книги / Материалы для сооружения газонефтепроводов и хранилищ

W

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ОТКАЗЫ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

При испытании и эксплуатации линейной части магистральных трубопроводов могут происходить их отказы.

ВНИИСТом (В.В. Рождественский, В.П. Черний, О.И. Молдаванов, А.С. Боло­ тов и др.) разработана методика исследования отказов. Причины отказов —раз­ личные факторы, которые условно можно разделить на три группы: заводской брак, брак строителей, несовершенство методов расчета и проектирования.

Прежде всего при отказах изучают техническую документацию по разрушен­ ному участку трубопровода, в том числе: исполнительную схему, акты производст­ ва и приемки работ, сертификаты, журнал испытаний (с результатами отбора проб смесипри заполнении трубопровода газом), график подъема давления при испыта­ нии. При ознакомлении с исполнительной документацией определяют протяжен­ ность испытываемого участка, профиль участка, глубину заложения трубопроводов (при подземной прокладке), конструкцию трубопровода (при надземной или на­ земной прокладке), характеристики труб, из которых сооружен участок (сечение труб, марка стали, завод-изготовитель), схему раскладки труб по участку.

Далее составляют план и профиль отказавшего участка трубопровода, где ука­ зывают подключение к нему наполнительно-опрессовочных агрегатов или компрес­ соров, расположение манометров и места отказа. В случаях гидравлического испы­ тания определяют давление в момент отказа в верхней и нижней точках профиля участка трубопровода и в месте отказа. Описывают процесс испытания, где указы­ вают испытательную среду, дату и время отказа, климатические и погодные усло­ вия в месте отказа, в том числе температуру наружного воздуха, температуру, ме­ ханический состав и влажность грунта, график подъема давления от начала испыта­ ний до момента отказа и график последующего падения давления (при гидравлйческих испытаниях рекомендуется составить график зависимости внутреннего давле­ ния от объема закачиваемой воды ).

Затем осматривают место отказа и составляют схему разрушенной части испы­ тываемого участка трубопровода с привязкой к пикетам.

Определение характера разрушения и очага отказа выполняет комиссия непо­ средственно на месте отказа трубопровода. При осмотре места отказа трубопрово­ да устанавливают и фиксируют общий характер разрушения (хрупкий, вязкий, квазихрупкий) по виду излома кромок разрыва.

Хрупкий излом представляет собой шероховатую плоскость скола, перпенди­ кулярную к поверхности металла. Отличительная особенность хрупкого изло­ ма - отсутствие макропластических деформаций. Условно принято считать, что относительное сужение площади поперечного сечения металла при хрупком разру­ шении не превышает 1,5-2% . Поверхность излома имеет явно выраженную кри­ сталлическую структуру. Кристалличность в изломе - основной признак хрупкого разрушения.

Хрупкие изломы при разрушении труб реальных трубопроводов имеют, как правило, незначительные деформации (губы среза), прилегающие к поверхности металла. Размер губ среза фактически определяет степень хрупкости излома. Из­ лом следует считать хрупким, если суммарная толщина губ среза не превышает 20 % от номинальной толщины стенки трубы. Хрупкое разрушение образуется в ре­ зультате нормального отрыва (разрыва) под действием растягивающих напряже­ ний. Плоскость разрушения в этом случае перпендикулярна к направлению растя­ гивающих напряжений.

Вязкий (пластический) излом образуется в результате сдвига (среза). При

338

вязком изломе относительное сужение площади поперечного сечения превышает 15 %.

Поверхность вязкого разрушения - матовая и имеет характерное волокнистое строение, указывающее на широкое развитие пластической деформации в процессе разрушения. На поверхности металла, непосредственно прилегающего к вязкому излому, наблюдается утяжка (местное утонение) стенки трубы.

