авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Повышение безопасности эксплуатации трубопроводов сероводородсодержащих месторождений

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Кушнаренко Елена Владимировна

ПОВЫШение БЕЗОПАСНОСТИ эксплуатации

трубопроводов сероводородсодержащих

месторождений

Специальность 05.26.03 - «Пожарная и промышленная безопасность»

(нефтегазовая отрасль)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа - 2008

Работа выполнена в Оренбургском государственном университете.

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент
Чирков Юрий Александрович.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Хафизов Фаниль Шамильевич; кандидат технических наук Емельянов Анатолий Витальевич.
Ведущая организация ОАО «ВОЛГОУРАЛНИПИГАЗ».

Защита диссертации состоится «___» _________ 2008 года в «_____» на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан «___» _________ 2008 года.

Ученый секретарь совета __________________ Лягов А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в России эксплуатируется несколько десятков тысяч километров трубопроводов, построенных в период с 1970 по 1980 годы. Обеспечение безопасности работы трубопроводов после истечения нормативного срока эксплуатации - важная задача современности.

Длительные сроки эксплуатации трубопроводов и непрерывно изменяющиеся параметры перекачки способствуют увеличению количества и развитию эксплуатационных повреждений в металле труб, которые в свою очередь могут привести к отказам трубопроводов и значительным экономическим потерям. На Оренбургском нефтегазоконденсатном месторождении (ОНГКМ) присутствующий в составе транспортируемой продукции сероводород (H2S) и сопутствующий ему диоксид углерода (СО2) придают ей повышенные коррозионные свойства, вызывают коррозионное растрескивание, водородное расслоение и изменение эксплуатационных свойств металла труб.

За более чем 25-летний период непрерывной работы ОНГКМ накоплен значительный опыт эксплуатации месторождения. Весомый вклад в решение теоретических и практических задач освоения и эксплуатации уникального ОНГКМ внесли ученые Вышеславцев Ю.Ф., Гендель Г.Л., Гриценко А.И., Иванов С.И., Швец В.А. и др. Особенности и методы обеспечения надежности трубопроводов, транспортирующих коррозионные среды, отражены в работах Абдуллина И.Г., Антонова В.Г., Бугая Д.Е., Гареева А.Г., Гафарова Н.А., Головина С.В., Гумерова А.Г., Гутмана Э.М., Есиева Т.С., Иванцова О.М., Макаренко В.Д., Митрофанова А.В., Перунова Б.В., Стеклова О.И. и др.



Разработка методик оценки коррозионно-механических свойств металла труб и деталей трубопроводов и совершенствование методов повышения безопасной эксплуатации трубопроводов являются актуальными проблемами обеспечения работоспособности стальных трубопроводных систем, имеющей важное значение для экономики.

Цель работы - повышение безопасности эксплуатации трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие нефтегазовые среды, за счет проведения входного контроля труб и деталей, применения эффективных противокоррозионных мер и использования при планировании ремонта трубопроводов балльной оценки факторов влияния их технического состояния на интенсивность отказов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1 Анализ проблем эксплуатации и причин отказов соединительных трубопроводов ОНГКМ.

2 Разработка методов оценки способов повышения безопасности эксплуатации трубопроводов при воздействии сероводородсодержащих сред.

3 Разработка системы балльной оценки факторов влияния технического состояния трубопроводов ОНГКМ на интенсивность их отказов.

Научная новизна

1 Предложены режимы гидроиспытаний изделий сероводородсодержащей средой, позволяющие оценить потенциальную опасность дефектов и эффективность противокоррозионных мер для повышения безопасности эксплуатации трубопроводов. Доказана необходимость ограничения твердости деталей трубопроводов из стали 20 до 170 НВ для предотвращения их отказов.

2 Оценена потенциальная опасность водородных расслоений, расположенных в металле труб вблизи сварных соединений. Получена зависимость разрушающего давления в водородном расслоении от его площади, и установлено, что сопротивление металла сварных соединений развитию водородных расслоений значительно выше, чем основного металла труб. Уточнена потенциальная опасность нетрещиноподобных дефектов типа утонения стенки труб, контактирующих с сероводородсодержащими нефтегазовыми средами.

