книги / Основы газоснабжения
..pdfсвойства шва, но цепочки и сплошные сетки шлаковых включений или пор могут заметно сказаться на прочности шва.
Наиболее надежно выявление скрытых дефектов сварных швов достигается применением физических методов контроля: гамма-, рентгено-, магнитографированием и применением ультразвука. Эти методы контроля не связаны с разрушением стыков и позволяют проконтролировать большое число их. Количество стыков, про веряемых физическими методами, указано в табл. V II.2.
Т а б л и ц а VII.2
Минимальное количество сварных стыков городских газопроводов, подлежащих проверке физическими методами, %
|
|
Давление, кгс/см* |
|
|
Газопроводы |
|
свыше |
свыше |
свыше |
|
до 0,05 |
|||
|
0,05 до 3 |
3 до 6 |
б |
|
Наружные подземные и внутрицеховые |
5 |
10 |
'50 |
100 |
в каналах, диаметром 50 мм и более |
||||
Наружные надземные, внутрицеховые, |
Физическими |
2 |
2 |
|
в ГРП и в жилых домах |
||||
|
методами могут |
|
|
|
|
не проверяться |
|
|
Стыки газопроводов на переходах под железнодорожными и трамвайными линиями, под автодорогами I и II классов, через водные преграды и прокладываемых в районах горных выработок подлежат 100%-ной проверке физическими методами независимо от давления в них. При обнаружении стыков неудовлетворитель ного качества производят проверку удвоенного количества сты ков. Если и в этом случае обнаруживается хотя бы один неудов летворительный стык, проверяют все стыки, а сварщика отстра няют от работы и направляют на переподготовку.
Помимо физических методов контроля 0,5% стыков выре заются для проверки механическими испытаниями на разрыв и загиб. Стыки газопроводов диаметром менее 50 мм испытываются целиком (без вырезки образцов) на разрыв и сплющивание в коли честве 2% от числа стыков, сваренных каждым сварщиком.
Гаммаграфический, рентгенографический и ультразвуковой ме тоды контроля сварных стыков. Гаммаграфирование основано на свойстве гамма-излучения радиоактивных изотопов (кобальта-60, цезия-137, иридия-192 и др.) проникать через толщу материалов, в том числе и через металлы. Интенсивность прохождения гаммаизлучения через такие дефектные места в металле шва, как тре щины, поры, непровар и др., будет больше, чем через монолитный металл, и эта разница может быть зафиксирована на рентгенов ской пленке. Для контроля на стык накладывают пленку типов РТ,
141
PM, ОРВО, помещенную в кассете из плотной черной бумаги, а с противоположной стороны устанавливают свинцовый контей нер с ампулой радиоактивного изотопа (рис. V II.7, а). После повороту диска контейнера направленный поток гамма-излучения проникает через металл контролируемой части стыка и попадает на рентгеновскую пленку. Проявлением пленки выявляются места
ихарактер дефектов сваренного стыка.
Всоответствии с требованиями ГОСТ 7512—69 просвечивание стыков гамма-излучением осуществляется через две стенки газо
провода, как показано на рис. VI 1.7, б. При этом ампулу с изото пом смещают параллельно оси газопровода в сторону от непросвечиваемой части стыка. Стыки газопроводов большого диаметра
Рис. VI1.7. Просвечивание |
стыка гамма-излучением. |
а — схема просвечивания; |
б —установка контейнера. |
1 — стык; г —кассета; 3 —пленка; 4 —ампула с изотопом; 5 —контейнер.
просвечивают в несколько приемов с различных точек. Трубы малого диаметра просвечивают в один прием, причем ампулу рас полагают несколько в стороне, чтобы овальное изображение всего стыка проецировалось на пленку, расположенную за трубой.
На сварочных стендах представляется возможным просветить за один прием стыки труб большого диаметра за счет ввода специ ального контейнера с ампулой с дистанционным управлением непосредственно внутрь трубы. В частности, для этого может быть использован гамма-дефектоскоп «Трасса», позволяющий осу ществлять круговое просвечивание стыковых соединений трубо проводов диаметром от 273 до 1440 мм. Радиационная головка его, заряженная цезием-137, способна перемещаться внутри трубо провода на самоходной тележке на расстояние до 32 м. Ориента ция потока гамма-излучения относительно сварного шва автома тическая.
