работ на 2013 - 2015 годы».

26. Качанов Л.М. Основы механики разрушения. - М.: Наука, 1974 г. -311 с.

27. Работнов Ю.Н. Механизм длительного разрушения. // Вопросы прочности материалов и конструкций. М.: АН СССР, 1959 г.

28. Колмогоров А.Н. О логарифмически-нормальном законе распределения размеров частиц при дроблении. - Доклады АН СССР, 1941, т.31, вып. 2, с 99101.

29. Недосека С.А., Недосека А .Я. Комплексная оценка поврежденности и остаточного ресурса металлов с эксплуатационной наработкой // Техническая диагностика и контроль, №1, 2010 г.

30. Ультразвуковая компьютерная томография на основе регистрации рассеянного структурой материала сигнала. 4.1. / Кошевой В.В, Романишин И.М., Романишин Р.И, Шарамага Р.В. //Техническая диагностика и неразрушающий контроль, №2, 2010 г., с. 37-42.

31. ГорицкийВ.М. Изменение физико-механических характеристик, процессы охрупчивания в материалах. Эксплуатационные факторы, обусловливающие процессы охрупчивания. // Диагностика металлов. 2004 г.

32. Трещиностойкость металла труб нефтепроводов / Гумеров А.Г., Ямалеев

131

K.M., Журавлев Г.В., Бадиков Ф.И. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2001, -231 с.

33. Деформационное старение стали / Бабич В. К., Гуль Ю. П., Должен-ков И. Е. - М.: Изд-во «Металлургия», 1972 г. - с. 320.

34. Учет деформационного старения в расчетах ресурса элементов оборудования / Зайнуллин P.C., Александров A.A., Галлямов A.M., Воробьев В.А., Гал-лямов М.А. // Нефтегазовое дело, 2005 г.

35. Описание изобретения RU(11)2282182(13)С1. Глухов Н.П., Калитеев-ский А.К., Лазарев С.Д., Филиппов В.И., Шубин А.Н., Якимов С.С. Российский центр «Курчатовский институт».

36. Несущая способность парогенераторов водо-водяных энергетических рекаторов. / Махутов H.A., Драгунов Ю.Г., Фролов К.В. и др. - М.: Наука, 2003, - 440 с.

37. Легун A.M. Базовые принципы оценки остаточного ресурса технических устройств. // Промышленная безопасность. Специальный выпуск, август 2004 г. с. 35-39.

38. Гевлич С.О. Об оценке сроков безопасной эксплуатации литейных печей. // Безопасность труда в промышленности. №6, 2008 г.

39. Старение труб нефтепроводов / Гумеров А.Г., Зайнуллин P.C., Ямале-ев K.M., Росляков A.B. - М.: Недра, 1995 г. - 223 с.

40. Махутов H.A. Прочность и безопасность: фундаментальные и прикладные исследования. - Новосибирск, 2008. - 528 с.

41. Смяловски М. Влияние водорода на свойство железа и его сплавов // Защита металлов. 1967. Т. 3. № 3. - с. 267 -291.

42. Влияние водорода на нефтяное и химическое оборудование / Шрей-дер А.В, Шпарбер И.С., Арчаков Ю.И. - М.: Машиностроение, 1976, - 144 с.

43. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник . / Под ред. член-корр. РАН проф. Клюева В.В., - М.: «Машиностроение», 1995 г. -488 с.

44. Пестриков В.М., Морозов Е.М. Механика разрушения твердых тел. -СПб: Профессия, 2002. - 320 с.

45. Хаггаг Ф.М., ABI-испытания трубопроводов. // Нефтегазовые технологии, №4, 2011 г. с. 23-29.

46. Морозов Е.М. Расчет на прочность при наличии трещин. // Прочность материалов и конструкция. - Киев: Наукова думка. 1975 г. - с.323-333.

47. Махутов H.A. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. - М.: Машиностроение, 1981 г. - 272 с.

48. ПНАЭ Г-7-002-86. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных и энергетических установок. - М.: Энергоатомиздат, 1989 г. -525 с.

49. Махутов H.A. Методы определения критических температур хрупкости для материалов и элементов конструкций. // Заводская лаборатория. 1981. Т47, №9, - с.78-81.

50. Конструкционные материалы. Том 1. Главный редактор Туманов А.Т. М.: Советская Энциклопедия, 1963. - серия «Энциклопедия современной техники. Энциклопедии. Словари. Справочники».

51. ГОСТ 9454. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах.

52. Георгиев М.Н. Сравнение различных критических температур хрупкости малоуглеродистых низколегированных сталей // Заводская лаборатория. - 1981. № 11.-С. 78-80.

