Analiza uzroka, scenarija i preventivnih mjera za pucanje čeličnih cijevi

Bit pucanja čeličnih cijevi je da je unutarnje naprezanje veće od granice razvlačenja/žilavosti loma materijala. Osim toga, postoje četiri glavna uzroka: materijalni nedostaci, procesni nedostaci, prekomjerna vanjska sila i korozija okoliša.

Od mikroskopskog zrnastog pucanja preko širenja mikro-pukotine do makroskopskih pukotina, javlja se u pet oblika: uzdužno pucanje, poprečno pucanje, obodno pucanje, pucanje na krajevima i pucanje zavara.

1. Razlozi-povezani s materijalom (inherentni nedostaci)

1. Uključci/segregacija faza u sirovinama
Tijekom proizvodnje čelika, ako sadržaj sumpora, fosfora, kisika i vodika premaši standard, nakupljaju se sulfidi i oksidi, koji narušavaju kontinuitet metalnih zrnaca i postaju izvori pukotina; ako je ekvivalent ugljika previsok, čelik postaje krt i ima slabu žilavost te je sklon hladnom pucanju.

2. Nedovoljna metalografska struktura
Gruba zrna, trakasta struktura, Vickersova struktura, otvrdnuti martenzit tvrda i krta struktura, značajno smanjena plastičnost, čak i neznatno naprezanje uzrokovat će pucanje.

3. Nejednaka debljina stijenke, prevelika eliptičnost
Jedna strana cijevi je deblja, a druga je tanja, naprezanje se koncentrira na području tankih-stjenki, a pukotine se prvenstveno javljaju pod naprezanjem.

4. Pukotine izazvane -vodikom (najčešće)
Tijekom proizvodnje čelika, ispiranja kiselinom, zavarivanja, procesa galvanizacije apsorbira se vodik, atomi vodika prodiru kroz rešetku, nakupljaju se stvarajući unutarnji tlak, pucaju zrna i uglavnom se manifestiraju kao odgođeno pucanje.

2. Razlozi proizvodnog procesa (defekti nakon-fabrikacije)

1. Neodgovarajući postupak toplog valjanja/hladnog izvlačenja

• Previsoka temperatura grijanja/hlađenja: Pregrijavanje dovodi do grubih zrna i nepotpunog kovanja; preniska temperatura rezultira slabom plastičnošću i izravnim kidanjem tijekom valjanja.
• Pretjerano smanjenje kotrljanja: Prekomjerna deformacija po jednom prolazu premašuje granicu tolerancije materijala, uzrokujući unutrašnje slojeve i mikro-pukotine.
• Nema međužarenja kod hladnog izvlačenja: Jako hladno otvrdnjavanje, prekomjerno zaostalo vlačno naprezanje i prirodno pucanje tijekom skladištenja i rezanja.

2. Defekti zavarenih čeličnih cijevi
Spiralno zavarivanje, zavarivanje ravnim šavom: Nedostatak penetracije, uključivanje troske, plinska poroznost, podrez, zavareni rub, zavar je slabo područje, koncentracija naprezanja uzrokuje izravno pucanje; prekomjerni unos topline zavarivanja, krtost u zoni utjecaja topline-.

3. Nepravilna toplinska obrada
Prebrzo hlađenje tijekom normalizacije i žarenja dovodi do stresa kaljenja; nedovoljno kaljenje, neoslobađanje zaostalog naprezanja i kasnije sporo pucanje.

4. Rezanje, skošenje, obrada skošenja
Piljenje, plameno rezanje stvara toplinski stres i otvrdnuti sloj, što rezultira mikropukotinama na kraju, koje se kasnije šire.

3. Uzroci stresa i vanjske sile
1. Preostalo unutarnje naprezanje
Nakon valjanja, zavarivanja i hladnog izvlačenja, unutarnje naprezanje nije smanjeno. Čelična cijev ima vlastito vlačno naprezanje iznutra i prirodno će puknuti čak i bez vanjske sile.

2. Mehaničko preopterećenje od vanjskih sila
Kompresija, udar, savijanje, neravnomjerna raspodjela sile tijekom podizanja i postavljanja i prekoračenje projektirane granice razvlačenja čelične cijevi.

