1.5 Дефекты трубопроводных конструкций и причины их возникновения

Дефект – это любое несоответствие регламентированным нормам. Главной причиной появления дефектов является отклонение рабочего параметра от нормативного значения, обоснованного допуском.

Дефекты трубопроводных конструкций подразделяются на:

Дефекты труб;

Дефекты сварных соединений;

Дефекты изоляции.

Различают следующие дефекты труб:

Металлургические – дефекты листов и лент, из которых изготавливаются трубы, т.е. различного рода расслоения, прокатная плена, вкатанная окалина, поперечная разнотолщинность, неметаллические включения и др.

Технологические – связаны с несовершенством технологии изготовления труб, которые условно можно разделить на дефекты сварки и поверхностные дефекты (наклеп при экспандировании, смещение или угловатость кромок, овальность труб)

Строительные – обусловлены несовершенством технологии строительно-монтажных работ, нарушениями технологических и проектных решений по транспортировке, монтажу, сварке, изоляционно-укладочным работам (царапины, задиры, вмятины на поверхности труб).

Причины возникновения дефектов труб

Существующая технология прокатки металла, технология непрерывной разливки стали на отдельных металлургических заводах является одной из причин изготовления некачественных труб. Нередки случаи разрушения по причине расслоения металла.

На трубных заводах входной контроль сырья несовершенен или полностью отсутствует. Это приводит к тому, что дефекты сырья становятся дефектами труб.

При изготовлении труб приходится подвергать металл нагрузкам, при которых он работает за пределом текучести. Это приводит к появлению наклепа, микрорасслоений, надрывов и других скрытых дефектов. Из-за кратковременности последующих заводских испытаний труб (20…30 с) многие скрытые дефекты не выявляются и «срабатывают» уже в процессе эксплуатации МТ.

В недостаточной степени контролируется заводами и геометрическая форма труб. Так, на трубах диаметром 500…800мм смещение кромок достигает 3мм (при норме для спирально-шовных труб 0,75…1,2мм), овальность – 2%

Механические воздействия при погрузочно-разгрузочных, транспортных и монтажных операциях приводят к появлению на трубах вмятин, рисок, царапин, задиров

При очистке трубопроводов скребками-резцами возникают дефекты пластической деформации локальных участков поверхности трубы – риски, подрезы и т.д. Эти концентраторы напряжений являются потенциальными очагами развития коррозионно-усталостных трещин. Очистка трубопроводов с помощью проволочных щеток исключает повреждения труб в виде подрезов, но при определенных режимах обработки приводит к деформациям поверхности металла, снижающим его коррозионную стойкость.

Коррозионные повреждения труб (внешние - в местах нарушения сплошности изоляции, а внутренние - в местах скоплений воды)

Дефект сварного соединения – это отклонения разного рода от установленных норм и технических требований, которые уменьшают прочность и эксплуатационную надежность сварных соединений и могут привести к разрушению всей конструкции. Наиболее часто встречаются дефекты формы и размеров сварных швов, дефекты макро- и микроструктуры, деформация и коробление сварных конструкций.

Нарушение формы и размеров шва свидетельствуют о наличии таких дефектов, как наплывы (натеки), подрезы, прожоги, незаваренные кратеры.

Наплывы – чаще всего образуются при сварке горизонтальными швами вертикальных поверхностей, в результате натекания жидкого металла на кромки холодного основного металла. Они могут быть местными (в виде отдельных застывших капель) или протяженными вдоль шва. Причинами возникновения наплывов являются большая сила сварочного тока, длинная дуга, неправильное положение электрода, большой угол наклона изделия при сварке на подъем и спуск.

Подрезы – представляют собой углубления, образующиеся в основном металле вдоль края шва. Подрезы образуются из-за повышенной мощности сварочной горелки и приводят к ослаблению сечения основного металла и разрушению сварного соединения.

Прожоги – это проплавление основного или наплавленного металла с возможным образованием сквозных отверстий. Они возникают вследствие недостаточного притупления кромок, большого зазора между ними, большой силы сварочного тока или мощности горелки при невысоких скоростях сварки. Особенно часто прожоги наблюдаются в процессе сварки тонкого металла и при выполнении первого прохода многослойного шва, а также при увеличении продолжительности сварки, малом усилии сжатия и наличии загрязнений на поверхностях свариваемых деталей или электродах (точечная и шовная контактная сварка).

Незаваренные кратеры – образуются при резком обрыве дуги в конце сварки. Они уменьшают сечение шва и могут явиться очагами образования трещин.

К дефектам макроструктуры относят дефекты: газовые поры, шлаковые включения, непровары, трещины, выявляемые с помощью средств оптики (увеличение не более чем в 10 раз).

Газовые поры – образуются в сварных швах вследствие быстрого затвердевания газонасыщенного расплавленного металла, при котором выделяющиеся газы не успевают выйти в атмосферу.

Рисунок 2 – Газовые поры

Такой дефект наблюдается при повышенном содержании углерода в основном металле, наличии ржавчины, масла и краски на кромках основного металла и поверхности сварочной проволоки, использовании влажного или отсыревшего флюса.

Шлаковые включения – результат небрежной очистки кромок свариваемых деталей и сварочной проволоки от окалины, ржавчины и грязи, а также (при многослойной сварке) неполного удаления шлака с предыдущих слоев.