53. Шур Д.М., Шпак С.А. Деформационный критерий для определения критической температуры хрупкости материалов при испытании на ударную вязкость. // Заводская лаборатория. 1981 г. №11, с.74-77.

54. Tentative methoda for conducting drop - weight test for determine nil-ductility transiton temperature of ferritic steels. ASTM E-208-69. Book of ASTM standards, part 31, 1973.

55. Горицкий B.M. Диагностика металлов. - M.: Металлургиздат, 2004 г. -408 с.

56. ВРД 22-28-26-98. Машины грузоподъемные. Временная методика отбора проб и определения свойств сварных стальных конструкций

57. РД 03-380-00. Инструкция по обследованию шаровых резервуаров и газгольдеров для хранения сжиженных газов под давлением.

58. РД 03-410-01. Инструкция по проведению комплексного технического освидетельствования изотермических резервуаров сжиженных газов

59. Book of ASTM Standards. E-436-711. Drop weight tear test of ferritic steels. Part 31, 1973.

60. ПНАЭ Г-7-002-86. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных и энергетических установок. - M.: Энергоатомиздат, 1989 г. -525 с.

61. Трещиностойкость и механические свойства конструкционных материалов технических систем / Москвичев В.В., Махутов H.A., Черняев А.П. и др. -Новосибирск: Наука, 2002 г. - 334 с.

62. ГОСТ 25.506-85. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении.

63. РД 50-260-81. Методические указания. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик вязкости разрушения (трещиностойкости) при статическом нагружении.

64. MP 170-85. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний материалов. Определение характеристик вязкости разрушения (трещиностойкости) сварных соединений при статическом нагружении.

65. РД 50-433-82. Методические указания. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний материалов. Определение характеристик вязкости разрушения (трещиностойкости при динамическом нагружении).

66. MP 71-82. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик вязкости разрушения (трещиностойкости) на стадии остановки трещины.

67. РД 50-345-82. Методические указания. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при цикличесокм нагружении.

68. Гиренко B.C., Дядин В.П., Корреляция характеристик трещиностойкости материалов и сварных соединений с результатами стандартных механических испытаний. // Автоматическая сварка, №6, 1990 г.

69. РД 12-411-01. Инструкция по диагностированию технического состояния подземных стальных газопроводов.

70. Бида Г.В., Камардин В.М. Об использовании магнитных свойств, связанных с обратимыми процессами при перемагничивании для неразрушающего контроля вязких свойств проката. // Дефектоскопия, 1990, № 11,- с.50-56.

71. БидаГ.В. Исследование структуры, механических и магнитных свойств малоуглеродистых и низколегированных сталей и разработка неразрушающего метода контроля качества толстолистового и крупносортового проката. Автореферат диссертации на соискание уч.степени канд. физ.мат. наук. // Научная библиотека диссертаций и авторефератов. [Электронный ресурс] URL: http://www.dissercat.com/content/issledovanie-stm^iy-meklianicheskikh-i-magnitnykh-svoistv-malouglerodistykh-i-nizkolegirov#ixzz2E3KGviyB (дата обращения: 24.4.2012 г).

72. Способ неразрушающего контроля качества ферромагнитных материалов и изделий / Григорян Г.В., Корнилов Е.М., Мительман Б.М., Павлов В.В., Панус И.Г., Рачков В.А. Авторское свидетельство RU (11) 2075073 (13) С1.

73. Опыт проведения магнито-твердометрического контроля металла корпуса и шахты реактора первого энергоблока Волгодонской АЭС на базе безобразцовой технологии. Бакиров М.Б., Забрусков Н.Ю., Разработка методики натурного безобразцового контроля механических свойств стали корпусов водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР) с использованием магнитных методов / М.Б.Бакиров, В.В.Потапов, Б.И.Грибов, Н.Ю.Забрусков, И.А.Выставкин // Заводская лаборатория. 2000, №11, - с.35-44.

74. Тацакович Н. Экспериментальное исследование возможности определения ударной вязкости неразрушающим методом / Назарий Тацакович, Олег Карпаш, Максим Карпаш // Физические методы и средства контроля сред материалов и изделий (серия), вып. 14: Неразрушающий контроль материалов и конструкций: Сб. наук, работ. - М.: Физико-механический институт им. Г.В. Карпенко HAH Украины. - 2009. - С. 105-110.

75. Метод расчета конструкций на сопротивление хрупкому разрушению / Работнов Ю.Н., Васильченко Г.С., Кошелев П.Ф. // Машиноведение, 1976, №1, с.62-68.