3 Разработана система балльной оценки факторов влияния технического состояния трубопроводов ОНГКМ, и определены зависимости интенсивности отказов трубопроводов от факторов влияния, позволяющие обосновать объемы и сроки проведения ремонта дефектных участков трубопроводов при обеспечении необходимого уровня их безопасной эксплуатации.

Практическая ценность. Разработаны и внедрены установки для определения сопротивления материалов труб и арматуры воздействию сероводородсодержащих сред и оценки эффективности противокоррозионных мер. Основные положения метода испытаний изделий коррозионной средой вошли в СТО Газпром 2-5.1-148-2007 «Методы испытаний сталей и сварных соединений на коррозионное растрескивание под напряжением», а также используются в Оренбургском государственном университете студентами при выполнении лабораторных работ по дисциплине «Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии» по специальности №240801 «Машины и аппараты химических производств».

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на следующих Международных научно-технических конференциях: «Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред» (Оренбург, 2004 и 2006гг.); «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (Оренбург, 2004 и 2008гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных трудов, в том числе 2 работы в ведущих рецензируемых журналах из перечня ВАК и патент на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников из 121 наименования. Работа изложена на 158 страницах машинописного текста, включает 42 рисунка, 41 таблицу и приложения.

Автор благодарит за помощь в проведении экспериментов и ценные советы при подготовке печатных материалов Чиркова Ю.А., Щепинова Д.Н., Узякова Р.Н, Ишмеева М.Р., Печеркина В.В.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, сформулированы цель и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе проведен анализ проблем эксплуатации соединительных трубопроводов ОНГКМ. Установлено, что отказы трубопроводов ОНГКМ обусловлены в большинстве случаев отсутствием эффективного ингибирования в условиях воздействия сероводородсодержащих сред на участки трубопровода, содержащие дефекты.

Рассмотрен один из современных методов количественной оценки риска отказов магистральных нефтепроводов, в котором для определения локальной частоты отказов принята система классификации и группировки факторов влияния с указанием относительного «вклада» каждой группы в суммарную статистику отказов с помощью весового коэффициента. Представляется актуальным применение данного метода при оценке интенсивности отказов трубопроводов ОНГКМ с учетом специфики их эксплуатации.

Опыт эксплуатации производственных объектов ОНГКМ указывает на возможность обеспечения безопасности трубопроводов в посленормативный период за счет предупредительных мер (рисунок 1).

Рисунок 1 - Основные факторы, влияющие на безопасность эксплуатации трубопроводов ОНГКМ

Все представленные на рисунке 1 факторы рассмотрены в следующих главах диссертации.

Во второй главе приведены разработанные методики и оборудование для проведения входного контроля труб, деталей трубопроводов и арматуры, гидроиспытаний изделий коррозионной средой и оценки эффективности ингибиторов.

Входной контроль является основным методом определения качественных характеристик материалов и изделий при реконструкции и замене эксплуатируемого оборудования и трубопроводов ОНГКМ. С учетом данных литературы и многолетнего опыта проведения контроля разработана методика входного контроля изделий, которая определяет порядок, объем и виды контроля, применяемые при входном контроле арматуры, труб, соединительных деталей и материалов, планируемых для работы в условиях воздействия сероводородсодержащих сред.

Анализ результатов входного контроля изделий и выявленных замечаний за последние 3 года позволил установить основные причины отбраковки:

- труб - отклонения геометрических параметров от требований нормативных документов (НД); дефекты поверхности и несоответствие твердости материала;

- деталей трубопроводов (отводов, тройников, переходов и др.) - повышенная твердость металла деталей; поверхностные дефекты и отклонения геометрических параметров от требований НД;

- арматуры в комплекте с контрфланцами и крепежом - несоответствие твердости материала требованиям НД; несоответствие сертификатов и наличие дефектов поверхности изделий.

