Внимание, в трубопроводах газа сероводород

Размещено на http://www.allbest.ru/

12

Внимание, в трубопроводах газа сероводород Н₂S

С открытием и освоением нефтегазовых месторождений проблема защиты металлоконструкций от сероводородной коррозии встала со всей остротой. В России более 20% разведанных месторождений газа + имеют сероводород и углекислый газ. На территории Узбекистана процент таких месторождений подавляющий. Объем металла контактирующего с коррозионно-активной рабочей средой слагается из материала промысловых трубопроводов, включая арматуру, технологического оборудования, большую часть которого составляют аппараты работающие под давлением, а также приборы автоматики.

Несмотря на то, что уже значительные мощности нефтегазодобывающей промышленности вовлечены в процесс добычи, переработки, транспортировки сероводосодержащей продукции, проблеме противокоррозионных мероприятий уделяется недостаточное внимание.

Между тем в настоящее время существуют рекомендации и инструкции по выбору материалов труб, арматуры, соединительных деталей трубопроводов, корпусов оборудования, также по их сварке, сборке и т.п. Национальной Американской Ассоциации инженеров коррозионистов NACE MR-01-75 (раз.93), NACE TM-01-77, NACE TM-02-84; Российского МСКР-01-85, ВНИИГАЗа и ВНИИСТе.

Вышеупомянутые документы дают оценку влияния сероводорода, растворенного в газообразных и жидких средах продукции скважин на материалы труб и оборудования. Влияние сероводорода на сталь выражается в сероводородном растрескивании под напряжением (СРН) и водородным растрескиванием (ВР) типа расслоения. Кроме того, в средах в присутствии влаги происходит электрохимическая в т.ч. сплошная локальная коррозия внутренней поверхности труб и оборудования. Низшим пределом концентрации сероводорода в газах, при котором возникают вышеуказанные виды коррозии, принято считать концентрации, обуславливающие при рабочем давлении в трубопроводе парциальное давление сероводорода P_H2S более 300 Па.

Что касается жидкостей предельной концентрацией является растворенный сероводород в количестве, соответствующем его растворимости при парциальном давлении также более 300 Па.

Наивысшим нормируемым пределом концентрации является P_H2S=1,5МПа соответственно в газах и жидкостях.

Сложнее коррозия происходит непосредственно на поверхности контактирующей с влажной средой, содержащей сероводород, и приводит к уменьшению толщин стенок трубопроводов и оборудования, образованию язв, питтингов, сквозных свищей, ослаблению конструктивной прочности. Этот вид разрушений протекает сравнительно медленно и может быть выявлен с помощью неразрушающих методов контроля.

Сероводородное растрескивание сталей является следствием наводораживания и снижения пластических свойств металла в процессе электрохимической коррозии в присутствии сероводорода.

Этот вид разрушений появляется в форме водородного растрескивания (ВР) с возникновением во многих, расположенных в плоскостях параллельных поверхности трубы, видимых визуально трещин и мелких расслоений, постоянно растущих по величине под напряжением металла и без напряжения.

Кроме этого, сероводородное растрескивание проявляется в растрескивании под напряжением (СРН). Это наиболее опасная форма проявляется в развитии под напряжением одной, направленной перпендикулярно действующим напряжениям растяжения, трещины. Это наиболее быстрый и трудно контролируемый в развитии вид разрушения. Одним из главных факторов, определяющих стойкость стали в сероводородсодержащей среде, является ее химический состав.

Повышение содержания углерода следует ограничить 0,15%, чтобы после завершения сварки не появлялись тенденции к образованию карбидной фазы, к закалке и образованию мартенситных структур. Содержание марганца следует ограничить в пределах 1% , чтобы не увеличивать бейнитную составляющую, которая играет отрицательную роль на стойкость к наводораживанию.

Вредные примеси в стали серы (S) , фосфора (Р) следует ограничить в пределах 0,010% и 0,025% соответственно, чтобы уменьшить образование неметаллических включений и возможность выделений их в межзерных границах.

Наличие меди (Cu) оказывает благоприятное влияние, т.к. ее присутствие в стали уменьшает способность стали поглощать водород. В низколегированных сталях положительную роль играет алюминий (Аl) при содержании 0,2-0,6 % , в составе стали он замедляет диффузию водорода. Химический состав стали ограничивается содержанием в нем следующих элементов ( вес %) :

С ? 0,15; S ? 0,35; Mn ? 1,0; P ? 0,025; S ? 0,010; Cu ? 0,3; Cr ? 0,3;

Mo ? 0,10; Nb ? 0,04; W ? 0,07.

