База книг в электронке для ЭНН УТЭК / трубопроводы / АЛИЕВ Сооружение и ремонт газонефтепроводов

зация или ремонтное подразделение данного предприятия. Эта процедура должна быть оформлена актом сдачи, в котором от­ ражаются техническое состояние и комплектность оборудова­ ния.

Отремонтированное оборудование принимает служба тех­ нического контроля на основании результатов проверок (испы­ таний), устанавливаемых нормативно-технической документа­ цией на ремонт. При выдаче оборудования из ремонта состав­ ляют акт, в котором подтверждается соответствие технического состояния и комплектности оборудования требованиям норма­ тивно-технической документации на ремонт.

Г л а в а 8

КОНТРОЛЬ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ИХ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

ИЗНОС И П ОВРЕЖ ДЕНИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ИХ ОБОРУДОВАНИЯ

Все подземные стальные трубопроводы в той или иной степени

подвержены коррозии — разрушению металлических поверхно­ стей под влиянием химического или электрохимического воздей­

ствия окружающей среды, поэтому они имеют изоляционное покрытие, устраняющее непосредственный контакт металла трубопровода с окружающей средой. Изоляционное покрытие

разрушается вследствие старения или в результате различных механических воздействий при укладке и засыпке трубопровода.

.Местное разрушение изоляционного покрытия приводит к уси­ ленному разрушению оголенного участка трубопровода. Сквоз­

ное отверстие в изоляционном слое заполняется влагой, содер­ жащейся в грунте и являющейся в данном случае электроли­ том. Вследствие этого металлическая поверхность электрически контактирует с агрессивной окружающей средой.

Как показывает опыт эксплуатации трубопроводов с изоля­ ционным покрытием, срок службы последнего зависит от его типа и физико-химических свойств грунта: кислотности, щелоч­ ности, воздухопроницаемости и влажности. В обыкновенных грун­ тах с низкой коррозионной активностью и высоким удельным

По характеру и физической природе коррозионные разру­ шения подземных металлических сооружений (трубопроводов) можно разделить на химические, электрохимические и разру-

199

Рис. 73. Схема коррозионного раз­

рушения стенки трубы:

/, 2 — участки соответственно анодн.>л> и катодный; е — электроны

шения под действием блуждающих токов. При химической кор­ розии разрушение происходит в месте контакта металла с хи­

мическим реагентом. К этому виду относят коррозию в неэлек­ тролитах и коррозию от действия газа на металл (например, па трубопроводы, по которым транспортируют сернистый газ). Характер разрушения равномерный. Электрохимическая кор­ розия— это разрушение металлов (в виде мелких пятен и ра­ ковин (каверн) значительной глубины, иногда поражающих всю толщину стенки трубы), сопровождающееся образованием электрического тока.

На поверхности трубы (рис. 73) вследствие различной струк­ туры металла на разных участках образуется ряд гальваниче­ ских коррозионных элементов. На анодных участках ион-атомы

железа переходят в раствор в виде гидратированных катионов, при этом на поверхности металла остаются освобождающиеся электроны 2е, которые перемещаются по металлу к катодным участкам. На катодных участках эти электроны снимаются с металла. В результате ионизации кислорода происходит обра­ зование гидроксильной группы ОН. Переходящие в раствор па. анодных участках катионы Fe и на катодных участках гидро­ ксильные ионы ОН взаимодействуют в растворе с образова­ нием закиси железа Fe(OH)2. При наличии в электролите (вода, почва) свободного кислорода закись железа окисляется в гидрат окиси железа

0 2 + 4Fe (ОН)а + 2Н2 -> 4Fe (ОН)3,

который выпадает в виде осадка. Скорость разрушения опреде­ ляется эффективностью указанной работы гальванических эле­ ментов, возникающих на поверхности металла. Она значительно превышает скорость прямого химического взаимодействия ме­ талла с молекулами воды. В связи с этим для основной массы металла трубопроводов и резервуаров, эксплуатирующихся в атмосфере, воде и почве, учитывают главным образом про­

лен и кислот или природных вод (коррозия труб подводных переходов через реки, озера, болота); почвенную коррозию под действием почвы или почвенного электролита вследствие неод­ нородности стали (примеси, содержащиеся в стали, в условиях влажного грунта образуют локальные гальванические эле­ менты, в которых анодом является обладающий более отрица­ тельным потенциалом чистый железоферрит, поэтому она и разрушается); атмосферную коррозию, т. е. коррозию металлов под действием кислорода воздуха и атмосферной влаги (кор­ розия воздушных переходов трубопроводов через реки, балки и овраги, а также наземного оборудования — задвижек, ванту­

зов и т. д.).

Атмосферная коррозия усиливается в тех районах, где в воз­ духе содержатся такие газы, как сернистый ангидрид, серный ангидрид и сероводород. Эти газы в присутствии влаги обра­

зуют кислоты, которые разрушают имеющиеся на металлах есте­ ственные защитные пленки и облегчают дальнейшее коррозион­

ное разрушение.

Коррозия под действием блуждающих токов в настоящее время встречается чаще всего, особенно на участках, где трубо­

проводы проходят вдоль электрифицированных железных до­ рог. Положительный полюс тяговой подстанции присоединяется к контактным проводам, а отрицательный — к рельсам через заземляющие провода. При возвращении по рельсам на тяго­ вую подстанцию часть тока стекает в землю, следуя по пути наименьшего сопротивления и образуя блуждающие токи, кото­ рые через повреждения в изоляционном покрытии трубопровода

в грунт, если его электропроводимость выше электропроводи­ мости трубопровода. Участки, на которых блуждающие токи входят в трубопровод, поляризуются катодно (катодные уча­ стки), а участки, на которых блуждающие токи выходят из него, поляризуются анодно и разрушаются. На одном из участ­ ков трубопровода, где интенсивность блуждающих токов была высокой (сила тока около 1000 А), нормальная изоляция тру­ бопровода вышла из строя за 4,5 года, а усиленная за 8 лет эксплуатации.

Одна из основных причин сокращения срока службы обо­ рудования газонефтепроводов — износ сопрягаемых поверхно­ стей, движущихся относительно друг друга, в результате чего

образуются мельчайшие осколки материала. Износ включает в себя один или несколько процессов:

микросрезание, происходящее при наличии осколков изна­ шиваемого материала или абразивных частиц, которые срезают крошечные частицы металла или вызывают поверхностную де­ формацию;

пластическую или упругопластическую деформацию, возни­ кающую в определенных областях поверхности как результат

201

высоких местных напряжений, появившихся при контакте мик-

рошероховатостей на соприкасающихся поверхностях; поверхностную усталость, возникающую при повторяющихся

упругих деформациях поверхности и действующих флюктуирую­ щих силах;

местный перегрев, являющийся результатом недостаточного теплоотвода; локальные увеличения температуры бывают столь велики, что имеются случаи расплавления трущихся поверхно­ стей (сварной спай);

молекулярное взаимодействие, возникающее при больших давлениях и малой частоте вращения; при этом происходит холодная сварка и переход частиц металла с одной поверхно­ сти на другую;

эффект Ребиндера, заключающийся в том, что смазка заби­ вает микротрещины и является причиной возрастания давле­

различные виды износа.

Абразивный износ возникает вследствие истирания твердыми частицами относительно мягкого материала рабочей поверхно­

сти. Видимо, это основная причина износа сопрягаемых детален. Для снижения темпа износа необходимы тщательная фильтра­

ция смазочного масла и эффективное уплотнение подшипников. Абразивный износ может происходить при засасывании вместе с воздухом пыли, твердые частицы которой в масле образуют

мастерских, оборудования, электромашин и транспортных средств — одно из главнейших условий нормальной эксплуа­ тации.

Эрозионный износ возникает при непосредственном сопри­

косновении отдельно перемещающихся деталей. Он выражается в истирании материалов, появлении микроскопических царапин,

задгров и скалывании поверхностного слоя металла. Непосред­ ственный контакт отдельных металлических частей происходит вследствие разрыва масляной пленки, обычно разделяющей трущиеся поверхности деталей. Случаи разрыва масляной пленки могут наблюдаться при недостаточной смазке, выгора­ нии масла и сдувании его с поверхности, при ударах и неудов­ летворительной подгонке сопрягающихся деталей, а также при недоброкачественном масле. Развитие этого процесса приводит к задиру подшипников скольжения цилиндровых втулок и по­ вышенному износу поршневых колец.

