Коррозионно механическим

Одной из наиболее важных задач трубопроводного транспорта углеводородов является сокращение риска возникновения аварийных ситуаций. Ее решение позволит снизить безвозвратные потери транспортируемых продуктов, улучшить экологическую обстановку, предотвратить разрушения инженерных сооружений и обеспечить таким образом оптимальное функционирование трубопроводных систем. Актуальность данной проблемы связана с высокой частотой отказов магистральных трубопроводов, приводящих в ряде случаев к катастрофическим последствиям. Надежность трубопроводных систем снижается в процессе эксплуатации вследствие накопления внутренних и внешних повреждений, усиливающихся при одновременном взаимосопряженном воздействии на металл механических напряжений и коррозионных сред и проявляющихся на действующих объектах в виде коррозионно-механич-еских разрушений (КМР), и естественного старения трубопроводных коммуникаций.

Наиболее опасными видами КМР для линейной части трубопроводных систем, обеспечивающих магистральную транспортировку углеводородов, являются коррозионное растрескивание (КР) металла, зарождающееся на внешней, катодно-защищенной поверхности труб, коррозионная усталость и общая коррозия, усиленная воздействием механических напряжений (механохимичес-кая коррозия). Причем первый вид коррозионно-механических разрушений характерен для магистральных газопроводов, второй - магистральных нефтепродуктопроводов. Проявление третьего вида разрушений наблюдается при контакте напряженного металла с агрессивной средой, в частности, в системах сбора, транспортирующих сырые неподготовленные углеводороды.

Несмотря на то, что рассмотрению двух последних видов коррозионно-механических разрушений металлоконструкций посвящен ряд известных публикаций, в последние годы авторским коллективом разработаны и апробированы новые подходы к прогнозированию и повышению долговечности трубопроводных систем, эксплуатирующихся в условиях коррозионно-механических воздействий.

Как видно, действительно наблюдается предсказанная значительная неоднородность свойств металла труб_по периметру, проявляющаяся в существенном наклепе выделенных участков (I, П, IV) и соответствующих им в диаметрально противоположном полупериметре. Таким образом, на поверхности трубы выделяются-четыре наиболее наклепанных участка, на которых уровень остаточных напряжений (деформаций) примерно вдвое превышает их среднее значение. Причем вследствие подгибки кромок и потери устойчивости заготовки в закрытом штампе на внешней поверхности трубы на участках II и ГУ проявляются характерные продольные полосы скольжения, направленные вдоль образующей трубы, что свидетельствует о значительных деформациях металла в этих зонах. На поверхности трубы обнаруживаются островки закатанной в поверхность металла металлургической окалины. Такие участки в процессе эксплуатации потенциально являются местами локализации коррозионных и коррозионно-механических повреждений трубопровода и, в частности, КР. Об -этом свидетельствует местная точечная коррозия поверхности поперечного шлифа стенки трубы в области полос скольжения, проявившаяся в обычных атмосферных условиях в течение 5 суток. Снятые в карбонат-бикарбонатном растворе сравнительные анодные поляризационные кривые металла участков II и V показали, что на участке II, как значительно более наклепанном, пики токов КР в опасной области потенциалов в 1,5 раза выше (рис. 10).

ции сильфона на этих же наиболее нагруженных участках за счет геометрической концентрации напряжений могут создаваться уп-ругопластические деформации, которые, суммируясь с остаточными, в присутствии коррозионной среды вызывают его коррозионно-механическое разрушение, происходящее путем распространения коррозионно-механических трещин в окружном направлении. Кроме того, основные физико-механические свойства материалов, применяемых для изготовления сильфонов УЧЭ (повышенные прочность и хрупкость при весьма малом запасе пластичности), делают их склонными к коррозионному растрескиванию, особенно з присутствии таких коррозионно-агрессивных агентов, как сероводород, углекислота и хлориды.

Таким образом, одним из основных факторов, определяющих надежность и долговечность ГМР, компенсаторов и сильфонов УЧЭ КИП и А, является совместное действие низкочастотных переменных механических напряжений и коррозионно-активной среды, протекающее по критериям малоцикловой коррозионной усталости.

ГЛАВА 5. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КОРРОЗИОННО-МЕХАНИЧЕСКИХ РАЗРУШЕНИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ, ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПУЛЬСИРУЮЩИХСЯ НАГРУЗОК............................................................................................101

Таким образом, в случае отсутствия эффективных противокоррозионных мероприятий при эксплуатации коммуникаций и оборудования в условиях воздействия сероводородсодержащих сред возможно изменение коррозионно-механических свойств материалов, образование блистеров, расслоений и коррозионных трещин, вызывающих разрушение металлических конструкций.

Ингибиторной защитой на ОНГКМ охвачены все объекты добычи, подготовки и транспорта газа, а также системы очистки сточных вод и подземные емкости хранения конденсата. Ингибирование подземного оборудования скважин производят периодически через насосно-компрессорные трубы и постоянной или периодической (в зависимости от концентрации скважин) подачей ингибитора через затрубное пространство. Во все скважины постоянно подают комплексный ингибитор гидратообразования и коррозии (0,15-6,3%-й раствор в метаноле) в количестве 40-60 л/ч по метанолопроводу из насосной УКПГ. Периодическое Ингибирование скважин производят один раз в год высококонцентрированным ингибиторным раствором, а Ингибирование аппаратов УКПГ — согласно графику (один раз в три месяца). Защиту шлейфов скважин и блоков входных ниток осуществляют ингибитором, который находится в выносимом из скважин газоконденсатном потоке [147]. Отсутствие изменений коррозионно-механических свойств металла катушек, периодически вырезаемых из этих трубопроводов, свидетельствует об их эффективной ингибиторной защите.