Механические свойства стали, во многом, определяют стойкость труб и других изделий против сероводородного растрескивания.

Повышение твердости и прочности стали, связано, как правило, с повышением склонности ее растрескиванию под напряжением. Поэтому твердость стали ограничивается максимальной величиной не более 22 единиц по Роквеллу (шкала С).

Остаточные напряжения после холодной или тепловой обработки повышают склонность изделия к сероводородному растрескиванию под напряжением.

Высокие напряжения возникают также в зонах термического влияния сварки. Напряжения снимаются отпуском при температуре в интервале 550-650⁰С.

Процессу коррозии способствует также температура, находящаяся в пределах от +20 ⁰С до +40 ⁰С.

Газ с относительной влажностью менее 60% можно считать не агрессивным т.к. пленка электролита не образуется и процесс электрохимической коррозии заторможен.

Как правило, для транспортирования сероводородсодержащих сред применяются трубы из спокойных углеродистых и низколегированных сталей с вышеуказанными свойствами, прошедшими лабораторные и промышленные испытания и допущенные к эксплуатации по методикам

NACE TM 0177-90 и NACE TM0284-90 и MCKP 01-85. Причем бесшовные трубы должны изготовляться из катанной или кованой заготовки (применение литой заготовки не допускается) с испытанием механических свойств металла труб на растяжение по ГОСТ 10006-80 и испытанием на твердость по ГОСТ 9012-59.

Содержание серы и фосфора в материале трубных заготовок, получаемых на установках непрерывной разливки стали (УНР), не должно превышать 0,010 % и 0,015% соответственно. Трубы из таких заготовок допускаются к применению, только при наличии положительного заключения специализированной организации (ВИИГАЗ). Вид трубной заготовки должен быть указан в сертификате на трубы.

Все бесшовные трубы должны подвергаться на заводе - изготовителе гидравлическому испытанию на давление, соответствующее не менее 80% от номинального предела текучести, с указанием факта в сертификате на поставленные трубы.

Электросварные трубы испытываются напряжением равным 0,95 у _0,2 , и подвергаются экспандированию с деформацией не более 1,2%.

Толщина стенок труб, транспортирующих сероводородсодержащие

газы, рассчитывается по формуле

где:

Р - расчетное давление в трубопроводе , МПа;

D_н - наружный диаметр труб, мм ;

К - коэффициент допускаемого напряжения в долях от предела

текучести металла;

у_т - минимальный предел текучести металла труб гарантируемый

техническими условиями на поставку труб, МПа;

С₁ - минусовой допуск на изготовление бесшовных труб или на изготовление листа для электросварных труб, мм ;

С₂ - добавка к толщине труб на общую коррозию (не менее 2 мм)

Коэффициент К=0,4-0,65в зависимости от категории участка трубопровода (В, I, II, III, IV).

Толщины стенок соединительных деталей трубопроводов, корпусов арматуры, корпусов аппаратов и другого оборудования рассчитываются аналогично, со снижением допускаемого напряжения и зависит от категории трубопровода и класса сосуда работающего под давлением.

Механические свойства металла труб должны быть в пределах:

Временное сопротивление разрыву у_в , МПа;

420 ч 520

Предел текучести у _0,2, МПа;

300 ч 400

Относительное удлинение не менее е %, 24;

Среднее значение вязкости металла труб;

Тип образца Менаже (KCU) - 50 кгм/см²

Тип образца Шарпи (KCV) - 4,0 кгм/см²

Трубы поставляются нормализованные, с полученной мелкозернистой структурой металла с зерном по ГОСТ не ниже балла 8; общей длинной 10,5 ч 11,9 м.

В сертификатах на прямошовные электросварные трубы (спиралешовные не допускаются) должны быть сведения о 100% контроле листовой заготовке методом УЗД на сплошность.

Кроме того, в сертификатах на поставляемые трубы должны быть сведения о проведении лабораторных испытаний металла труб на сероводородное растрескивание по методикам МСКР 01-85 или NASE TM 0177-90 (метод А) и водородного растрескивания с указанием показателей длин трещин GLR и толщин трещин CTR при испытании по методике NASE TM02-84-96.

При закупке труб по импорту были приняты отличные от принятых критерии, которые не влияют в конечном итоге на качество труб, на их стойкость к коррозии.

Например, в Японии, в NKK, выплавляют стали только конверторным способом с десульфизацией, прокат листа ( HCR ) осуществляется способом контролируемой прокатки (TMCR) т.е с постоянным подогревом листа, что исключает последующую термическую обработку трубы и весь объем работ связанный с этой операцией и контролем после термообработки .