Они могут возникать при сварке длинной дугой, неправильном наклоне электрода, недостаточной силе сварочного тока, завышенной скорости сварки. Шлаковые включения различны по форме (от сферической до игольчатой) и размером (от микроскопической до нескольких миллиметров). Они могут быть расположены в корне шва, между отдельными слоями, а также внутри наплавленного металла. Шлаковые включения ослабляют сечение шва, уменьшают его прочность и являются зонами концентрации напряжений.

Рисунок 3 – Шлаковые включения

Непровары – местное несплавление основного металла с наплавлением, а также несплавление между собой отдельных слоев шва при многослойной сварке из-за наличия тонкой прослойки окислов, а иногда и грубой шлаковой прослойки внутри швов.

Рисунок 4 – Непровары

Причинами непроваров являются: плохая очистка металла от окалины, ржавчины и грязи, малый зазор в стыке, излишнее притупление и малый угол скоса кромок, недостаточная сила тока или мощности горелки, большая скорость сварки, смещение электрода в сторону от оси шва. Непровары по сечению шва могут возникнуть из-за вынужденных перерывов в процессе сварки.

Трещины – в зависимости от температуры образования подразделяют на горячие и холодные.

Рисунок 5 – Трещины

Горячие трещины появляются в процессе кристаллизации металла шва при температуре 1100 – 1300 С. Их образование связано с наличием полужидких прослоек между кристаллами наплавленного металла шва в конце его затвердевания и действием в нем растягивающих усадочных напряжений. Повышенное содержание в металле шва углерода, кремния, водорода и никеля также способствует образованию горячих трещин, которые обычно располагаются внутри шва. Такие трещины выявить трудно.

Холодные трещины возникают при температурах 100 – 300 С в легированных сталях и при нормальных (менее 100 С) температурах в углеродистых сталях сразу после остывания шва или через длительный промежуток времени. Основная причина их образования – значительное напряжение, возникающее в зоне сварки при распаде твердого раствора и скопление под большим давлением молекулярного водорода в пустотах, имеющихся в металле шва. Холодные трещины выходят на поверхность шва и хорошо заметны.

К дефектам микроструктуры сварного соединения относят

Микропоры,

Микротрещины,

Нитридные, кислородные и другие неметаллические включения,

Крупнозернистость,

Участки перегрева и пережога.

Дефекты изоляции - нарушение сплошности; адгезия; заниженная толщина; гофры; морщины; задиры; царапины; проколы.

Основные причины образования дефектов изоляционного покрытия на трубопроводах:

при хранении и подготовке материалов – засорение битума и обводнение готовой мастики и ее составляющих;

при приготовлении грунтовки и мастики – небрежная дозировка составляющих; несоблюдение режима разогревания котла; недостаточное размешивание битума при приготовлении грунтовки;

при нанесении грунтовки и битумной мастики – загустение грунтовки; образование пузырьков на поверхности трубопровода; оседание пыли на поверхность труб; пропуски грунтовки и мастики на поверхности трубопровода и особенно около сварных швов; неровное нанесение мастики; охлаждение мастики; конструктивные недостатки изоляционной машины;

при нанесении армирующих и оберточных рулонных материалов – нарушение однородности покрытия; выдавливание слоя мастики; недостаточное погружение стеклохолста в мастику;

при нанесении полимерных лент – сквозные отверстия в ленте; несплошной клеевой слой; неравномерность толщины ленты в рулоне; неправильная регулировка намоточной машины; нарушение температурного режима нанесения ленты; плохая очистка поверхности труб;

при укладке трубопровода – нарушение технологии укладки, особенно при раздельном способе укладки; захват изолированных труб тросом; трение трубопровода о стенки траншеи при укладке; отсутствие подготовки дна траншеи; отсутствие подсыпки не менее 10см дна траншеи на участках с каменистыми и щебенистыми грунтами; плохое рыхление мерзлых грунтов и особенно отсутствие регулировки изоляционных машин;

при эксплуатации трубопровода – действие грунта; вес трубопровода; почвенные воды; микроорганизмы; корни растений; температурные воздействия; агрессивность грунта.

Ущерба. Рисунок 3.6 - Схема процесса формирования дерева событий и поиска пути движения по нему. 4. Программное обеспечение ситуационного управления безопасностью магистральных газопроводов 4.1 Описание программы управления безопасностью магистральных газопроводов Программа предназначена для работы в операционных средах MicroSoft Windows 98/NT/XP. Windows обеспечивает удобный и...

КВт (2200 л.с.) разработки этой же фирмы. С конца 1940-х гг. ГТД начинают применяться для привода морских судовых движителей, а с конца 1950-х гг. - в составе газоперекачивающих агрегатов (ГПА) на магистральных газопроводах для привода нагнетателей природного газа. Таким образом, постоянно расширяя область и масштабы своего применения, ГТД развиваются в направлении повышения единичной мощности, ...

Ремонт дефектов основного металла трубы (вмятины, гофры, коррозия, потеря металла, задиры, расслоения, трещины и т.п.) предлагается выполнять с помощью специального оборудования. Универсальная подводная камера (кессон) предназначена для устранения повреждений подводных переходов нефтепроводов в сухих условиях под нормальным давлением с применением тех же методов ремонта, что и на поверхности.

Данная камера позволяющая производить ремонт дефектных участков труб различными способами (установка приварных муфт, установка композитных муфт, врезка катушек, шлифовка, сварка и т.п.), ремонт изоляции магистрального газопровода и другие работы сухим способом на трубах диаметром до 1420 мм. Рабочая глубина - до 30 м.

Камера в разобранном виде может быть оперативно доставлена в любой район любым видом транспорта, в т.ч. авиационным. Оборудование запатентовано, имеет сертификат соответствия ГОСТ Р и разрешение на применение Ростехнадзора.