Усталостный (питтинговый) износ обычно происходит в под­ шипниках качения и является следствием усталости поверхно­ стною слоя. В тех случаях, когда имеется относительное сколь­ жение поверхностей, возможен усталостный износ вследствие

микр ошероховатости.

202

f u c . 74. Характер и формы распределения коррозионного износа

Молекулярный износ характеризуется развитием локальных металлических соединений и отторжением образовавшихся ча­ стиц от трущихся поверхностей. Этот тип износа наблюдается при высоких давлениях и, как правило, развивается с высокой скоростью.

Коррозионный износ происходит при наличии агрессивной (окислительной) среды. Циклическая нагрузка разрушает окис-

ную (защитную) пленку и обнажает свежий подслой металла, который при наличии кислорода окисляется. Образующаяся пленка снова разрушается, и процесс повторяется (особенно это относится к шейкам валов).

Коррозионные повреждения могут иметь сплошной, мест­

изнашивается относительно равномерно. По степени равномер­ ности коррозионного разрушения поверхностного слоя разли­

чают сплошную равномерную (рис. 74, а) и сплошную неравно­ мерную (рис. 74, б) коррозию. Равномерная коррозия протекает в слабокислых растворах солей и кислот, а также в тех слу­ чаях, когда контакт среды с поверхностью детали происходит без завихрений.

При местной коррозии разрушение распространяется не по всей поверхности контакта со средой, а охватывает только от­ дельные участки поверхности и локализуется на них. При этом образуются кратеры и углубления, развитие которых может привести к появлению сквозных отверстий. Разновидности ме­ стной коррозии — коррозия отдельными пятнами (рис. 74, в), язвенная (рис. 74,г) и точечная (рис. 74, д).

Межкристаллитная, или интеркристаллитная, коррозия — разрушение металлов по границам зерен (рис. 74, е). Этот вид коррозии характерен для деталей, которые изготавливают из хромоникелевых аустенитных сталей, широко применяемых в химическом машиностроении, а также из медноалюминиевых (дюралюминиевых), магниевоалюминиевых и некоторых других сплавов. Глубоко проникшую межкристаллитную коррозию на­

в разрушении одной или одновременно нескольких структурных

составляющих металла.

Кавитационный износ (кавитационная эрозия)— следствие локальных гидравлических ударов жидкости в зоне кавитации. Если элемент работает в потоке горячих газов, то поверхность размягчается и окисляется, при этом из металла вместе с пото­ ком газа уносятся отколовшиеся частицы металла (газовая

эрозия).

Степень влияния различных типов износа зависит от конст­

рукции сооружений и оборудования, материалов, из которых они изготовлены, качества топлива, смазки, а также от качества

обслуживания эксплуатационным и ремонтным персоналом. Величина износа основных фондов зависит от их вида, срока

службы, интенсивности использования, а также от качества проводимых ремонтных работ. При прочих равных условиях из­

нос основных фондов тем больше, чем больше времени они находятся в эксплуатации. Оборудование, машины, аппараты и приборы прежде всего подвергаются физическому (материаль­ ном;/) износу, возникающему как при их эксплуатации (износ первого рода), так и во время простоя (износ второго рода). Например, во всех электромашинах при работе под нагрузкой изоляция стареет под воздействием электрического поля, на­ грева и механических усилий. Помимо физического оборудова­ ние, подвергается моральному (экономическому) износу.

ВИДЫ ДЕФЕКТОВ

Дефектом называется каждое отдельное несоответствие про­ дукт,ии требованиям, установленным нормами.

По внешнему признаку дефекты подразделяют на явные и скрытые. Явные поверхностные дефекты обнаруживают ви­ зуально, а скрытые (внутренние), неразличимые глазом, выде­ ляют с помощью специальных средств.

По происхождению дефекты подразделяют на производствен­ ные и эксплуатационные. Производственные дефекты могут быть металлургическими, возникающими при плавке и отливке (газовые, усадочные, песчаные и шлаковые раковины, рыхлоты,, пористости, неметаллические включения и др.), прокатке и ковке (волосовины, рванины, закаты, расслоения, внутренние разрывы и др.), и технологическими, возникающими при изго­

товлении деталей (сварка, пайка, склеивание, клепка, механи­ ческая, термическая и другие виды обработки, нанесение галь­

ванических покрытий н др.). При соединении детален сваркой могут наблюдаться трещины по границе сварного шва, в на­ плавленном металле и в зоне термического влияния, непровары, раковины, шлаковые включения; при термической и электрохи­ мической обработке — закалочные трещины, растравление ме­ талла; при механической обработке встречаются шлифовочные- и отделочные трещины, надрывы металла при холодной дефор-

204

мации. Эксплуатационные дефекты возникают после некоторой

термически усталостных, ползучести, от структурных напряже­

ний и др.), коррозии, изнашивания и т. д., а также вследствие неправильного технического обслуживания и ремонта.

