Анализ изменения основных свойств металла оборудования после длительной эксплуатации в коррозионных сероводородсодержащих средах

Анализ пределов прочности и текучести, относительного удлинения, относительного сужения, твердости, ударной вязкости, критической температуры хрупкости. Характеристика их значений с имеющимися в сертификатах изготовителей из паспортов оборудования.

Рубрика Химия
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 19.08.2017
Размер файла 19,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ изменения основных свойств металла оборудования после длительной эксплуатации в коррозионных сероводородсодержащих средах

Копытов Дмитрий Владимирович, Бабенков Максим Владимирович, Кравцов Александр Викторович Кузнецов Михаил Николаевич

ОАО «Системы и технологии обеспечения безопасности. Техдиагностика»

По результатам лабораторных испытаний образцов металла оборудования после длительной эксплуатации в коррозионных сероводородсодержащих средах получены значения следующих параметров металла - пределов прочности и текучести, относительного удлинения, относительного сужения, твердости, ударной вязкости, критической температуры хрупкости. Выполнен сравнительный анализ их значений с имеющимися в сертификатах изготовителей из паспортов оборудования. Установлены закономерности изменения значений этих параметров за время эксплуатации. Проведена оценка состояния и обоснована работоспособность металла по критериям нормативно-технической документации.

Ключевые слова: деградация металла; охрупчивание; механические характеристики металла; критическая температура хрупкости; ударная вязкость; предел прочности; предел текучести.

твердость вязкость сертификат хрупкость

В условиях длительной эксплуатации оборудования при воздействии сероводородсодержащих рабочих сред металл оборудования подвергается деградации, т.е. его механические свойства определенным образом изменяются во времени. Так как определяющими при оценке работоспособности становятся параметры и критерии предельного состояния металла элементов оборудования, важной задачей является достоверное определение фактических текущих значений механических характеристик.

Необходимость оценки изменения механических свойств металла длительно эксплуатируемого в условиях воздействия сероводорода оборудования подчеркивалась в материалах конференций «Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред» в 2010 и 2012 годах. Специалистами ОАО «Техдиагностика» и ООО «Газпром добыча Оренбург» проводятся исследования металла выбраковываемых или заменяемых фрагментов длительно эксплуатируемого в сероводородсодержащих средах оборудования с целью сбора данных о механических характеристиках металла и анализа их изменения за период эксплуатации. Полученные данные используются для прогнозирования дальнейшей работоспособности оборудования в соответствии с требованиям РД 03-421-01 [1] и др. НТД.

В настоящей статье представлен опыт ОАО «Техдиагностика» по оценке изменения механических свойств металла на примере различных представителей технологического оборудования. Для определения характера изменения свойств металла были поставлены следующие задачи:

Отбор (вырезка) металла длительно эксплуатировавшегося оборудования, проведение механических испытаний и лабораторного исследования металла.

Анализ результатов испытаний и исследований, оценка изменения механических свойств металла за период эксплуатации.

Анализ факторов и закономерностей изменения механических свойств металла.

В таблице 1 представлены данные по оборудованию, металл которого был исследован в ОАО «Техдиагностика» в течение последних 2 лет.

Таблица 1 - Перечень оборудования, от которого осуществлен отбор металла для

Объект

Срок эксплуатации , лет

Доминирующие факторы эксплуатации

Трубопровод сырого неочищенного газа, 0720,0x22,0 мм

33

Воздействие сероводород со держащей рабочей среды

Змеевик 1 ступени теплообменника подогревателя на скважине, 0114 х 19 мм

25

Воздействие сероводород со держащей рабочей среды

Теплообменник «газ - газ»

30

Воздействие сероводород со держащей рабочей среды

Трубопровод газа регенерации 0426x16

30

Воздействие сероводород со держащей рабочей среды

Фонтанная арматура бРЕТРЮМ Северных месторождений Западной Сибири

20

Низкотемпературные климатические условия и нагрузки.

Обобщенная программа исследования металла включала в себя:

Визуальный и измерительный, ультразвуковой, капиллярный контроль.

