12.3. Прогнозирование ресурса при язвенной коррозии

Данный вид коррозии является наиболее труднопредсказуемым и сложным для оценки степени опасности конкретно выявленных дефектов из-за нестабильности своего развития. Иногда коррозий­ный процесс затормаживается настолько, что язвы практически не растут. Часто развитие язвенного коррозийного дефекта после дос­тижения каких-то определенных размеров значительно затормажи­вается или вовсе прекращается в плане (по площади) и происходит в дальнейшем только в глубину.

До последнего времени для оценки реальной остаточной прочно­сти объектов с коррозийными язвенными дефектами использовались гидравлические испытания. Вместе с тем хорошо известно, что на объектах, связанных с добычей и транспортировкой газа, содержа­щего Н₂S, а также сернистой нефти, оставшаяся после испытаний вода может послужить основной причиной их последующего интен­сивного коррозийного повреждения. Кроме того, возникают допол­нительные сложности из-за необходимости использования огромно­го количества воды для испытаний (например, при заполнении магистральных трубопроводов и нефтехранилищ) и негативных экологических последствий при сбросе загрязненной воды в окружаю­щую среду.

Рис. 12.1. Схема коррозийного повреждения, используемого при анализе прочности по критерию B31G

Гидравлические испытания иногда наносят вред изделию, увели­чивая размеры имеющихся микротрещин и снижая рабочий ресурс. В отличие от прошлых лет, когда обнаруженные дефекты удалялись (в трубопроводах путем вырезки «катушек»), такая практика ремон­та в настоящее время неприемлема. Это обусловлено тем, что в ре­зультате своевременной диагностики количество выявляемых де­фектов неизмеримо возросло, при этом далеко не все из них пред­ставляют реальную угрозу и их удаление или ремонт не являются обязательными.

Для оценки степени опасности язвенных дефектов в трубопрово­дах в мировой практике с середины 1980-х годов стал широко при­меняться расчетный метод, разработанный американскими и канад­скими специалистами и известный как критерий ВЗ1G. В России он также начинает применяться и развивается рядом специализирован­ных организаций, в том числе ОАО «Техдиагностика», «Газпром», «Оренбурггазпром», ВНИИГАЗ и др.

Расчетный метод по критерию В31С базируется на малом коли­честве исходных данных — двух размерах дефекта (протяженности его вдоль оси трубопровода и глубине относительно номинальной толщины стенки) и механической характеристике материала — ми­нимальном пределе текучести.

Исходя из этих параметров рассчитывается критическое сочета­ние длины и глубины дефекта, которое может привести к разруше­нию. По данным ОАО «Техдиагностика»*, при большей длине (рис. 12.1) вдоль оси трубопровода критический дефект будет иметь меньшую глубину, и наоборот.

На этой основе, зная б_tmin можно построить график (рис. 12.2), определяющий по сочетанию длины L и глубины h _mах при толщине стенки S критические язвенные дефекты, представляющие

Рис. 12.2. Схема определения критических язвенных дефектов: зона I – дефекты (1 – 5), требующие немедленного устранения; зона II – допустимые дефекты (6 – 8), требующие контроля за их развитием

реальную опасность для данного трубопровода.

Очевидно, что с помощью того же графика можно определять и остаточный ресурс трубопровода. Критерий предельного состояния трубы в данном случае — сочетание глубины и протяженности вдоль оси трубы коррозийного дефекта, отраженное на графике граничной кривой, разбивающей поле графика на две зоны. Предположив, что конкретный дефект затормозил свое развитие в плане (по площади) и растет далее в основном в глубину, для ориентировочной оценки ресурса можно исходить из средней скорости коррозии а_ср, опре­деляемой из выражения

где h_max - глубина дефекта в зоне максимальных повреждений, мм; Т_э - срок

службы объекта с начала его эксплуатации, г.

Предельно допустимую глубину дефекта (язвы) h_пред определяют по графику (см. рис. 12.2) при известной протяженности дефекта вдоль трубы Б.

• См.: Митрофанов А. В., Киченко С. Б. Расчет остаточного ресурса трубопро­водов, эксплуатирующихся на объекте предприятия «Оренбурггазпрома // Безопас­ность труда в промышленности.— М., 2001 — № 3. — С. 30—32.

Тогда остаточный ресурс можно определить из выражения

Например, если для язвенного дефекта 7 (см. рис. 12.2) глубиной 3 мм с протяженностью проекции вдоль оси 135 мм при номиналь­ной толщине стенки трубы 20 мм критическая глубина составляет 7,5 мм, а средняя скорость коррозии на момент обнаружения язвы - 1 мм/г, то определенный в данный момент времени расчетный оста­точный ресурс

В связи с тем, что вероятность распределения остаточного ресур­са здесь не определялась, ресурс назначают, основываясь на расчет­ной величине T_ост, а также степени ответственности объекта и тяже­сти возможных последствий при его разрушении. Учитывая неста­бильность скорости коррозии, ее желательно уточнить в процессе эксплуатации в пределах назначенного ресурса объекта и на этом ос­новании корректировать величину Т_ост.

Аналогичная по смыслу методика начинает применяться и в нормативно-технических документах, действующих в России. Так, в РД 12-411- 01 «Инструкция по диагностированию технического состояния подземных стальных газопроводов» указывается, что по­вреждение труб в виде коррозийных язв (питтингов) приводит к не­равномерному распределению напряжений в стенке газопровода, увеличивая их в местах наиболее глубоких повреждений. Расчетный остаточный ресурс с учетом размеров язвенной (питтинговой) кор­розии и действующих напряжений определяют по формуле

где h_пред - критическая (предельная) глубина дефекта при действую­щем уровне напряжений и наибольшем размере L коррозийной язвы по ее верхней кромке:

где S_Н0М - начальная (номинальная) толщина стенки трубы, мм; P_ф - фактическое рабочее давление в газопроводе, МПа; б_т - пре­дел текучести металла трубы, МПа; а_кt - усредненная скорость роста коррозии, мм/г: