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:     | 1 || 3 |

Повышение стойкости металлопластмассовых промысловых трубопроводов к воздействию агрессивных сред

-- [ Страница 2 ] --

Химический состав стали МПТ определялся методом атомной адсорбции на спектрометре AAnalyst 300 фирмы «Perkin-Elmer». Химический состав металла соответствует ГОСТ 1050-88, аномальных отклонений не обнаружено.

Испытания на растяжение проводились в соответствии с ГОСТ 1497-84 на разрывной машине Р5 при скорости нагружения 0,1 мм/мин.

Для исследований использовались плоские образцы с головками из стали 20 типа 1 № 23 (рисунок 9). Образцы вырезались вдоль оси трубы с тех же трубопроводов, откуда были взяты отказавшие элементы (образец № 2, 3), вдали от сварного шва и на участке без разрушений, и с трубы аварийного запаса (образец №1).

  Плоский образец для испытания-10

Рисунок 9 – Плоский образец для испытания на растяжение

В процессе испытаний записывалась кривая растяжения (нагрузка-деформация) и определялись основные механические параметры образцов: предел текучести стали (т), временное сопротивление разрыву (в), относительное удлинение (), относительное сужение (). Значения механических характеристик стали 20 на образце с новой трубы МПТ и с отказавших элементов МПТ не имеют аномальных отклонений и соответствуют предъявляемым требованиям.

Микроструктурные исследования проводились следующим образом. Образцы вручную шлифовались, полировались, обезжиривались в этиловом спирте и травились в насыщенном растворе пикриновой кислоты. После промывки в деионизованной воде и обезвоживания изучались с помощью металлографического микроскопа ЛОМО ЕС типа «МЕТАМ РВ-21-1», с увеличением 100Х. Структуры являются феррито-перлитными, характерными для низкоуглеродистой стали, какой и является сталь 20, аномальных отклонений не обнаружено.

Скорость коррозии металла на отказавших трубопроводах, из которых вырезаны образцы №2 и №3, определялась гравиметрическим методом, когда скорость коррозии определяется по потере массы образцов-свидетелей, выполненных из того же металла, из которого изготовлены трубопроводы. Для установки контрольных образцов-свидетелей были оборудованы узлы коррозионного контроля на приеме насосов КНС. Графические изображения результатов гравиметрических измерений представлены на рисунке 10.

Таким образом, установлено, что скорость коррозии на отказавшем водоводе, где растрескивание произошло около сварного шва (образец №2), превышает скорость коррозии на отказавшем водоводе, где растрескивание произошло по телу трубы (образец №3), что подтверждает более быстрое образование трещины на образце №2 по сравнению с образцом №3, вероятно из-за более высокой агрессивности перекачиваемой среды.

  Скорость коррозии на узлах-11

Рисунок 10 – Скорость коррозии на узлах коррозионного контроля

Для выяснения коррозионной активности транспортируемой среды с отказавших трубопроводов проводился анализ химического состава, выполненный в лаборатории, оснащенной стандартным комплексом приборов и реактивов. Химический состав перекачиваемой водоводами среды (таблица 1) указывает на высокое содержание хлоридов, однако хлоридов в среде водовода (образец №3) в 1,3 раза больше. Содержание оксида углерода и сероводорода в среде водовода (образец №2) превышает его содержание в среде водовода (образец №3) в 1,7 и 2 раза соответственно.

Таблица 1 – Результаты анализа химического состава перекачиваемой среды

Химический состав среды из отказавшего трубопровода (образец №2) Химический состав среды из отказавшего трубопровода (образец №3)
H2S
13,6 мг/л 6,31 мг/л
Cl
84990 мг/л 113450 мг/л
CO2
84,8 мг/л 50,29 мг/л
O2
0,05 мг/л 0,05 мг/л
pH
6,3 6,15


Для защиты сварного стыка металлопластмассовых труб от коррозии используются алюминиевые протекторные втулки сплава 1915. Для выяснения качества протекторов проводился анализ химического состава алюминиевых протекторов методом атомной адсорбции на спектрометре AAnalyst 300 фирмы «Perkin-Elmer». Обнаружены незначительные отклонения по цинку и меди, химический состав протекторных втулок соответствует сплаву 1915.

Для определения скорости коррозии снимались поляризационные потенциодинамические кривые на потенциостате, с помощью прижимной трехэлектродной электрохимической ячейки, разработанной на кафедре УГНТУ, на поверхности протектора и на поверхности металла на образце №2 (

рисунок 11 а) и на устье трещины и на поверхности металла на образце №3 (рисунок 11 б) в пластовых водах месторождений. На рисунке 12 представлены потенциодинамические поляризационные кривые для образцов №2 и №3.

а б
а – на образце №2; б – на образце №3

Рисунок 11 – Точки снятия поляризационных кривых

а б
а – на образце №2; б – на образце №3

Рисунок 12 – Потенциодинамические поляризационные кривые

Как видно из приведенных графиков скорости растворения протекторного сплава превышают скорость коррозии макрогальванопары металл - продукты коррозии и составляют, соответственно, на образце №2 – 0,55 мА/см2, на образце №3 – 0,28 мА/см2.

