На главную Обратная связь Карта сайта

Статьи по теплоизоляции

Короткое описание научно-исследовательской работы "Исследование последствий влияния гидравлических и температурных испытаний на состояние сплава трубопроводов сетевой воды"
Ю.А. Пак, ЗАО «ЮННА ПАК»
1. Наименование научно- технической продукции
2. Информация о научно- технической продукции
2.1.Короткое описаниеи цели.
Цель работы — исследование последствий гидравлических и температурных испытаний на состояние сплава трубопроводов сетевой воды.
Разработана методика исследований, включая моделирование. Проведен анализ повреждений труб при гидравлических и температурных испытаниях. Определен хим состав сплава образцов труб. Изучен комплекс обычных механических параметров, изучены свойства сопротивления разрушению и склонность к деформационному старению и микроструктура сплава труб. Определен список физико-механических параметров сплава труб и получены величины их конфигураций в итоге моделирования испытаний при различных температурах и напряжениях. Показано, что долгая эксплуатация трубопроводов с повторяющимися гидравлическими и тепловыми испытаниями не вызывает конфигурации хим состава и уровня обычных механических параметров сплава труб. Моделирование температурных испытаний показало, что нагрев сплава труб фактически не оказывает влияния на уровень прочностных и пластических характеристик. Установлено понижение трещиностойкости сплава труб в процессе эксплуатации. По результатам моделирования установлено: обычные механические характеристики фактически не меняются до 30 циклов нагружений, (имитирующих 15 лет); 1-ые 10 циклов нагружений, (имитирующих 5 лет) приводят к резкому (практически в 2 раза) понижению пластичности и работы разрушения. Рекомендуется, с целью уменьшения вредного влияния гидроиспытаний на сопротивление разрушению сплава труб, срок эксплуатации которых не выше 5 лет, также уменьшения угрозы раннего разрушения наиболее старенькых трубопроводов понизить давление гидроиспытаний на 20-50% от проводимых в текущее время в г. Москве (26 и поболее атм.), но более 1,25 от рабочего.
2.2        Детализированное описание  
В текущее время надежность работы тепловых сетей невысока из-за огромного количества повреждений. Принятая практика повторяющихся гидравлических и температурных испытаний для отбраковки завышенным давлением дозволяет повысить надежность теплоснабжения, но, вместе с сиим провоцирует доп дефектность трубопроводов. Причём сплав труб в процессе этих испытаний может испытывать кроме завышенных давлений и температур также динамические удары. Всё выше перечисленное влияет на процессы старения и микроструктуру сплава трубопроводов, также может оказывать влияние на ускорение действий коррозии. На предприятиях эксплуатирующих термо сети отсутствуют периодические данные по причинам повреждений теплотрасс, в том числе связанных с конфигурацией состояния сплава труб.
Целью истинной работы является исследование последствий влияния гидравлических и температурных испытаний на состояние сплава трубопроводов сетевой воды для научного обоснования разработки мероприятий по понижению повреждений трубопроводов и расходов на ремонт теплотрасс, уменьшение утрат тепла в системах централизованного теплоснабжения и увеличения эффективности использования энергоресурсов. Конечная цель – повышение срока службы сетевых трубопроводов.
Анализ причин, вызывающих раннее разрушение трубопроводов, указывает, что основными причинами разрушения являются концентраторы напряжений механического происхождения (царапинки, надрезы, конструктивные недостатки и т.д.) и недостатки, образующиеся в итоге долгого контакта сплава с коррозионной средой. Процессы, протекающие в сплаве труб в процессе долговременной эксплуатации, могут оказывать влияние, как на обычные механические характеристики, так и на неординарные, оцениваемые по особым методикам. В связи с сиим, для оценки состояния сплава труб опосля долговременной эксплуатации нужно исследование комплекса физико-механических черт, позволяющее оценить сопротивление разрушению сплава в критериях более близких к условиям эксплуатации.
1. Проведен анализ нормативной и научно-технической инфы, определяющей требования к трубам, марочного и размерного сортамента, используемых в тепловых сетях. Выбор марки стали осуществляется в зависимости от величины и нрава нагрузок в согласовании со СНиП. При завышенных прочностных требованиях к конструкции трубопроводов нужно использовать стали с завышенным пределом текучести и временным сопротивлением разрыву.