При ориентировке относительно действующих напряжений дефекты делят на поперечные и продольные.

По степени опасности дефекты (с целью выбора методов и средств контроля) относят к критическим, значительным и ма­ лозначительным. При этом учитывают характер и размеры де­ фектов, место их расположения на детали, чувствительность материала к концентратору напряжений, особенности конструк­ ции и нагрузки детали (статическая, повторно-статическая,, динамическая), температуру, коррозионную агрессивность-

среды и т. д.

К критическим относят дефекты, при наличии которых даль­ нейшее использование детали недопустимо по соображениям безопасности или практически невозможно (трещины любых размеров, расположенные в местах, которые являются при от­ сутствии несплошности концентраторами напряжений, а также поперек действующих напряжений в дисках и лопатках рото­ ров газовых турбин и компрессоров и т. д.).

Значительные дефекты — это дефекты, которые существенно влияют на использование детали по назначению и (или) на ее долговечность, но не являются критическими. Сюда относят очаги коррозии в трубопроводах, трещины в лопатках роторов турбин и компрессоров, идущие вдоль действующих напряже­ ний, и т. д.

К малозначительным относят дефекты, которые не оказы­ вают существенного влияния на использование детали по на­ значению и (или) на ее долговечность, например плены, не­ большие неусталостные трещины в лопатках спрямляющих и сопловых аппаратов, очаги коррозии и небольшие трещины в корпусе и т. д.

При определении степени опасности несплошности с целью выбора методов, средств и приемов контроля участки детали

(или деталь полностью) относят к группам по напряженности. Можно выделить две такие группы:

детали, в которых действующие при работе напряжения распределены равномерно (пружины, клапаны, поршневые пальцы, лопатки сопловых и спрямляющих аппаратов, тяги, прямолинейные участки трубопроводов и т. д.); в этой группе одинаковые несплошности, расположенные в разных местах, оказывают практически одинаковое влияние на прочность де­ тали, которую проверяют по всей поверхности или по всему

объему; детали, при работе которых напряжения концентрируются

в локальных зонах, что связано с конструктивной формой или

2 0 5

характером нагрузок (лопатки роторов двигателей, валы и втулки с резьбой, шлицами и фланцами, зубчатые колеса, болты); степень опасности каждой несплошности определяется близостью ее к концентратору напряжений; влияние одинако­ вых несплошностей на разных участках различно; при конт­ роле устанавливают зоны повышенного внимания.

Дефекты различного происхождения по-разному влияют на прочность детали каждой группы. Так, например, волосовины длиной 3—8 мм и глубиной 0,05—0,3 мм при их расположении

перпендикулярно (или близко к этому положению) к макси­ мальным растягивающим напряжениям в деталях второй

группы недопустимы, так как при наличии их предел выносли­ вости в отдельных случаях снижается до 50%. Наличие шли­ фовочных трещин глубиной 0,1—0,2 мм снижает предел вынос­ ливости стали 18ХНВА в 3 раза, твердой шарикоподшипнико­ вой стали — в 5—10 раз. Усталостные трещины на деталях второй группы — критические дефекты.

МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ И ДЕТАЛЕЙ

В настоящее время в производстве широко применяют не­ разрушающий контроль (НК), позволяющий проверять качество деталей без нарушения их пригодности к использованию по назначению. Согласно ГОСТ 427—75 существующие средства неразрушающего контроля предназначены для выявления де­ фектов оценки структуры материалов, контроля геометрических параметров, оценки физико-химических свойств деталей.