Высокая коррозионная активность среды и высокая скорость коррозии для образца №2 привели к отказу трубопровода через 9 лет эксплуатации, в то время как трубопровод образца №3 находился в эксплуатации 14 лет до разрушения. Высокая агрессивность среды приводит к быстрому разрушению протектора и, соответственно, к защите металла трубопровода от внутренней коррозии. Однако это приводит к интенсивному выделению водорода при коррозии с водородной деполяризацией. При расслоенном режиме течения водонефтяной смеси в нефтепромысловых трубопроводах (когда по нижней образующей трубопровода течет коррозионно-агрессивная среда) данный эффект должен проявляться вдоль нижней образующей трубы, что и наблюдается на практике.

Как показал проведенный анализ химического состава пластовой воды, в ее составе содержится низкая концентрация сероводорода, который по литературным данным не приводит к растрескиванию металла промысловых трубопроводов. Случаи растрескивания наблюдаются только в металлопластмассовых трубопроводах, где металл в течение десятилетий защищается протекторами из алюминиевого сплава. Поэтому, по нашему мнению, растрескивание вызывает совместное воздействие катодной поляризации и сероводорода.

Для объяснения причины коррозионного растрескивания металла металлопластмассовых промысловых трубопроводов на рисунке 13 представлена схема наводораживания металла трубопровода. При протекании тока катодной защиты выделяется водород в виде адсорбированных атомов, который молизуется на поверхности с выделением газообразного водорода. При наличии промотеров наводораживания, таких как сероводород, ускоряется побочная реакция возникновения хемосорбированного водорода, который в нормальных условиях способен проникать в металл и вызывать растрескивание.

Таким образом, на металлопластмассовых промысловых трубопроводах предположительно происходит водородное охрупчивание металла МПТ при совместном воздействии сероводорода и катодной поляризации.

  Схема наводораживания-16

Рисунок 13 – Схема наводораживания металла

Для подтверждения вышеизложенного проводилось измерение твердости по методу Виккерса с нагрузкой 100 г на твердомере HVS5. Использование данного метода связано с тем, что он позволяет получить усредненные значения твердости гетерогенных структур, в частности, перлитной структуры, которой обладает сталь 20.

На рисунке 14 представлена схема вырезки образцов. Вырезанные образцы заливались сплавом Вуда, затем шлифовались и подвергались травлению в насыщенном растворе пикриновой кислоты. В качестве нулевой точки выбрана поверхность разрушения. Каждая экспериментальная точка определялась по пяти измерениям.

Рисунок 14 – Место среза образцов для измерения твердости

Как видно на рисунке 15, значения твердости вблизи трещины в 2 раза превышают значения вдали от нее. В соответствии с эмпирическими зависимостями оценочный расчет значения временного сопротивления показал, что его величина превышает нормативное в 2 раза. Это связано с охрупчиванием стали и, соответственно, с образованием трещины. Следует отметить, что твердость вблизи трещины фактически имеет одинаковое значение. Причиной этого является воздействие водорода на металл. Для сравнения были измерены значения твердости на образце №1 с новой металлопластмассовой трубы. В качестве нулевой точки выбрана нижняя образующая трубы. Результаты измерений (рисунок 16) показали одинаковое распределение значений твердости, существенных изменений по периметру трубы не обнаружено.

  Распределение твердости на-18

Рисунок 15 – Распределение твердости на образце МПТ с трещиной

  Распределение твердости на-19

Рисунок 16 – Распределение твердости на образце с новой трубы МПТ

Для описания распределения твердости по периметру трубы использовался нелинейный регрессионный анализ. При этом рассматривались сигмоидальные модели, наилучшим образом описывающие поведение таких систем. Наилучшим образом распределение микротвердости может быть описано с помощью функции сигмоида.

HRC=aexp(-bx),

где a=24,8396; b=0,0107.

Проведенные исследования дают научное обоснование для определения коррозионного растрескивания промысловых трубопроводов на ранних стадиях по определению изменения твердости металла.

Для подтверждения водородного охрупчивания металла из марки стали 20 МПТ проводилось определение количества водорода в металле отказавших металлопластмассовых промысловых трубопроводов методом вакуум-нагрева на анализаторе водорода АВ-1 (рисунок 17).

  Анализатор водорода АВ-1 -20

Рисунок 17 – Анализатор водорода АВ-1

Подготовка экстракционной системы проводилась с тщательным удалением адсорбированной на стенках воды. Аналитический отросток экстрактора отжигался на воздухе при помощи промышленного фена с температурой газовой струи 500-600°С. При вакуумировании экстрактора аналитический отросток отжигался в течение 1 часа при температуре 900°С. После отжига на стенках экстрактора наводились возгоны магния. После наведения возгонов проводилась калибровка. Для калибровки использовались государственные стандартные образцы сплава 1201. Испытания проводились при температурах экстракции 530°С и 750°С.

Результаты эксперимента представлены в таблице №2, где Q1 – содержание водорода в первом пике экстракционной кривой, Q2 – содержание водорода во втором пике экстракционной кривой, Q – суммарное содержание водорода по всем пикам экстракционной кривой (при данной температуре экстракции), Q – полное содержание водорода в образце.

Таблица 2 – Результаты анализа на содержание водорода

Место определения водорода Температура экстракции, 0С Q1, млн-1 Q2, млн-1 Q=Q1+Q2, млн-1 Q, млн-1 Среднее Q, млн-1
По телу трубы 530 0,159 0,231 0,39 0,798 0,798
750 0,408 0 0,408
Устье трещины 530 0,123 0,375 0,498 1,569 1,702
750 1,071 0 1,071
530 0,157 0,555 0,712 1,836
750 1,124 0 1,124
На трещине 530 0,321 0,198 0,519 1,125 1,125
750 0,606 0 0,606






Pages:     | 1 || 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.