В зависимости от мощности радиоактивной ампулы, диаметра трубы и толщины стенки экспозиция гаммаграфирования швов составляет от 3 до 20 мин, что создает опасность облучения обслу
142
живающего персонала, особенно при неаккуратном обращении с ампулой. Более безопасным методом является просвечивание сварных стыков рентгеновскими лучами, дающее четкие и чув ствительные снимки. Для этого созданы портативные передвижные рентгеновские аппараты типов РУП, РАП, ИРА и др., позволяю щие осуществлять просвечивание стыков снаружи через стенку трубы и с вводом аппарата внутрь трубы для кругового просве чивания стыка в один прием.
Магнитографический метод контроля сварных швов. Метод основан на свойстве магнитного силового потока отклоняться от дефектных мест в металле швщ Отклоняющиеся магнитные си ловые линии выходят на поверхность металла и создают поля рас сеивания магнитного пртока, которые могут быть зафиксированы
Рис. VI1.8. Схема магнитографического контроля |
стыков. |
|
1 —ферромагнитная пленка; 2 —электромагнит; 3 — источник |
постоянного |
toksj |
4 —трещина в контролируемом стыке; импульсы; 5 —трещины, в — непровара, |
7 — |
|
сетки из пор. |
|
|
на ферромагнитной пленке. Каждому дефекту стыка соответствует свое характерное импульсное изображение поля рассеивания. Для контроля сварных стыков этим методом созданы намагничи вающие устройства типа ПНУ и магнитографические дефекто скопы МГК-1 и МДУ-2У, имеющие воспроизводящие устройства.
Намагничивающее устройство представляет собой электромаг нит с источником постоянного тока напряжением 3—12 в и служит для создания магнитного силового потока в контролируемом стыке с целью последующей регистрации полей его рассеивания на ферромагнитную пленку. Воспроизводящее устройство со стоит из лентопротяжного механизма и электроннолучевой трубки, на экране которой воспроизводятся импульсы полей рассеивания магнитного потока.
На рис. VI 1.8 схематически представлена операция записи де фектов стыка на ферромагнитную пленку и приведены некоторые импульсы от дефектов, воспроизводимые на экране электронно лучевой трубки. Современные конструкции магнитографических, дефектоскопов, например типа МДУ-2У, помимо импульсного изображения воспроизводят и видимое изображение дефекта стыка.
143
Магнитографический метод контроля сварных стыков произво дителен, экономичен и безопасен, но при толщинах стенок труб свыше 10 мм и при грубой чешуйчатости сварных швов он не дает достаточно надежных результатов. Поэтому Госгортехнадзор
СССР требует, чтобы из всех контролируемых стыков не менее 20% контролировались просвечиванием гамма-излучением. Для кон троля сварных соединений большой толщины может быть приме нен метод ультразвуковой дефектоскопии, основанный на способ ности упругих звуковых колебаний большой частоты проникать в толщу металла и отражаться от дефектных включений. Импульс отраженного ультразвукового луча фиксируется на экране осцил лографа. Отечественные ультразвуковые дефектоскопы типов У ЗД, ДУК и другие применяются для контроля сварных стыков толстостенных трубопроводов ТЭЦ, рельсов и других конструк ций. Для контроля сварных соединений городских газопроводов этот метод пока не нашел широкого применения, так как, выявляя наличие дефекта в шве, он не определяет характер дефекта.
По результатам контроля физическими методами сварные стыки бракуются при наличии:
а) трещин любых размеров и направлений; б) непровара по сечению шва;
в) непровара в корне шва глубиной более 10%; г) шлаковых включений размером по глубине шва более 10%
или расположенных цепочкой протяжением более |
200 мм |
на |
|
1 |
м шва; |
|
|
|
д) газовых пор, расположенных в виде цепочки или в виде |
||
скоплений на отдельных участках шва в количестве |
более 5 |
на |
|
1 |
см2 площади шва. |
|
|
Забракованный стык подлежит вырезке, а при общей протя женности дефектных участков с непровараки, порами и шлако выми включениями менее 30% длины стыка допускается вырубка только дефектной части стыка с последующей заваркой и повтор ным контролем физическими методами всего стыка.
