ВВЕДЕНИЕ

Недавние исследования поведения стали, выплавленной дуплекс-процессом и покрытой противокоррозионной катодной защитой, выявили возможность образования трещин и их увеличения, начиная с точки высокой деформации растяжения при контакте с окружающей средой, что может привести к катастрофическим для трубопроводов и их компонентов последствиям. Это открытие оказало значительное влияние на многие существующие и будущие подводные сооружения, где дуплексная нержавеющая сталь применяется для изготовления важных компонентов.

ИССЛЕДОВАНИЕ

Новое сооружение Ekofisk компании ConocoPhillips в 2006 г. включало в себя подводный трубопровод с 18-дюймовыми трубами NB 64.9Bar, изготовленными из дуплексной стали. Весь трубопровод и все его соединительные элементы пришлось проектировать с учетом данных нового исследования, чтобы выполнить требования нормативов DNV HISC II и получить лицензию на эксплуатацию.
Для компании ConocoPhillips при прокладке данной линии были выбраны соединительные элементы Taper Lok® в силу их высокой прочности, а достижение соответствия новым проектным требованиям по концентрации деформаций стало новой концепцией, требующей исследования. Для того, чтобы исследовать выбранные соединительные элементы Taper Lok®  на наличие возможных мест чрезмерного натяжения, был использован метод осесимметричного двухмерного анализа конечных элементов. Проектный анализ был разделен на два этапа:

a) изучение линейных характеристик материалов для нахождения областей, где могло быть превышено значение в 80%.

б) исследование максимального уровня натяжения для областей, превыщающих значение 80%, с учетом нелинейных характеристик материалов.

Крайним приемлимым значением для основных зон деформации было 0,4% сверх общей толщины секции, а максимальным пиковым значением - 0,6% в зоне менее 5% толщины секции.

Также учитывалось направление натяжения, так как зона доминирующего сжатия не склонна к разрывам и для нее допустимо появления трещин, поэтому к ней можно применять менее жесткие требования, чем к зонам высокого натяжения.

Предварительный анализ соединительных элементов Taper Lok® выявил зоны, где можно было ожидать потенциальной концентрации высокой нагрузки/натяжения, то есть области, где имелись острые углы, уплотнительные кольца, ввареные скошенные элементы, но ни одно из этих мест нельзя было уменьшить при помощи небольших геометрических изменений или присоединения элементов большего радиуса.

Анализ конечного элемента позволил внести небольшие изменения в геометрию элементов, а также провести повторный анализ, так что в скором времени был разработан проект, соответствующий предъявляемым требованиям и готовый к производству. Анализ проводился очень тщательно - фланцевые соединения были разделены на зоны, а в зонах наибольшего интереса была обеспечена высокая плотность сетки точек анализа, в то время как в других, менее проблемных зонах сетка была более редкой.

Соединительные элементы Taper Lok® оказались идеальным вариантом для применения и соответствовали новым проектным требованиям из-за сравнительно небольшого предварительного натяжения болтовых соединений, не создающего сильных концентрированных нагрузок. Кроме того, уплотнительное кольцо с большой площадью поверхности равномерно распределяло контактное усилие, а при затягивании болтов не происходило кручения/ деформации фланцев. Вытянутая широкая горловина сочленения соединительного элемента Taper Lok® позволяла равномерно распределить напряжение между трубой и фланцевым соединением. Наличие же острого угла у опорной поверхности фланца только увеличило бы нагрузку.

Помимо анализа конечного элемента, позволившего устранить все зоны потенциальной концентрации напряжения/ натяжения,
были приняты следующие меры:

• выбор производителя стали и высокоскоростного вертикального пресса с закрытыми штампами, отвечающих строгим требованиям к микроструктуре (по содержанию ферритов и измельчению зерен) во время ковки сырья выбранной марки - ASTM A182 F60.
• поддержание "стерильности" среды и оборудования для предотвращения попадания в сырье посторонних примесей на всех стадиях внутреннего производства и последующей транспортировки (включая транспортировку каждой детали в новом деревянном упаковочном ящике к месту травления и пассивации).
• покрытие всех соединительных элементов термически напыляемым алюминием (TSA) для защиты поверхности дуплексной стали от воздействия окружающей среды во время эксплуатации.

Вся проделанная компанией Welding Units работа была проверена и принята представителями ConocoPhillips и DNV - фланцевые соединения были признаны годными к эксплуатации.

В результаты этой работы были получены ценные данные, вошедшие в недавно опубликованный независимой компанией DNV технический отчет No. 200503237 - Проектное руководство по применению дуплексной стали в подводном оборудовании с противокоррозионной катодной защитой

Назад к Примерам из практики