Из технологического процесса выведена операция гидравлического испытания каждой трубы, т.к. весь технологический процесс находится под компьютерным контролем и качество гарантируется точностью выполнения всех операций и выполнением всего объема неразрушающего контроля.

Также по химическому составу было сделано допущение в технических требованиях связанное с повышением содержания марганца Мn на 0,05% свыше максимума, но не более 1,45 общего, каждый раз при снижении максимального содержания углерода С на 0,01% . Это требование стандарта API спецификация 5L, оно верно для углеродистых сталей с низким содержанием углерода (до 0,06%). Международным институтом сварки (IIW) разработана формула для прогнозирования свариваемости углеродистых и низколегированных сталей.

С_э = С + Mn/6 + (Cr + Mo +V)/5 + (Cu + Ni)/ 15 ,

а Cu + Ni + Cr + Mo ? 0,9

При этом расчетный углеродный эквивалент С_э должен быть не более 0,38%. Этот показатель отслеживает при термическом цикле сварки отсутствие в переходной зоне структур, например: металлической или интерметаллических соединений, снижающих стойкость зоны термического влияния к коррозионному растрескиванию ниже уровня основного металла при ручной и автоматической сварке.

Соединительные детали трубопроводов (тройники, отводы, переходы, днища), транспортирующие сероводородсодержащие среды, должны изготовляться из материалов и по технологии обеспечивающих стойкость изделий против сероводородного растрескивания под напряжением и против водородного растрескивания (типа расслоения). Стойкость против вышеуказанной коррозии должна быть определена каждым производителем деталей для каждой детали при отработке технологии изготовления и, отражаться в паспорте на поставляемые детали.

Конструкция приварных соединительных деталей должна, как правило, соответствовать требованиям «Инструкции по проектированию и применению соединительных деталей для трубопроводов, транспортирующих газ, содержащий сероводород. ( Миннефтегазстрой , Мингазстрой , Москва 1986 г. ). Эти требования распространяются на соединительные детали следующего конструктивного исполнения:

тройники сварные, с усиливающими накладками ;

тройники с вытянутой горловиной, кованные, штампосварные;

отводы крутоизогнутые;

отводы гнутые и штампосварные (t = 600^оС);

отводы сварные секционные;

переходы штампосварные и штампосварные с углом не более 15 ^оС;

заглушки и днища эллиптические.

В тех случаях, когда требуется термообработка стыков приварки деталей к трубам, конструкция должна предусматривать прямые цилиндрические участки длинной не менее 150 мм для размещения нагревательных приборов.

Все соединительные детали должны иметь обработанные под сварку кромки. Соединительные детали, изготавливаемые сваркой должны применяться на участках трубопроводов категорий B, I, II, III, IV при рабочем давлении Р_Р ? 10,0 МПа (100кгс/см²).

Выбор марки стали следует производить в соответствии с табл. 1.

Таблица 1

Примечание.

Детали из стали 15 ХСНД, предназначаемые для участков категории «В», должны изготавливаться из листов, прошедших 100% ультразвуковой контроль. Материал, применяемый для изготовления деталей, должен соответствовать указанному в таблице 2.

Таблица 2

С дополнительными требованиями к химическому составу, механическим свойствам и т.д. указанным выше.

Соединительные детали должны изготавливаться в заводских условиях из точенных, кованных заготовок, бесшовных и электросварных труб, с учетом требований настоящего документа и « Инструкции по выбору и применению материалов для изготовления труб для трубопроводов, эксплуатирующихся в сероводородсодержащих средах » (Москва, ООО «ВНИИГАЗ» 2000г.), или листовой стали нормальной точности по ГОСТ 19903-74 (материал должен быть аттестован по методике МСКР -01-85).

Допускается применение импортных труб, предназначенных для работы с сероводородсодержащими средами (материал должен быть аттестован по методике NACE TM -01-77).

Изготовление отводов и других деталей гибом должно осуществляться при нагреве металла до температуры не ниже 600 ^оС.

При изготовлении деталей из труб, листа, поковки, термообработанных поставщиком, детали подвергаются термообработке по режиму высокого отпуска для снятия остаточных внутренних напряжений.

При изготовлении сварных деталей диаметром более 300мм должна применяться многослойная сварка с обязательной подваркой корня шва. Сварка должна вестись электродами согласно настоящего документа и ВСН 006-89 Миннефтегазстрой, металл которых аттестован по МСК 01-85 или NASE TM 01-77.