Сварщики аттестованы на I уровень в системе НАКС с допуском работы на нефтегазодобывающем оборудовании с учетом дополнительных требований АК «Транснефть»

Установка подводной камеры (кессона) при ремонте Магистрального нефтепровода или газопровода:

Рисунок 7 Универсальная подводная камера (кессон) для ремонта газопровода - взгляд изнутри

Рисунок 8 Классификация дефектов трубопровода (магистрального нефтепровода и газопровода)

Дефекты нефтепровода подразделяются на дефекты, подлежащие ремонту (ДПР), из которых по степени опасности выделяются дефекты первоочередного ремонта (ПОР).

Дефект, подлежащий ремонту, - каждое отдельное несоответствие нормативным документам: стенки, сварных швов, геометрических форм трубы, а также соединительные, конструктивные детали и приварные элементы на нефтепроводе или входящие в его состав, не соответствующие нормативным документам.

Дефект первоочередного ремонта - дефект, ограничивающий эксплуатацию участка нефтепровода на срок 1 год и менее и снижающий проектную несущую способность нефтепровода, а также дефект, подлежащий ремонту для которого не определяется прочность и долговечность.

Дефекты геометрии трубы

"Вмятина" - местное уменьшение проходного сечения трубы на длине меньшей, чем 1,5 номинального диаметра трубы D, без излома оси нефтепровода, возникшее в результате поперечного механического воздействия.

"Гофр" - уменьшение проходного сечения трубы, сопровождающееся чередующимися поперечными выпуклостями и вогнутостями стенки, в результате потери устойчивости от поперечного изгиба с изломом оси нефтепровода.

"Сужение" - уменьшение проходного сечения трубы длиной 1,5 номинального диаметра трубы и более, при котором сечение трубы имеет отклонение от окружности (Dн-d)/Dн, 2% и более, где Dн - номинальный наружный диаметр трубы, d - минимальный измеренный наружный диаметр трубы.

Дефекты стенки трубы

"Потеря металла" - локальное уменьшение толщины стенки трубы в результате коррозионного повреждения нефтепровода. Потери металла делятся на объединенные и одиночные. Объединенная потеря металла - это группа из двух и более коррозионных дефектов, объединенных в единый дефект, если расстояние между соседними дефектами меньше или равно значения 4-х толщин стенки трубы в районе дефектов. Одиночная потеря металла - это один дефект потери металла, расстояние от которого до ближайших потерь металла превышает значение 4-х толщин стенки трубы в районе дефекта.

"Уменьшение толщины стенки" - плавное утонение стенки, образовавшееся в процессе изготовления горячекатаной трубы или технологический дефект проката.

"Расслоение" - внутреннее нарушение сплошности металла трубы в продольном и поперечном направлении, разделяющее металл стенки трубы на слои, технологического происхождения. "Расслоение с выходом на поверхность” (закат, плена прокатная) - расслоение, выходящее на внешнюю или внутреннюю поверхность трубы."Расслоение в околошовной зоне" - расслоение, примыкающее к сварному шву (расстояние линии перехода шва к основному металлу до края расслоения меньше или равно значения 4-х толщин стенки трубы).

"Трещина" - дефект в виде разрыва металла стенки трубы нефтепровода.

"Дефект поверхности" - дефект проката на поверхности трубы (раскатанное загрязнение, рябизна, чешуйчатость, перегрев поверхности, вкатанная окалина, раковины от окалины, раковины вдавливания), не выводящий толщину стенки трубы за предельные размеры по ГОСТ 19903-74.

Дефекты сварного соединения (шва)

Трещина, непровар, несплавление - дефекты в виде несплошности металла по сварному шву. Поры, шлаковые включения, утяжина, подрез, превышение проплава, наплывы, чешуйчатость, отклонения размеров шва от требований нормативных документов - "аномалии" поперечного, продольного, спирального сварного шва.

Смещение кромок - несовпадение уровней расположения внутренних и наружных поверхностей стенок сваренных (свариваемых) труб (для поперечного сварного шва) или листов (для спиральных и продольных швов) в стыковых сварных соединениях.

Косой стык - сварное стыковое соединение трубы с трубой (с катушкой, с соединительной деталью магистрального нефтепровода), в котором продольные оси труб расположены под углом друг к другу. Соединение с углом расположения осей труб друг к другу 3 градуса и более классифицируется как дефект "косой стык" поперечного сварного шва.

Порядок проведения ремонта магистрального трубопровода (нефтепровода, газопровода). Устранение дефектов трубопровода (нефтепровода, газопровода) подлежащих ремонту производится выборочным ремонтом отдельных дефектов в соответствии с методами, регламентированными настоящим документом, и при капитальном ремонте с заменой трубы и с заменой изоляции. При капитальном ремонте с заменой изоляции газопровода должен производиться ремонт всех имеющихся на данном участке дефектов, подлежащих ремонту, с последующей заменой изоляции. Подробнее о технологии замены изоляции магистрального трубопровода (нефтепровода, газопровода)

Способы кап. ремонта по восстановлению стенки МТП.

Дефекты стенки МТП.

ТЕХНОЛОГИЯ ЗАМЕНЫ ПОВРЕЖДЕННОГО УЧАСТКА НЕФТЕПРОВОДА

Виды ремонтных работ на линейной части МТП.

Ремонт поврежденного участка тр-да путем его заме­ны производят при обнаружении (наличии):

трещины длиной 50 мм и более в сварном шве или основ­ном металле трубы;

разрыва кольцевого (монтажного) шва;

разрыва продольного (заводского) шва и металла трубы;

вмятины глубиной, превышающей 3,5%диаметра трубы;

царапины глубиной более 30% толщины стенки и длиной 50 мм и более.

