Вход
  1. Главная
  2. Журналы
  3. «Газовая промышленность»
  4. Газовая промышленность 6.2023
Газовая Промышленность 6.2023

Научная статья

УДК 620.194.22::621.643
(UDK 620.194.22::621.643)

Для получения доступа к статьям

Авторизуйтесь
Купить журнал

РЕМОНТ И ДИАГНОСТИКА (REPAIR AND DIAGNOSTICS OF MAIN PIPELINES, COMPRESSOR PLANTS AND PUMPING STATIONS)

О РОЛИ ВОДОРОДА В КОРРОЗИОННОМ И СУЛЬФИДНОМ РАСТРЕСКИВАНИЯХ ТРУБОПРОВОДОВ

(ROLE OF HYDROGEN IN CORROSION AND SULFIDE CRACKING OF PIPELINES)

В статье рассмотрены характерные признаки коррозионного и сульфидного растрескиваний под напряжением, имеющих место в трубопроводах, представлены основные гипотезы о механизме возникновения этих процессов. Делается вывод, что первопричиной выступает обогащение тела трубы водородом. Повышенное содержание данного элемента может служить индикатором начала протекания указанных процессов. Рассматриваются два неразрушающих метода контроля – рентгеноструктурный и магнитоанизотропный, которые могли бы быть применены для обнаружения насыщенных водородом участков подземного трубопровода и, как следствие, выявления начальной стадии его коррозионного и сульфидного растрескиваний под напряжением. Первый метод основан на эффекте расширения межплоскостного расстояния кристаллической решетки металла в результате проникновения в нее водорода. Второй базируется на магнитоупругом эффекте, заключающемся в изменении магнитных свойств ферромагнитных материалов под воздействием упругих деформаций, уровень которых растет с увеличением содержания водорода в металле. Это обнаруживается по изменению разности главных механических напряжений в поверхностном слое металла конструкции.
Возможность использования указанных методов подтверждается соответствующими экспериментами и измерениями на пластинах низкоуглеродистой трубопроводной стали, предварительно подвергнутых электролитическому наводороживанию. Результаты измерений рентгеноструктурным методом представлены в виде дифрактограмм кристаллической решетки металла до и после насыщения водородом, магнитоанизотропным – в виде карт распределения значений разности главных механических напряжений по поверхности пластин. Необходимое условие определения содержания водорода в трубопроводах методом магнитной анизотропии – предварительное установление зависимости изменения величины сигнала разности главных механических напряжений от содержания водорода в материале трубы на анализируемом участке трубопровода с нарушенной изоляцией. В качестве точки сравнения, относительно которой рассчитывается величина этой разности, могут выступать рядом находящиеся участки трубопровода с ненарушенной изоляцией, где, как предполагается, проникновение водорода в металл отсутствует.

The article reviews characteristic features of corrosion and sulfide stress cracking in pipelines, presents the main hypotheses describing the mechanism of these phenomena. The authors conclude that the root cause is hydrogen saturation of the pipe body. Increased hydrogen content can indicate the beginning of these processes. The article discusses two nondestructive testing methods: X-ray diffraction analysis and magneto-anisotropic, that could be used to detect hydrogen-saturated sections of an underground pipeline and, therefore, to detect the initial stage of its stress corrosion and sulfide cracking. The first method relies on the effect of expansion of interplanar distance in metal lattice due to hydrogen penetration. The second is based on the magneto-elastic effect meaning a change in magnetic properties of ferromagnetic materials subjected to elastic deformation, the level of which increases with increasing hydrogen content in the metal. This can be detected by changes in difference of the main mechanical stresses in the surface layer of structural metal. The possibility of using the above methods is proved by appropriate experiments and measurements performed on low-carbon pipeline steel plates pre-treated by electrolytic hydrogenization. X-ray measurement results are presented as diffraction patterns of metal lattice before and after hydrogen saturation, and magneto-anisotropic measurements are presented as maps of differences between the principal mechanical stresses on plates’ surface. The magnetic anisotropy method for determining the hydrogen content in pipelines requires preliminary determination of dependence of change in the signal value of principal mechanical stress difference on hydrogen content in pipe material of the analyzed pipeline section with disturbed insulation. We can use neighboring pipeline sections with undisturbed insulation, where there is assumed to be zero hydrogen penetration into metal, as a point of comparison, relative to which the value of difference between the principal mechanical stresses can be calculated.

