Учреждение образования

«ПОЛОЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

УДК

ЯНУШОНОК

Александр Николаевич

Повышение надежности магистральных трубопроводов, проработавших длительное время, восстановительной термической обработкой

Диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

по специальности 25.02.07 – «Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ»

Научный руководитель

кандидат технических наук,

доцент Снарский А.С.

Новополоцк, 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ………………………………….
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ…………………………………….
ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ И ИХ КОЛЬЦЕВЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
1.1 Современные подходы к решению задачи обеспечения надежности магистральных трубопроводов ……………………………..…………………
1.2 Анализ основных характеристик объекта исследования……………….
1.3 Анализ материально-технического исполнения магистральных трубопроводов Республики Беларусь и их сварных кольцевых соединений……………………
1.4 Причины возникновения аварийных ситуаций…………………………..
1.5. Тяжесть последствий аварий……………………………………………...
1.6 Анализ изменений, протекающих в металле труб и сварных соединений в процессе эксплуатации…………………………………………
1.7 Постановка задач исследований...................................................................
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА И СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДЛИТЕЛЬНО ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ.............................................................................................
2.1 Общая схема проведения исследований………………………………….
2.2 Исследование химического состава труб магистральных трубопроводов после длительной эксплуатации…………………………….
2.3 Исследование механических свойств труб магистральных трубопроводов после длительной эксплуатации……………………………..
2.4 Исследование микроструктуры труб магистральных трубопроводов после длительной эксплуатации……………………………………………….
ГЛАВА 3 ВЫБОР РЕЖИМОВ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОЛЬЦЕВЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ПРОРАБОТАВШИХ ДЛИТЕЛЬНОЕ ВРЕМЯ……………………………….
3.1 Обоснование метода термической обработки кольцевых сварных соединений магистральных трубопроводов проработавших длительное время…………………………………………………………………………….
3.2 Исследование влияния высокого отпуска на механические свойства основного металла и сварных соединений труб магистральных трубопроводов после длительной эксплуатации……………………………..
3.3 Исследование структурных изменений в сварных соединениях труб длительно эксплуатируемых магистральных трубопроводов после термической обработки.………………………………………………………
3.4 Исследование влияния термической обработки на коррозионную стойкость сварных соединений магистральных трубопроводов……………
3.4.1 Коррозия труб магистральных трубопроводов и их соединений……..
3.4.2 Определение влияния термической обработки на коррозионную стойкость кольцевого сварного соединения магистрального трубопровода
3.4.3 Обработка и обсуждение результатов эксперимента…………………
ГЛАВА 4. ЭКСПРЕСС-МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА……………………………………………………………...
4.1 Необходимость определения механических свойств материалов магистральных трубопроводов………………………………………………
4.2 Неразрушающие методы определения механических свойств трубопроводных материалов…………………………………………………
4.3 Определение ударной вязкости сварных кольцевых соединений магистральных трубопроводов, подвергшихся эксплуатации длительное время, неразрушающим способом……………………………………………
ГЛАВА 5 АПРОБАЦИЯ МЕТОДА ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОЛЬЦЕВЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ…………………………………………………………………
5.1 Типовой технологический процесс производства работ по термической обработке сварных соединений длительно эксплуатируемых магистральных трубопроводов………………………………………………...
5.2 Опытно-промышленная апробация предлагаемого способа восстановительной термообработки ………………………………………….
5.3 Расчет ожидаемого экономического эффекта…………………………….
Заключение ..........................................................................................................

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

HV – твердость по Виккерсу, МПа

D – диагональ пирамидального отпечатка, полученного при измерении твердости по Виккерсу, мм.

S – ширина пирамидального отпечатка, полученного при измерении твердости по Виккерсу, мм.

σ₀₂ – предел текучести (условный), МПа

σ_в – предел прочности, МПа

δ₅ – относительное удлинение, %

ψ – относительное сужение, %

KCU – ударная вязкость образцов с U-образным концентратором напряжений, МДж/м²

KCV – ударная вязкость образцов с V-образным концентратором напряжений, МДж/м²

МТ – магистральный трубопровод

НП – нефтепровод

МНП – магистральный нефтепровод

НПП – магистральный нефтепродуктопровод

МНПП – магистральный нефтепродуктопровод

ЧУП – частное унитарное предприятие

ОАО – Открытое акционерное общество

Общая характеристика работы

Настоящая диссертация представляет собой научную работу, содержащую обобщённое изложение научных положений и результатов, направленных на повышение надежности эксплуатации кольцевых сварных соединений магистральных трубопроводов.

Связь работы с крупными научными программами, темами

ГБ 6026 Обеспечение безопасности и эффективности транспорта углеводородных энергоносителей и продуктов их переработки

ГБ 3911 Обеспечение безопасности и надежности объектов магистрального трубопроводного транспорта

ХД 28-124 Расчет несущей способности участка «8Н-5С» МНПП «Участок №42» на основе фактических прочностных характеристик металла труб и результатов диагностики

ХД 27-215 Расчет несущей способности участка «8Н-Дисна» на основе фактических прочностных характеристик металла труб

Цель и задачи исследования

Цель исследования: разработать способ повышения надежности магистральных трубопроводов после длительной эксплуатации на основе термической восстановительной обработки кольцевых сварных соединений.