Ремонт дефектов сварного шва должен производиться до термической обработки деталей.

Не допускаются дефекты, представляющие собой нарушение сплошности металла: трещины, расслоения и т. П.

Допускаются гофры и волнистость, не выводящие размеры детали за допустимые значения. В любом случае, высота гофр не должна превышать половины толщины стенки детали.

Максимальная твердость сварных соединительных деталей не должна превышать 230 НВ.

Все соединительные детали должны выдерживать пробное давление Р_пр = 1,5 Р_раб. Типовые испытания проводят на двух деталях каждого типоразмера при внедрении их в производство, а также при полном или частичном изменении конструкции или технологического процесса изготовления.

Объем контроля сварных стыков деталей неразрушающими методами контроля в процентах от общего числа стыков должен составлять:

1. Р_у свыше 10,0 МПа -100%

2. Р_у свыше 6,4 до 10,0 МПа включительно -100%

3. Р_у свыше 4,0 до 6,4 МПа включительно -100%

4. Р_у свыше 2,5 до 4,0 МПа включительно -30%

5. Р_у свыше 1,6 до 2,5 МПа включительно -25%

Номинальные наружные диаметры деталей трубопроводов должны соответствовать размерам присоединяемых туб.

Сборка стыков деталей трубопроводов с трубами должны выполняться по внутренним поверхностям. Точность сборки стыков должна обеспечивать смещение внутренних кромок не более 2мм.

Допускается местное смещение кромок до 3мм на длине не более 3мм. Смещение наружных кромок не нормируется, однако при сварке облицовочного слоя должен быть обеспечен плавный переход поверхностей детали и трубы. Технологический зазор при сварке стыков под ручную дуговую сварку с основным видом покрытия должен составлять 1,5 ч 2,5мм для электродов диаметром 3,0 ч 3,25 мм.

Необходимость предварительного подогрева стыков перед сваркой должна быть указана в рабочих чертежах и зависит от толщины свариваемых изделий. При парциальном давлении H₂S свыше 1,0 МПа подогрев стыков следует производить независимо от толщины, до 150 ч 200 ^оС.

Все стыки деталей должны подвергаться радиографическому контролю до термообработки.

Ремонт допускается на стыках, у которых суммарная длина дефектов не превышает 1/6 периметра стыка. Стыки, в которых обнаружены трещины, ремонту не подлежат и должны быть вырезаны.

Выполнить ремонт сваркой изнурти трубы допускается в случае последующей термической обработки этого соединения.

Дефектное место шва удаляется абразивным инструментом. Допускается его удаление газовым резаком с последующей зачисткой до металлического блеска абразивным материалом.

Заваривать ремонтные участки следует электродом с покрытием основного вида диаметром 2,0-3,25 мм. Предварительный подогрев выполняется до 150^оС при любой температуре воздуха.

Отремонтированные участки должны подвергаться радиографическому контролю и удовлетворять требованиям настоящего документа. Повторный ремонт дефектов участков не допускается.

Монтажной организацией должны быть разработаны технологические процессы сборки, сварки, термообработки и контроля сварных соединений и гидравлических испытаний.

Все трубы, соединительные детали, арматура должны пройти у заказчика входной контроль, где должно определяться по данным сертификатов и паспортов соответствие материала изделий техническим требованиям на поставку и другим нормативным документам.

сероводород коррозия труда газовое месторождение

Список литературы

1. «Инструкция по выбору применению материалов изготовления труб для трубопроводов, эксплуатирующихся в сероводородсодержащих средах» Москва, ООО «ВНИИГАЗ» 2000 г.

2. «Сварка трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие нефтегазовые среды » Москва. Гафаров Н.И., Кушнеренко В.М., Грипцов А.С. и др. Москва, ИРЦ Газпром 1997г.

3.«Инструкция по проектированию и применению соединительных деталей для трубопроводов транспортирующих газосодержащий сероводород» Москва, Миннефтегазстрой, Мингазпром 1986г.

4. Стандарт NACE MR0175-95. Металлические материалы для оборудования нефтедобывающей промышленности, стойкие к растрескиванию под действием напряжений в сульфидсодержащей среде.

5. стандартная методика NACE ТM 0284-96. Оценка сталей для трубопроводов и сосудов высокого давления на предмет стойкости к водородному растрескиванию.

6. Стандартная методика NACE ТM 0184-96. лабораторные испытания металлов на стойкость к растрескиванию под действием сероводородной коррозии в среде содержащей Н₂S.

Размещено на Allbest.ru