Механические испытания сварных соединений связаны с вырез кой стыков, и поэтому этим видом контроля проверяют лишь 0,5% всех стыков, сваренных дуговой или газовой сваркой, но не ме нее 1 стыка на каждого сварщика в месяц. Для механических испытаний вырезается наихудший по внешнему виду стык и из него в соответствии с требованиями ГОСТ 6996—66 изготовляются три образца с неснятым усилением для испытания на разрыв
итри образца со снятым усилением для испытания на загиб. Результаты механических испытаний должны подтвердить, что
предел прочности сварного соединения в среднем не менее нижнего предела прочности основного металла труб, а угол загиба не менее 120° при всех видах электродуговой сварки и не менее 100° — при газовой сварке. Результаты механических испытаний определяются как среднее арифметическое по данным испытания трех образцов, если допускаемые отклонения показателей в сто
144
рону уменьшения для отдельных образцов не превысили 10% как по пределу прочности, так и по требуемому углу загиба. При по лучении неудовлетворительных результатов по какому-либо виду испытаний производится повторная проверка на удвоенном коли честве стыков. В случае обнаружения при этом хотя бы одного неудовлетворительного стыка физическими методами контроля проверяются все стыки, выполненные сварщиком на объекте, а сварщик от работы отстраняется и направляется на перепод готовку.
Контрольные стыки газопроводов диаметром до 75 мм испыты ваются со снятым усилением на сплющивание. Результаты испы таний считаются положительными, если величина просвета между стенками трубы при появлении первой трещины будет не более трех толщин стенки трубы для труб с условным диаметром до 50 мм и не более четырех толщин стенки трубы для труб с услов ным диаметром более 50 до 75 мм.
Процесс производства сварочных работ на строящемся газо проводе, а также результаты контроля качества сварочных работ фиксируются строительно-монтажной организацией в сварочных журналах и на сварочных схемах.
Г л а в а V I I I
З а щ и т а г а з о п р о в о д о в
от к о р р о з и и
§V III. 1. Сущность коррозионных процессов
Коррозией металлов называется постепенное разрушение их поверхности под химическим и электрохимическим воздействием окружающей среды. Внутренние поверхности стальных газопро водов могут подвергаться химической коррозии при недостаточной очистке газа от кислорода, влаги, сероводорода и других агрессив ных компонентов, а иногда и от воздействия воды, оставшейся в газопроводе после строительства. Наружные поверхности под земных стальных газопроводов подвергаются более опасной поч венной коррозии, вызываемой электрохимическим воздействием окружающего грунта и блуждающих токов.
Почвенная коррозия обусловлена наличием в грунте влаги, со лей, кислот, щелочей, кислорода, а также неоднородностью ме талла, создающих условия для возникновения на поверхности га зопровода гальванических элементов, вызывающих коррозию металла на анодных участках. Условия образования таких галь ванических элементов можно пояснить примерами. Если в элек тролит, например подкисленную воду, поместить два электрода, один из цинка, а другой из железа (рис. V III.1, а), и соединить их внешней цепью, то в образовавшейся замкнутой электрической цепи цинковый электрод поляризуется анодно, а железный — катодно. Во внешней цепи ток потечет от катода (+ ) к аноду (—), а в электролите наоборот — от анода к катоду. На аноде будет происходить вынос ионов металла в электролит, сопровождаю щийся разрушением анода, а на катоде пойдет процесс восста новления из электролита водорода и кислорода, не вызывающий разрушения металла. Аналогично из двух железных электродов анодно будут поляризоваться: электрод с нарушенной наклепом или насечкой структурой металла (см. рис. V III.1, б); электрод, находящийся в электролите более высокой концентрации (см.
146
рис. V III.1, в) или менее омываемый кислородом (см. рис. V III.1, г). Различная поляризация одинаковых металлов будет вызываться и рядом других причин: степенью шероховатости, кривизны и т. п. Эти же процессы имеют место и на поверхности металла газо провода, находящегося в грунте. Например, при наличии на
Ь~-тго- 1+ а :
l-Fe -Fe
Рис. VIII.1. Поляризация элементов.
а —при разных металлах; б —при структурной неоднородности; в —при не однородности электролита по составу и концентрации; г —при различной степени аэрации.