Отбраковка при входном контроле изделий, не соответствующих требованиям НД, позволяет повысить безопасность эксплуатации строящихся и реконструируемых участков трубопроводов ОНГКМ, а информирование представителей предприятий-изготовителей изделий о выявленных замечаниях позволило устранить большинство из них при поставке труб и деталей трубопроводов.

Для комплексной оценки сопротивления материалов и конструкций воздействию сероводородсодержащих сред в условиях, приближенных к эксплуатационным, предложен метод гидроиспытаний образцов изделий коррозионной средой. Сущность метода заключается в нагружении образцов изделий нормативным рабочим давлением рраб сероводородсодержащей средой NACE: 5% раствор NaCl по ГОСТ 4233 + 0,5% раствор CH3COOH по ГОСТ 19814, насыщенный сероводородом, pH3,5, Т = 297 К, в течение 720 ч с последующим доведением до разрушения изделий, выдержавших базовое время испытаний.

Если за базовое время испытаний 720 ч не произошло разрушение испытуемого изделия, то изделие освобождают от коррозионной среды и в середине цилиндрической части вдоль образующей изделия наносят надрез, а в диаметрально противоположном направлении производится утонение.

После этого проводят циклическое нагружение испытательными давлениями со сбросом давления до 0,1 рраб (200 циклов нагружения с размахом изменения давления рраб от 0,1рраб до 1,1рраб). Затем продолжают циклические нагружения с размахом изменения давлений: рцик до1,25рраб – 125 циклов; рцик до1,5рраб 85 циклов; рцик до1,75рраб 60 циклов; рцик до 2,0рраб 40 циклов. Если не произойдет разрушение испытуемого изделия, то дальнейшим подъемом давления доводят изделие до разрушения с фиксацией разрушающего давления рразр.

Критериями оценки сопротивления материала и сварных соединений образцов изделий сероводородному растрескиванию (СР) являются: время до образования сквозного разрушения, если оно произошло при pраб и не достигло 720 ч; величина давления разрушения pразр, при котором произошло разрушение образца изделия, выдержавшего базовое время испытаний; величина отношения разрушающего давления к нормативному рабочему давлению рразр/рраб. Дополнительными критериями являются: количество циклов нагружений, которое выдержали образцы изделия до разрушения; значения окружных деформаций в зоне разрушения; размеры трещины, величина утяжки в очаге разрушения и наличие расслоений в зоне разрушения.





Гидроиспытанию образцов изделий коррозионной средой предшествуют, как правило, коррозионные испытания при постоянной нагрузке стандартных образцов. Критериями оценки сопротивления материалов СР при испытании стандартных образцов является величина порогового напряжения, определенная в ходе испытаний при постоянной растягивающей нагрузке.

Разработанные метод и оборудование позволили решить ряд задач по выбору материалов конструкций, покрытий и ингибиторов, обеспечивающих безопасную эксплуатацию трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие нефтегазовые среды.

В связи с имевшими место случаями разрушения деталей трубопроводов ОНГКМ, изготовленных из стали 20 и имеющих твердость более 180НВ, проведены коррозионно-механические испытания стандартных образцов диаметром 6 мм и труб диаметром 168х14 мм из стали 20 после различных вариантов термообработки и имеющих твердость от 134 до 220НВ. Коррозионно-механические испытания образцов проводили при постоянном напряжении 0,8 т min (т min = 260 МПа) в сероводородсодержащей среде NACE, а труб - нагружением их нормативным рабочим давлением рраб сероводородсодержащей среды NACE в течение 720 ч. Результаты испытаний свидетельствуют о существенном влиянии твердости стали на сопротивление СР: остаточные пластические свойства D металла труб с твердостью до 160НВ в окружном направлении более чем на порядок превосходят D металла труб с твердостью более 180НВ, а величина утонения t в очаге разрушения – в 2,58 раза выше. Анализ результатов испытаний позволил установить необходимость ограничения твердости деталей трубопроводов из стали 20 до 170 НВ для предотвращения их отказов.

За период более чем 25-летней эксплуатации трубопроводов ОНГКМ происходили отказы запорной арматуры (ЗА) от воздействия сероводородсодержащих рабочих сред.

