Дефекты трубопроводов и методы их устранения

 

 

Введение

 

 

Одной из важнейших проблем трубопроводного транспорта является сохранение нормального состояния линейной части промысловых и магистральных трубопроводов.

Своевременное техническое обслуживание газопровода, профилактический ремонт газопровода – это залог его долгого, бесперебойного и надежного функционирования. Эксплуатация газопровода предусматривает периодическое проведение осмотров, профилактических работ и ремонта. Все эти операции необходимы в первую очередь для безопасности – своевременного выявления и устранения возможных утечек газа. Данные работы включают в себя проверку давления внутри газопроводной системы, проверку загазованности камер, колодцев, подземных сооружений, выявление и устранение закупорок, проверка и текущий ремонт труб и газовой арматуры.

Текущий ремонт газопроводов и газового оборудования должен проводиться не реже 1 раза в 12 мес на отключенном оборудовании и газопроводах с установкой заглушек на границах отключаемого участка со стороны подачи газа.

Если возникает необходимость – газопровод подвергают капитальному ремонту.

Капитальный ремонт газопровода необходим при возникновении достаточно серьезных неисправностей, угрожающих безопасности функционирования всей системы в целом. При капитальном ремонте полностью заменяют поврежденные участки газопровода, ремонтируют или заменяют арматуру, восстанавливают или заменяют нарушенные системы изоляции, ремонтируют колодцы, средства защиты и т.д. Нередко пришедшие в негодность чугунные газопроводы при капитальном ремонте меняют на современные стальные трубопроводы.

Решение проблемы обеспечения безотказной работы трубопроводов, тем более газопроводов, – чрезвычайно важная задача. В процессе эксплуатации газопроводов возникает множество проблем, связанных с обеспечением безопасной работы. В трубопроводах возникают различные дефекты: расслоение материала, вмятины, коррозионные каверны, стресс-коррозионные трещины, эрозионный износ, царапины и др. Для решения той или иной проблемы, безусловно, надо иметь представление о состоянии дел в этом направлении.

В данной работе будут рассмотрены причины возникновения дефектов на трубопроводах, классификации и способы устранения дефектов на трубопроводе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.ДЕФЕКТЫ  ТРУБОПРОВОДНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И  ПРИЧИНЫ ИХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ.

 

Для того чтобы определить наличие дефектов на трубопроводе необходимо провести техническое диагностирование.

Техническое диагностирование осуществляется с целью определения технического состояния газопровода и установления ресурса его дальнейшей эксплуатации, на основании проведенной экспертизы.

Появление эксплуатационных дефектов трубопроводов вызвано многообразными факторами, хорошо изученными и прогнозируемыми, а также случайными (например, повреждение трубопровода сторонними лицами и т.д.). Для обеспечения надежности трубопроводов необходим периодический контроль их параметров как конструктивных, так и функциональных (в процессе эксплуатации).

Дефект – это любое несоответствие регламентированным нормам. Главной причиной появления дефектов является отклонение рабочего параметра от нормативного значения, обоснованного допуском.

Дефекты трубопроводных конструкций подразделяются на:

- дефекты  труб;

- дефекты  сварных соединений;

- дефекты  изоляции.

Различают следующие дефекты труб:

- металлургические  – дефекты листов и лент, из  которых изготавливаются трубы, т.е. различного рода расслоения, прокатная плена, вкатанная окалина,  неметаллические включения и  др.

- технологические  – связаны с несовершенством  технологии изготовления труб, которые  условно можно разделить на  дефекты сварки и поверхностные  дефекты (наклеп при экспандировании, смещение или угловатость кромок, овальность труб)

- строительные  – обусловлены несовершенством  технологии строительно-монтажных  работ, нарушениями технологических  и проектных решений по транспортировке, монтажу, сварке, изоляционно-укладочным  работам (царапины, задиры, вмятины  на поверхности труб).

Причины возникновения дефектов труб:

- существующая  технология прокатки металла, технология  непрерывной разливки стали на  отдельных металлургических заводах  является одной из причин изготовления  некачественных труб. Нередки случаи  разрушения по причине расслоения  металла.