В зависимости от принятой технологии ведения работ за­мена участка трубы может осуществляться: с остановкой пе­рекачки нефти по трубопроводу на весь период восстанови­тельных работ, при этом аварийный участок может полно­стью или частично освобождаться от нефти; с прокладкой обводной (байпасной) линии, требующей остановки перекачки лишь на период ее монтажа и подсоеди­нения.

После остановки перекачки обнаруженный аварийный участок перекрывают от остальной трассы двумя линейными задвижками. При авари­ях на нефтепроводах с системой телемеханизации происходит автоматическое отключение насосных агрегатов и лока­лизация поврежденного участка линейными задвижками.

См. вопр.22

Дефекты стенки трубы - это дефекты, не приводящие к изменению проходного сечения трубы. Они делятся на следующие группы:

потеря металла (коррозия, эрозия, вмятина в прокате, забоина, задир, рванина) - изменение номинальной толщины стенки трубы, характеризующееся локальным утонением в результате механического или коррозионного повреждения или обус­ловленное технологией изготовления;

риска (царапина) - потеря металла стенки трубы, происшедшая в результате взаимодействия стенки трубы с переме­щающимся по ней твердым телом;

расслоение - несплошность металла стенки трубы; обычно является раскатанным скоплением неметаллических включений;

изменение толщины стенки - плавное утонение стенки трубы, образовавшееся в процессе изготовления трубы или листового проката;

трещина - разрыв основного металла стенки трубы, характеризующейся малым поперечным размером;

дефект св. шва (непровар, пора, шлаковое включение, подрез, трещина сварного шва) - дефект в самом св. шве или ОШЗ, возникший вследствие нарушения технологии сварки.

По степени влияния на несущую способность нефтепрово­да дефекты классифицируются на опасные и неопасные.

К опасным дефектам относятся:

дефекты геометрии, примыкающие к сварным швам или непосредственно на швах, если их измеренная глубина пре­вышает по величине 3% от номинального наружного диамет­ра трубы;

дефекты, опасные по результатам расчета на статическую прочность (расчетное давление разрушения дефектной трубы ниже заводского испытательного давления);

дефекты стенки, связанные с потерей металла, с остаточ­ной толщиной стенки трубы на уровне технически возмож­ного минимального предела измерения снаряда-дефектоскопа.

Опасные дефекты подлежат выборочному ремонту в соответствии с установленными методами ремонта опасных дефектов.

К неопасным относятся дефекты, для которых расчетное давление разрушения дефектной трубы не ниже заводского испытательного давления. Эксплуатация НП при наличии неопасных дефектов допускается без ограничений на режимы перекачки в межинспекционный период.

По критерию необходимости проведения дополнительного дефектоскопического контроля (ДДК) дефекты подразделяют­ся на требующие ДДК и не требующие ДДК.

Ряд дефектов труб и сварных швов ремонтируют без вырез­ки дефектного участка. Коррозионные язвы могут завари­ваться при ремонте нефтепроводов под давлением перекачи­ваемой нефти до 3,5 МПа.

Повреждения стенки трубопровода глубиной до 5% от толщины трубы (царапины, язвы, задиры, забоины) ликвиди­руют шлифованием. При этом толщина стенки не должна быть выведена за пределы минусового допуска труб.

Коррозионные повреждения глубиной более 5% от тол­щины стенки труб могут быть отремонтированы в соответ­ствии с "Инструкцией по безопасному ведению сварочных работ при ремонте нефте- и продуктопроводов под давлени­ем". При наличии сплошной коррозии ремонт нефтепровода производят путем приварки накладных усилительных элемен­тов (заплат, муфт).

Технология заварки коррозионных повреждений состоит из двух этапов: подготовительной работы (зачистка поверх­ности) и непосредственно заварки. Место заварки зачищают до металлического блеска в радиусе не менее двух диаметров повреждений (наибольших линейных размеров). Зачистку поверхности можно проводить вручную с использованием пес­коструйных аппаратов. Возможно применение других мето­дов очистки (например, химического) для полного удаления продуктов коррозии.

В случае обнаружения вмятин глубиной до 3,5% от диа­метра тр-да разрешается выправлять их с помощью безударных устройств.

Повреждения тр-да в виде свищей и трещин дли­ной до 50 мм ремонтируют без опорожнения от перекачи­ваемого продукта приваркой накладных элементов заплат, хомутов, муфт.

Размеры накладных элементов и муфт должны перекры­вать место дефекта не менее чем на 40 мм от его краев. За­плата должна иметь эллипсовидную форму. Длина муфты без технологических колец должна быть в пределах 150-300 мм. При длине муфты более 300 мм должны быть использованы технологические кольца.

23. Кап. ремонт дефектов с вырезкой «катушки».

Данная схема может быть использована при выборочном ремонте участков нефтепровода, имеющих опасные дефекты, т.е. нарушение геометрии стенок труб (вмятины, гофры) выше допустимых пределов.

Ремонт производится с вырезкой дефектного места ТП и заменой на новый с остановкой перекачки. Длина вырезаемого дефектного участка должна быть больше самого дефекта не менее чем на 100 мм с каждой стороны. Мини­мально допустимая длина "катушки" - не менее диаметра ре­монтируемого нефтепровода.

Работа начинается с подготовки рабочей документации по данным внутритрубной дефектоскопии.

