Выбор признаков коррозионного растрескивания под напряжением металла труб как условие эффективной диагностики магистральных газопроводов

Авторы: Цыбуля Алена Анатольевна

.

Рубрика: Технические науки

Страницы: 76-79

Объём: 0,29

Опубликовано в: «Наука без границ» № 4 (21), апрель 2018

Скачать электронную версию журнала

Библиографическое описание: Цыбуля А. А. Выбор признаков коррозионного растрескивания под напряжением металла труб как условие эффективной диагностики магистральных газопроводов // Наука без границ. 2018. № 4 (21). С. 76-79.

Аннотация: Нарушения работоспособности магистральных газопроводов из-за стресс-коррозии металла труб составляют порядка одной трети всех отказов отечественных газопроводов в последние годы. Внедряются в практику новые дефектоскопические средства, применение которых делает возможным все более раннее обнаружение макроскопических дефектов различного рода, в частности, дефектов типа стресс-коррозионных трещин.

Эффективность каждого этапа технической диагностики определяется выбором свойств или параметров технической системы, которые используются для описания ее фактического состояния.
Однако выводы из результатов исследований структуры металла до сих пор не используются как диагностические признаки. Это обстоятельство в значительной мере снижает ценность предлагаемых моделей стресс-коррозии.

В последние годы нарушения работоспособности магистральных газопроводов из-за стресс-коррозии металла труб составляли от одной четверти до одной трети всех имевших место в эти годы отказов отечественных газопроводов. Поэтому неудивительно, что на предыдущих десяти деловых встречах в весьма большом количестве докладов рассматривались вопросы раннего обнаружения стресс-коррозии. При этом большая часть этих сообщений была посвящена разработке и внедрению в практику работы газотранспортных предприятий новых дефектоскопических средств, применение которых делает возможным все более раннее обнаружение макроскопических дефектов различного рода, в частности, дефектов типа стресс-коррозионных трещин. Широко распространено мнение о том, что обычно внезапное разрушение газопровода (как и многих других конструкций и деталей) происходит посредством достаточно медленного распространения трещин, которые либо существовали в материале трубопровода еще до начала его эксплуатации, либо возникли уже в процессе самой эксплуатации. Поэтому считают, что, выявив наиболее опасные дефекты, можно предотвратить разрушение газопровода и продлить его срок службы. В последние годы с этой целью в широких масштабах проводится внутритрубная дефектоскопическая инспекция, в том числе и с применением магнитных дефектоскопов, способных выявлять трещины, параллельные оси трубы. Именно такие трещины считают наиболее отличительным признаком стресс-коррозии. Предложены и другие подходы, основанные на анализе гидрогеодинамических параметров потоков грунтовых вод, стресс-коррозионной агрессивности грунтов и др. Безусловно, применение перечисленных и некоторых других методов привело к определенному снижению аварийности газопроводов. И все же отказы, особенно вследствие стресс-коррозии металла труб, продолжают происходить, в том числе, и на участках газопроводов, на которых были осуществлены отмеченные выше мероприятия.

Эти обстоятельства вынуждают еще раз проанализировать применяемую в настоящее время методологию диагностики газопроводов, рассматривая последнюю как частную область технической диагностики. В общем случае техническая диагностика представляет собой науку о распознавании состояния технической системы и включает в себя методы получения и оценку информации, необходимой для определения фактического состояния технической системы, анализ диагностических моделей, посредством которых устанавливается связь между состоянием технической системы и их отображением в пространстве диагностических сигналов, а также правила принятия решений.

Эффективность каждого из перечисленных этапов технической диагностики определяется выбором признаков-свойств или параметров технической системы, которые используются для описания ее фактического состояния. Так, например, уже на первом этапе технической диагностики участка газопровода, состоящем в описании и оценке его фактического технического состояния, оказывается необходимым ответить на вопрос, поражен ли этот газопровод стресс-коррозией или нет, и если поражен, то в какой степени. Иными словами, необходимо произвести распознавание стресс-коррозии (если она имеет место на конкретном газопроводе). Таким образом, задача оказывается частным случаем одной из основных проблем кибернетики – распознавание образов – и ее решение может быть реализовано только применением некоторых характерных свойств-признаков не только необходимых, но и достаточных для того, чтобы составить критерий при распознавании стресс-коррозии.

