Разработка научных подходов к снижению пористости в металле шва при ремонте магистральных трубопроводов и резервуаров для хранения и транспортирования нефти и нефтепродуктов
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Анализ причин возникновения повышенной пористости сварных соединений при проведении ремонтных работ основных конструкций системы трубопроводного транспорта нефти 7
1.1 Аналитическое исследование влияния состава сварочной ванны на образование газовых пор 7
1.2 Влияние рабочих сред на изменение химического и (или) структурного состава основного металла конструкций системы трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов 12
1.3 Выводы 18
2 Методы снижения массовой доли водорода в металле и ослабления его влияния на образование дефектов в сварных швах 20
2.1 Механизм абсорбции и диффузии водорода при сварке сталей 20
2.2 Определение технологий, способствующих снижению массовой доли водорода в сварочной ванне 23
2.3 Определение добавок в сварочную ванную для эффективного удаления и/или связывания водорода 24
2.4 Технологические меры борьбы с пористостью сварного шва при ремонте резервуаров и трубопроводов в производственных условиях 30
2.5 Выводы 31
3 Исследование изменений структуры и элементного состава металла резервуаров и трубопроводов для хранения нефти и нефтепродуктов под воздействием эксплуатационных факторов 33
3.1 Исследование структуры и элементного состава металла резервуара для хранения нефти и нефтепродуктов 33
3.2 Проведение количественного анализа водорода и углерода в металле. 34
3.3 Исследование концентрации диффузионно-подвижного водорода в металле трубопровода после длительной эксплуатации 35
3.4 Определение содержания водорода в образцах материала сварных швов бывшего в эксплуатации трубопровода 39
3.5 Выводы 43
4 Результаты исследований методов снижения содержания водорода при ремонтной сварке магистральных трубопроводов и резервуаров системы транспорта нефти 44
4.1 Подготовка образцов для исследования влияния методов снижения содержания водорода при ремонтной сварке 44
4.2 Исследование содержания водорода в образцах 47
4.3 Исследование влияния защитного газа на содержание водорода в образцах 54
4.4 Исследование состава сварного шва методом спектрального анализа.. 57
4.5 Исследование образцов на статическое растяжение и изгиб 72
4.6 Выводы: 82
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 83
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 85
Цель работы: Разработка предложений по применению научных подходов к снижению пористости в металле шва при ремонте резервуаров и трубопроводов для транспортирования нефти и нефтепродуктов для повышения качества выполнения строительно-монтажных работ.
Объект исследования - технологический процесс сварки при ремонте резервуаров и трубопроводов для транспортирования нефти и нефтепродуктов.
Предмет исследования - методы снижения количества дефектов сварного шва.
Исходя из цели исследования, поставлены задачи исследования:
- анализ причин увеличения пористости сварных швов при проведении ремонта резервуаров, магистральных и технологических трубопроводов системы транспорта нефти и нефтепродуктов;
- определение научных подходов к снижению пористости в металле шва при проведении ремонта резервуаров, магистральных и технологических трубопроводов системы транспорта нефти и нефтепродуктов;
- исследование эффективности предлагаемых подходов к снижению пористости в металле шва при проведении ремонта элементов системы транспорта нефти и нефтепродуктов.
В процессе исследования установлено, что именно эксплуатационные условия являются доминирующим фактором, влияющим на количество дефектов сварного шва (в частности, газовых пор) при ремонте металлоконструкций элементов системы трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. Внешние факторы, возникающие при подготовке к проведению ремонтных работ, не отличаются от факторов, имеющих место при проведении строительных работ в одинаковых климатических и производственных условиях при наличии единых требований и технологии их производства.
В работе сделаны выводы об увеличении содержания водорода в приповерхностном слое под воздействием эксплуатационных факторов, которое влечет за собой возрастание количества водорода в сварочной ванне при проведении ремонтных работ на магистральных трубопроводах.
Основными причинами повышенной пористости являются: увеличение количества диффузионного водорода, вызванное воздействием водородосодержащих газовых и жидкостных сред; увеличение количества связанного углерода в виде неметаллических включений; повышенное содержание неметаллических включений в металле, возникающее в процессе деформационного старения при распаде цементита и миграции атомов углерода.
Результаты количественного исследования водорода с внутренней (находившейся в контакте с нефтью) и внешней (контактирующей с антикоррозионным покрытием) стороны показали, что массовая концентрация водорода с внутренней стороны образца составляет значительно выше концентрации с внешней стороны.
При определении химического состава металла того же резервуара было установлено, что содержание углерода с внутренней стороны также превышает содержание углерода с внешней стороны на 20%.
Концентрация диффузионно-подвижного водорода с внутренней стороны, находящейся в контакте с транспортируемыми углеводородами, превышает концентрацию с внешней стороны на 30-54%.
Концентрация диффузионно-подвижного водорода зависит от степени загруженности трубопровода, так как в металле, вырезанном из нижней части трубопровода, фиксируется концентрация водорода, превышающая концентрацию в верхней части, на 2,3-12,9%.
Установлено, что для повышения качества ремонтных работ на элементах системы транспорта нефти и нефтепродуктов (трубопроводы и резервуары) могут быть рекомендованы следующие подходы:
- проведение подогрева сварочных кромок перед осуществлением сварочных работ;
- проведение сварочных ремонтных работ на режимах, обеспечивающих максимально возможную погонную энергию в диапазоне, допустимом руководящими документами ПАО «Транснефть»;
- замена технологии сварки в углекислом газе на сварку в аргоне.