76. Дж.Барсом, С.Рольф. Корреляция между К]с и результатами испытаний образцов Шарпи с V-образным надрезом в интервале критических температур -

135

в кн. Ударные испытания металлов. - М.: Мир, 1973 г. - с.277-296.

77. Гиренко B.C., Дядин В.П. Зависимости между ударной вязкостью и критериями механики разрушения конструкционных сталей и их сварных соединений. // Автоматическая сварка, №9, 1985 г.

78. В.Махненко. Совершенствование методов оценки остаточного ресурса сварных соединений конструкций длительного срока эксплуатации. // Автоматическая сварка, 10-11, 2003 г.

79. Прибор для измерений механических характеристик материалов по диаграмме вдавливания ПИМ-ДВ-1. ТУ 4271-001-54853704-01. Описание типа средства измерения.

80. Пантелеенко Ф.И., Снарский A.C. Концепция системы неразрушающего контроля механических свойств и оценки потенциальной надежности и безопасности ответственных изделий при их изготовлении, ремонте и эксплуатации. // Контроль. Диагностика. №2, 2012 г. - с.44-48.

81. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. Учебник для вузов. - 10-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МГТУ, 2000 г. - 592 с.

82. Brinell J.A., Researches on the comparative hardness of acid and basic open-hearth steels at various temperatures by means of ball testing // Iron and Steel Mag. -1905-9.-P. 16-28.

83. ГОСТ 22761-77. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Бринеллю переносными твердомерами статического действия.

84. Гуляев А.П.,. Металловедение, Учебник. 5-е издание, переработанное. -М.: Металлургия, 1977 г. - 650 с.

85. Каменичный И.С. Спутник термиста. - Киев: «Техника», 1978 г. - 230 с.

86. СТО 22-04-02. Стандарт НПК «Ресурс». Руководство по отбору микропроб, проб и определению механических свойств сталей в металлических конструкциях неразрушающим методом. Разр. ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова», 2002 г.

87. Диагностирование и прогнозирование долговечности металла теплоэнергетических установок / Березина Т.Г., Бугай Н.В., Трунин И.И. - Киев: «Техника», 1991 г.- 120 с.

88. ГОСТ 22762-77. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости на пре-

136

деле текучести вдавливанием шара.

89. РД ЭО 0027-2005. Руководящий документ. Инструкция по определению механических свойств металла оборудования атомных станций безобразцовыми методами по характеристикам твердости. Росатом, 2005 г.

90. Киселев Ю.А. Зависимость между твердостью по Виккерсу и пределом прочности при разрыве // Заводская лаборатория, 1968, т.34, №5, с.596-597.

91. Доклады научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ 1966-67 гг. Секция энергомашиностроения. Подсекция технологии металлов. МЭИ, 1967.

92. Киселев Ю.А. Исследование связи между характеристиками пластичности и формой отпечатка по Виккерсу. // Заводская лаборатория, №8, 1969 г., с. 974-976.

93. Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твердости. - М.: Машиностроение, 1979 г. - 191 с.

94. Haggag F.M. Use of automated ball indentation testing to measure flow properties and estimate fracture toughness in metallic materials, ASTM STP 1092, Phil., 1990,99. 188-208.

95. Барон A.A. Оценка хладноломкости сталей по твердости при низких температурах. // Заводская лаборатория №1, 1990 г.

96. Патент России №2155329, С1. Способ определения критической температуры хрупкости металлов и сплавов / Язовских В.М., Кривоносова Е.А., Шу-мяков В.И., Табатчиков A.C., Летягин И.Ю. М. 2000 г.

97. Твердость и хладостойкость стали / Матюнин В.М., Волков П.В., Юдин П.Н., Поручиков A.B. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. №10 т.65, с.53-56.

98. Гогоберидзе Д.Б. Твердость и методы ее измерения. - М.: Машгиз, 1952 г. - 287 с.

99. ГОСТ 9012-59 Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Бри-неллю.

100. ISO 6506. Hardness test - Brinell test.

101. DIN 50351. Harteprufung nach Brinel.

102. ASTM ЕЮ. Brinell Hardness of metallic materials.

137

103. ГОСТ 9013-59. Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу.

104. ISO 6508. Hardness test - Rockwell test - scales A,B,C,D,E,F,G,H,K.

105. DIN 50103/1. Testing Of Metallic Materials; Harteprufung nach Rockwell -Verfahren C,A,B,F.

106.ASTME18. Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of Metallic Materials.

107. ГОСТ 22975-78. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Роквеллу при малых нагрузках (по Супер-Роквеллу).