КОРРОЗИОННОЕ РАСТРЕСКИВАНИЕ, СУЛЬФИДНОЕ РАСТРЕСКИВАНИЕ, НАПРЯЖЕНИЕ, ТРУБОПРОВОД, НАВОДОРОЖИВАНИЕ, РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЙ МЕТОД АНАЛИЗА, МАГНИТОАНИЗОТРОПНЫЙ МЕТОД АНАЛИЗА

CORROSION CRACKING, SULPHIDE CRACKING, STRESS, PIPELINE, HYDROGENIZATION, X-RAY STRUCTURAL ANALYSIS, MAGNETOANISOTROPIC ANALYSIS

В.И. Болобов, д.т.н., ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет» (Санкт-Петербург, Россия), boloboff@mail.ru

И.У. Латипов, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет», latipoviu@gmail.com

В.С. Жуков, ООО «Феррологика» (Санкт-Петербург, Россия), vs@stress.vision

С.В. Касьяненко, ООО «РаДиаТех» (Гатчина, Россия), sergey@radiatech.ru

В.Е. Никулин, ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» (Санкт-Петербург, Россия), nikul@mail.ru

Г.Г. Попов, к.т.н., ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет», genrih-91@mail.ru

Е.И. Сумин, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет», sumin.eugen@gmail.com

V.I. Bolobov, DSc in Engineering, Professor, Saint Petersburg Mining University (Saint Petersburg, Russia), boloboff@mail.ru

I.U. Latipov, Saint Petersburg Mining University, latipoviu@gmail.com

V.S. Zhukov, OOO Ferrologika (limited liability company) (Saint Petersburg, Russia), vs@stress.vision

S.V. Kasyanenko, LLC “RaDiaTech” (Gatchina, Russia), sergey@radiatech.ru

V.E. Nikulin, Peter the Great Saint Petersburg Polytechnic University (Saint Petersburg, Russia), nikul@mail.ru

G.G. Popov, PhD in Engineering, Saint Petersburg Mining University, genrih-91@mail.ru

E.I. Sumin, Saint Petersburg Mining University, sumin.eugen@gmail.com

Афанасьев А.В., Савин Д.В., Бельков Д.Н. и др. Факторы развития и возможности мониторинга дефектов типа КРН на трубопроводах ООО «Газпром трансгаз Самара» // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». 2019. № 3 (40). С. 127–139.

Ряховских И.В., Мельникова А.В., Мишарин Д.А. и др. Совершенствование технологии ремонта протяженных участков магистральных газопроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». 2016. № 3 (27). С. 79–86.

Агиней Р.В., Фирстов А.А. Совершенствование метода оценки изгибных напряжений в стенке подземного трубопровода // Записки Горного института. 2022. Т. 257. С. 744–754. DOI: 10.31897/PMI.2022.64.

Shammazov I., Dzhemilev E., Sidorkin D. Improving the method of replacing the defective sections of main oil and gas pipelines using laser scanning data // Appl. Sci. 2022. Vol. 13, No. 1. Article ID 48. DOI: 10.3390/app13010048.

Палаев А.Г., Носов В.В., Красников А.А. Моделирование распределения температурных полей и напряжений в сварном соединении с применением ANSYS // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2022. Т. 12, № 5. С. 461–469. DOI: 10.28999/2541-9595-2022-12-5-461-469.

Sultanbekov R., Beloglazov I., Islamov S., Ong M.C. Exploring of the incompatibility of marine residual fuel: A case study using machine learning methods // Energies (Basel, Switz.). 2021. Vol. 14, No. 24. Article ID 8422. DOI: 10.3390/en14248422.

Сильвестров С.А., Гумеров А.К. Инкубационный период развития коррозионного растрескивания под напряжением на магистральных трубопроводах // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2018. № 3 (113). С. 95–113. DOI: 10.17122/ntjoil-2018-3-95-113.

Гареев А.Г., Насибуллина О.А., Ризванов Р.Г. Изучение коррозионного растрескивания магистральных газонефтепроводов // Нефтегазовое дело. 2012. № 6. С. 126–146.