Ремонт дефектного участка на месте начинается с вскры­тия дефектного участка и подготовительных работ по откач­ке нефти.

Вскрытие дефектного участка и разработка котлована для производства демонтажно-монтажных работ осуществляются одноковшовым экскаватором. Подкоп под нефтепроводом можно выполнить одновременно при вскрытии экскаватором с поворотным ковшом или вручную.

Очистка вскрытого участка нефтепровода от старого изо­ляционного покрытия выполняется очистным устройством или вручную, после чего проводится тщательный осмотр ТП на отсутствие выхода продукта.

Промерив расстояние между обработанными концами нефтепровода, подготавливают "катушку" из заранее опрессованной трубы или трубу в целом.

При наличии приспособления для разметки трубы возмож­на первоначальная подготовка "катушки" заданной длины, по габаритам которой производятся разметка и подготовка кон­цов нефтепровода.

"Катушку" к ТП пристыковывают трубоуклад­чиком или автокраном, собирают стык с применением на­ружных центраторов и фиксируют стыкуемые концы при помощи прихваток равномерно по периметру.

Требования к квалификации сварщиков, сборке, сварке и контролю качества сварных соединений нефтепроводов оста­ются такими же, как и при строительстве новых нефтепро­водов.

Контроль качества сварных швов - визу­альный и радиографический независимо от категории участ­ков ТП. При удовлетворительном качестве сварно­го шва технологические отверстия заглушаются металличес­кими пробками и обвариваются после заполнения трубопро­вода нефтью до выхода на рабочий режим.

Если при опорожнении трубопровода нефть откачивалась в земляной амбар или резинотканевые резервуары, то необ­ходимо закачать ее в ремонтируемый нефтепровод до возоб­новления перекачки по нему воды и демонтировать схему об­вязки нефтепровода с закачивающим насосным агрегатом.

Следующей значительной и сложной технологической опе­рацией является удаление воздуха из нефтепровода.

Очистку и нанесение изоляционного покрытия на нефте­провод ремонтируемого участка выполняют соответствующи­ми очистными и изоляционными устройствами или вручную. Это зависит от протяженности участка, диаметра труб и типа изоляционного покрытия.

Работы заканчиваются рекультивацией плодородного слоя почвы, планировкой и очисткой близлежащей территории, восстановлением трассовых сооружений, знаков и т.д., если они были нарушены в процессе производства работ.

При изготовлении холоднодеформированных стальных труб возможно появление дефектов в виде брака, причинами которых могут быть: применение некачественной исходной заготовки (бесшовной или сварной), нарушение деформационно-скоростных режимов прокатки и волочения, режимов формовки и сварки труб, нарушение режимов термической обработки, правки, резки и других отделочных операций, применение изношенного технологического инструмента.

На рис. 83- 85 показаны дефекты холоднодеформиронанных стальных труб. При неправильной настройке стана на трубах возможно появление самых разных дефектов. Так, при больших зазорах между калибрами на станах ХПТ металл затекает в них во время рабочего хода клети. При этом на поверхности рабочего конуса появляются острые боковые выступы (усы), которые при обратном ходе клети вдавливаются в металл, образуя на поверхности труб глубокие рванины, расположенные по спирали в соответствии с yглом поворота заготовки и называемые закатами. При установке завышенной подачи на трубах возможны закаты, волнистость по наружной поверхности (выводящая трубы за пределы допусков по диаметру и овальности), а также разностенность.

Рис.83 – Виды брака бесшовных холоднокатаных стальных труб:

а – усы; б – наружная волнистость; в – вмятины

Рис.84 – Виды разрушения труб при прокатке на стане ХПТ

Рис.85 – Трещины и морщины на внутренней поверхности особотолстостенных труб после безоправочного волочени (сечение на фото справа, ×100)

При смещении одного калибра относительно другого на поверхности труб образуются вмятины. Обычно они появляются на поверхности трубы по спирали в соответствии с углом поворота трубы.

Задиры на внутренней поверхности образуются при прокатке труб из низколегированных и коррозионностойких сталей в результате налипания частиц металла на поверхность оправки.

Завышенные обжатия по диаметру и толщине стенки (иногда при отсутствии необходимого инструмента) могут привести к трещинам на поверхности труб (рис. 84).

Неправильная настройка механизма поворота, в результате которого поворот происходит слишком рано (труба еще не освободилась от калибров) или поздно (на трубу уже начали накатываться калибры), приводит к поперечным рискам (задирам) на наружной поверхности труб.

Неправильная установка оправки в очаге деформации, когда ее передний конец попадает в предкалибрующий участок и наносит острыми кромками на внутренней поверхности трубы кольцеобразные отпечатки, также является причиной брака. При холодной прокатке очень важно выполнение требования по чистоте заготовок и смазки: попавшие частицы окалины «схватываются» с оправкой, а на внутренней поверхности труб образуются задиры и раковины. Применение инструмента некачественного, - изготовленного с отступлением от требований нормалей или же вышедшего из строя при эксплуатации, также приводит к браку.

Например, установка на стан калибров с недостаточной шири-ной ручья или несоответствие профиля ручья калибров конусности оправки являются причиной закатов. При износе калибрующего участка калибров на трубах появляются вмятины.

В табл. 35 приведены основные виды брака труб при прокатке на станах ХПТ, ХПТР и меры устранения дефектов.