108. ISO 1024. Hardness test - Rockwell superficial test - scales 15N, 30N, 45N, 15T, 30T, 45T.

109. DIN 50103/2 .Testing Of Metallic Materials; Rockwell Hardness Test; N And T Scales.

110. ГОСТ 2999-75. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Вик-керсу.

111.ISO 6507. Hardness test - Vickers test", DIN 50133 Harteprufung nach Vickers.

112. ASTM E92. Vickers Hardness of Metallic Materials.

113.DIN 50159-1. Metallic Materials - Hardness Testing With The Uci Method -Part 1: Test Method.

114. DIN 50159-2. Metallic materials - Hardness testing with the UCI method -Part 2: Verification and calibration of the testing devices.

115. Сясько В.А, Коротеев М.Ю. Методы и приборы оперативного измерения твердости литья. // В мире неразрушающего контроля, 2 (52) июнь, 2011 г, с.32-35.

116. ГОСТ 18661-73 Сталь. Измерение твердости методом ударного отпечатка.

117. ГОСТ 23273-78. Металлы и сплавы. Измерение твердости методом упругого отскока бойка (по Шору).

118. ASTM D2240. Standard Test Method for Rubber Property.

119. ASTM A956-02. Standard Test Method for Leeb Hardness Testing of Steel Products.

120. DIN 50156. Metallic materials - Leeb hardness test.

138

121. Хлопотов О.Д. Связь между ударной вязкостью и другими механическими характеристиками // Проблемы прочности, 1971, №9, с.34-38.

122. Беляев С.Е. Механические свойства авиационных материалов при низких температурах - М.: Оборонгиз, 1940 г. - 115 с.

123.Шишокин В.П. //Журнал прикладной химии. 1929. Т. 2, № 6. с.675-688.

124. Oku Т,. Sato S, Fujimura T. The détection of embrittlement in steels by means of hardness measurements // Nucl. Struct. Engn. - 1965 - 2 - p.282-292.

125. Оценка состояния металла сварных труб длительно эксплуатируемых газопроводов / Семенов С.Е., Рыбаков А.А., Гончаренко Л.В., Филипчук Т.Н., Дрогомирецкий М.Н., Педько Б.И. // Автоматическая сварка, №4 / 2003 г. - с. 37.

126.NACE ТМ0284-2003. Standard Test Method - Evaluation of Pipeline and Pressure Vessel Steels for Résistance to Hydrogen-Induced Cracking.

127. СТО Газпром 2-5.1-148-2007. Методы испытания сталей и сварных соединений на коррозионное растрескивание под напряжением.

128.МСКР 01-85. Методика испытания сталей на стойкость к сероводородному растрескиванию.

129. ГОСТ 8.063-79. Государственная система обеспечения единства измерений. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений твердости по шкалам Виккерса.

130.Вентцель Е.С. Теория вероятностей. Учеб.для вузов - 6-е изд. стереотип. - М.: Высш. школа, 1999 г., - 576 с.

131. Обоснование методики пробоотбора металла при диагностировании сепараторов установок комплексной подготовки (добычи) природного газа, содержащего сероводород / Махутов Н. А., Митрофанов А. В., Барышов С. Н., За-ряев M. Ю. // Нефтепромысловое дело. - 2010 г. - № 9. - С. 30-36.

132. ГОСТ Р 52857.1-2007- ГОСТ Р 52857.12-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.

133. COSMOS/M v2.8 (2003/95) SP. Documentation. (license №0611200358074851).

134. Махутов H.A. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность: Ч.1.: Критерии прочности и ресурса. - 493 е.; 4.2.: Обоснование ре-

139

сурса и безопасности. - Новосибирск: Наука, 2005 г. - 610 с.

135.Махутов H.A. Ресурс безопасной эксплуатации сосудов и трубопроводов / H.A. Махутов, В.Н. Пермяков. - Новосибирск: Наука, 2005. - 516 с.

136.Барышов С.Н. Оценка поврежденности, несущей способности и продление ресурса технологического оборудования. Модели. Критерии. Методы. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2007 г. - 287 с.

137. Новицкий Л.А., Кожевников И.Г. Теплофизические свойства материалов при низких температурах. Справочник. - М.: Машиностроение, 1975 г. - 216 с.

138. ГОСТ 1497-84. Металлы. Метод испытания на растяжение.

139. Леонов М.Я., Панасюк В.В. Развитие мельчайших трещин в твердом теле // Прикладная механика. — 1959. Т. 5. - № 4. - С 391^01.

140. Самарский A.A., ГулинА.В. Численные методы: Учеб. пособие для вузов. - М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит., 1989. — 432 с.