- на трубных  заводах входной контроль сырья  несовершенен или полностью отсутствует. Это приводит к тому, что дефекты  сырья становятся дефектами труб.

- при изготовлении  труб приходится подвергать металл  нагрузкам, при которых он работает  за пределом текучести. Это приводит  к появлению наклепа, микрорасслоений, надрывов и других скрытых дефектов. Из-за кратковременности последующих заводских испытаний труб (20…30 с) многие скрытые дефекты не выявляются и «срабатывают» уже в процессе эксплуатации МТ.

- в недостаточной  степени контролируется заводами  и геометрическая форма труб. Так, на трубах диаметром 500…800мм  смещение кромок достигает 3мм (при  норме для спирально-шовных труб 0,75…1,2мм), овальность – 2%

- механические  воздействия при погрузочно-разгрузочных, транспортных и монтажных операциях  приводят к появлению на трубах  вмятин, рисок, царапин, задиров.

- при очистке  трубопроводов скребками-резцами  возникают дефекты пластической  деформации локальных участков  поверхности трубы – риски, подрезы  и т.д. Эти концентраторы напряжений  являются потенциальными очагами  развития коррозионно-усталостных  трещин. Очистка трубопроводов с  помощью проволочных щеток исключает  повреждения труб в виде подрезов, но при определенных режимах обработки приводит к деформациям поверхности металла, снижающим его коррозионную стойкость.

- коррозионные  повреждения труб (внешние - в местах  нарушения сплошности изоляции, а внутренние - в местах скоплений воды).

Также помимо дефектов металлургического, строительного и технологического дефектов труб различают дефекты:

Дефект сварного соединения – это отклонения разного рода от установленных норм и технических требований, которые уменьшают прочность и эксплуатационную надежность сварных соединений и могут привести к разрушению всей конструкции. Наиболее часто встречаются дефекты формы и размеров сварных швов, дефекты макро- и микроструктуры, деформация и коробление сварных конструкций.

Нарушение формы и размеров шва свидетельствуют о наличии таких дефектов, как наплывы (натеки), подрезы, прожоги, незаваренные кратеры.

Наплывы – чаще всего образуются при сварке горизонтальными швами вертикальных поверхностей, в результате натекания жидкого металла на кромки холодного основного металла. Они могут быть местными (в виде отдельных застывших капель) или протяженными вдоль шва. Причинами возникновения наплывов являются большая сила сварочного тока, длинная дуга, неправильное положение электрода, большой угол наклона изделия при сварке на подъем и спуск.

Подрезы – представляют собой углубления, образующиеся в основном металле вдоль края шва. Подрезы образуются из-за повышенной мощности сварочной горелки и приводят к ослаблению сечения основного металла и разрушению сварного соединения.

Прожоги – это проплавление основного или наплавленного металла с возможным образованием сквозных отверстий. Они возникают вследствие недостаточного притупления кромок, большого зазора между ними, большой силы сварочного тока или мощности горелки при невысоких скоростях сварки. Особенно часто прожоги наблюдаются в процессе сварки тонкого металла и при выполнении первого прохода многослойного шва, а также при увеличении продолжительности сварки, малом усилии сжатия и наличии загрязнений на поверхностях свариваемых деталей или электродах (точечная и шовная контактная сварка).

Не заваренные кратеры – образуются при резком обрыве дуги в конце сварки. Они уменьшают сечение шва и могут явиться очагами образования трещин.

К дефектам макроструктуры относят дефекты: газовые поры, шлаковые включения, непровары, трещины, выявляемые с помощью средств оптики (увеличение не более чем в 10 раз).

Газовые поры – образуются в сварных швах вследствие быстрого затвердевания газонасыщенного расплавленного металла, при котором выделяющиеся газы не успевают выйти в атмосферу.(рис.2)

Рисунок 2 – газовые поры

 

Такой дефект наблюдается при повышенном содержании углерода в основном металле, наличии ржавчины, масла и краски на кромках основного металла и поверхности сварочной проволоки, использовании влажного или отсыревшего флюса.

Шлаковые включения – результат небрежной очистки кромок свариваемых деталей и сварочной проволоки от окалины, ржавчины и грязи, а также (при многослойной сварке) неполного удаления шлака с предыдущих слоев.