Задача контроля: измерение геометрических размеров, выявление и определение возможных поверхностных дефектов и дефектов сплошности металла.

Определение химического состава металла.

Задача: определение содержания химических элементов и марки стали, оценка соответствия химического состава металла требованиям НТД.

Механические испытания на ударный изгиб по ГОСТ 9454-78 [2].

Задача испытаний: определение ударной вязкости в диапазоне температур +20°С/-60°С и критической температуры хрупкости.

Механические испытания на растяжение по ГОСТ 1497-90 [3].

Задача испытаний: определение предела прочности фв), предела текучести фо,2), относительного удлинения Щ) и относительного сужения (у), оценка их соответствия требованиям НТД и анализ возможного изменения за период эксплуатации.

Измерение твердости металла.

Задача контроля: определение твердости металла и оценка ее соответствия нормативным требованиям и изменения за период эксплуатации.

Анализ результатов исследования.

Задача: оценка соответствия параметров и свойств исследованного металла требованиям НТД.

Исходные свойства металла для сравнения брались из заводских сертификатов. Ниже приведены основные из полученных результатов.

При исследовании металла трубопровода сырого неочищенного газа от УКПГ до ГПЗ 0720,0*22,0 мм из стали французского производства по спецификации ТУ-28 FR 73 (см. таблицу 2) подтверждены высокие пластические свойства металла: ударная вязкость даже при температуре минус 40°С составляет 340 Дж/см2, изломы полностью вязкие. Относительное сужение достаточно высокое. Расчет критической температуры хрупкости показал что она менее минус 60°С. Изменения прочностных характеристик незначительные. Изменений твердости практически не отмечено. газа 0720,0*22,0 мм

Таблица 2 - Результаты исследований металла трубопровода сырого неочищенного

Параметр

Исходное состояние

Текущее состояние

Изменение, абє. ед. I %

Ударная вязкость, Джем2

-

KCV+;3: 360 KCV"45: 340

Предел прочности, кг/мм2

48

55

+5 117%

Предел текучести, кг/мм2

34

43

+9 / 25%

Относительное сужение. %

-

80

-

Относительное удлинение, % '

29

27

-2 / 8%

Твердость (ШШЈЬ! св. шов)

168/204

170/197

+2.5/1%

От выводимого из строя теплообменника «газ-газ», эксплуатировавшегося на одной из установок комплексной подготовки газа, было отобрано 3 фрагмента: два - из обечаек толщиной 42 мм, один - из патрубка штуцерного узла толщиной 44 мм. Металл теплообменника - сталь импортной поставки TTStE36 по DIN 1543 - при испытаниях также показал высокие пластические свойства (см. таблицу 3). Ударная вязкость металла при температуре -40°С существенно уменьшилась за 30 лет эксплуатации, но, тем не менее, осталась на достаточно высоком уровне (80 Дж/см2 при норме - 30 Дж/см2). Прочностные характеристики практически не изменились. Изменение относительного удлинения незначительное (в пределах погрешности измерений).

Таблица 3- Результаты исследований металла теплообменника «газ-газ»

Параметр

Исходное состояние

Текущее состояние

Изменение, SSS- ед. / %

Ударная вязкость, Дж/см2

KCV^: 116

KCV-40: 80

-36 /31%

Предел прочности, кг/мм2

52

55,2

+3 / 6%

Предел текучести, кг/мм2

37

37,8

+1 / 3%

Относительное сужение, %

-

64

-

Относительное удлинение. % '

30

27

-3 / 10%

Твердость

140 НВ

143 НВ

+3 і 2%

Для испытаний металла змеевика теплообменника производства компании LAVALIN, выполненного из стали 42 MOD по API 5LX, была предоставлена катушка длиной 400 мм. После 25 лет эксплуатации в условиях сероводородсодержащих сред пределы прочности и текучести практически не изменились (см. таблицу 4). Относительное удлинение уменьшилось на 30%, но осталось в пределах норм. Изменения твердости незначительны (5%). Критическая температура хрупкости оценена как «менее минус 60°С».подогревателя газа