3. Koncentracija naprezanja
Pukotine se javljaju na otvoru cijevi, ogrebotine koje uzrokuju jame, oštri kutovi od obrade navoja i nagle promjene debljine stijenke. Lokalni stres se povećava nekoliko puta, što dovodi do trenutnog pucanja.

4. Uzroci korozije i propadanja okoliša i medija
1. Krtost na niskim-temperaturama
Nisko{0}}ugljične i nisko{1}}legirane čelične cijevi pokazuju značajan pad udarne žilavosti na ekstremno niskim temperaturama. Čak i male vibracije ili udarci mogu uzrokovati krti lom i pucanje.

2. Korozijsko pucanje

• Korozija na napon: Vlaga, kiseline, lužine, kloridni ioni + vlačno naprezanje, što dovodi do pukotina uslijed korozije na naprezanje (SCC).
• Interkristalna korozija: Medij nagriza granice zrna, uzrokujući postupno pucanje.
• Vodikova korozija, sulfidna korozija (česta u sustavima kemijskih cjevovoda naftnih polja i ugljena).

1. Pukotine tijekom proizvodnje

• Tijekom vrućeg valjanja i bušenja:Gredica cijevi ima nisku temperaturu i sadrži mnogo inkluzija, što dovodi do izravnog puknuća na vrhu bušenja.
• Tijekom procesa valjanja:Pretjerano smanjenje tlaka, nepravilno podešavanje vodećih valjaka, što uzrokuje uzdužno pucanje stijenke cijevi.
• Tijekom proizvodnje hladnog vučenja:Loše podmazivanje kalupa, prekomjerna deformacija i neuspjeh žarenja, što dovodi do pucanja tijekom izvlačenja.
• Tijekom formiranja zavarivanja:Loše oblikovanje zavara, neusklađenost struje zavarivanja i napona, trenutačno pucanje zavara.
• Tijekom postupka ravnanja:Pretjerani pritisak na valjke za ravnanje, što uzrokuje gnječenje cijevi i stvaranje poprečnih pukotina.

2. Pucanje tijekom skladištenja/transporta

• Hladno{0}}vučene cijevi i zavarene cijevi nisu podvrgnute smanjenju naprezanja, a nagle promjene temperature tijekom skladištenja na otvorenom uzrokuju toplinsko širenje i skupljanje, što dovodi do pucanja.
• Nepravilno vezivanje tijekom transporta i podizanja, te nerazumne točke podloge, rezultiraju lokalnom kompresijom i abrazijom, uzrokujući pucanje.
• Izloženost vlazi, kiši, hrđanju i koroziji, postupno širenje mikro-pukotina na površini.

3. Krekiranje nakon -obrade

• Rezanje plamenom i brušenje krajeva cijevi, toplinski udar uzrokuje pukotine na krajevima.
• Rezanje navoja, urezivanje navoja, obrada utora, naprezanje pri rezanju u kombinaciji s naprezanjem oštrog kuta dovodi do pucanja.
• Nasumično skraćivanje, grubo kucanje, vibracije pojačavaju postojeće mikro{0}}pukotine.

4. Pucanje tijekom instalacije i korištenja

• Prisilno poravnavanje cijevi, snažno povlačenje za spajanje, što rezultira vlačnim naprezanjem ugradnje.
• Prekoračenje proračunskog tlaka za-nosivost, udar vodenog čekića, naglo povećanje i smanjenje tlaka.
• Vanjska uporaba pri niskim temperaturama, bez izolacije, uzrokuje krti lom.
• Slijeganje temelja ukopanih cijevi, viseće opterećenje, korozija tla.
• Visoko{0}}temperaturni uvjeti: dugotrajno-visoko{2}}temperaturno puzanje, klizanje zrna koje uzrokuje pucanje; izmjenični topli i hladni ciklusi, pucanje uslijed toplinskog zamora.

1. Kontrola sirovina (Sprečavanje pukotina od samog izvora)

1. Strogo kontrolirati sastav za proizvodnju čelika: smanjiti sumpor i fosfor, kontrolirati ekvivalent ugljika, strogo kontrolirati sadržaj vodika, odabrati kvalificirane trupce i izbjegavati nasumično miješanje otpadnog čelika i drugih nečistoća.