Вязкие изломы при разрушении труб могут бьггь трех разновидностей:

первая характеризует чисто сдвиговый пластический излом. Плоскость среза (сдвига) проходит через всю толщину стенки и образует с поверхностью металла угол, приблизительно равный 45°. Эта разновидность вязкого излома характерна прежде всего для стадии прекращения разрушения;

вторая - вязкий Z-образный излом. Профиль излома в данном случае пред­ ставляет собой две взаимнопараллельные плоскости среза, составляющие с по­ верхностями металла угол около 45 ° Плоскости среза разделены <в середине тол­ щины излома центральной полоской волокнистого излома, перпендикулярной к поверхности металла. Нередко в центральную полоску вкраплены кристаллы хрупкого излома. Эта разновидность наиболее характерна для распространения вязких разрушений в магистральных трубопроводах;

третья - вязкий V -образный излом. Этому виду излома присущи те же харак­ терные особенности, которые свойственны вязкому Z-образному излому (П-раз- новидность). V -образный излом встречается в начале распространения вязкого раз­ рушения, а также при разрушениях металла труб с весьма мелкой структурой, на­ пример, для термически упрочненных труб или труб из стали, прокатанной по регу­ лируемому режиму температур и обжатий.

Квазихрупкий излом образуется при комбинированном (смешанном) харак­ тере разрушения, когда в центральной части толщины стенки имеется участок из­

лома хрупкого типа, ориентированного нормально к поверхности листа (трубы), а остальные части стенки разрушаются вязко (срезом). Излом следует считать квазихрупким в случае, если суммарная толщина губ среза превышает 20 % от номи­ нальной толщины стенки трубы, в противном случае излом необходимо считать хрупким.

При квазихрупком изломе наблюдается относительное сужение поперечного сечения, но оно не превышает 15 %. Квазихрупкий излом следует отличать от вяз­ ких изломов П- и Ш-разновидностей по структуре центральной полоски излома.

Условно вязкий {волокнистый) излом образуется без утяжки металла по толщине листа и характерен для очагов разрушений в сварных соединениях и в ме­ стах механических повреждений трубопроводов.

Общий характер распространения разрушения по трубопроводу определяют по траектории движения трещины. Хрупкая трещина, как правило, распространяется по волновой (синусоидальной) траектории. При этом осью синусоиды является об­ разующая трубопровода. Без учета стадий торможения вязкое разрушение распро­ страняется вдоль образующей трубопровода с незначительными отклонениями от прямолинейного движения. Кроме того, кромки разрыва при вязком разруше­ нии трубопровода образуют беспорядочные гофры вследствие их пластического удлинения в процессе разрушения.

Очаг разрушения представляет собой, как правило, участок с прямым изло­ мом, перпендикулярным к поверхности металла, независимо от того, каким явля­ ется общий характер разрушения - хрупким или вязким. Излом в месте очага раз­ рушения может быть хрупким (кристаллическим) или условно вязким (волокни­ стым).

При хрупком разрушении очаг определяют по характерному для хрупкого излома шевронному узору (’’елочке”) , острые углы которого всегда направлены противоположно направлению движения трещины. Схождение двух направленных

339

один к другому шевронных узоров указывает на начало распространения (очаг) разрушения. Поверхность трещины в очаге разрушения - гладкая, плоская или ступенчатая и кристаллическая, а на участке распространения она имеет характер­ ный шевронный узор (’’елочку”), являющийся признаком малой пластической де­ формации.

При вязком изломе очаговый участок разрушения перпендикулярен к поверх­ ности листа и имеет волокнистый макрорельеф. Вязкий (пластический) излом иногда также имеет шевронный узор. Однако узор выражен слабо и принимать его во внимание при определении очага вязкого разрушения не рекомендуется. При установлении очага вязкого разрушения необходимо по кромкам разрыва оты­ скать участки с прямыми изломами, перпендикулярными к поверхности метал­ ла, и определить наиболее вероятный очаг разрушения.

При определении наиболее вероятного очага вязкого разрушения следует руководствоваться следующими дополнительными признаками:

очаг разрушения совпадает, как правило, с эпицентром образовавшегося при разрушении трубопровода котлована;