Розроблення ізоляційно-композитного покриття для підвищення міцності нафтогазопроводів з тривалим терміном експлуатації

Abstract

У дисертації запропоновано нове ізоляційне покриття та методи і засоби його нанесення, з метою суміщення протикорозійного захисту нафтогазопроводів з підвищенням їх опору механічному руйнуванню, в тому числі на стадії росту коротких втомних тріщин. Розроблено ізоляційно-композитне покриття на основі епоксидної смоли, армоване склотканиною, яке відзначається високими термостійкістю, міцністю, адгезією до сталевих труб та протикорозійними властивостями. Встановлено особливості росту коротких тріщин у сталі 17Г1С газопроводу та виявлено, що тривала експлуатація трубопроводу незначно зменшила циклічну тріщиностійкость сталі за пульсівної асиметрії навантаження, проте з її підвищенням прогнозується зростання негативного впливу експлуатації. Розроблено спосіб підвищення опору поширення коротких втомних тріщин у трубних сталях нанесенням плинної складової ізоляційного покриття, що штучно створює ефект закриття тріщини, чим суміщається протикорозійний захист з підвищенням циклічної тріщиностійкості металу. Досліджено напружений стан сталевого трубопроводу, вкритого тришаровим композиційним покриттям та встановлено, що ізоляційно-композитне покриття незначно зменшує напруження у бездефектній трубі та є відчутним у трубі з тріщиною.

В диссертации предложено новое изоляционно-защитное покрытие, а также методы и средства его нанесения, с целью совмещения противокоррозионной защиты нефтегазопроводов с повышением их сопротивления механическому разрушению, в том числе на стадии роста коротких усталостных трещин. Разработано изоляционно-композитное покрытие на основании эпоксидной смолы, армированное стеклотканью, назначенное для изоляции нефтегазопроводов диаметром 500 - 720 мм класса А и класса Б, которое отличается высокими термостойкостью, прочностью, адгезией к стальным трубам, изоляционными и противокоррозионными свойствами. Решена задача создания способа предупреждения развития трещиноподобных и коррозионных дефектов поверхности трубопроводов путем применения нового, разработанного автором состава многокомпонентного композитного покрытия и способа его нанесения. Способ обеспечивает высокую технологичность и простоту нанесения покрытия, поскольку монтаж данных покрытий не нуждается в достижении особенных контролируемых параметров, таких как очистка поверхности труб до металлического блеска и нагревание до определенной температуры. Способ эффективен в условиях, когда нагревание трубы при нанесении изоляции недопустимо. Защитное покрытие, которое получают согласно данному способу для защиты труб от повреждений, отмечается термостойкостью, прочностью, высокой адгезией к стальным трубам, высокими изоляционными и противокоррозионными свойствами. Ударная прочность полученного покрытия составляет 15 Дж, что отвечает усиленному покрытию класса В. Установлены особенности роста коротких усталостных трещин в стали 17Г1С газопровода и выявлено, что длительная эксплуатация незначительно уменьшила циклическую трещиностойкость стали при пульсирующем цикле нагрузки, но с ее повышением прогнозируется увеличение отрицательного влияния эксплуатации. По значениям порогового размаха коэффициента интенсивности напряжений вычислена граница усталости металла з короткими трещинами. Для нагрузки, близкой к пульсирующей, наблюдается увеличение границы усталости в узком диапазоне коротких трещин, что обусловлено эффектом закрытия трещин. Длительная эксплуатация газопровода проявилась в снижении границы усталости металла. Разработан способ повышения сопротивления распространению коротких усталостных трещин в трубных сталях нанесением на трубопровод под давлением текучей составляющей разработанного изоляционно-композиционного покрытия, что искусственно создает эффект закрытия трещин после ее затвердевания, чем совмещается противокоррозионная защита з повышением циклической трещиностойкости металла. Исследовано напряженное состояние стального трубопровода, покрытого трехслойным композиционным покрытием и определено, что оно незначительно уменьшает напряжения в бездефектной трубе, но ощутимо в трубе с трещиной. Определено концентрацию напряжений возле поверхностной трещины в трубе с покрытием при различных значениях ремонтного давления. Установлено, что разработанное покрытие уменьшает за счет навитой стеклопластиковой ленты напряжения в бездефектной трубе на 4,5 % и на 2,3 % соответственно при ррем=0 и при ррем=0,5р, а также уменьшает коэффициент интенсивности напряжений в окрестности вершины трещины на 12...25 %. Разработана конструкция автоматизированного устройства для намотки полимерно-композиционного бандажа на трубу с автоматизированным регулированием необходимого натяжения, плотностью прилегания к поверхности, необходимой толщиной намотки нахлесткой смежных витков, что позволяет достигать высокой прочности адгезионных покрытий с поверхностью металла.

The new isolative coating and the methods and facilities for its covering are proposed in the dissertation, with a goal of a combination of oil and gas pipelines anticorro-sion protection and an increase of its resistance to mechanical fracture, including on the stage of short fatigue crack growth. The isolative-composition coating is developed on the base of epoxy resin, reinforced by glass-fabric, which is distinguished by high thermal resistance, strength, adhesion with steel pipes and anticorrosion properties The peculiarities of short fatigue crack growth in gas pipeline 17G1S steel are established ant it is revealed that long-term service of the pipeline decreased slightly fatigue crack growth resistance of the steel at the pulsatile load asymmetry but the negative influence of service is predicted to be increase with a rise of asymmetry. The method of an increase of fatigue short crack growth resistance in pipe steels by a deposit of the fluid component of the isolative coating what creates artificial crack closure effect and it combines anticorrosion protection with an increase of fatigue crack growth resistance of metal. Stress state of steel pipeline, covered by three layers composite coating, is investigated and it is established that it decreases slightly stresses in defectless pipe but noticeably in pipe with crack.