Цель исследования достигается решением задач исследования:

1) Провести анализ современного состояния магистральных трубопроводов, эксплуатируемых в условиях Республики Беларусь, для выявления факторов, влияющие на их надёжность.

2) Исследовать структуру и механические свойства основного металла и сварных соединений магистральных трубопроводов, эксплуатируемых длительное время для оценки их технического состояния.

3) Предложить способ восстановительной термической обработки кольцевых сварных соединений магистральных трубопроводов, проработавших длительное время, повышающий ударную вязкость и коррозионную стойкость металла сварного соединения.

4) Предложить метод неразрушающей диагностики механических свойств сварных соединений магистральных трубопроводов, выявляющий участки с максимальной степенью старения и минимальной ударной вязкостью, а также позволяющий определять изменение характеристик металла в результате восстановительной термической обработки.

5) Провести опытно-промышленную апробацию разработанного способа восстановительной термической обработки и оценить возможный экономический эффект от внедрения предложенного способа.

Объектом исследования: магистральные трубопроводы и их сварные соединения.

Предмет исследования: структура, механические свойства, коррозионные свойства материала и их изменения.

Положения, выносимые на защиту

1. Результаты оценки технического состояния магистральных трубопроводов, эксплуатируемых в течение длительного времени (30-40 лет) в условиях Республики Беларусь (на примере МНПП «Брянск – Дисна» и «Стальной Конь – Запад») и анализа аварийности магистральных трубопроводов.

2. Режим восстановительной термической обработки кольцевых сварных соединений магистральных трубопроводов, эксплуатируемых в течение длительного времени. Высокий отпуск с 680˚С после выдержки в течение 30 минут, приводит к росту значений ударной вязкости до 50%, росту коррозионной стойкости до 3,5% и незначительному снижению предела текучести и предела прочности , которое может не учитываться при проведении прочностных расчетов.

3. Зависимость между геометрическими параметрами пирамидального отпечатка, полученного при определении твердости по Виккерсу и значениями ударной вязкости сварных соединений труб, выполненных из малоуглеродистых и низколегированных сталей (Сталь 20, 17ГС, 10Г2С1, 14ГН, 19Г, 14ХГС).

Личный вклад соискателя состоит в получении результатов, выносимых на защиту. Научный руководитель принимал участие в постановке задач и их анализе. Экспериментальные исследования взаимосвязи параметров пирамидального отпечатка, полученного при измерении твердости по методу Виккерса с ударной вязкостью материала, применительно к кольцевым сварным соединениям магистральных трубопроводов, выполнены совместно с А.В. Крыленко. Экспериментальные исследования механических свойств и микроструктуры металла труб и их сварных соединений выполнены совместно с В.Е. Котовым и Н.В. Соколовой. Другим соавторам принадлежат результаты, не вошедшие в работу. Автор опирался на научный задел своего научного руководителя.

Апробация результатов диссертации

Основные результаты работы были доложены на следующих конференциях:

1. Международная научная конференция «Прочность и надежность магистральных трубопроводов “МТ-2008”» – Институт проблем прочности имени Г.С. Писаренко НАН Украины, Киев, 5 – 7 июня 2008 г.;

2. VIII Юбилейная международная научная конференция, посвященная 80-летию основания КГТУ «Инновации в науке и образовании – 2010» – ФГОУ «Калининградский государственный технический университет», Калининград, 19 – 21 октября 2010 г.;

3. VI Международная научно-техническая конференция «Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта» – УО «ПГУ», Новополоцк, 11-14 декабря 2007 г.;

4. VI Международный симпозиум по трибофатике МСТФ-2010 – БГУ, Минск, 25 октября – 1 ноября 2010 г.

5. VI Международная научно-практическая конференция «Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация» – Учреждение «Научно-исследовательский институт пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций» МЧС РБ, Минск, 8-9 июня 2011 г.

6. VII Международная научно-техническая конференция «Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта» – УО «ПГУ», Новополоцк, 22-25 ноября 2011 г.

7. Международная научно-техническая конференция «Проблемы и перспективы транспортировки нефти и газа (ППТНГ-12)» – Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа, Ивано-Франковск, 15-18 мая 2012 г.

Опубликованность результатов

Основные результаты исследования содержаться в XX опубликованных работах, из них Х статьи в научных журналах, Х тезисов докладов конференций. Подана 1 заявка на получение патента Республики Беларусь.

Структура и объем диссертации

Диссертация содержит введение, общую характеристику работы, _ главы, заключение, список литературы. Работа изложена на ___ страницах, включает __ иллюстрации на __ страницах, __ таблиц на __ страницах. Библиография включает __ литературный источник.