В зависимости от принципа работы контрольных устройств все методы НК (ГОСТ 18353—79) подразделяют на акустичес­ кие, капиллярные, магнитные, электромагнитные (вихревых то­ ков), оптические, радиационные, радиоволновые, тепловые, а также методы контроля течеискателем. При выборе метода или комплекса методов для дефектоскопического контроля де­ талей и узлов помимо специфических особенностей и техниче­ ских возможностей каждого метода необходимо учитывать сле­ дующие факторы: характер (вид) дефекта и его расположение,

условия работы деталей и технические условия на обработку, материал детали, состояние и чистоту обработки поверхности,

форму и размеры детали, зоны контроля, доступность детали и зонь: контроля, условия контроля на ремонтных предприятиях. Оборудование проверяют следующими методами:

визуально-оптическим — с его помощью выявляют относи­ тельно крупные трещины, механические повреждения поверхно­ сти, нарушение сплошных защитных покрытий, остаточную де­ формацию и др.; вероятность обнаружения мелких поверхност­

ных дефектов низка; эффективность метода зависит от субъек­ тивных факторов (остроты зрения, опыта оператора) и условий

контроля (освещенности, оптического контраста);

2 0 6

легким обстукиванием молотком, что позволяет выявить тре­ щины по звуку (у коленчатых валов двигателей внутреннего

сгорания, рабочих колес); измерением (контактным и бесконтактным) толщины сте­

нок и линейных размеров (шейки вала, шипов, уплотнитель­ ных колец и др.); контактные измерения осуществляют при

контакте измерительного наконечника с поверхностью измеряе­ мой детали; характер контакта может быть точечным, линей­ ным и поверхностным; бесконтактные измерения (оптические, пневматические и др.) выполняют без механического контакта между измерительным инструментом и измеряемой деталью;

радиографическими —выявляют пороки литья и контроли­ руют качество и состояние ответственных сварных швов;

электромагнитными; ультразвуковой (акустической) дефектоскопией; цветной дефектоскопией.

Электромагнитные методы основаны на рассеивании сило­ вых линий в месте дефекта. Способы намагничивания показаны на рис. 75. Для стального стержня с поверхностной трещиной, помещенного между полюсами сильного электромагнита посто­ янного тока, магнитные силовые линии располагаются согласно рис. 76. В целых местах стержня магнитные силовые линии представляют собой пучок параллельных линий, в месте де­ фекта они искривляются. Для обнаружения дефекта предпола­

гаемое место его нахождения посыпают ферромагнитным по­ рошком. При постукивании по стержню частицы порошка

под действием потока рассеивания устремляются в направлении наибольшей плотности силовых линий, т. е. к трещине. Приме­

няют порошки Fe30 4 (магнитный железняк), Fe203 (красный железняк). Последний делают ферромагнитным, сначала нагре­ вая его до 700 °С, а затем охлаждая.

Более четкие отпечатки дефектов можно получить в том слу­ чае, если вместо сухого порошка использовать суспензию — смесь тончайшего ферромагнитного порошка с жидкостью соот­ ветствующей вязкости (керосин, трансформаторное масло). По­

токи рассеяния, образующиеся у поверхности дефектов, притя­ гивают взвешенные частицы порошка, смешанного с жидкостью,

а с неповрежденных мест детали смесь стекает. Эффективность данного метода зависит от намагниченности детали, ее магнит­ ных свойств, качества ферромагнитного порошка и вязкости жидкости.

Детали можно намагничивать постоянными магнитами, электромагнитами, соленоидами, циркуляционным намагничи­ ванием с пропусканием через них постоянного или переменного тока и комбинированным способом.

Следует отметить, что при расположении трещин парал­ лельно магнитным силовым линиям последние деформируются незначительно, следовательно, трещины в таких случаях выде­

ванный способ обнаружения дефектов, при котором наблюда­ ется продольно-поперечное или спиральное магнитное поле. Продольные силовые линии создаются электромагнитом постоян­

накоротко к зажимам вторичной обмотки трансформатора). Магнитную смесь изготовляют из 200—250 г ферромагнитного порошка и 1 л трансформаторного масла.

Ультразвуковой дефектоскопией (рис. 77) обнаруживают внутренние дефекты деталей. Преимущество данного метода заключаются в том, что благодаря малой степени поглощения ультразвуковых колебаний металлами в определенном диапа­ зоне частот удается обнаружить дефекты, расположенные на большой глубине.

Метод цветной дефектоскопии — один из капиллярных мето­ дов дефектоскопии, основанных на проникающих свойствах

208