Размещено на http://www.allbest.ru/

174

Влияние гидравлических испытаний на состояние металлов трубопроводов тепловых сетей

Принятая практика проведения гидравлических и температурных испытаний для отбраковки повышенным давлением позволяет повысить надежность теплоснабжения, однако, наряду с этим, возможно, провоцирует дополнительную дефектность трубопроводов. В связи с этим Департаментом ТЭХ г. Москвы была поставлена актуальная задача - исследовать последствия гидравлических и температурных испытаний на состояние металла труб теплосетей.

В процессе работы проведен анализ нормативной и научно-технической информации, определяющей требования к трубам, марочного и размерного сортамента, используемых в тепловых сетях. Для труб различного сортамента нормативными документами (НД) определены предельные параметры температуры и давления, состав обязательных механических и технологических испытаний и методы их контроля. Установлено, что трубы теплосетей, как магистральных, так и разводящих, изготавливаются из устаревших (существующих 30-50 лет) марок стали. Стали нового поколения улучшенного металлургического качества с повышенным комплексом потребительских свойств (повышенная коррозионная стойкость, сниженная склонность к деформационному старению и др.) при изготовлении труб указанного назначения пока не используются.

Проведен анализ случаев повреждений труб теплотрасс после гидравлических и температурных испытаний. Он показал, что увеличение длительности эксплуатации и давлений приводит к увеличению числа повреждений. Более 52% всех повреждений, выявленных при ГИ, происходят при испытательном давлении более 22 кгс/см². По данным предприятия № 8 «Мостеплоэнерго» повреждения при гидравлическим испытании наблюдаются на трубах со сроком эксплуатации более 11 лет, а средний срок службы составляет 17,3 года. По данным публикаций средний срок службы труб в г. Москве составляет 18 лет.

Проведено комплексное исследование химического состава, микроструктуры, механических свойств, сопротивления разрушению при динамических и статических испытаниях, склонности к деформационному старению образцов действующих труб тепловых сетей и труб, не эксплуатировавшихся ранее, по стандартным ГОСТированным методикам на оборудовании ЦНИИЧермета им. И.П. Бардина.

В результате исследований показано, что

а) длительная эксплуатация труб с периодическими гидравлическими и тепловыми испытаниями не вызывает заметного изменения химического состава (табл. 1) и уровня стандартных механических свойств (временное сопротивление -у_в, предел текучести -у_0.2 , относительное удлинение -д, ударная вязкость KCU) металла труб (табл. 2);

б) установлено снижение сопротивления зарождению и распространению трещины, а также трещиностойкости металла труб в процессе эксплуатации (табл. 3 и 4). Длительная эксплуатация приводит к заметному снижению показателей пластичности. Так стрела пластического прогиба f_пл для труб из ст 20 после эксплуатации составляет 2,54 мм, а аварийного запаса порядка 3,5 мм (табл. 3). Сопоставление величины суммарной работы разрушения показывает, что трубы из стали 20 после эксплуатации имеет более низкое значение А_У = 85,8 Дж/см², чем аварийного запаса 104,85 Дж/см². Такое снижение сопротивления разрушению металла труб является следствием протекания процесса деформационного старения, приводящего к снижению подвижности дислокаций и охрупчиванию металла труб. Данные таблицы 5 показывают, что для труб из стали 20 склонность к деформационному старению у труб не бывших в эксплуатации выше (прирост предела текучести - Ду_s = 127 Н/мм²), чем после эксплуатации (Ду_s = 92 Н/мм²).

Для выявления влияния гидроиспытаний и теплового воздействия на механические свойства и сопротивление разрушению металла труб специалистами ЦНИИЧермета разработаны методики моделирования при испытаниях на растяжение гладких образцов и изгиб образцов с надрезом; оценки влияния одновременного воздействия напряжений и коррозионной среды на сопротивление разрушению металла труб.

По результатам моделирования условий периодических гидравлических и температурных испытаний труб установлено:

· стандартные механические свойства практически не изменяются в процессе эксплуатации, что подтверждают приведенные выше результаты исследований;

· моделирование температурных испытаний показало, что нагрев металла труб практически не оказывает влияния на уровень прочностных и пластических показателей (табл.6); Из таблицы следует, что нагрев металла труб при 130⁰С в течение 10 часов практически не оказывает влияния на уровень прочностных и пластических показателей.

· первые 10 циклов нагружений, имитирующих гидроиспытания в течение 5 лет эксплуатации приводят к резкому (почти в 2 раза) снижению пластичности при изгибе образцов с надрезом и работы разрушения, что в основном, является следствием уменьшения работы зарождения трещины;

· уменьшение работы зарождения трещины в результате периодических нагружений с промежуточным тепловым воздействием является следствием накопления локальных микронапряжений в результате развития процессов микродеформации и деформационного старения.

Было изучено влияние химического состава металла труб на склонность к разрушению в коррозионной среде. Исследованы образцы труб из стали 20, стали 17Г1С и стали 13Г1СУ. Полученные результаты свидетельствуют, что сталь 13Г1СУ обладает более высоким сопротивлением разрушению в коррозионной среде, то есть химический состав стали оказывает существенное влияние на сопротивление разрушению.

Результаты проведенных исследований рассмотрены и одобрены на заседании НТС Департамента ТЭХ г. Москвы. Для повышения надежности эксплуатации трубопроводов тепловых сетей приняты следующие рекомендации:

1) при проведении гидравлических испытаний в летний период 2005 г. на конкретном предприятии тепловой сети снизить давление до уровня 20 кгс/см²;

2) для повышения надежности теплоснабжения продолжить исследования в 2005-2007 гг по следующим направлениям:

- разработка составов и технологии производства стали и труб, устойчивых к коррозионным повреждениям и последствиям воздействия гидравлических испытаний для обеспечения увеличения ресурса труб тепловых сетей;

- разработка дифференцированной системы проведения гидравлических испытаний труб в зависимости от условий и длительности эксплуатации для исключения преждевременного разрушения труб тепловой сети;

- разработка методики оценки остаточного ресурса металла труб тепловой сети для комплексного прогнозирующего мониторинга.

Внедрение НИР в Департаменте ТЭХ г. Москва позволит увеличить срок службы труб теплосети и снизить эксплуатационные расходы на ремонт повреждений при гидравлических испытаниях.

гидравлический температурный испытание трубопровод

Таблица 1. Химический состав стали аварийного запаса и аварийных труб тепловых сетей.

Таблица 2. Результаты испытаний на растяжение металла труб аварийного запаса и аварийных труб тепловых сетей.

Таблица 3. Работа зарождения и распространения трещины при испытаниях на изгиб образцов с острым надрезом металла труб аварийного запаса и аварийных труб тепловых сетей.

Таблица 4. Работа зарождения и распространения трещины при испытаниях на изгиб образцов с заранее созданной усталостной трещиной металла труб аварийного запаса и аварийных труб тепловых сетей.

Таблица 5. Результаты испытаний деформационного старения металла труб аварийного запаса и аварийных труб тепловых сетей.

Таблица 6. Влияние теплового воздействия на механические свойства металла труб. (образец №2)

Размещено на Allbest.ru