Таблица 4 - Результаты исследований металла змеевика теплообменника

Объект

Исходное состояние

Текущее состояние

Изменение, ед. / %

Ударная вязкость, Дж /см2

-

КСУ+2°: >350 КСУ-^: >350

Предел прочности, кг/мм2

46,1

-2 /4%

Предел текучести, кг/мм2

34

34,1

-

Относительное сужение, % '

79

78

-1 /1%

Относительное удлинение, %

50

35

-15 /30%

Твердость

145 НВ

137 НВ

-8 / 5%

Металл трубопровода газа регенерации 0426x16 мм, выполненного из стали 20 по ГОСТ 1050- 74[5] (см. таблицу 6) характеризуется следующим: значение ударной вязкости при температуре минус 40°С уменьшилось до 20 Дж/см2 (на отдельных образцах - до 8 Дж/см2), что менее допустимых значений; критическая температура хрупкости увеличилась до минус 15°С, что выше минимальной зимней температуры эксплуатации.

Таблица 5 - Результаты исследований металла трубопровода газа регенерации

Объект

Исходное состояние (на момент пуска в эксплуатацию).

Текущее

состояние

Изменение,

ед. / %

Ударная вязкость, Дж/см2

67-100

КСАЛ20: 96 КСУ-40: 8....20

-4 / 4%

Предел прочности, кг/мм2

48-53

49

+ 1 /2%

Предел текучести

24-36

33

+ 1 / 2-3%

Относительное сужение, %

-

69

-

Относительное удлинение. % '

29

28

-1 / 3%

Твердость

-

172 НВ

-

При анализе микроструктуры элемента фонтанной арматуры UPETROM (задвижки 4 1/-|б”), эксплуатировавшейся в условиях Северных газовых месторождений, были обнаружены многочисленные дефекты структуры металлургические поры, микротрещины (см. таблицу 7). За период эксплуатации пределы прочности и текучести металла (сталь T32MoCrNi08R, аналог отечественной стали 35 ХМЛ) увеличились на 3-10%, относительное удлинение уменьшилось на 10% достигнув предельно допустимого значения, относительное сужение уменьшилось на 40%. Ударная вязкость уменьшилась значительно: при температуре минус 60° С уменьшение ударной вязкости достигло 90% от первоначального значения. Критическая температура хрупкости металла составила минус 35° С, при температуре эксплуатации до минус 60°С. Изменения твердости зафиксированы не были.

Т32МоСгМЮ81Т1 эксплуатировавшейся в условиях низкотемпературных нагрузок

Таблица 6 - Результаты исследований металла фонтанной арматуры из стали

Параметр

Исходное состояние

Текущее состояние

Изменение, абс. ед. / %

Дефекты структуры

Металл у ргиче т

с кие поры, рыхлоты, рещины

-

Ударная вязкость, Дж/см2

КСУ-0С: 36,7

КСЛЛ20: 80 КСУ-60: 4...50

до -33 / до 90%

Предел прочности, кг/мм2

70,5

76,8

+7/10%

Предел текучести, кг/мм2

56,8

58.62

+ 1,5 /3%

Относительное сужение, % '

43

26,7

-17 / 40%

Относительное удлинение, %

19

8-17

-2.. 10 />10%

Твердость

215

216

+ 1 /0,5%

При анализе результатов проведенных испытаний исследованные образцы металла оборудования были условно разделены на три группы.

Металл первой группы, куда относятся фрагменты трубопровода сырого неочищенного газа 0720,0*22,0 мм, теплообменника «газ - газ», змеевика 1 ступени теплообменника подогревателя, при некотором (2-10%) изменении пределов прочности, текучести и твердости, тем не менее не претерпел существенных изменений пластических характеристик: относительное удлинение уменьшилось в пределах 10%, ударная вязкость сохранила высокие значения: при температуре минус 40° С не менее 80 Дж/см2.

В изломах образцов, испытанных на ударный изгиб, доля вязкой составляющей составляет более 95%. Такая ситуация обуславливается, видимо, высокими исходными потребительскими качествами металла.