поверхности металла газопровода царапины (рис. V III.2) участок ее поляризуется анодно, а соседний неповрежденный участок поляризуется катодно. В образовавшейся гальванической паре
по металлу трубы |
как |
по |
внешней |
|
|
|
|
|
||||
цепи |
ток потечет от катода |
к |
аноду, |
|
|
|
|
|
||||
а в |
электролите |
грунта |
он |
потечет |
|
|
|
|
|
|||
от анода к катоду, |
вызывая анодное |
|
|
|
|
|
||||||
растворение стали, |
т. е. |
в |
то^ке |
А |
|
|
|
|
|
|||
металл будет разрушаться. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
При физико-химической и микро- |
|
|
|
|
|
|||||||
структурной неоднородности металла |
|
|
|
|
|
|||||||
на его поверхности образуются микро- |
|
|
|
|
|
|||||||
коррозионные пары. |
Неоднородность |
Рис. VII 1.2. Схема |
образова |
|||||||||
физико-химических свойств грунта |
ния |
гальванической пары на |
||||||||||
на отдельных участках трассы газо |
поверхности |
газопровода. |
||||||||||
провода вызывает образование на нем |
1 —грунт; 2 —царапина; 3 —стен |
|||||||||||
макрокоррозионных |
пар |
длиной |
в |
ка трубы; |
4 —внутренняя полость |
|||||||
трубы; |
5 —неповрежденный уча |
|||||||||||
десятки и сотни метров. |
Коррозион |
|
|
сток. |
|
|||||||
ные |
разрушения |
плохо |
изолирован |
|
|
|
|
|
||||
ных |
участков стальных |
газопроводов |
при |
почвенной |
коррозии |
|||||||
носят иногда довольно равномерный |
характер, |
но |
нередко об |
разуются каверны и глубокие раковины.
Коррозией блуждающими токами называется электрохимиче ское разрушение металла трубопровода, вызванное действием утечек постоянного тока с рельсов электрифицированного транс порта (трамвая, метрополитена, электрифицированных железных дорог). Постоянные токи, возвращающиеся по рельсам к отрица тельной шине тяговой подстанции, из-за несовершенства изоляции рельсов от земли и нарушения контактов на стыках рельсов
147
частично стекают в грунт. Эти блуждающие токи через повре ждения изоляционного покрытия попадают на газопроводы, элек трическое сопротивление которых значительно ниже сопротив ления окружающего их грунта. На участках приближения газо проводов к тяговым подстанциям и отсасывающим пунктам блуж дающие токи стекают с газопровода через грунт обратно в рель совую цепь.
В зоне входа блуждающих токов газопровод поляризуется катодно, а в зоне выхода — анодно. Последнее сопровождается со средоточенным разрушением металла. Попадание блуждающих токов с трамвайного пути на газопровод схематически представ лено на рис. V III.3.
Рис. VIII.3. Схема движения блуждающих токов с трамвай ного пути на .газопровод.
1 —рельсовый путь; 2 — газопровод; А — анодная зона; К —катодная зона; ТП —тяговая подстанция.
Коррозия блуждающими токами опаснее почвенной коррозии, так как стекание токов с анодных участков сопровождается мест ным разрушением металла в виде глубоких каверн и даже сквоз ных отверстий. С увеличением силы тока, стекающего с единицы поверхности газопровода, скорость коррозии возрастает. Известны случаи сквозной коррозии газопроводов в течение нескольких месяцев после завершения их строительства.
§ V III.2. Коррозионная активность грунтов и электрические измерения
Для решения вопроса о способах защиты газопроводов от кор розии определяют коррозионную активность грунтов и характер распространения блуждающих токов на трассе газопровода. Коррозионная активность грунтов зависит от их состава, влажно сти, удельного омического сопротивления, причем последнее является одним из характерных показателей, по которому при нято оценивать коррозионную активность. Другим критерием считают потерю массы эталонного стального образца за счет коррозии в исследуемом грунте.