Они могут возникать при сварке длинной дугой, неправильном наклоне электрода, недостаточной силе сварочного тока, завышенной скорости сварки. Шлаковые включения различны по форме (от сферической до игольчатой) и размером (от микроскопической до нескольких миллиметров). Они могут быть расположены в корне шва, между отдельными слоями, а также внутри наплавленного металла. Шлаковые включения ослабляют сечение шва, уменьшают его прочность и являются зонами концентрации напряжений.

Рисунок 3 – шлаковые включения

Непровары – местное несплавление основного металла с наплавлением, а также несплавление между собой отдельных слоев шва при многослойной сварке из-за наличия тонкой прослойки окислов, а иногда и грубой шлаковой прослойки внутри швов.

Рисунок 4 – непровары

Причинами непроваров являются: плохая очистка металла от окалины, ржавчины и грязи, малый зазор в стыке, излишнее притупление и малый угол скоса кромок, недостаточная сила тока или мощности горелки, большая скорость сварки, смещение электрода в сторону от оси шва. Непровары по сечению шва могут возникнуть из-за вынужденных перерывов в процессе сварки.

Трещины – в зависимости от температуры образования подразделяют на горячие и холодные.

 

Рисунок 5 – Трещины

Горячие трещины появляются в процессе кристаллизации металла шва при температуре 1100 – 1300 С. Их образование связано с наличием полужидких прослоек между кристаллами наплавленного металла шва в конце его затвердевания и действием в нем растягивающих усадочных напряжений. Повышенное содержание в металле шва углерода, кремния, водорода и никеля также способствует образованию горячих трещин, которые обычно располагаются внутри шва. Такие трещины выявить трудно.

Холодные трещины возникают при температурах 100 – 300 С в легированных сталях и при нормальных (менее 100 С) температурах в углеродистых сталях сразу после остывания шва или через длительный промежуток времени. Основная причина их образования – значительное напряжение, возникающее в зоне сварки при распаде твердого раствора и скопление под большим давлением молекулярного водорода в пустотах, имеющихся в металле шва. Холодные трещины выходят на поверхность шва и хорошо заметны.

К дефектам микроструктуры сварного соединения относят

- микропоры,

- микротрещины,

- нитридные, кислородные и другие неметаллические  включения,

- крупнозернистость,

- участки  перегрева и пережога.

 Дефекты изоляции - нарушение сплошности; адгезия; заниженная толщина; гофры; морщины; задиры; царапины; проколы.

Основные причины образования дефектов изоляционного покрытия на трубопроводах:

1)при хранении и подготовке материалов – засорение битума и обводнение готовой мастики и ее составляющих;

2)при приготовлении грунтовки и мастики – небрежная дозировка составляющих; несоблюдение режима разогревания котла; недостаточное размешивание битума при приготовлении грунтовки;

3)при нанесении грунтовки и битумной мастики – загустение грунтовки; образование пузырьков на поверхности трубопровода; оседание пыли на поверхность труб; пропуски грунтовки и мастики на поверхности трубопровода и особенно около сварных швов; неровное нанесение мастики; охлаждение мастики; конструктивные недостатки изоляционной машины;

4)при нанесении армирующих и оберточных рулонных материалов – нарушение однородности покрытия; выдавливание слоя мастики; недостаточное погружение стеклохолста в мастику;

5)при нанесении полимерных лент – сквозные отверстия в ленте; несплошной клеевой слой; неравномерность толщины ленты в рулоне; неправильная регулировка намоточной машины; нарушение температурного режима нанесения ленты; плохая очистка поверхности труб;

6)при укладке трубопровода – нарушение технологии укладки, особенно при раздельном способе укладки; захват изолированных труб тросом; трение трубопровода о стенки траншеи при укладке; отсутствие подготовки дна траншеи; отсутствие подсыпки не менее 10см дна траншеи на участках с каменистыми и щебенистыми грунтами; плохое рыхление мерзлых грунтов и особенно отсутствие регулировки изоляционных машин;

7)при эксплуатации трубопровода – действие грунта; вес трубопровода; почвенные воды; микроорганизмы; корни растений; температурные воздействия; агрессивность грунта.