Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 [ 36 ] 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101

работоспособности необходимо в процессе эксплуатации контролировать все указанные выше характеристики и параметры, периодически проводить дефектоскопию, определять опасные дефекты, периодически контролировать состояние металла на предмет старения и охрупченности, оценивать остаточной ресурс металла, сварных швов, участков трубопровода, ремонтно-профилактическими методами обеспечивать необходимые запасы по прочности и долговечности труб и линейной части нефтепроводов.

В зависимости от назначения нефтепровода наиболее важными (контролирующими работоспособность труб) являются либо одни, либо другие характеристики. Для магистральных нефтепроводов, по которым перекачивают подготовленные нефти, не агрессивные по отношении к металлу труб, наиболее важными характеристиками являются дефекты металла трубы! и сварны!х швов. Они представляют собой концентраторы напряжений и в процессе эксплуатации трубопровода способны привести к развитию усталостных трещин и внезапному разрыву труб нефтепровода. Остальные характеристики и параметры (например, свойства металла и продукта) являются тоже важными и их обычно учитывают для уточнения прочности и долговечности труб нефтепроводов.

Существуют отдельны!е участки магистральны!х и внутри-промысловых нефтепроводов, по которым перекачивается продукт умеренной агрессивности (например, увлажненная нефть). На этих участках факторы химической агрессивности и механических напряжений приводят к новому явлению -механохимическому разрушению. Ускоренное развитие разрушения (рост дефектов) происходит в местах концентрации напряжений (механические дефекты, сварные швы, конструктивные концентраторы напряжений типа тройников, штуцеров).

В данном разделе рассматриваются линейная часть магистральных нефтепроводов, отдельные трубы, металл труб и сварные швы с позиции проблем прочности и долговечности. Изоляция магистрального нефтепровода на прочность влияет через дефекты металла труб (коррозионные язвы, общая коррозия, коррозионное растрескивание) и непосредственно в расчетах прочности не учитывается. Дефекты и их влияние на прочность и долговечность трубопровода в данном разделе рассматриваются достаточно подробно.

Расчетная оценка остаточного ресурса требует применения достаточно сложного математического аппарата, адекватного разнообразию физических явлений в процессе раз-

вития разрушения. Поэтому приводим также краткое описание процессов, сопутствующих разрушению труб нефтепроводов.

3.1. ОСОБЕННОСТИ РАЗРУШЕНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ

Анализ разрушений на магистральных нефтепроводах и исследования аварийных катушек показывают, что размеры разрушения труб нефтепроводов в длину не превышают 3-4 диаметра труб. На газопроводах разрушение может распространяться на десятки и сотни метров.

Разрушения в длину (трещина распространяется по длине трубы) всегда происходят от дефектов и под действием внутреннего давления. Дефекты бывают коррозионные, сварочные и механические (непровар, трещина, царапина, вмятина, гофр и т.д.). Такие разрушения возникают внезапно при эксплуатации под действием рабочих давлений, а также при гидроударах и гидроиспытаниях трубопроводов.

В ряде случаев разрушения происходят по кольцевому (монтажному) шву. Причиной таких разрушений являются непровары и другие дефекты сварки в сочетании с перенапряжением в осевом направлении трубы. Разрушения по кольцевому шву чаще происходят при капитальном ремонте нефтепроводов во время подъема трубы. Возможны разрушения на подводных и балочных переходах в процессе эксплуатации.

В последние годы с интенсивным внедрением внутритруб-ной диагностики появились разрушения на гофрах после вскрытия для дополнительного обследования их.

Разрушения в длину трубы и по кольцевому шву нефтепровода с раскрытием трещины обычно имеют тяжелые последствия, связанные со штрафами и затратами на восстановление трубопровода, очисткой почвы и водоемов. История знает много случаев, когда были людские потери (см. раздел 1).

Ликвидация аварий с разрывом трубы возможна лишь заменой катушки или достаточно протяженного участка трубопровода.

На нефтепроводах нередко возникают сквозные дефекты (свищи), которые подлежат немедленной ликвидации по мере обнаружения. Свищи могут иметь различное происхождение: коррозионное, сварочное, усталостно-механическое. Сущест-

вует пороговое давление для каждого трубопровода, ниже которого свищ не приводит к развитию трещины, разрыв трубы не происходит. Значение порогового давления можно определить, составляя уравнение баланса энергий, накопленной в напряженной трубе и необходимой на рост трещины.

Коррозионные свищи на магистральных нефтепроводах возникают при нарушении наружной изоляции. Отсутствие катодной защиты или наличие сильных блуждающих токов приводят к быстрому образованию и развитию коррозионных язв (питтингов). Скорость к оррозии на нефтепроводах может находиться от нуля до 1 мм в год по толщине. При периодическом контроле за состоянием изоляции нефтепровода существующими приборами контроля и поддержанием системы катодной защиты в рабочем состоянии можно избежать появления свищей коррозионного происхождения.

Сварочные свищи обычно возникают на кольцевых швах, если швы выполнялись газопрессовой сваркой (такой способ сварки в б. СССР применялся на первых магистральных нефтепроводах). При современных способах сварки с применением электрической дуги (ручная, контактная) появление таких дефектов маловероятно.

Усталостно-механические свищи - результат развития усталостных трещин от механических и других дефектов на стенке трубы. Это - наиболее опасные свищи - результат первого этапа усталостного разрушения трубы. Дальнейший рост трещины приводит ко второму этапу разрушения - ускоренному раскрытию трубы и аварии. При обнаружении таких дефектов следует немедленно снизить давление до минимально возможного уровня или остановить перекачку до выполнения ремонта. Ликвидация свищей различного происхождения возможна и без остановки перекачки, с использованием специальной техники и технологии.

По механизму и физической природе разрушения на магистральных нефтепроводах встречаются следующих видов: статическое разрушение, квазистатическое, усталостное, коррозионный износ, коррозионно-механическое растрескивание, сероводородное растрескивание.

Статическим разрушением называют такое, которое происходит при постоянном давлении или медленном однократном повышении нагрузки. Статической прочностью трубы называется то максимально давление, при котором происходит статическое разрушение трубы в данных условиях. Статическое разрушение, как правило, наблюдается при испытаниях участков трубопроводов после строительства или капи-