2. ASve ulazne gredice moraju proći otkrivanje grešaka: ultrazvučno/indukcijsko otkrivanje grešaka, uklanjanje unutarnjih inkluzija, slojevitih nedostataka i nedostataka skupljanja.

3. Unioblik zagrijavanja gredica: korak{0}}po-postupno zagrijavanje peći konstantnom brzinom, izbjegavanje lokalnog pregrijavanja i podgrijavanja i osiguravanje dovoljnog vremena zadržavanja za postizanje jednolike mikrostrukture.

2. Prilagodba procesa valjanja/hladnog izvlačenja
1. Precizna kontrola temperature
Za vruće valjanje, početna i završna temperatura valjanja su strogo kontrolirane kako bi se izbjegla krta zona; u okruženju s niskom{0}}temperaturom, temperatura zagrijavanja gredice se na odgovarajući način povećava.

2. Razumna raspodjela redukcije
Smanjite iznos pojedinačne deformacije kotrljanja, koristite višestruke prolaze s malim smanjenjem kako biste izbjegli pretjerano naprezanje u jednom potezu; optimizirajte razmak valjaka i vodilica kako biste osigurali jednoliku debljinu stijenke i zadovoljili zahtjeve eliptičnosti.

3. Anti-pukotine u postupku hladnog izvlačenja
Prije hladnog izvlačenja, izvedite sferoidizacijsko žarenje kako biste eliminirali otvrdnjavanje; ispolirati kalupe i osigurati dovoljno podmazivanja za smanjenje stresa trenja; koristite više prolaza crtanja i dodajte postupke žarenja u sredini.

3. Posebne mjere protiv -pukotina za zavarene čelične cijevi
1. Uskladite struju zavarivanja, napon i brzinu zavarivanja kako biste spriječili nepotpuno prodiranje, podrezivanje i uključivanje troske.
2. Zagrijte prije zavarivanja i polako ohladite nakon zavarivanja. Cijevi od visoko-ugljičnog čelika/legiranog čelika moraju se kaliti nakon zavarivanja kako bi se smanjilo naprezanje.
3. Provedite-ultrazvučno i rendgensko-detekciju grešaka na zavarenim šavovima i odmah uklonite napuknute čelične cijevi.

4. Toplinska obrada za smanjenje stresa (ključni proces)
1. Hladno{1}}vučene cijevi, cijevi s debelim-zidovima i cijevi od legura moraju biti podvrgnute žarenju/normalizaciji za smanjenje naprezanja kako bi se oslobodili zaostali naponi od valjanja i zavarivanja.
2. Kontrolirajte brzinu hlađenja. Zabranite hlađenje zrakom ili brzo hlađenje. Koristite hlađenje peći, sporo hlađenje u jamama kako biste izbjegli stvrdnjavanje struktura.

5. Naknadna-obrada i kontrola ravnanja
1. Fino-namjestite pritisak valjka za ravnanje kako biste spriječili da pretjerano ravnanje uzrokuje poprečne pukotine; ponovno -pregledajte nakon ravnanja.
2. Koristite malu{1}}brzinsku obradu za zaobljenje i skošenje otvora cijevi kako biste izbjegli izravno spaljivanje otvora cijevi rezanjem plamenom; umjesto toga, koristite mehaničko piljenje kako biste smanjili toplinske pukotine.
3. Napravite zaobljeni prijelaz na ušću cijevi nakon obrade kako biste uklonili koncentraciju naprezanja uzrokovanu oštrim kutovima i prazninama.

6. Online provjera kvalitete
Vr{-procesna ispitivanja vrtložnim strujama, ultrazvučna i hidrostatska ispitivanja provode se kako bi se unaprijed otkrile mikro-pukotine i spriječilo puštanje proizvoda s pukotinama s proizvodne linije.

1. Odabir vrste i kompatibilnost (prvo odaberite pravu cijev)
1. Okruženje niske-temperature:Odaberite čelične cijevi otporne na niske-temperaturne udare (kao što je Q355C/D/E) i izbjegavajte upotrebu običnog nisko{2}}ugljičnog čelika.
2. Korozivni mediji (kiseline, lužine, kemikalije, more):Odaberite pocinčane cijevi, cijevi od nehrđajućeg čelika, anti{0}}korozijske legure. Obične cijevi od ugljičnog čelika sklone su pucanju od korozije pod naponom.
3. Uvjeti visokog-tlaka i visoke-temperature:Odaberite bešavne čelične cijevi s debelim{0}}zidovima. Odbacite tanko{2}}zavarene cijevi kao zamjenu.