Коррозионную активность грунтов определяют полевым или лабораторным методами. В основу полевого метода положено
148
измерение удельного электрического сопротивления грунтов на трассе газопровода через каждые 100—200 м. Для этой цели используют четырехэлектродные установки с приборами типов MG-08 и ЭП-1 или двухэлектродную установку почвенного ом метра. Принцип действия этих установок заключается в пропуска нии постоянного тока между электродами, помещенными в иссле дуемый грунт на некотором расстоянии друг от друга. Фиксируе мые при этом значения силы и напряжения тока на установке позволяют определить по закону Ома электрическое сопротивле
С. ’Г ние грунта. Принципиальная схема измерения удельного сопро тивления грунта с помощью двух электродной установки представ-
;
Рис. VIII.4. |
Схема измерения |
Рис. VIII.5. Определение коррозион |
||
удельного |
сопротивления |
ной |
активности грунта |
по методу |
грунта. |
потери массы стандартного образца. |
|||
1 —электрод катодный; 2 —источ |
1 —изолятор; 2 —трубка; з —грунт; 4 — |
|||
ник постоянного тока; з —вольт |
вольтметр; 5 —источник постоянного тока. |
|||
метр; 4 —амперметр; 5 —электрод |
|
|
|
|
анодный. |
|
|
|
|
лена на рис. V III.4. Для лабораторного определения |
коррозион |
|||
ной активности грунтов на |
трассе |
газопровода с глубины его |
заложения через каждые 50—100 м отбирают пробы грунта. Просушенную при температуре не более 105° С пробу размельчают,
просеивают через |
сито, засыпают в стальную банку |
диаметром |
80 мм и высотой |
110 мм и увлажняют до полного |
насыщения |
(рис. V III.5). Перед засыпкой грунта в банке на диэлектрической опоре размещают очищенную и взвешенную с точностью до 0,1 г стальную трубку диаметром 19 .мм и длиной 100 мм. Затем к трубке й банке подключают источник постоянного тока напряжением 6 в на 24 ч. По истечении указанного срока трубку, являвшуюся в электрической цепи анодом, вынимают из грунта, тщательно очищают от продуктов коррозии и взвешивают с точностью до 0,1 г. Критерии оценки коррозионной активности грунтов ука занными методами приведены в табл. V III.1.
Определение характера распространения блуждающих токов в городских условиях при сложной конфигурации газовых сетей, смежных трубопроводов, кабелей и рельсов электротранспорта является сложной задачей. Решается она проведением комплекса
149
Т а б л и ц а VIII.l
Коррозионная активность грунтов
удельное |
Потеря |
|
Ориентировочная |
сопротивле |
Коррозионная активность |
||
ние грунта, |
массы |
характеристика грунтов |
|
ом- м |
образца, г |
|
|
Более 100 |
До 1 |
Низкая |
Песчаные, суглинистые |
20-100 |
1-2 |
Средняя |
Глинистые, бедные черно |
10-20 |
2 -3 |
Повышенная |
земные |
Известковые, богатые чер |
|||
5-10 |
3 -6 |
Высокая |
ноземные |
Зашлакованные, замусо- |
|||
|
|
|
плттттттл |
Менее 5 |
Более 6 |
Весьма высокая |
рбнныб |
Торфянистые |
электрических измерений, осуществляемых в два этапа: в период проектирования газопровода и после укладки его в грунт.
При проектировании газопровода выявляются: среднее удель ное сопротивление грунта вдоль трассы газопровода, расположе ние газопровода относительно источников блуждающих токов, электрические потенциалы смежных подземных сооружений отно сительно грунта и рельсов электротранспорта. Эти сведения, дополненные данными о виде изоляционного покрытия газопро вода и об электрическом сопротивлении 1 км газопровода, позво ляют определить тип д толщину изоляционного покрытия газо провода, предусмотреть размещение контрольных пунктов для замера потенциалов газопровода, наметить узлы пересечения газопровода с рельсовыми путями электротранспорта и разрабо тать конструкции этих узлов, запроектировать электрические средства защиты, дать предварительные рекомендации о типе
иместе установок электрозащиты на всем'"газопроводе и опреде лить ориентировочные объемы и стоимость работ по защите газо провода от коррозии.
После укладки газопровода в грунт и его засыпки на нем про изводят основной комплекс электрических измерений с целью определения действительных электрических потенциалов газо провода относительно грунта, рельсов электротранспорта и со седних металлических сооружений, а также определяют величину
инаправление блуждающих токов, протекающих по газопроводу.
Замеры потенциалов газопровод — земля производят высоко омными вольтметрами или самопишущими приборами. При изме рениях положительную клемму прибора подключают к газопро воду, а отрицательную — к электроду сравнения. Для подключе ния прибора к газопроводу используют контрольные пункты (см. рис. IV. 11), а также гидрозатворы, задвижки, газопроводы ГРП, узлы домовых вводов, а иногда и специально открытые шурфами участки газопровода. Медносульфатные неполяризую
150