способ предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением трубопроводов

Формула изобретения

1. Способ предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением трубопровода, заключающийся в контроле механических свойств сварных прямошовных труб при их производстве, производственном контроле при строительстве в обводненных грунтах подземного трубопровода или его ремонте с введением поправочных коэффициентов на расчетное сопротивление, отличающийся тем, что дополнительно вводят при производстве труб поправочный коэффициент, для чего определяют зоны концентрации напряжений путем сравнения замеров твердости исключающими отпечатки методами в заготовке и трубе по точкам предварительно нанесенной на заготовку сетки, маркируют зоны концентрации напряжений в трубе и направление сварки ее продольного шва, а в трубопроводе размещают маркированные зоны напряжений вне горизонта грунтовых вод, при этом размещают трубопровод на 0,2 м выше или ниже горизонта грунтовых вод, считая соответственно от его нижней или верхней образующей, причем на действующем трубопроводе для этого регулируют уровень горизонта грунтовых вод посредством подпорных стенок, водоотводящих каналов или заглубляют трубопровод.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что понижающий коэффициент вводят при установлении расчетного сопротивления трубной стали (R1) через коэффициент надежности по материалу (K1).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при строительстве новых и реконструкции действующих трубопроводов.

Известен способ прерывания и торможения развития процесса КРН-стресс коррозии на поверхности газопровода, электрохимически контактирующего с грунтом, заключающийся в процессе катодной поляризации трубопроводов [1].

Данный способ имеет следующие недостатки.

1) Нельзя допускать отказы и перерывы в работе средств и элементов катодной защиты.

2) Требуются более эффективные схемы распределения защитного тока.

3) Невозможно осуществлять непрерывный во времени и по протяженности контроль защитного потенциала, в том числе в дефектах.

Известен способ усиления катодной защиты на коррозионноопасных участках газопроводов, включающий автоматизированный комплекс РК ЭХЗ (электрохимзащита), позволяющий проводить мониторинг магистрального газопровода, обеспечивающий высокую степень оперативности и надежности получения информации о процессах коррозии и защиты с любых точек газопровода, в любое время года независимо от погодных и почвенно-климатических условий, что позволяет отслеживать динамику развития этих процессов и своевременно влиять на их развитие при проявлении негативных тенденций [2].

Данный способ имеет следующие недостатки.

1) Автоматизированный комплекс РК ЭХЗ не позволяет выявить дефекты металла технологического и металлургического характера, инициирующие процесс стресс-коррозии в процессе эксплуатации.

2) В связи с противоречивыми толкованиями природы КРН на территории России, расширением географии разрушений от Краснотурьинска до Торжка и более ранним естественным старением изоляционного покрытия по сравнению со сроком службы газопровода, снижается экономическая эффективность комплекса ЭХЗ.

Известен способ предотвращения сульфидной стресс-коррозии (водопроводного растрескивания) металлов, заключающийся в установлении уровня твердости величиной C22 по Роквеллу стандартом NACE MR-01-75 и требованиями спецификации на трубопроводы ограничения предела твердости в HVIO 248, что соответствует C22 по Роквеллу [3].

Данный способ имеет следующий недостаток - не устраняет неравномерность поверхностной твердости в сварных швах, особенно в зоне термического воздействия (ЗТВ), с ее резким градиентом твердости, где остаточные напряжения достигают величин предела текучести вдоль шва и являются значительными в поперечном направлении, которые суммируются с прикладываемой нагрузкой (в случае растяжения).

Наиболее близким к заявленному является способ предотвращения коррозии подземных трубопроводов в обводненных грунтах [4].

В известном способе осуществляют производственный контроль при изготовлении прямошовных сварных труб, при их сварке в трубопровод или ремонте действующих трубопроводов с введением понижающих коэффициентов на расчетное сопротивление. Недостатки аналогов присущи известному способу, принятому в качестве прототипа.