Leis B.N., Eiber R.J. Stress-corrosion cracking on gas-transmission pipelines: History, causes, and mitigation // Proceedings of the First International Business Conference on Onshore Pipelines. Berlin, 1997. URL: https://www.researchgate.net/profile/Brian-Leis-2/publication/265031582_Stress-Corrosion_Cracking_On_Gas-Transmission_Pipelines_History_Causes_and_Mitigation/links/561f024d08ae50795aff643c/Stress-Corrosion-Cracking-On-Gas-Transmission-Pipelines-History-Causes-and-Mitigation.pdf (дата обращения: 06.05.2023).

Logan H.L. Film-rupture mechanism of stress corrosion // J. Res. Natl. Bur. Stand. (U. S.). 1952. Vol. 48, No. 2. P. 99–105.

Newman R.C. Stress-corrosion cracking mechanisms // Corrosion mechanisms in theory and practice / P. Marcus (ed.). Boca Raton, FL, USA: CRC Press, 2002. P. 399–450.

Мазель А.Г. Водород – фактор коррозионного растрескивания трубопроводов // Строительство трубопроводов. 1992. № 9. С. 23–26.

Сильвестров С.А., Гумеров К.М. Изменение механических свойств металла труб в водородосодержащих средах // Сварка. Реновация. Триботехника: тез. докл. VIII Уральской науч.-практ. конф. / отв. ред. В.А. Коротков, В.Ф. Пегашкин. Екатеринбург: УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2017. С. 85–90.

Овчинников И.И. Исследование поведения оболочечных конструкций, эксплуатирующихся в средах, вызывающих коррозионное растрескивание // Интернет-журнал «Науковедение». 2012. № 4 (13). URL: http://naukovedenie.ru/PDF/38tvn412.pdf (дата обращения: 06.05.2023).

Султанбеков Р.Р., Щипачев А.М. Проявление несовместимости судовых остаточных топлив: способ определения совместимости, исследования состава топлив и осадка // Записки Горного института. 2022. Т. 257. С. 843–852. DOI: 10.31897/PMI.2022.56.

Хижняков В.И., Жендарев П.А. Обеспечение эксплуатационной надежности магистральных газонефтепроводов в процессе длительной эксплуатации // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2013. № S4-1. С. 374–378.

Хижняков В.И., Негодин А.В., Шелков В.А., Тоз А.Н. Предотвращение развития коррозионных и стресс-коррозионных дефектов на катоднозащищаемой поверхности магистральных трубопроводов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2021. Т. 23, № 1. С. 140–149. DOI: 10.31675/1607-1859-2021-23-1-140-149.

Хижняков В.И., Кудашкин Ю.А., Хижняков М.В., Жилин А.В. Коррозионное растрескивание напряженно-деформированных трубопроводов при транспорте нефти и газа // Известия Томского политехнического университета. 2011. Т. 319, № 3. С. 84–89.

Конищев К.Б., Семенов А.М., Чабан А.С. и др. Особенности механизма коррозионного растрескивания под напряжением металла труб в средах, содержащих сероводород и диоксид углерода // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». 2019. № 3 (40). С. 60–66.

Kane R.D., Cayard M.S. Roles of H2S in the behavior of engineering alloys: A review of literature and experience // Corrosion 98: Proceedings of the Research Topical Symposium. Houston, TX, USA: NACE, 1998. Article ID NACE-98274.

Botvina L.R., Tetyueva T.V., Ioffe A.V. Stages of multiple fracture of low-alloy steels in a hydrogen sulfide medium // Met. Sci. Heat Treat. 1998. Vol. 40, No. 2. P. 61–70. DOI: 10.1007/BF02468260.

Мороз Л.С., Чечулин Б.Б. Водородная хрупкость металлов. М.: Металлургия, 1967. 255 с.

Патент № 2195636 Российская Федерация, МПК G01L 1/12 (2006.01). Способ определения механических напряжений и устройство для его осуществления: № 2001106509/28: заявл. 05.03.2001: опубл. 27.12.2002 / Жуков С.В., Жуков В.С., Копица Н.Н.; заявитель ООО Институт «ДИМЕНСтест» // Yandex.ru: патенты. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2195636C2_20021227 (дата обращения: 06.05.2023).