Очевидно значение выбора диагностических признаков для адекватности диагностических моделей. На этом этапе диагностики должны быть выбраны признаки, чувствительные к изменению технического состояния газопровода, с одной стороны, и уловимые в спектре диагностических сигналов, с другой. Кроме того, в этом случае признаки должны обеспечивать робастность диагностической модели, т. е. ее устойчивость к неизбежным погрешностям исходных данных. С учетом признаков предельного состояния газопровода составляются правила принятия решений. Таким образом, выбор диагностических признаков является ключевой проблемой технической диагностики.

Оценки фактического состояния объекта диагностики приходится проводить на основе ограниченной информации, большую часть которой извлекают косвенными методами неразрушающего контроля. При диагностике газопроводов такими методами получают практически всю доступную информацию. Естественно, что в таких условиях отдельные диагностические признаки, составляющие комплекс в математической постановке задачи диагностики, могут представлять различную диагностическую ценность. Последняя определяется величиной информации, вносимой в диагноз конкретным признаком. Разумеется, в технической диагностике важно использовать систему признаков, обладающих наибольшей диагностической ценностью. Выбор таких признаков неочевиден и может быть осуществлен только на основе результатов изучения сущности процесса стресс-коррозии металла газопроводов.

Стресс-коррозией называют специфический вид эксплуатационных разрушений, которые происходят вследствие длительного и одновременного воздействия на металл труб напряжений растяжения и определенных коррозионно-агрессивных сред, способных провоцировать именно этот вид разрушения металла газопроводов. В основе таких разрушений лежат микроскопические синергетические (т. е. возникающие в результате длительного и обязательно одновременного воздействия на металл механических напряжений и особых коррозионно-агрессивных сред) взаимодействия элементов дефектной структуры трубной стали с компонентами среды. Такие взаимодействия оказываются локализованными в наиболее пластически деформированных микрообъемах металла. Их результатом является образование локальных микрообъемов, в которых механические свойства отличаются от соответствующих свойств металла в целом. Такие микрообъемы можно рассматривать как локальные повреждения, накопление которых приводит к изменению механических свойств металла. Поэтому на стадии накопления локальных повреждений прочность металла, подверженного стресс-коррозии, оказывается зависящей от времени пребывания его под нагрузкой. Именно существование в кинетике стресс-коррозии временной зависимости прочности позволяет рассматривать ее как специфическую форму статической усталости. Отличительной особенностью последней является ее кинетика, непременно включающая стадию стабильного роста разрушающей трещины. Следует подчеркнуть, что стресс-коррозия, как и любая форма статической усталости, происходит при напряжении, которое существенно меньше кратковременной прочности.

Основным признаком стресс-коррозии, отличающим ее от других видов разрушения, которые основываются на накоплении повреждений, считают множественное зарождение трещин с аномально большим соотношением их длины и глубины. Во многих случаях такие трещины образуют целые колонии. Результаты микроструктурного исследования объемов металла вблизи изломов стресс-коррозионных разрешений труб выявляют особенности, которые могут быть использованы в качестве ее диагностических признаков. Например, весьма существенным представляется то, что многие из несквозных трещин имеют затупленные вершины. Рост таких трещин весьма затруднен. Это подтверждается фактом их сохранения после стресс-коррозионного разрушения труб вблизи очага последнего. Из подобных наблюдений следует, что не все стресс-коррозионные трещины даже в одной и той же колонии в равной мере опасны.

Однако выводы из результатов исследований структуры металла до сих пор не используются как диагностические признаки. Это обстоятельство в значительной мере снижает ценность предлагаемых моделей стресс-коррозии. Наглядным примером является «Инструкция по классификации стресс-коррозионных дефектов по степени из опасности», несмотря на свое название практически не использующая присущие стресс-коррозии признаки.

С целью преодоления разрыва между материаловедческими исследованиями стресс-коррозии и разработкой методов и средств ее диагностики в ОАО «Газпром» была разработана «Комплексная программа по исследованию коррозионного растрескивания под напряжением, созданию средств и методов защиты и ремонта газопроводов, подверженных стресс-коррозии». Можно надеяться, что ее выполнение будет способствовать решению проблемы стресс-коррозии газопроводов.

Список литературы

  1. Биргер И. А. Техническая диагностика. М. : Машиностроение, 1978. 240 с.
  2. Коррозионное растрескивание под напряжением металла труб / А. Д. Седых, Н. П. Лякишев, М. М. Кантор, В. Г. Антонов // Газовая промышленность. 1997. № 6. С. 43-46.
  3. Стресс-коррозия на российских газопроводах / А. Д. Седых, М. М. Кантор, А. Б. Арабей, В. Г. Антонов // Потенциал. 2000. № 3. С. 46-50.

 

Материал поступил в редакцию 31.03.2018
© Цыбуля А. А., 2018