Разработана установка189 для испытаний на круговой изгиб и на кручение в коррозионной среде, камера190 для испытаний на коррозионную усталость при высоких температурах и давлении, установка191 для коррозионно-механических испытаний трубчатых образцов при переменных температурах в циркуляционном контуре.

Таким образом, решая вопрос о применении высокопрочных сталей, необходимо учитывать механохимический эффект 1. В частности, принимаемый обычно для насосно-компрессорных труб коэффициент запаса 1,5 не может быть единым для всех случаев, а должен устанавливаться, исходя из заданного срока службы труб, коррозионной активности среды, толщины стенки и предельно допустимого напряжения, зависящего от типа и физико-механических свойств стали.

6. Коррозионное. Происходит от совместного воздействия коррозионно-активной рабочей среды и внутреннего дав-псния в аппаратах. Особенно возрастает коррозионное разрушение в связи с усталостным и коррозионно-механическим воздействием.

механического изнашивания. В зависимости от условий взаимного перемещения сопряженных деталей различают два вида коррозионно-меха-нического изнашивания. Изнашивание в условиях значительного относительного смещения деталей, т.е. в условиях скольжения, называют коррозионно-механическим. Изнашивание в условиях малых колебательных относительных перемещений называют фреттинг-коррозией.

химическое взаимодействие металла трущихся поверхностей с компонентами окружающей среды. В результате на поверхности деталей появляются пленки (продукты коррозии), которые истираются под действием нормальных сил и сил трения и снова возобновляются. Этот вид повреждения поверхностей называется коррозионно-механическим изнашиванием. При наличии коррозии износостойкость деталей машин существенно уменьшается. Коррозия * является причиной преждевременного разрушения многих машин.

ской гетерогенности, которая может приводить к локализации коррозии и коррозионно-механическим разрушениям.

Показателем коррозионно-механической стойкости сварного соединения служили изменения в механических свойствах и структуре, определяемые механическими испытаниями и макро- и микроструктурными исследованиями до и после эксперимента.

Особенно сильно ускоряется коррозия металлов вследствие их контакта с другими металлами, имеющими более положительные значения электродных потенциалов, поскольку здесь уже возникает типичная коррозионная макрогальванопара и катодный процесс переходит на более благородный металл. Так, например, ряд аварий морских судов обусловлен коррозионно-механическим разрушением систем рулевого управления (стального пера руля и его деталей) вследствие того, что вблизи руля в кормовой части судна находится латунный гребной винт и возникает коррозионная гальванопара руль—винт, стимулирующая коррозию рулевого устройства.'Характерным примером является также активное коррозионное разрушение зубных коронок из нержавеющей стали, если рядом находятся золотые коронки.

Вторая часть справочника содержит данные о влиянии химически активных сред на некоторые физические, главным образом механические свойства материалов. По сравнению с имеющимся рбъемом информации о скорости коррозии количество публикаций по коррозионно-механическим свойствам материалов невелико. Предлагаемая сводка, суммирующая в какой-то мере опыт химической промышленности, является первой в справочной литературе попыткой объединения сведений о склонности сталей и сплавов к коррозионному растрескиванию и о влиянии различных сред на прочность и пластичность металлов, пластмасс и резин. Число сред, представленных в разделе, далеко не исчерпывает номенклатуры важнейших соединений, но все же позволяет получить сведения о таких промышленно важных явлениях, как сульфидное и хлоридное растрескивание сталей, щелочная хрупкость, водородная коррозия и охрупчивание, аммиачное растрескивание медных сплавов, изменение механических свойств неметаллических материалов под действием галогенпроизводных, аммиака, кислот и т. д.

К коррозионно-механическим видам изнашивания М. М. Хру-щов относит различные сочетания химических процессов на поверхностях трения, ведущих к образованию на них пленок соединений металла с компонентами окружающей среды, и процессов механического разрушения и уноса этих пленок из зоны контакта.

В зависимости от характера явлений и условий эксплуатации износ материалов может быть механическим, молекулярно-меха-ническим и коррозионно-механическим. К последней группе относятся явления, рассматриваемые в настоящей главе.

Отмечается, что нет четкой связи между строением органических радикалов,, адсорбционными, защитными свойствами ингибиторов и влиянием их на долговечность стали 20. Однако данные коррозионноусталостных и коррозионных испытаний хорошо ^коррелируют между собой. Так, наиболее эффективный ингибитор, содержащий в молекуле радикал изопропил, обеспечивает максимальное торможение коррозии и максимальную долговечность, а содержащий изобутил — минимальную защиту и от коррозии и от коррозионно-механического разрушения. Наличие подобной корреляции позволяет по мнению авторов считать что долговечность стали 20 при малоцикловых испытаниях в 5М НС1 определяется в основном коррозионно-механическим фактором и водородным охрупчиванием.

При некоторых условиях трения одна деталь пары может подвергаться одному виду изнашивания, а другая иному. Это, например, следует непосредственно из приведенных выше результатов испытаний чугуна при трении по хромированной поверхности без смазочного материала. При работе вала по мягкому металлу и смазочном материале, загрязненном твердыми частицами, последние впрессовываются в мягкий металл и вызывают абразивное изнашивание вала, в то время как подшипник изнашивается весьма мало, подвергаясь диспергированию (при повышенной кислотности масла изнашивание подшипника может быть коррозионно-механическим). При работе вала по капролактаму после некоторого незначительного начального износа вала в результате диспергирования продукты износа впрессовываются в пластик, частично обволакиваются им при размягчении от повышенной температуры трения, действуют как"абразив; сам капролактам изнашивается вследствие диспергирования.