С целью обеспечения дальнейшей безопасной эксплуатации трубопроводов ОНГКМ и замены отработавшей нормативный срок импортной арматуры на отечественную оценивали работоспособность ЗА поставки фирм «Энергия» и «Самараволгомаш» (рисунок 2,а). Для определения эксплуатационных свойств отечественных шаровых кранов проводили гидроиспытание их коррозионной средой по вышеизложенной методике. Анализ опыта эксплуатации ЗА трубопроводов ОНГКМ показал, что количество циклов «открытие-закрытие» ЗА не превышает 340 в течение всего срока эксплуатации, поэтому при гидроиспытании кранов коррозионной средой необходимое количество циклов «открытие-закрытие» приняли равным 400.

а) б)

Параллельно с гидроиспытаниями коррозионной средой шаровых кранов проводили испытания образцов из вышеуказанных сталей на общую коррозию в сероводородсодержащей среде NACE. Согласно полученным результатам, скорость коррозии образцов из стали 12Х15Г9НД на порядок выше, чем образцов из сталей 12Х18Н10Т и 10Х17Н13М2Т. При этом наибольшим сопротивлением сероводородной коррозии обладает сталь 10Х17Н13М2Т.

После выдержки 720 часов и одновременной наработки необходимого количества циклов «открытие-закрытие» была проведена разборка кранов. При визуальном осмотре основных деталей разобранных шаровых кранов обнаружены коррозионные повреждения на поверхности шаров из стали 12Х15Г9НД, на шарах из сталей 12Х18Н10Т и 10Х17Н13М2Т дефекты не обнаружены. С учетом положительных результатов лабораторных испытаний проведены эксплуатационные испытания шаровых кранов Ду 25мм, имеющих шары из сталей 12Х18Н10Т и 10Х17Н13М2Т, на установке комплексной подготовки газа в течение 1440 часов в коррозионной среде с содержанием сероводорода до 6 % объемных и давлении 7МПа.

Наряду с вышеизложенным проводили испытания в сероводородсодержащей среде NACE шаровых кранов DN50 PN100, изготовленных по технологии «Cameron» фирмой «Самараволгомаш» (рисунок 2,а). Для оценки возможности замены импортной стали, используемой в качестве материала корпусов шаровых кранов «Cameron», на близкую по химическому составу и механическим свойствам отечественную сталь 17Г проведены исследования стандартных образцов и натурных кранов. Результаты проведенного комплекса испытаний позволили рекомендовать отечественную арматуру (в соответствующей комплектации) для замены на трубопроводах ОНГКМ импортной арматуры, отработавшей нормативный срок.

С целью оценки возможности применения на ОНГКМ труб с внутренним силикатно-эмалевым покрытием, сваренных по технологии РГУНГ – ЗАО «НЕГАС» с созданием защитного силикатного слоя на корне шва, проведены испытания 9 труб 114 х 5 х 800 мм (рисунок 2,б). Трубы выдерживали в течение 720 часов с раствором NACE при внутреннем давлении Рраб=8,3МПа, создающем окружные напряжения в металле труб = 0,5т, рассчитанные по минимальному нормативному пределу текучести металла испытуемых труб (для стали 20 приняли: т = 220 МПа, в = 400 МПа).

Далее проводили циклическое нагружение по вышеизложенной методике до разрушения испытуемых труб и фиксировали разрушающее давление рразр.

Результаты испытаний показали, что испытуемые трубы имеют достаточно высокий (5,57 - 5,89) запас сопротивления разрушению. На основании полученных результатов испытаний стальные сварные трубы с внутренним силикатно-эмалевым покрытием и кольцевыми сварными соединениями, выполненными по технологии РГУНГ – ЗАО «НЕГАС» с созданием защитного силикатного слоя на корне шва, рекомендованы для эксплуатации в условиях воздействия сероводородсодержащих сред, при условии получения качественных сварных соединений и выполнения требований соответствующих нормативных документов при транспортировке и монтаже эмалированных труб.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.