Analiza uzroka, scenarija i mjera prevencije pucanja čeličnih cijevi

Suština pucanja čeličnih cijevi je da je unutarnji napon veći od granice popuštanja/žilavosti materijala. Osim toga, postoje četiri glavna uzroka: defekti materijala, defekti procesa, prekomjerna vanjska sila i korozija okoline.

Od mikroskopskih zrnastih pukotina do mikroskopskih pukotina do makroskopskih pukotina, javlja se u pet oblika: uzdužne pukotine, poprečne pukotine, obodne pukotine, pukotine na kraju i pukotine zavara.

1. Materijalni-razlozi (inherentni nedostaci)

1. Inkluzije/fazna segregacija u sirovinama
Tokom proizvodnje čelika, ako sadržaj sumpora, fosfora, kiseonika i vodonika premašuje standard, sulfidi i oksidi će se akumulirati, narušavajući kontinuitet metalnih zrna i postajući izvori pukotina; ako je ekvivalent ugljika previsok, čelik postaje lomljiv i ima slabu žilavost i sklon je pucanju na hladno.

2. Nedovoljna metalografska struktura
Krupna zrna, trakasta struktura, Vickers struktura, očvrsli martenzit tvrda i krta struktura, značajno smanjena plastičnost, čak i neznatno naprezanje će uzrokovati pucanje.

3. Neujednačena debljina zida, prevelika eliptičnost
Jedna strana cijevi je deblja, a druga tanja, napon se koncentriše na području tankih-zidova, a pukotine nastaju prvenstveno pod naprezanjem.

4. Vodikom{1}}indukovano pucanje (najčešće)
Tokom proizvodnje čelika, procesi kiselog pranja, zavarivanja, galvanizacije apsorbuju vodonik, atomi vodonika prodiru u rešetku, akumuliraju se da formiraju unutrašnji pritisak, pucaju na zrna i uglavnom se manifestuju kao odloženo pucanje.

2. Razlozi proizvodnog procesa (poslije-fabrikacioni nedostaci)

1. Neodgovarajući proces toplog valjanja/hladnog izvlačenja

• Previsoka temperatura grijanja/hlađenja: Pregrijavanje dovodi do grubog zrna i nepotpunog kovanja; preniska temperatura dovodi do loše plastičnosti i direktnog kidanja tokom valjanja.
• Pretjerano smanjenje valjanja: Prekomjerna deformacija po jednom prolazu prelazi granicu tolerancije materijala, uzrokujući unutrašnje slojeve i mikro-pukotine.
• Nema srednjeg žarenja kod hladnog izvlačenja: Ozbiljno otvrdnjavanje pri hladnom radu, prekomjerno zaostalo vlačno naprezanje i prirodno pucanje tokom skladištenja i rezanja.

2. Defekti zavarenih čeličnih cijevi
Spiralno zavarivanje, zavarivanje ravnim šavom: Nedostatak prodora, uključivanje šljake, poroznost plina, podrezivanje, zavareni spoj, zavar je slaba površina, koncentracija naprezanja uzrokuje direktno pucanje; prekomjeran unos topline zavarivanja, lomljivost u zoni{0}}zahvaćenoj toplinom.

3. Nepravilna termička obrada
Prebrzo hlađenje tokom normalizacije i žarenja dovodi do gašenja naprezanja; nedovoljno kaljenje, zaostalo naprezanje nije otpušteno i naknadno sporo pucanje.

4. Obrada rezanja, ukošenja, skošenja
Testerisanje, plameno sečenje stvara toplotno naprezanje i stvrdnjavanje sloja, što dovodi do mikro pukotina na kraju, koje se kasnije šire.

3. Stres i uzroci vanjske sile
1. Zaostali unutrašnji napon
Nakon valjanja, zavarivanja i hladnog izvlačenja, unutrašnji napon nije otpušten. 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 distribucija sile tokom podizanja i ugradnje, te prekoračenje granice popuštanja čelične cijevi.

3. Koncentracija stresa
Pukotine se javljaju na zarezu otvora cijevi, ogrebotine koje uzrokuju rupice, oštri uglovi od obrade navoja i nagle promjene u debljini zida. Lokalni stres se povećava nekoliko puta, što dovodi do trenutnog pucanja.