            2. Описаны процессы коррозии, старения и деградации параметров трубных сталей и определено их влияние на эксплуатационную надежность трубопроводов. Выделены специальные виды коррозионных ситуаций небезопасные для труб тепловых сетей. В сплаве труб в процессе долговременной эксплуатации происходит изменение структурного состояния, приводящее к понижению сопротивления хрупкому разрушению. В процессе эксплуатации трубы испытывают перепады давления, температуры, динамические и статические перегрузки. Условия эксплуатации труб делают возможность протекания в сплаве деформационного старения, приводящего к увеличению сопротивления движению дислокаций и повышению угрозы возникновения в сплаве локальных «пиков» напряжений.
3. Термо трубопроводы Москвы — основная составляющая большого отопительного хозяйства столицы. Для обеспечения наибольшей надежности столичного теплового хозяйства и полной готовности его к зиме проводят комплекс работ, в числе которых принципиальное место занимают гидравлические и температурные тесты. Проведен анализ случаев повреждений труб теплотрасс опосля гидравлических и температурных испытаний. Проведенный анализ показал, что повышение продолжительности эксплуатации и рабочих давлений приводит к повышению числа повреждений обусловленному понижением сопротивления сплава труб разрушению в итоге развития действий старения и деградации параметров. Не считая того, установлено, что одним из важных характеристик, оказывающих влияние на сопротивление разрушению сплава труб является уровень напряжений при проведении испытаний. По данным о повреждениях трубопровода за 2002-2004 гг. выслеживается доминирование внешной коррозии в виде свищей и разрывов, как предпосылки повреждения трубопровода. Число повреждений на прямом трубопроводе в 2,7-2,9 раза больше, чем на обратном из-за различий критерий эксплуатации (рабочее и испытательное давление, температура воды и др). На МПП № 8 ТС и С ГУП «Мостеплоэнерго» повреждения при гидравлическим испытании наблюдаются на трубах со сроком эксплуатации наиболее 11 лет, и в среднем составляет 17,3 года. Наиболее 52% всех повреждений, выявленных при ГИ, происходят при испытательном давлении наиболее 22 кгс/см2.
4. Разработаны методики исследований влияния последствий гидравлических и температурных испытаний сетевых трубопроводов на состояние сплава труб в критериях поставки и долговременной эксплуатации.
Количественный спектральный анализ образцов, вырезанных из труб, проводится на приборе   SPEKTRO   «LAB S» производства Германии.
Испытание на растяжение проводятся в согласовании с требованиями ГОСТ 1497 на разрывной машине «ИНСТРОН» при скорости деформации 1,3х10
  с записью диаграммы перегрузка – деформация, из которой определяются временное сопротивление ( s
), предел текучести ( s
0,2
). Не считая того, по результатам измерения образцов рассчитывают относительное удлинение ( d) и поперечное сужение ( y).     
Тесты для определения ударной вязкости проводят в согласовании с требованиями ГОСТ 9454 на образцах с надрезом типа 3 и 13.
Для оценки сопротивления разрушению сплава труб проводят тесты на статический изгиб образцов размером (5х10х55 мм) с острым надрезом. Тесты проводят на сосредоточенный изгиб. Скорость нагружения составляет 2 мм/мин. Испытание осуществляют с записью диаграммы нагрузка-деформация, по которой рассчитывают суммарную работу разрушения А
.  
Статические тесты для определения величины критического раскрытия трещины (СОD)   и коэффициента интенсивности напряжений проводят на образцах с заблаговременно сделанной усталостной трещиной на машине «ИНСТРОН» при трехточечном изгибе. Суммарная длина трещины и надреза составляет 3,5-4 мм
. Трещины делают на резонансном вибраторе. При нанесении трещины критическая нагрузка цикла не превосходит 0,6 от разрушающей перегрузки при следующих статических испытаниях.
Методика испытаний на замедленное разрушение разработанная в ЦНИИчермете им. И.П. Бардина создана для оценки понижения характеристик сопротивления деформации и разрушению в итоге уменьшения скорости деформации в 40 раз и одновременного действия коррозионной среды и (либо) коррозионной среды и насыщение сплава водородом.
Фрактографический анализ поверхности разрушения образцов проводится на сканирующем электронном микроскопе “ХОРИБА” при повышениях до 3000.
Структура сплава труб исследуется способом световой микроскопии. Шлифы для исследования микроструктуры вырезаются параллельно направлению прокатки.
Опосля проведения перечисленных выше нужных исследований проводится сравнительный анализ состава, структуры, механических параметров, характеристик сопротивления разрушению и трещиностойкости, склонности к замедленному разрушению и деформационному старению сплава труб в состоянии поставки, опосля гидравлических и тепловых испытаний и опосля долговременной эксплуатации.
5. П олучены фрагменты 6 труб, три из которых разрушились в процессе гидравлических испытаний, а три остальные представляли собой трубы аварийного запаса.
Проведено комплексное исследование хим состава, микроструктуры, механических параметров, сопротивления разрушению при динамических и статических испытаниях, склонности к деформационному старению фрагментов работающих труб тепловых сетей опосля гидроиспытаний и труб аварийного запаса, не эксплуатировавшихся ранее.
По результатам хим анализа образцов стали труб установлено, что по хим составу они соответствуют стали 20   и стали 10 по ГОСТ 1050, также стали 17Г1С по ГОСТ 19282. Обычные механические характеристики сплава труб – крепкость, предел текучести и пластичность фактически не меняются в процессе эксплуатации и находятся на уровне требований ГОСТов.
Определение характеристик сопротивления зарождению и распространению трещины представлено в таблице 1. Из приобретенных результатов следует, что долгая эксплуатация приводит к приметному понижению характеристик пластичности и понижению сопротивления как зарождению, так и распространению трещины.
Тесты образцов с заблаговременно сделанной усталостной трещиной проявили, что сплав труб опосля долговременной эксплуатации владеет наиболее низкой трещиностойкостью, чем сплав труб аварийного запаса (таблица 2). А именно, величина критического раскрытия трещины СОД для сплава труб как из стали 20, так и 17Г1С опосля долговременной эксплуатации приблизительно в 1,5 – 2 раза ниже, чем для труб аварийного запаса.
Таковым образом, процесс эксплуатации приводит к понижению трещиностойкости сплава труб. При всем этом имеет значение как продолжительность эксплуатации так и, по-видимому, проведение повторяющихся гидравлических и температурных испытаний трубопроводов.  
В таблице 3 приведены результаты исследования механических параметров и склонности к деформационному старению сплава труб. Данные таблицы 5 демонстрируют, что для   труб из стали 17Г1С склонность к деформационному старению у труб текущего производства в три раза выше ( Δσ
), чем опосля эксплуатации ( Δσ
).
Деформационное старение сплава в процессе эксплуатации является одной из обстоятельств понижения сопротивления зарождению и распространению трещин рабочих труб по сопоставлению с трубами аварийного запаса. В процессе эксплуатации будет повышаться возможность хрупкого разрушения сплава трубы в итоге деформационного старения.
Исследованные эталоны труб имеют типичную для стали феррито-перлитную микроструктуру с разными размерами зерна феррита.
Оценку загрязненности сплава неметаллическими включениями проводили по ГОСТ 1778 способом Ш1 на микроскопе «Неофот» при увеличении х100 по более загрязненному месту шлифа. Можно отметить высшую степень чистоты сплава обеих труб (№5 и №6). Так загрязненность оксидами точечными составляет 1 балл, а сульфидами – 0,5 балл. Исследованный ранее сплав труб №1-4 имел наиболее высшую загрязненность (оксиды точечные до 2 балла, сульфиды до 3 балла).
6. Разработаны методики: моделирования влияния повторяющихся гидроиспытаний и теплового действия на механические характеристики и сопротивление разрушению сплава труб сетевых трубопроводов при испытаниях на растяжение гладких образцов и изгиб образцов с надрезом; оценки влияния одновременного действия напряжений и коррозионной среды на сопротивление разрушению сплава труб.
в течение 30 мин, после этого давление понижается до 6 кгс/см
для прямых теплосетей и до 1,5 кгс/см
для обратных. Выдержка при всем этом составляет 1,5 часа (нужное время для обхода теплосети). После чего давление в теплосети понижается до 0.
Наши филиалы: Нижний Новгород / Самара / Омск / Казань / Челябинск / Ростов-на-Дону / Москва /