Металл оборудования второй группы (трубопровод газа регенерации) оценен как охрупченный: расчетная критическая температура хрупкости увеличилась до минус 15...18°С. При этом изменения пределов прочности и текучести сравнимы с результатами по первой группе (4-10%). Ударная вязкость за период эксплуатации уменьшилась на 70-80%, измеренные значения ударной вязкости менее допустимых.

Металл оборудования третьей группы (задвижка 4 1/1б” фонтанной арматуры) также характеризуется наличием в структуре металла рыхлот, металлургических пор, трещин. Пределы прочности и текучести металла группы 3 за период эксплуатации увеличились на 3-10%. Изменения твердости практически отсутствуют.

Относительное удлинение уменьшилось на 10%, достигнув предельно допустимого значения, относительное сужение уменьшилось на 40%. Ударная вязкость уменьшилась значительно особенно при температурах минус 40°С и минус 60°С.

По результатам работ сделаны следующие краткие выводы:

По результатам исследований металла из фрагментов длительно эксплуатируемого оборудования получено, что для металла с исходными свойства выше нормативных требований за период эксплуатации существенных изменений структуры и изменений механических характеристик не выявляется.

Для металла с исходными дефектами структуры и свойствами близкими к нижним границам нормативного допуска выявлены существенные изменения: увеличение пределов прочности и текучести и уменьшение ударной вязкости, относительных удлинения и сужения, повышение критической температуры хрупкости.

Для обеспечения достоверности обоснования работоспособности оборудования рекомендуется выполнить его систематизацию по доминирующим факторам изменения механических свойств и продолжить практику отбора, механических испытаний металла фрагментов несущих элементов оборудования и анализ изменения его свойств с учетом этих факторов деградации.

Список используемой литературы

1. РД 03-421-01 «Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов».

2. ГОСТ 9454-78 «Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах».

3. ГОСТ 1497-90 «Металлы. Метод испытания на растяжение».

4. ТУ 14-1-3333-82 «Сталь толстолистовая стойкая к коррозионному растрескиванию. Опытная партия. Технические условия».

5. ГОСТ 1050-74 «Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали. Общие технические условия»

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Классификация коррозионных процессов по виду разрушений на поверхности или в объеме металла; потенциал питтингообразования. Методы предупреждения коррозии металлов: выбор стойких материалов, введение ингибирующих анионов; электрохимическая защита.

    реферат [231,5 K], добавлен 11.10.2011

  • Причины возникновения коррозии металла. Теоретическое исследование вопроса о защите металла от коррозии средствами бытовой химии. Экспериментальное исследование освежителя воздуха как средства защиты металла от коррозии в различных химических средах.

    научная работа [23,4 K], добавлен 15.05.2015

  • Критическая температура изменяется нелинейно с изменением числа углеродных атомов в молекуле во всех гомологических группах. При расчете критической температуры для алканов и алкенов используют индексы молекулярной связности Рандича и метод Джобака.

    реферат [284,9 K], добавлен 21.01.2009

  • Расчеты и прогнозирование свойств органических соединений. Вычисления методом Бенсона по атомам с учетом первого окружения. Вычисление критической температуры, давления, критического объема, ацентрического фактора. Фазовое состояние компонента.

    курсовая работа [439,2 K], добавлен 21.02.2009

  • Классификация основных коррозионных процессов в металлах. Пути повышения и способы оценки эффективности действия ингибиторов. Защита от коррозии в органических электропроводящих средах. Подготовка металлических образцов к импедансным измерениям.

    курсовая работа [487,8 K], добавлен 11.12.2010

  • Определение относительного содержания изотопов плутония путем анализа спектров, количественного соотношения содержания изотопов по идентифицированным линиям. Оценка нахождения провалов и линейных участков спектра. Расчет погрешности содержания.

    курсовая работа [295,7 K], добавлен 23.08.2016

  • Методы транспортирования по трубопроводам высоковязких нефтей. Теплоносители для обеспечения путевого подогрева. Зависимость вязкости структурированной системы от напряжения сдвига. Измерение вязкости представленных для испытаний образцов нефти.