2. Napomene o skladištenju i transportu
1. Spremite gotove čelične cijevi ravno kako biste izbjegli ovješavanje ili podvrgavanje naprezanju u jednoj-točki; koristite slojevite drvene nosače kako biste spriječili izravan čvrst kontakt i stiskanje.
2. Pokrijte ih tijekom kišnih dana kako biste spriječili hrđanje uslijed izlaganja kiši i pucanje uzrokovano naglim promjenama temperature; držite ih podalje od sredina s kiselom i alkalnom korozijom.
3. Koristite fleksibilne pojaseve za podizanje za transport i podizanje. Nemojte izravno pritiskati otvor ili tijelo cijevi čeličnom užadi. Strogo zabranite grubo rukovanje i udarce.

3. Rezanje i sekundarna obrada
1. Pokušajte koristiti mehaničko hladno rezanje što je više moguće, a smanjite upotrebu plamenog vrućeg rezanja; kada je potrebno plameno rezanje, nakon rezanja uklonite stvrdnuti sloj i mikro-pukotine.
2. Nakon rezanja navoja i utora, napravite skošenja i zaobljene kutove kako biste eliminirali koncentraciju naprezanja na oštrim kutovima tijekom obrade.
3. Ako je naprezanje u obrađenoj čeličnoj cijevi veliko, može se izvesti lokalno žarenje kako bi se smanjilo naprezanje.

4. Specifikacije konstrukcije instalacije

1. Postavljanje cjevovoda ne smije se vršiti nasilnim poravnavanjem ili snažnim povlačenjem ili guranjem. Ostavite dovoljno prostora za toplinsko širenje kako biste izbjegli zaostalo vlačno naprezanje tijekom instalacije.
2. Razmak između oslonaca i ležajeva mora biti u skladu s propisima kako bi se spriječilo da cjevovod ostane viseći, tone ili se savija pod djelovanjem sile.
3. Za visoko{1}}temperaturne cjevovode treba postaviti dilatacijske spojeve kako bi se kompenziralo toplinsko širenje i skupljanje, sprječavajući da toplinski stres uzrokuje pukotine.

5. Zaštita rada i održavanja
1. Nemojte raditi iznad granica tlaka ili opterećenja kako biste izbjegli vodeni udar i nagle fluktuacije tlaka.
2. Izolirajte i spriječite smrzavanje cjevovoda na niskim-temperaturama kako biste izbjegli krto pucanje; zabraniti izravan udar i kucanje po cjevovodima zimi.
3. Nanesite anti{1}}premaze od korozije i katodnu zaštitu na ukopane cjevovode kako biste izolirali kloridne ione, kiseline i lužine u tlu od korozije.
4. Redovite inspekcije: Usredotočite se na inspekciju zavara, otvora cijevi i koljenastih dijelova (gdje je naprezanje najveće i postoji najveća vjerojatnost da će doći do pucanja), te odmah izrežite i zamijenite sve manje pukotine kako biste spriječili njihovo širenje i pucanje cjevovoda.

1. Glavni uzrok pucanja:Nedostaci materijala + zaostalo naprezanje + nepravilan proces + vanjska sila / niska temperatura / korozija u kombinaciji;

2. Scenariji skloni pucanju:Proizvodno valjanje/zavarivanje, otvrdnjavanje hladnim izvlačenjem, toplinski šok pri rezanju, korištenje niske-temperature, korozivno okruženje, prisilna ugradnja;

3. Sprječavanje pucanja u proizvodnji:Kontrola sirovina, kontrola temperature, razumno smanjenje, toplinska obrada nakon -zavarivanja, smanjenje naprezanja, mrežno otkrivanje grešaka-;

4. Sprječavanje pucanja pri korištenju:Odaberite pravi materijal, nježno skladištenje i transport, obrada hladnim rezanjem, standardizirana instalacija, kontrola tlaka, anti-korozija i-zamrzavanje.