Фактори, които намаляват структурната якост на тръбния метал и перспективите за създаване на нови тръбни стомани

Плешивцев В.Г., Пак Ю.А. и Филипов Г.А. (DepTech на Москва, CJSC "YUNNA PACK", TsNIIChermet на името на I.P. Bardin)

Третата научно-практическа конференция „Топлопреносни мрежи. Съвременни практически решения»

Стоманените тръби за изграждане на отоплителни мрежи са стандартизирани от SNiP „Топлинни мрежи. Материали, оборудване, фитинги, продукти и строителни конструкции”, които предвиждат използването на тръби в отоплителните мрежи предимно от марки стомана: St. 3, 10 и 20. Изборът на стоманени тръби се извършва в зависимост от големината и характера на натоварванията и други специални изисквания в зависимост от условията на работа. При повишени изисквания за якост при проектирането на тръбопроводи се изискват стомани с повишена граница на провлачване и якост на опън. За въздушни (въздушни) топлопроводи е рационално да се използват тръби от стомани с повишени якостни характеристики. Това ви позволява да увеличите максимално разстоянието (обхватите) между носещите конструкции, което от своя страна намалява цената на конструкцията. За полагане на разпределителни тръбопроводи на отоплителни мрежи се използват водопроводни и газови заварени тръби в съответствие с GOST 3262-75. Използват се при налягане на охлаждащата течност до 1,6 MPa и температура до 150°C. Изискванията на сегашния NTD, разработен преди повече от 30 години, обаче са остарели и не отговарят на съвременните условия за работа на топлофикационните мрежи.

Повишените изисквания към тръбопроводите на отоплителните мрежи в съвременните условия налагат разработването на нови марки стомана със специални свойства, които отговарят на повишените експлоатационни и потребителски характеристики на тръбите на отоплителните мрежи.

Един от основните фактори за намаляване на експлоатационната стабилност на тръбопроводите, включително отоплителните мрежи, са процесите на обща и локална корозия, деформационно стареене, както и влошаването на механичните характеристики и устойчивостта на метала срещу разрушаване. Корозията води до намаляване на дебелината на стената на тръбата и появата на концентрати на напрежение, влошаването на свойствата намалява устойчивостта на образуване и разпространение на пукнатини, което може да причини разрушаване на тръбопровода при работно и особено изпитвателно налягане.

Ето защо важна задача е да се проучи приносът на тези фактори за промяната в устойчивостта на счупване на тръбния метал и на тази основа да се разработят принципи за създаване на нови тръбни стомани, които са устойчиви на сила и топлинни ефекти.

Известно е, че сегашната система за допустимо ниво на изпитвателно налягане на тръбопроводите на отоплителните мрежи не отчита продължителността на експлоатация, степента на корозионно увреждане на метала на тръбата и процесите на стареене и влошаване на свойствата. Въпреки че има проучвания, които показват, че намаляването на дебелината на стената на тръбата поради корозия може да се вземе предвид при избора на изпитвателно налягане, което от своя страна може да намали вероятността от неволно разрушаване на стената на тръбата и да увеличи нейния експлоатационен живот.

Важен момент е, че високото изпитвателно налягане в тръбите, засегнати от корозия, води до развитие на пластична деформация, която, от една страна, усилва процеса на корозия, а от друга страна, намалява пластичността на стоманата.

Като пример, на фиг. 1 са представени резултатите от изследване на влиянието на пластичната деформация върху склонността към обща корозия на тръбната стомана.

фактори

Ориз. 1. Влияние на деформацията върху загубата на тегло на образци от въглеродна стомана притестове за корозия

намаляват

Ориз. 2. Ефект на въглеродното съдържание върху средната скорост на корозия на тръбните стомани

Ако вземем предвид, че скоростта на корозия на тръбите също зависи от технологията на производство на листове и тръби, тогава спешността на проблема за създаване на тръбни стомани, които отговарят на съвременните изисквания за подобряване на надеждността на топлинните мрежи, става очевидна.

Друг фактор, от който зависи експлоатационната стабилност на тръбите на отоплителните мрежи, е развитието на процеси на стареене и влошаване на свойствата. В резултат на цялостно изследване на ефекта от дългосрочната експлоатация и последствията от хидравличните тестове, включително при условия на симулация, върху механичните свойства и параметрите на устойчивост на счупване на тръбния метал, беше установено следното:

• Стандартните механични свойства (σv, σ0.2, δ, Ψ) практически не зависят от експлоатационния живот;

• Дългосрочната експлоатация, както и периодичното натоварване, симулиращо хидротестване, водят до намаляване на чувствителните към структурата свойства, като работата по възникване и разпространение на пукнатини, якост на удар, студоустойчивост, критично отваряне на пукнатини и др.;

• Характеристиките на устойчивост на разрушаване намаляват толкова повече, колкото по-дълъг е експлоатационният живот;

• Хидравличните тестове съкращават експлоатационния живот на топлопроводите;

• Влошаване на свойствата на метала на тръбата възниква поради появата на локални микронапрежения, развитието на процеса на стареене при деформация и натрупването на дефекти като микропукнатини.

