Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 [ 26 ] 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101

ласти металла разгружаются за счет догружения остальных областей. Н апряженно-деформированное состояние выравнивается. Остается только один механизм, который может придать подвижность примесным атомам, вакансиям, дислокациям - ползучесть металла. Но при условиях эксплуатации магистральных нефтепроводов температурное воздействие недостаточно для того, чтобы была заметна ползучесть металла труб.

М агистральные нефтепроводы эксплуатируются в таких режимах, когда нагруженность нестабильна. Причин нестабильности нагруженности много, например, следующие:

внутреннее давление нередко падает из-за каких-то сбоев, аварий, переключений насосов, ремонтно-восстановительных работ, испытаний, пропусков внутритрубных снарядов. Установлено, что в течение года в среднем происходит 350 перепадов давления (один раз в сутки);

происходят периодические температурные изменения (суточные, годовые), которые вызывают циклические изменения термонапряжений в стенках трубопровода;

в последние годы в массовом порядке проводятся ремонтные работы (выборочный ремонт на дефектных участках, ремонт по замене изоляции). П ри этом трубопровод испытывает дополнительные нагрузки со стороны ремонтных машин и механизмов, грунта (подкоп, засыпка, усадка).

Все это приводит к тому, что магистральный нефтепровод работает в условиях циклического нагружения. За 50 лет эксплуатации трубопровода может произойти порядка 17 000 перепадов давления.

На вершинах некоторых концентраторов напряжений, каковыми являются и трещиновидные дефекты, при перепадах давления могут происходить пластические деформации как при нагружении, так и при разгрузке трубы. Механизм такого явления хорошо известен в «механике разрушения». Размеры таких зон, где происходят знакопеременные пластические деформации, очень малы, но роль их велика в обеспечении прочности конструкций.

Таким образом, при существующих режимах эксплуатации магистральных нефтепроводов в металле труб имеются такие зоны, где происходит генерация дислокаций в течение всего срока эксплуатации нефтепровода. Эти дислокации взаимодействуют с другими дислокациями, атомами внедрения, вакансиями и образовывают дислокационную структуру. Дислокационная структура со временем претерпевает изменения по схеме: сет чат ая ячеист ая клубковая полосовая

(рис. 2.14). При этом сопротивление движению дислокаций растет, подвижность вновь образующихся дислокаций падает, внутрикристаллитная напряженность растет, металл становится менее пластичным (более хрупким).

На степень охрупчивания металла в зонах концентрации напряжений существенное влияние оказывают микроструктура металла и содержание углерода и других элементов и примесей. М еханизмы этого влияния различны.

П римесные атомы (включая атомы углерода, азота, легирующих элементов) и вакансии создают определенные трудности в движении дислокаций и оказывают блокирующее действие на них, способствуют образованию и развитию дислокационной структуры. В свою очередь, дислокации при своем движении способствуют перераспределению примесных атомов в зернах и выводу их на границы зерен. К роме того, дислокации, перерезая цементитные пластины, освобождают атомы углерода и приводят к фрагментации и распаду цементита (рис. 2.15). Освобожденные атомы углерода участвуют в образовании новых комбинаций с другими атомами и дислокациями.

Таким образом, процесс деформационного старения малоуглеродистых и низколегированных сталей магистральных нефтепроводов включает в себя все основные механизмы: накопление необратимых микропластических напряжений (движение дислокаций), перераспределение атомов углерода, азота и других элементов, взаимодействие примесных атомов с дислокациями, распад цементита и образование новых карбидных частиц, образование микротрещин при накоплении одноименных дислокаций у различных препятствий (границ зерен или субзерен, примесных атомов, вакансий).

Установлено, что заметное изменение свойств стали по механизму деформационного старения может происходить при следующих двух условиях:

в металле постоянно генерируются «свежие» дислокации;

концентрация примесных атомов, способных активно взаимодействовать с дислокациями, превышает 10-4 % по массе.

Эти условия имеют место на магистральных нефтепроводах. Причем процессы деформационного старения протека-

Рис. 2.14. Дислокационные структуры стали марки 17ГС. х20000:

а - ячеистая структура дислокаций после 17 лет эксплуатации (стрелки -границы «ячеек»); б - клубковая структура дислокаций после 29 лет эксплуатации (стрелки - границы «клубков»). (Фотографии представлены К.М. Яма-

леевым)