Таблица 35. Основные виды брака при холодной прокатке стальных труб на станах ХПТ, меры предупреждения и устранения

Виды брака	Причины брака	Меры предупреждения и устранения
Закат	Образование закатов усов при прокатке из-за чрезмерных зазоров между калибрами большой подачи, недостаточной ширины ручья или несоответствия профиля ручья калибров конусности оправки	Уменьшить зазоры между калибрами, проверить глубину ручья, его ширину и развалку, уменьшить подачу и избегать бросков; сменить калибры, если закаты продолжаются
Вмятины	Вдавливание реборд калибра в трубу, смещение калибров относительно другого в горизонтальной плоскости, резкий переход от глубины к ширине ручья	Установить нормальный зазор между калибрами, выровнять калибры в горизонтальной плоскости, проверить развалку калибра и подшлифовать калибр
Волнистость на наружной поверхности	Чрезмерная подача, плохая обработка перехода зева поворота к калибрующему участку, изношенность калибрующего участка, смещение оси патрона относительно оси прокатки	Уменьшить подачу, проверить калибровочный участок на конусность, устранить несовпадение оси патрона относительно оси прокатки, проверив износ катков и опорных брусьев
Граненность	Изношенность калибров с образованием пологих продольных углублений из-за обжатия в одних и тех же местах утолщенной стенки, соответствующей выпускам калибров	Сменить калибры, для предупреждения граненности применять калибры с достаточной твердостью после термической обработки
Кольцеобразные отпечатки	Неправильное положение оправки – ее конец находится в конце предотделочного участка, поломка оправки или образование на ней трещин	Следить за тем, чтобы передний конец оправки при крайнем положении относительно калибров находился у зева поворота, контроль за состоянием оправки
Поперечные риски и трещины	Чрезмерная деформация металла, пережим стенки между поверхностью ручья и оправки при неправильной расточке ручья	Проверка соответствия калибров и калибровке оправки, правильности расточки ручья, режима термообработки, которому была подвергнута труба
Отклонение размеров за пределы допусков	По толщине стенки: чрезмерное или недостаточное выдвижение оправки, повышенная подача заготовки, несоответствие размеров калибра и оправки. По наружному диаметру: неправильный зазор между калибрами, чрезмерная или недостаточная глубина ручья	Правильный подбор технологического инструмента, регулярная периодическая проверка размеров труб в процессе изготовления и размеров ручья в процессе его износа
Наружная волнистость	Большая поперечная и продольная разрозненность заготовки, чрезмерная развалка ручья, износ ручья калибра	Подбор инструмента в соответствии с калибровкой, установление правильного зазора между калибрами, применение заготовки с допусками по техническим условиям

При волочении труб возможно появление брака разных видов, причиной которых являются: низкое качество трубной заготовки (передельной трубы), нарушение технологического процесса волочения, низкое качество изготовления технологического инструмента (волок и оправок), неисправность волочильных станов и др. Ниже рассмотрены основные виды дефектов на трубах, которые встречаются при волочении.

Обрывы концов труб происходят в результате неправильно со-ставленного маршрута волочения (чрезмерно большие обжатия), неправильной настройки стана и калибровки технологического инструмента, отсутствия смазки, нарушения режима нагрева при забивке головок, высокой скорости волочения во время захвата трубы, неправильного выбора волок и оправок и т. д. Риски и задиры при волочении труб - из-за некачественной химической обработки, плохой подготовки труб к волочению, некачественной забивки головок, перекоса волоки, несоосности волочения, бракованного инструмента, налипания металла на инструмент, попадания твердых частиц в очаг деформации и т. д. В процессе настройки стана на первых трубах эти дефекты сразу же выявляются, и их необходимо устранить. Превышение допусков по диаметру труб происходит из-за неправильного выбора размеров волоки или оправки. Брак по диаметру иногда исправляют переназначением труб на другой (меньший) размер. Повышение допусков по толщине стенки является причиной неправильно выбранного размера технологического инструмента волок и оправок). Овальность труб образуется при правке труб, а также волочении в овальной волоке. Этот брак исправляют дополнительной правкой в правильных станах, однако требуется контроль абсолютного размера диаметра, так как при правке возможно изменение диаметра. Разностенностъ поперечного сечения труб обусловлена только наличием ее на заготовке. При короткооправочном волочении исходная поперечная разностенность почти не изменяется, а при волочении без оправки и на плавающей оправке она уменьшается. При волочении на длинной оправке разностенность определяется условиями обкатки, поэтому при изготовлении готовых труб после волочения на длинной оправке применяют безоправочное волочение. Поперечная разностенность появляется также из-за овальности волоки или оправки или несовпадения оси трубы с осью волочения. В этом случае работа стана должна быть остановлена и устранены причины, вызывающие разностенность труб. Пропуски в виде необжатых мест на трубах, подвергнутых справочному волочению, появляются из-за большой кривизны заготовки, а также неправильной настройки стана. Кольцеватость на трубах появляется из-за упругой деформации стержня, особенно при волочении длинных труб (Lr = 8...12 м) на короткой оправке. Дрожание труб происходит в процессе волочения на короткой оправке из-за некачественной смазки и плохой сушки труб перед волочением. Дрожание проявляется больше всего при волочении труб большой длины и с малым внутренним диаметром, т е. когда стержень оправки тонкий, но большой длины, и имеет большие продольные упругие деформации. Оправка перемещается периодически в очаге деформации, а на трубах образуются кольца. Этот дефект не всегда является браковочным признаком, но значительно снижает производительность стана и повышает обрывность труб. Устранить его можно повторной подготовкой труб или переходом на другой способ волочения, например, на плавающей оправке. Продольные трещины (растрескивание труб) образуются при волочении особотолстостенных труб без оправки, при превышении допустимой разовой или суммарной деформаций; при волочении труб без термической обработки за несколько проходов (см. рис.3). Объясняется это наличием больших (превышающих допустимые) остаточных тангенциальных растягивающих напряжений на наружной поверхности труб. Указанный вид брака характерен только для безоправочного волочения и исправлению не подлежит. При оправочном волочении неравномерность деформации по толщине стенки почти отсутствует и растрескивания труб не наблюдается. Для избежания появления этого дефекта на трубах следует строго придерживаться технологического маршрута изготовления труб.

