ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Описание к ИЛ №06-013-03.

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Дефекты и конструктивные несовершенства геометрической формы корпусов и отдельных элементов нефтегазохимического оборудования способствуют повышению уровня напряженности в стенке конструкций и как следствие - прогрессивному развитию процессов коррозии металла (так называемый механохимический эффект), что, в свою очередь, приводит к снижению рабочего ресурса оборудования и трубопроводов.

В связи с этим приоритетным при прогнозировании рабочего ресурса нефтегазохимического оборудования и трубопроводов являются подходы, учитывающие концентрацию напряжений в конструкциях как фактор усиления коррозионных процессов.

В соответствии с предлагаемым подходом рабочий ресурс рассматриваемого оборудования может быть оценен по следующему соотношению:

. (1)

где - рабочий ресурс оборудования, подсчитанный без учета механохимического эффекта:

. (2)

здесь - относительная глубина дефекта (h- глубина,s- толщина стенки);

- скорость коррозии металла в ненапряженном состоянии для конкретной среды и температуры (мм/год);

- номинальные кольцевые напряжения в ослабленном сечении стенки трубы при заданном давлении эксплуатации

; (3)

- уровень кольцевых напряжений в стенке конструкции, отвечающий стадии разрушения, подсчитанный при допущении о представлении диаграммы деформирования металла конструкции в виде степенной зависимости

, (4)

где - константы деформационного упрочнения материала ( соответственно предел текучести и предел прочности металла);

К _ук - коэффициент усиления коррозии от действия напряжений

(5)

Здесь К _ст - механический параметр, определяемый экспериментально (например, для углеродистых сталей К _ст = 5…6; для низколегированных сталей К _ст = 5…6);

К _н - константа материала, (v- мольный объем стали;

r- универсальная газовая постоянная, Т - абсолютная температура);

К - коэффициент концентрации пластических напряжений

(6)

где - коэффициент концентрации напряжений в упругой области.

В том случае, когда отсутствуют данные по К , коэффициент усиления коррозии может быть подсчитан по формуле:

(7)

Пример: В процессе диагностирования нефтехимического аппарата (см. рисунок) с внутренним диаметромd= 2,6 м, изготовленного из стали 20 ( _т = 260 МПа; _в = 460 МПа; ₀ = 0,12 мм/год;), эксплуатируемого при давлении Р = 1,43 МПа и Т = 300К, была проведена оценка рабочего ресурса. Для прогнозирования предполагаемого срока эксплуатации был осуществлен контроль внутренней поверхности аппарата, в результате которого было установлено наличие концентратора (коррозионной каверны) в зоне перехода от шва к основному металлу глубинойh= 2,8 мм (m _h= 0,2) (см. рисунок), отвечающего теоретическому коэффициенту концентрации К _{= 2,2.}

Вид корпуса аппарата с внутренней каверной вблизи границы сплавления сварного шва и основного материала

В рассматриваемом случае, используя формулу (4), получены следующие значения параметров: А = 860 МПа,m= 0,25; К _ст = 5,0.

Данной ситуации в окрестности вершины коррозионной каверны отвечают следующие значения коэффициента К = 2,04, полученные при соотношении = 0,67, вытекающем из выражения (3).

При заданных значениях исходных параметров, исходя из соотношений (5) и (6), определен коэффициент усиления коррозии К _ук = 2,6.

Эксплуатационный ресурс нефтехимического аппарата при наличии концентратора напряжений может быть определен исходя из соотношения (2) и составляетt_р= = 10 лет.

Предлагаемый метод оценки эксплуатационного ресурса нефтегазохимического оборудования и трубопроводовпрошел широкую апробацию на ряде предприятий, занимающихся транспортированием и хранением нефтепродуктов и других коррозионно-активных веществ.