    реферат [1,4 M], добавлен 24.09.2014

  • Классификация электрохимических методов анализа, сущность вольтамперометрии, кондуктометрии, потенциометрии, амперометрии, кулонометрии, их применение в охране окружающей среды. Характеристика химико-аналитического оборудования и основные фирмы-продавцы.

    курсовая работа [395,8 K], добавлен 08.01.2010

  • Полимерные гидрогели: методы получения, свойства, применение. Высокомолекулярный полиэтиленимин: свойства и комплексные соединения с ионами металлов. Исследование кинетики набухания в различных средах. Исследование влияния растворителей, ионной силы, pH.

    дипломная работа [302,6 K], добавлен 24.07.2010

  • Химическая коррозия металлов, протекающая в коррозионных средах, не проводящих электрический ток. Поведение металлов при высоких температурах. Процесс появления на поверхности оксидной пленки, его стадии. Химическая коррозия в жидкостях – неэлектролитах.

    реферат [27,2 K], добавлен 03.11.2015

  • Сравнительная характеристика, выбор основного оборудования и конструкционного материала для процесса абсорбции. Физико-химическая характеристика аммиака, воздуха и воды. Расчет материального баланса аппарата, определение прочности и выбор точек контроля.

    курсовая работа [2,4 M], добавлен 20.10.2011

  • Изучение основных закономерностей процесса окисления (старения) полимеров. Влияние валентности металла оксида на изменения эффективности фенольного антиоксиданта ирганокса и аминного антиоксиданта неозона. Процесс окисления ингибированного полиэтилена.

    дипломная работа [424,1 K], добавлен 21.04.2013

  • Требования к конструкции ректификационных колонн. Классификация колонных аппаратов в зависимости от относительного движения фаз. Описание аппаратурной схемы. Общие свойства уксусной кислоты. Средние массовые расходы по жидкости. Расчет диаметра колонны.

    курсовая работа [439,8 K], добавлен 16.02.2011

  • Зависимость изменения термодинамических величин от температуры. Метод Сато, Чермена Ван Кревелена, Андрена-Байра-Ватсона. Реакция радикальной сополимеризации. Определение температуры полураспада полиизопрена. Термодинамический анализ основной реакции.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 28.05.2012

  • Характеристики и сущность коррозионных процессов. Классификация коррозионных сред. Скорость коррозии. Методы защиты от коррозии. Применение противокоррозионных защитных покрытий.

    курсовая работа [30,9 K], добавлен 18.10.2002

  • Распределение макромолекул по их молекулярным массам. Понятие молярной массы и относительного молекулярного веса. Зависимость числовой доли макромолекул от их молекулярной массы. Кривые дифференциального распределения и средние молекулярные массы.

    реферат [322,5 K], добавлен 22.06.2011

  • Процесс самопроизвольной деформации в парах нитрометана вертикально подвешенных ацетатных волокон. Особенности самопроизвольного удлинения эфиров целлюлозы. Изучение основных свойств ацетатных волокон, деформированных в паровой среде нитрометана.

    курсовая работа [72,6 K], добавлен 01.02.2010

  • Перемешивание жидких сред как процесс многократного относительного перемешивания макроскопических элементов объема жидкой среды под действием импульса. Назначение и этапы данного процесса, типы и направления, определение расхода энергии на него.

    контрольная работа [985,0 K], добавлен 06.06.2011

  • Материалы, используемые для производства термоусадочных пленок. Методики получения полимерных композиций. Методы исследования технологических и эксплуатационных свойств полимерных композиций. Рентгенографический анализ и измерения вязкости расплава.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 20.07.2015

  • арактеристика элемента медь. Жизненно важный металл. Главный элемент электротехники. Один из самых древних и самых популярных. Характеристика прочности, текучести, электросопротивления. Предметы, изготавливаемые из меди и ее сплавов с другими элементами.

    статья [12,2 K], добавлен 12.06.2008

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.