4. Uzroci korozije i pogoršanja životne sredine i sredine
1. Nisko{1}emperaturna krtost
Nisko{0}}ugljične i nisko{1}}legirane čelične cijevi pokazuju značajan pad udarne žilavosti na ekstremno niskim temperaturama. Čak i male vibracije ili udari mogu uzrokovati krhki lom i pucanje.

2. Pucanje od korozije

• Korozija pod naprezanjem: Vlaga, kiseline, alkalije, joni hlorida + vlačna naprezanja, što rezultira pukotinama od korozije pod naponom (SCC).
• Intergranularna korozija: medij erodira granice zrna, uzrokujući postepeno pucanje.
• Korozija vodonika, sulfidna korozija (često u sistemima naftovoda i hemijskih cevovoda za ugalj).

1. Pucanje tokom proizvodnje

• Tokom vrućeg valjanja i pirsinga:Cijevna gredica ima nisku temperaturu i sadrži mnogo inkluzija, što rezultira direktnim kidanjem vrha za probijanje.
• Tokom procesa valjanja:Prekomjerno smanjenje pritiska, nepravilno podešavanje vodećih valjaka, uzrokujući uzdužno pucanje stijenke cijevi.
• Tokom proizvodnje hladnog izvlačenja:Loše podmazivanje kalupa, prevelika deformacija i neuspeh žarenja, što dovodi do pucanja tokom izvlačenja.
• Tokom formiranja zavarivanja:Loše formiranje vara, neusklađenost struje i napona zavarivanja, trenutno pucanje vara.
• Tokom procesa ispravljanja:Preveliki pritisak na valjke za ispravljanje, uzrokujući zgnječenje cijevi i stvaranje poprečnih pukotina.

2. Pucanje tokom skladištenja/transporta

• Hladnovučene{0}}cijevi i zavarene cijevi nisu podvrgnute rasterećenju, a nagle promjene temperature tokom skladištenja na otvorenom uzrokuju termičko širenje i kontrakciju, što dovodi do pucanja.
• Nepravilno vezivanje tokom transporta i podizanja, kao i nerazumne tačke oblaganja, rezultiraju lokalnom kompresijom i habanjem, uzrokujući pucanje.
• Izlaganje vlazi, kiši, rđenju i koroziji, postepeno širenje mikro-pukotina na površini.

3. Kreiranje nakon-obrade

• Plamensko rezanje i brušenje krajeva cijevi, termički udar uzrokuje napuknuće krajeva.
• Rezanje navoja, urezivanje navoja, obrada urezivanja, naprezanje rezanja u kombinaciji sa oštrim naprezanjem u uglovima dovodi do pucanja.
• Nasumično skraćivanje, grubo kucanje, vibracija pojačava postojeće mikro-pukotine.

4. Pucanje tokom instalacije i upotrebe

• Prisilno poravnanje cijevi, teško povlačenje za spajanje, rezultira zateznim naprezanjem instalacije.
• Prekoračenje projektovanog pritiska za potisni{0}}ležaj, udar vodenog čekića, naglo povećanje i smanjenje pritiska.
• Upotreba na otvorenom na niskim temperaturama, bez izolacije, uzrokujući krhko lomljenje.
• Slijeganje temelja ukopanih cijevi, viseći teret, korozija tla.
• Visoko{0}}uvjeti temperature: Dugotrajno-puzanje visokih{2}}temperatura, klizanje zrna koje uzrokuje pucanje; naizmjenični topli i hladni ciklusi, pucanje od termičkog zamora.

1. Kontrola sirovina (sprečavanje pukotina iz izvora)

1. Strogo kontrolirajte sastav za proizvodnju čelika: smanjiti sumpor i fosfor, kontrolirati ekvivalent ugljika, strogo kontrolirati sadržaj vodika, odabrati kvalifikovane gredice i izbjegavati nasumično miješanje čeličnog otpada i drugih nečistoća.

2. ASve ulazne gredice moraju biti podvrgnute detekciji grešaka: ultrazvučna/indukcijska detekcija kvarova, uklanjanje unutrašnjih inkluzija, slojevitih defekata i defekata skupljanja.

3. Unioblik grijanja gredica: korak po{0}}-zagrijavanje peći konstantnom brzinom, izbjegavanje lokalnog pregrijavanja i podgrijavanja, te osiguravanje dovoljno vremena zadržavanja za postizanje ujednačene mikrostrukture.

2. Podešavanje procesa valjanja/hladnog izvlačenja
1. