Причины снижающие конструктивную крепкость металла труб и перспективы сотворения новых трубных сталей для термических сетей

Плешивцев В.Г., Пак Ю.А. и Филиппов Г.А. (ДепТЭХ г. Москвы, ЗАО «ЮННА ПАК», ЦНИИЧермет им. И.П. Бардина)

3-я научно-практическая конференция «Тепловые сети. Современные практические решения»

Железные трубы для строительства термических сетей нормированы СНиП «Тепловые сети. Материалы, оборудование, арматура, изделия и строй конструкции», по которым предвидено внедрение в термических сетях труб в главном из стали марки: Ст.3, 10, и 20. Выбор железных труб осуществляется зависимо от величины и нрава нагрузок и других особых требований зависимо от критерий эксплуатации. При завышенных прочностных требованиях к конструкции трубопроводов требуются стали с завышенным пределом текучести и временным сопротивлением разрыву. Для воздушных (надземных) теплопроводов правильно применение труб из сталей с завышенными прочностными чертами. Это позволяет очень прирастить расстояния (просветы) меж опорными конструкциями, что в свою очередь уменьшает цена сооружения. Для прокладки разводящих трубопроводов термических сетей употребляются водогазопроводные сварные трубы по ГОСТ 3262-75. Они применяются при давлении теплоносителя до 1,6 МПа и температуре до 150°С. Но требования действующих НТД, разработанных более 30 годов назад устарели и не отвечают современным условиям эксплуатации термических сетей.

Возросшие требования к трубопроводам термических сетей в современных критериях обуславливает  необходимость в разработки новых марок сталей, владеющими особыми качествами, отвечающие повышенными  служебными и потребительскими чертами для труб термических сетей.  

Одним из основных причин понижения эксплуатационной стойкости трубопроводов, в том числе термических сетей, являются процессы общей и локальной коррозии, деформационного старения, также ухудшение механических черт и сопротивления металла разрушению. Коррозия приводит к уменьшению толщины стены трубы и появлению концентратов напряжений, деградация параметров понижает сопротивление зарождению и распространению трещинкы, что может вызывать при рабочих, и в особенности испытательных, давлениях разрушение трубопровода.

Потому принципиальной задачей является исследование вклада этих причин в изменение сопротивления разрушению металла труб и разработка на этой базе принципов сотворения новых трубных сталей, устойчивых  к силовому и термическому воздействиям.

Понятно, что действующая система допустимого уровня испытательного давления трубопроводов термических сетей не учитывает продолжительность эксплуатации, степень коррозионного повреждения металла труб и процессов старения и деградации параметров. Хотя есть работы, в каких показано, что уменьшение толщины стены трубы в итоге коррозии может быть учтено при выборе испытательного давления, что, в свою очередь, может понизить возможность ненамеренного разрушения стены трубы и прирастить её эксплуатационный ресурс.

Принципиальным моментом будет то, что высочайшее испытательное давление в трубах, пораженных коррозией, приводит к развитию пластической деформации, что с одной стороны увеличивает процесс коррозии, а с другой- уменьшает припас пластичности стали.

В качестве примера на рис. 1 представлены результаты исследования воздействия пластической деформации, на склонность к общей коррозии трубной стали.

Причины снижающие конструктивную крепкость металла труб и перспективы сотворения новых трубных сталей для термических сетей

Рис. 1. –Воздействие деформации на утрату веса образцов из углеродистой стали при коррозионных испытаниях

Понятно, что на скорость коррозионных процессов оказывает влияние хим состав стали. Так как в качестве основного материала для труб теплосетей употребляются обыкновенные углеродистые и низколегированные стали, то главным фактором, от которого зависит коррозионная стойкость таких труб, является степень их чистоты по неметаллическим включениям и содержание углерода. В тоже время, скорость коррозии в значимой степени находится в зависимости от структурного состояния металла. Это затрудняет конкретную трактовку воздействия содержания углерода. Все же, исследования воздействия содержания углерода на коррозионную стойкость трубной стали проявили, что увеличение содержания углерода увеличивает скорость коррозии (рис. 2).

Причины снижающие конструктивную крепкость металла труб и перспективы сотворения новых трубных сталей для термических сетей

Рис. 2.  Влияние содержания углерода на среднюю скорость коррозии трубных сталей

Если учитывать, что скорость коррозии труб зависит ещё и от технологии производства листа и труб, то становиться тривиальной актуальность трудности сотворения трубных сталей, отвечающих современным требованиям увеличения надежности термических сетей.

Другим фактором, от которого зависит эксплуатационная стойкость труб термических сетей, является развитие процессов старения и деградации параметров. В итоге всеохватывающего исследования воздействия долговременной эксплуатации и последствий гидравлических испытаний, в том числе в критериях моделирования, на механические характеристики и характеристики сопротивления разрушению металла труб установлено последующее:

• Стандартные механические характеристики (σв,σ0,2,δ, Ψ) фактически не зависят от срока эксплуатации;

• Долгая эксплуатация, так же как и повторяющиеся нагружения, имитирующие гидроиспытания, приводят к понижению структурочувствительных параметров, таких как работа зарождения и распространения трещинкы, ударная вязкость, хладостойкость, критичное раскрытие трещинкы и др.;

• Свойства сопротивления разрушению понижаются тем больше, чем продолжительнее срок эксплуатации;

• Гидравлические тесты уменьшают срок службы труб теплосетей;

• Деградация параметров металла труб происходит из-за появления локальных микронапряжений, развития процесса деформационного старения и скопления изъянов типа микротрещин.

Таким макаром, из всего вышесказанного следует, что можно выделить два главных направления увеличения эксплуатационной стойкости металла труб термических сетей.

Во-1-х, учет главных причин снижающих эксплуатационный ресурс трубопроводов при выборе испытательного давления повторяющихся гидравлических испытаний. Это может быть осуществлено на базе представленного на рис. 3 метода оценки технического состояния и остаточного ресурса трубопровода по результатам расчетов на крепкость и данных по коррозии и деградации параметров трубных сталей. Предложенный общий метод оценки технического состояния и остаточного ресурса трубопровода не только лишь дает возможность отлично устанавливать и научно доказать значение испытательного давления, безпрерывно

Причины снижающие конструктивную крепкость металла труб и перспективы сотворения новых трубных сталей для термических сетей

Рис. 3. Обобщенная система учета деградационных процессов для определения предельных состояний трубопроводов при выборе допустимого уровня испытательного давления.

выслеживать текущее техническое состояние трубопроводов термических сетей, да и использовать разработанную дифференцированную систему при гидравлических испытаний термических сетей.

Во-2-х, повышение эксплуатационного ресурса труб термических сетей может быть обеспечено за счет использования специально сделанных марок трубных сталей, владеющих завышенной стойкостью к развитию коррозионных и деградационных процессов.

Трубы теплосетей, как магистральных, так и разводящих, делаются из устаревших (имеющихся 30-50 лет) марок стали. Практически для производства труб обозначенного предназначения употребляются обыденные конструкционные (строй) стали, разработанные без учета определенных критерий эксплуатации и испытаний труб термических сетей. Хим состав этих сталей и разработка их производства не обеспечивают современного металлургического свойства металла труб. Cталь обыденного свойства характеризуется высочайшей загрязненностью вредными примесями и неметаллическими включениями, также довольно низким уровнем потребительских параметров. Ни в одних технических критериях, по которым поставляются трубы для теплосетей, не нормируются характеристики, отвечающие требованиям, разработанным с учетом критерий эксплуатации теплосетей.

В текущее время большая часть больших потребителей труб, такие как «Газпром», «Транснефть» и др. невзирая на внедрение трехслойных защитных покрытий, катодной защиты и других мер увеличивающих срок эксплуатации трубопроводов, предъявляют определенные дополнительные требования к металлу труб (усовершенствованная коррозионная стойкость, уменьшенная склонность к деформационному старению, свариваемость и др.). В согласовании с этими требованиями разрабатываются и удачно используются стали последнего поколения с завышенным комплексом потребительских параметров различного предназначения.

Стали последнего поколения для труб термических сетей усовершенствованного металлургического свойства с завышенным комплексом потребительских параметров требуют собственного решения. При проектировании и строительстве магистральных трубопроводов нужен дифференцированный подход к конструктивным характеристикам труб (толщине стены, поперечнику и т.д.), хим составу и технологическому производству трубных сталей с учетом их склонности к коррозионным и деградационным процессам при эксплуатации.

Подготовительные результаты исследовательских работ свидетельствуют, что хим состав стали влияет на сопротивление разрушению, в особенности в коррозионной среде. Разумеется, что даже в рамках 1-го структурного класса стали, не прибегая к дорогостоящему легированию, можно сделать лучше стойкость к коррозионной повреждаемости методом совершенствования хим состава и металлургической технологии производства стали для труб. Другим принципиальным направлением роста надежности и срока эксплуатации труб теплосетей является, создание труб из стали, обладающей низкой склонностью к деформационному старению и усовершенствованной свариваемостью.

Ниже показаны главные пути разработки высоконадежных  сталей для труб термических сетей:

— понижение содержания углерода;

— увеличение содержания марганца;

— микролегирование (Nb, V);

— Понижение содержания вредных примесей (S≤0.005%; P≤0.015%);

— понижение содержания газов ( H2≤3см3/100 г; N2≤0.006%);

— микролегирование титаном  для связывания азота из расчета его содержания с согласовании со стехиометрическим соотношением в нитриде;

— модифицирование неметаллических включений;

— внедрение ускоренного после деформационного остывания вместе с контролируемой прокаткой;

— В итоге должно быть достигнуто:

— измельчение зерна феррита и размеров структурных составляющих;

— увеличение однородности структуры;

— уменьшение структурной полосатости;

— понижение количества неметаллических включений.

В заключение стоит отметить, что назрела насущная необходимость в разработке сталей с завышенным комплексом потребительских параметров (усовершенствованная коррозионная стойкость, низкая склонность к деформационному старению, отменная свариваемость и др.), обеспечивающим повышение ресурса трубопроводов термических сетей.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий

recuperatio.ru