Продольные складки от головки труб образуются при волочении тонкостенных и особотонкостенных труб без оправки в результате потери устойчивости трубы. Для устранения данного дефекта следует уменьшить степень деформации при безоправочном волочении или использовать другой способ волочения. Местное сужение поперечного сечения в виде ужимов образуется на наружной поверхности тянутых труб из-за вмятины на заготовке, волнистости, неравномерной по длине термической обработки и некачественной обкатки при длиннооправочном волочении. Данный дефект образуется при безоправочном волочении труб.

Возможны и другие виды брака, например, по газопроницаемости и проч., устранение которых требует лучшего качества заготовки и проведения специальных дополнительных операций.

Ремонт и улучшение поверхности бесшовных труб выполняют удалением местных дефектов, а также применением операций обточки, расточки, шлифовки и полировки наружной поверхности труб. Очищают внутреннюю поверхность труб продувкой сжатым воздухом под давлением 0,3…0,55 МПа. Длинномерные трубы (> 4 м) продувают воздухом с двух сторон, что обеспечивает более качественную очистку внутренней поверхности труб. После обезжиривания труб осматривают их внутреннюю поверхность, пользуясь перископом.

На рис. 86 - 90 показаны дефекты холоднодеформированных сварных труб.

Рис.86 – Разрушение концов стальных сварных труб при холодной прокатке

Рис.87 – Дефекты в виде задиров и рисок на внутренней поверхности труб после холодной прокатки (а) и волочения (б). (заготовка получена индукционной сваркой)

Рис.88 – Дефект в виде заката в месте сварного шва на внутренней поверхности холоднокатаных труб

Рис.89 – Характер расположения трещин на внутренней поверхности холоднокатаных сварных труб

Рис.90 – Дефекты глубиной до 0,2 мм и более на сварных трубах после короткооправочного волочения: а – микротрещина; б – закат, который образуется из-за непровара и смещения кромок на исходной заготовке

Контроль качества труб.

Для обеспечения соответствия качества труб требованиям ГОСТов и технических условий трубы подвергают контролю и испытаниям, большинство методов которых стандартизовано. Многие из них общие для всех видов металлопродукции, другие специфичны - используются для контроля качества труб специального назначения и обусловлены условиями применения труб и изделий из них.

Некоторые виды труб в соответствии с требованиями стандартов проходят испытание на гидравлическое давление в специальных прессах, где концы труб фиксируются в зажимах; внутрь трубы подается вода под давлением. Величина давления определяется стандартами в зависимости от назначения труб.

Готовые трубы подвергаются, в соответствии с требованиями ГОСТа, механическим и технологическим испытаниям на прочность и удлинение при растяжении, на твердость, раздачу, сплющивание, бортование, ударную вязкость, коррозионную устойчивость.

Контроль размеров готовых труб - наружного и внутреннего диаметров, толщины стенки, овальности наружной и внутренней поверхности, эксцентриситета, продольной и поперечной разностенности, кривизны, длины, отклонений фактических размеров и формы от номинальных выполняется измерительным инструментом - толщиномерами, длинномерами или ультразвуковыми методами.

Готовые трубы по качеству и химическому составу контролируют различными дефектоскопами, стилоскопами и другими приборами.

Помимо геометрических размеров к готовым трубам предъявляют также требования по шероховатости поверхности, химическому составу, структуре (макро- и микроструктуре) металла, межкристаллитной коррозии, загрязненности металла неметаллическими включениями. Контроль химического состава, макроструктуры межкристаллитной коррозии, микроструктуры, загрязненности металла неметаллическими включениями относится к общим методам испытаний металлопродукции. Поэтому в процессе производства таких труб контроль их качества выполняют с применением ультразвуковой дефектоскопии и дефектоскопии вихревыми токами, а также люминесцентным методом с использованием проникающих жидкостей.

Ультразвуковой метод контроля позволяет оценить точность геометрических размеров, качество наружной и внутренней поверхности труб, сплошность металла, величину зерна и другие параметры.

Для производства парогенераторных труб, применяемых в ядерно-энергетических установках с водой под высоким давлением, применяют стали и сплавы, обладающие высокой коррозионностойкостью и имеющие наименьшую склонность к образованию трещин и коррозии под напряжением.