По този начин от гореизложеното следва, че могат да се разграничат две основни направления за повишаване на експлоатационната стабилност на метала на тръбите на отоплителните мрежи.

Първо, като се вземат предвид основните фактори, които намаляват експлоатационния живот на тръбопроводите при избораизпитвателно налягане на периодични хидравлични тестове. Това може да се направи въз основа на показаното на фиг. 3 алгоритми за оценка на техническото състояние и остатъчния живот на тръбопровода въз основа на резултатите от якостните изчисления и данни за корозия и влошаване на свойствата на тръбните стомани. Предложеният общ алгоритъм за оценка на техническото състояние и остатъчния живот на тръбопровода не само дава възможност за ефективно установяване и научно обосноваване на стойността на изпитвателното налягане, непрекъснато

фактори

Ориз. 3. Обобщена система за отчитане на процесите на деградация за определяне на граничните състояния на тръбопроводите при избор на приемливо ниво на изпитвателно налягане.

следете текущото техническо състояние на тръбопроводите на топлопреносните мрежи, но също така използвайте разработената диференцирана система за хидравлично изпитване на топлинни мрежи.

Второ, увеличаването на експлоатационния живот на тръбите на отоплителните мрежи може да се постигне чрез използването на специално създадени марки тръбни стомани, които имат повишена устойчивост на развитие на корозия и процеси на разграждане.

Тръбите на отоплителните мрежи, както основните, така и разпределителните, са изработени от остарели (съществуващи 30-50 години) стоманени марки. Всъщност за производството на тръби за тази цел се използват обикновени структурни (конструкционни) стомани, разработени без да се вземат предвид специфичните условия на работа и изпитване на тръби за отоплителни мрежи. Химическият състав на тези стомани и технологията на тяхното производство не осигуряват съвременното металургично качество на тръбния метал. Стоманата с обикновено качество се характеризира с високо замърсяване с вредни примеси и неметални включвания, както и сравнително ниско ниво на потребителски свойства. Нито едно от техническите условияза които се доставят тръби за отоплителни мрежи, индикаторите, които отговарят на изискванията, разработени като се вземат предвид условията на работа на отоплителните мрежи, не са стандартизирани.

Понастоящем повечето големи потребители на тръби, като Газпром, Транснефт и др., Въпреки използването на трислойни защитни покрития, катодна защита и други мерки, които увеличават експлоатационния живот на тръбопроводите, налагат специфични допълнителни изисквания към метала на тръбата (подобрена устойчивост на корозия, намалена склонност към стареене при деформация, заваряемост и др.). В съответствие с тези изисквания се разработват и успешно използват стомани от ново поколение с повишен комплекс от потребителски свойства за различни цели.

Новото поколение стомани за тръби на отоплителни мрежи с подобрено металургично качество с увеличен диапазон от потребителски свойства изискват собствено решение. При проектирането и изграждането на главни тръбопроводи е необходим диференциран подход към проектните параметри на тръбите (дебелина на стената, диаметър и др.), Химичния състав и технологичното производство на тръбни стомани, като се вземе предвид тяхната склонност към корозия и деградационни процеси по време на работа.

Предварителните резултати от изследване показват, че химичният състав на стоманата оказва влияние върху устойчивостта на счупване, особено в корозивна среда. Очевидно е, че дори в рамките на един и същи структурен клас стомана, без да се прибягва до скъпо легиране, е възможно да се подобри устойчивостта на корозионно увреждане чрез подобряване на химическия състав и металургичната технология за производство на стомана за тръби. Друга важна посока за увеличаване на надеждността и експлоатационния живот на отоплителните тръби е създаването на тръби от стомана с ниска склонност къмдеформационно стареене и подобрена заваряемост.

По-долу са показани основните начини за разработване на високонадеждни стомани за тръби на отоплителни мрежи:

- намаляване на въглеродното съдържание;

- повишаване на съдържанието на манган;

- микролегиране (Nb, V);

- Намаляване съдържанието на вредни примеси (S≤0,005%; P≤0,015%);

- намаляване на съдържанието на газове ( H2≤3cm 3 /100 g; N2≤0,006%);

- микролегиране с титан за свързване на азот въз основа на съдържанието му в съответствие със стехиометричното съотношение в нитрида;

- модификация на неметални включвания;

- използване на ускорено следдеформационно охлаждане заедно с контролирано валцуване;

- Резултатът трябва да бъде:

- смилане на феритни зърна и размери на структурни компоненти;

- повишаване на хомогенността на структурата;

- намаляване на структурната лента;

- намаляване на броя на неметалните включвания.

В заключение трябва да се отбележи, че има спешна необходимост от разработване на стомани с повишен набор от потребителски свойства (подобрена устойчивост на корозия, ниска склонност към стареене при деформация, добра заваряемост и др.), Което гарантира увеличаване на експлоатационния живот на тръбопроводите на отоплителната мрежа.