Патент № 2079825 Российская Федерация, МПК G01L 1/12 (2006.01). Устройство для измерения механических напряжений в металлических изделиях: № 94037732/28: заявл. 30.09.1994: опубл. 20.05.1997 / Жуков С.В., Жуков В.С.; заявитель Индивидуальное частное предприятие фирма «Дименстест» // Yandex.ru: патенты. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2079825C1_19970520 (дата обращения: 06.05.2023).

Хижняков В.И. О контролирующей роли плотности тока катодной защиты при образовании коррозионных и стресс-коррозионных дефектов на внешней поверхности магистральных газонефтепроводов // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2013. Т. 18, № 5. С. 2248–2252.

Гликман Л.А., Снежкова Т.Н. О возникновении остаточных напряжений при электролитическом насыщении поверхности стали водородом // Журнал технической физики. 1952. Т. 22, № 7. С. 1104–1108.

Afanasyev AV, Savin DV, Belkov DN, Komarov DV, Shcherbo IV, Kholodkov SA. Drivers of stress-corrosion cracking at the Gazprom Transgaz Samara LLC pipelines and capabilities to monitor these defects. Scientific-Technical Collection Book “Gas Science Bulletin” [Nauchno-tehnicheskij sbornik “Vesti gazovoj nauki”]. 2019; 40(3): 40–45. (In Russian)

Ryahovskih IV, Mel’nikova AV, Misharin DA, Kryukov AV, Sharygin YuM, Gubanok II, et al. Improvement of repair technology for long sections of main gas pipelines subject to stress corrosion cracking. Scientific-Technical Collection Book “Gas Science Bulletin”. 2016; 27(3): 79–86. (In Russian)

Aginey RV, Firstov AA. Improving the method for assessment of bending stresses in the wall of an underground pipeline. Journal of Mining Institute [Zapiski Gornogo instituta]. 2022; 257: 744–754. https://doi.org/10.31897/pmi.2022.64. (In Russian)

Shammazov I, Dzhemilev E, Sidorkin D. Improving the method of replacing the defective sections of main oil and gas pipelines using laser scanning data. Appl. Sci. 2022; 13(1): article ID 48. https://doi.org/10.3390/app13010048.

Palaev AG, Nosov VV, Krasnikov AA. Simulating distribution of temperature fields and stresses in welded joint using ANSYS. Science & Technologies: Oil and Oil Products Pipeline Transportation [Nauka i tehnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov]. 2022; 12(5): 461–469. https://doi.org/10.28999/2541-9595-2022-12-5-461-469. (In Russian)

Sultanbekov R, Beloglazov I, Islamov S, Ong MC. Exploring of the incompatibility of marine residual fuel: A case study using machine learning methods. Energies (Basel, Switz.). 2021; 14(24): article ID 8422. https://doi.org/10.3390/en14248422.

Silvesrtov SA, Gumerov AK. Latent period of stress corrosion cracking development at the main pipelines. Problems of Gathering, Treatment and Transportation of Oil and Oil Products [Problemy sbora, podgotovki i transporta nefti i nefteproduktov]. 2018; 113(3): 95–113. https://doi.org/10.17122/ntj-oil-2018-3-95-113. (In Russian)

Gareyev AG, Nasibyllina OA, Rizvanov RG. Study of corrosion cracking of the main oil & gas pipelines. Oil and Gas Business [Neftegazovoe delo]. 2012; (6): 126–146. (In Russian)

Leis BN, Eiber RJ. Stress-corrosion cracking on gas-transmission pipelines: History, causes, and mitigation. Available from: https://www.researchgate.net/profile/Brian-Leis-2/publication/265031582_Stress-Corrosion_Cracking_On_Gas-Transmission_Pipelines_History_Causes_and_Mitigation/links/561f024d08ae50795aff643c/Stress-Corrosion-Cracking-On-Gas-Transmission-Pipelines-History-Causes-and-Mitigation.pdf [Accessed: 6 May 2023].

Logan HL. Film-rupture mechanism of stress corrosion. J. Res. Natl. Bur. Stand. (U. S.). 1952; 48(2): 99–105.

Newman RC. Stress-corrosion cracking mechanisms. In: Marcus P. (ed.) Corrosion Mechanisms in Theory and Practice. Boca Raton, FL, USA: CRC Press; 2002. p. 399–450.