Классификация дефектов труб. Все дефекты труб МГ можно разделить на следующие классы:

1. Отклонение оси трубы от проектного положения. 2. Нарушение формы поперечных сечений труб. 3. Дефекты стенки трубы и сварных соединений. К первому классу относятся: - всплывшие участки трубопровода; - арочные выбросы и выпучины; - провисы, просадки.
К всплывшим участкам относятся участки магистрального газопровода, потерявшие проектное положение оси в обводненном грунте с выходом на поверхность воды. Анализ и оценку несущей способности таких участков можно оценивать, используя рекомендации.
К арочным выбросам относятся участки магистрального газопровода, потерявшие в процессе эксплуатации проектное положение оси с выходом на дневную поверхность. По форме арочные выбросы подразделяются на симметричные и несимметричные (в виде одной полуволны синусоиды), на косогоре (со смещением оси в вертикальной плоскости) и типа «змейки» в горизонтальной плоскости (с двумя и более полуволнами). К выпучинам относятся участки трубы, выпучившиеся в результате морозного пучения грунтов, обычно при промерзании талых грунтов, вмещающих трубопровод.
Для анализа и оценки работоспособности таких участков необходимо использовать инструкции.
К провисам относятся оголенные участки трубы без опирания на грунт, возникающие, к примеру, в результате карстовых явлений или оттаивания вечномерзлых грунтов.
К просадкам относятся участки трубы на глинистых и лесовых грунтах, ось которых при повышении влажности выше определенного значения опускается ниже проектного уровня, или участки труб, проседающие при оттаивании вечномерзлых грунтов. Ко второму классу относятся: - овальность трубы; - вмятины; - гофры.
Овальность сечения - дефект геометрической формы сечения трубы (трубопровода), возникающий в результате превращения начального кольцевого сечения трубы в эллиптическое. Овальность сечений образуется при действии значительных внешних поперечных (радиальных) нагрузок на трубу (трубопровод). Овальность сечения определяется как отношение разности между максимальным Д и минимальным Д диаметрами в одном и том же сечении к номинальному диаметру. Оценка работоспособности такого участка определяется согласно Рекомендациям. Вмятина - местное изменение формы поверхности трубы, не сопровождающееся утонением стенки. Вмятина образуется в результате взаимодействия трубы с твердым телом, не имеющим острых кромок. Это взаимодействие может быть как статическим, так и динамическим.


Вмятина имеет, как правило, плавное сопряжение с остальной поверхностью трубы и поэтому не вызывает пиковой концентрации напряжений. В области вмятины имеются значительные остаточные изгибные (по толщине стенки трубы) пластические деформации. Эти деформации возникают как в поперечных, так и в продольных сечениях вмятины, но обычно максимальные их значения имеют место в поперечном (кольцевом) направлении.
Вмятина характеризуется поверхностными величиными (вдоль трубы и в кольцевом направлении) и глубиной.
При обследовании МГ рекомендуется обращать внимание на возможность наличия вмятины в зоне нижней образующей газопровода. Зона нижней образующей (5–6–7 часов) является наиболее подверженной образованию вмятин как в процессе сооружения, так и эксплуатации.


Гофр - поперечная складка на поверхности трубы. Характеризуется глубиной, которую обычно соизмеряют с толщиной стенки трубы.
Гофры обычно образуются при изоляционно-укладочных работах или при холодном изгибе труб. В редких случаях гофры могут образовываться в процессе эксплуатации МГ на углах поворота трассы при значительных перемещениях криволинейного участка МГ вследствие действия внутреннего давления и температуры и при прохождении трубопровода в слабонесущих грунтах.
К третьему классу относятся дефекты стенок труб металлургического происхождения и образовавшиеся при транспортировке, сооружении и эксплуатации МГ. Дефекты стенок труб металлургического происхождения: - расколы; - расслоения; - закаты; - плены; - рванины; - ликвация; - риски.
Трещины - узкий разрыв металла, направленный к поверхности стенки трубы под углом, близким к 90°. Могут быть сквозными и несквозными.
Расслоение - несплошность металла, ориентированная параллельно поверхности стенки трубы.
Закат - несплошность металла в направлении прокатки листа на значительной длине.
Плена - отслоение металла различной толщины и величины, вытянутое в направлении прокатки и соединенное с основным металлом одной стороной.
Рванина - раскрытый глубокий окисленный разрыв поверхности металла разнообразного очертания, расположенный поверх или под углом к направлению прокатки.
Ликвация - повышенное содержание неметаллических включений. Риска - продольная канавка, образовавшаяся в результате взаимодействия трубы с острыми выступами при прокатке (изготовлении) труб.
Дефекты стенок труб, образовавшиеся при транспортировке труб, сооружении и эксплуатации МГ: - утонения стенки трубы на значительной площади; - локальные повреждения стенки трубы как единичные, так и групповые; - линейно-протяженные дефекты. Утонение стенки трубы на значительной площади обычно вызывается сплошной (равномерной или неравномерной) коррозией трубопровода. Критерием именно такого повреждения является то, что максимальные напряжения в ослабленной зоне не зависят от поверхностных размеров дефекта, а определяются только в зависимости от минимальной толщины стенки в зоне утонения.
В дефектах типа утонений практически отсутствуют пиковые концентрации напряжений.
Локальное повреждение стенки трубы - это дефект стенки с присущими величиными, сопоставимыми с ее толщиной (но не более 5 толщин). К этим повреждениям относится питтинговая коррозия, каверны различного происхождения, забоины.
Линейно-протяженные дефекты - относительно длинные поверхностные повреждения стенок труб, у которых один размер -длина во много раз превышает два других - ширину и глубину. К линейно-протяженным дефектам относятся: - царапины; - задиры.
Царапины - дефект, поперечное сечение того имеет треугольную или трапецевидную форму малой ширины.
Задир - отличается от царапины несколько большей шириной и зазубренными краями.
Происхождение этих дефектов имеет механический характер. Прочность газопровода с подобными дефектами определяется степенью концентрации напряжений в сечении дефекта. Линейно-протяженные дефекты дополнительно характеризуются углом между направлением дефекта и образующей трубопровода. Чем этот угол меньше, тем опаснее дефект. Указанная классификация является качественной, а количественные оценки и расчеты опасности дефектов представлены в специально разработанных методиках по классам дефектов.