Задачей изобретения является предотвращение процесса коррозионного растрескивания под напряжением (стресс-коррозии) в процессе производства труб, проектирования и эксплуатации газопроводов при минимальных дополнительных затратах.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением трубопроводов, заключающемся в контроле механических свойств при производстве труб через твердость, при этом контроль механических свойств выполняют через твердость методами, исключающими отпечатки, по предварительно нанесенной сетке зон возможных деформаций, получаемых при формировании обечайки и выполнении сварного шва, вводят понижающий коэффициент при установлении расчетного сопротивления трубной стали (R₁) через коэффициент надежности по материалу (K₁), маркируют направление сплавления обечайки и зон выявленных концентраций напряжений, определяют на стадии изысканий "Ватерлинию" грунтовых вод, уровень которых указывают в проекте, укладывают при новом строительстве трубу либо выше "ватерлинии" на 0,2 м от нижней образующей трубы, либо на 0,2 м ниже "ватерлинии" от верхней образующей, назначают раскладку труб, обеспечивающую исключение совпадения зоны повышенной концентрации напряжений с "ватерлинией", сооружают подпорные стенки или водоотводящие каналы на действующих газопроводах, регулирующие положение "ватерлинии" грунтовых вод, выполняют заглубление без разрезки трубопровода, с последующей балластировкой трубопровода и засыпкой траншеи.

Заявителю неизвестны из патентной и научно-технической информации обладающие новизной следующие признаки изобретения: контроль механических свойств выполняют через твердость методами, исключающими отпечатки, по предварительно нанесенной сетке зон возможных деформаций, получаемых при формировании обечайки и выполнении сварного шва, вводят понижающий коэффициент при установлении расчетного сопротивления трубной стали (R₁) через коэффициенты надежности по материалу (K₁), маркируют направление сплавления обечайки и зон выявленных концентраций напряжений, определяют на стадии изысканий "Ватерлинию" грунтовых вод, уровень которых указывают в проекте, укладывают при новом строительстве трубу либо выше "ватерлинии" на 0,2 м от нижней образующей трубы, либо на 0,2 м ниже "ватерлинии" от верхней образующей, назначают раскладку труб, обеспечивающую исключение совпадения зоны повышенной концентрации напряжений с "ватерлиний", сооружают подпорные стенки или водоотводящие каналы на действующих газопроводах, регулирующие положение "ватерлинии" грунтовых вод, выполняют заглубление без разрезки трубопровода с последующей балластировкой трубопровода и засыпкой траншеи.

На основании изложенного изобретение является новым.

Перечисленные существенные признаки являются неочевидными для среднего специалиста в данной области техники и поэтому соответствуют критерию "изобретательский уровень".

Изобретение может быть легко внедрено при ремонте и строительстве газопроводов на участках, склонных к проявлению коррозионного растрескивания под напряжением. В связи с этим заявленный способ соответствует критерию "промышленная применимость".

Способ предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением трубопроводов поясняется с помощью фиг. 1, 2, 3, где на фиг. 1, 2 показана схема расположения контроля механических свойств обечайки трубы, а на фиг. 3 показана схема расположения трубы относительно "ватерлинии" грунтовых вод.

На фиг. 1 показаны схема разбивки сетки измерения твердости, а на фиг. 2 - деформирования прямошовных труб и удаления от продольного шва линий деформаций, полученных в процессе производства труб.

Контроль механических характеристик начинают разбивкой сетки по всей длине листа 1 на двенадцать часовых поясов, принимая за ноль (двенадцать часов) линию сплавления сварного шва 2, дополнительно проводят по обе стороны от линии сплавления 2 линии подгиба 3 листа 1. Измерение твердости (HRB) без отпечатка выполняют по наружной поверхности в точках 4 пересечений продольных и кольцевых линий, нанесенных с шагом 1 м, т.е. в 121 точке основных и 22 дополнительных точках 5 по линиям загиба кромок 3, выполняют по три замера на каждую точку, обработкой массива данных измерений по способу наименьших квадратов, используя стандартные программы, устанавливают среднее значение твердости стали до технологии формирования обечайки трубы, которое вносится в сертификат как эквивалентное значение предела прочности полученного испытанием на растяжение.