Mazel’ AG. Hydrogen is a factor in corrosion cracking of pipelines. Pipeline Construction [Stroitel'stvo truboprovodov]. 1992; (9): 23–26. (In Russian)

Silvestrov SA, Gumerov KM. Changes in mechanical properties of a metal pipe in hydrogen environment. In: Korotkov VA, Pegashkin VF (eds.) Welding. Renovation. Tribotechnics: Proceedings of the 8th Ural Scientific and Practical Conference, 2–3 February 2017, Nizhny Tagil, Russia. Yekaterinburg, Russia: Ural Federal University; 2017. p. 85–90. (In Russian)

Ovchinnikov II. Research of behavior of the shell model which are maintaining in environments, causing corrosion cracking. On-line Journal “Naukovedenie” [Internet-zhurnal “Naukovedenie”]. 2012; 13(4). http://naukovedenie.ru/PDF/38tvn412.pdf. (In Russian)

Sultanbekov RR, Schipachev AM. Manifestation of incompatibility of marine residual fuels: A method for determining compatibility, studying composition of fuels and sediment. Journal of Mining Institute. 2022; 257: 843–852. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.56. (In Russian)

Khizhnyakov VI, Zhendarev PA. Long-term usage reliability of oil&gas main pipelines. Mining Informational and Analytical Bulletin (Scientific and Technical Journal) [Gornyj informacionno-analiticheskij byulleten’ (nauchno-tehnicheskij zhurnal)]. 2013; (S4-1): 374–378. (In Russian)

Khizhnyakov VI, Negodin AV, Shelkov VA, Toz AN. Cathodic protection of main pipelines from stress corrosion cracking. Journal of Construction and Architecture [Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroitel’nogo universiteta]. 2021; 23(1): 140–149. https://doi.org/10.31675/1607-1859-2021-23-1-140-149. (In Russian)

Khizhnyakov VI, Kudashkin YuA, Khizhnyakov MV, Zhilin AV. Corrosion cracking of stress-deformed pipelines in oil and gas transportation. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University [Izvestiya Tomskogo politehnicheskogo universiteta]. 2011; 319(3): 84–89. (In Russian)

Konishev KB, Semenov AM, Chaban AS, Lobanova NA, Kashkovskiy RV. Specifics of pipe metal stress corrosion within the media containing H2S and CO2. Scientific-Technical Collection Book “Gas Science Bulletin”. 2019; 40(3): 60–66. (In Russian)

Kane RD, Cayard MS. Roles of H2S in the behavior of engineering alloys: A review of literature and experience. In: NACE Corrosion 98: Proceedings of the Research Topical Symposium, 22–27 March 1998, San Diego, CA, USA. Houston, TX, USA: NACE; 1998. article ID NACE-98274.

Botvina LR, Tetyueva TV, Ioffe AV. Stages of multiple fracture of low-alloy steels in a hydrogen sulfide medium. Met. Sci. Heat Treat. 1998; 40(2): 61–70. https://doi.org/10.1007/BF02468260.

Moroz LS, Chechulin BB. Hydrogen Embrittlement of Metals. Moscow: Metallurgy [Metallurgiya]; 1967. (In Russian)

Zhukov SV, Zhukov VS, Kopitsa NN. Method of determination of mechanical stresses and device for realization of this method. RU2195636 (Patent) 2002.

Zhukov SV, Zhukov VS. Gear measuring mechanical stresses in metal articles. RU2079825 (Patent) 1997.

Khizhnyakov VI. Role of current density in oil and gas trunk pipeline cathodic protection for monitoring corrosion and stress-corrosion defects. Tambov University Reports. Series: Natural and Technical Sciences [Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya Estestvennye i tehnicheskie nauki]. 2013; 18(5): 2248–2252. (In Russian)

Glikman LA, Snezhkova TN. On the occurrence of residual stresses during electrolytic saturation of steel surface with hydrogen. Journal of Technical Physics [Zhurnal tehnicheskoj fiziki]. 1952; 22(7): 1104–1108. (In Russian)
Назад к журналу
NEFTEGAS.info

Внимание к деталям — от идеи
до воплощения! Только актуальная информация и свежие новости.

О нас

 

 

Контакты

108811, г. Москва, Киевское ш.,
Бизнес-парк «Румянцево», корп. Б,
подъезд 5, офис 506 Б

+7 (495) 240-54-57