Повторное измерение твердости проводят после сварки обечайки в тех же точках, сопоставляя результаты предыдущих измерений, выявляют зоны с повышенным значением HRB, по разности HRB плавности перехода данного показателя назначают (рассчитывают) коэффициент напряжений, вводимый для понижения расчетного сопротивления трубной стали (R₁) через коэффициент надежности по материалу труб (K₁), зону повышенной концентрации напряжений маркируют несмываемой краской красного или желтого цвета, маркер служит ориентиром при укладке труб в траншею и должен не совпадать с "ватерлинией" грунтовых вод, которую, в свою очередь, можно изменять искусственным созданием подпорных перемычек, выполненных вдоль траншеи, или устройством водоотводящих дренажных каналов (на схеме не показано).

Пример. Пример использования предлагаемого предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением, построенный на анализе материалов расследований аварий в П.Севергазпром и П.Тюменьтрансгаз и измерений показателей поверхностной твердости на трубах аварийного запаса.

Замеры поверхностной твердости по часовому поясу в трубах аварийного запаса показали изменения в относительных единицах, принятых за 100% недеформированный металл в следующих величинах: 45" - 130-150%, 2 ч 15" - 120-130%, 3 ч 15" - 110-120%, 4 ч 30" - 105-110%.

Анализ разрушения в П.Севергазпром и П.Тюментрансгаз показывает, что в П. Тюментрансгаз все основные разрушения произошли по линиям сварных швов, околошовной зоны, зоны термического воздействия (табл.) зон деформирования листа, но по материалам расследования не установлена "ватерлиния" грунтовых вод.

При расследовании аварий по признакам коррозионного растрескивания под напряжением газопроводом Ухта - Торжок П.Севергазпром из проектной документации установлено расположение "ватерлинии" грунтовых вод на отметки - 1,7 м на км 16,8 диаметр труб 1420 и на км 1119, 1120 при диаметре трубы 1220. Разрушение газопровода 1420 произошло на уровне 7-8 ч с удалением от продольного шва 600-800 мм, где зона деформации листа, ориентированная на 2 - 2 ч 15", совпадала с "ватерлинией" грунтовых вод. На км 119,0 и 1120,0 разрушенная на удалении от продольного шва соответственно на 150 мм (км 1119) на 7 ч и на удалении 240 мм (км 1120) на 3 ч.

Различное расположение очагов разрушений на км 1119 и 1120 при одинаковом уровне грунтовых вод (-1,7) объясняется разным заглублением трубопровода от поверхности земли и тем самым "ватерлиния" располагалась в первом случае на -7 ч, а во втором на - 3 ч, и в обоих случаях происходило совпадение зон деформаций с "ватерлинией", что способствовало интенсивному протеканию процесса коррозионного растрескивания под напряжением именно в этих зонах.

Заявленное изобретение в сравнении с прототипом позволяет в значительной мере сократить затраты на ремонт действующих газопроводов, подверженных стресс-коррозии, и предотвратить процесс заражения новых стресс-коррозионных трещин, тем самым повышается надежность магистральных газопроводов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе заявки:

1. Петров Н. А. Концепция и технические решения коррозионного мониторинга, применительные к коррозионному растрескиванию под напряжением магистральных газопроводов. Материалы семинара по проблемам коррозионного растрескивания под напряжением, с. 76-86, Ухта, 1996 г.

2. Петров Н. А. , Михайловский Ю.Н., Маршаков А.И., Карпов С.В. Основы коррозионного мониторинга магистральных газопроводов России. Международный научно-технический семинар по проблемам защиты от коррозии подземных сооружений РАО "Газпром, с. 14 - 19, Москва, 1996 г.

3. Роберт А. Тил. Автоматическая сварка в защитных газах проволокой малого диаметра при строительстве трубопроводов, - Ж. Строительство трубопроводов, июль-август, сентябрь-октябрь, 1996, с. 47 - 50 (прототип).

4. Березин В.Л. и др. Сооружение и ремонт газонефтепроводов, М.: Недра, 1972 г., с. 41, 43, 44, 60, 61, 67, 70, 75, 76, 274, 309.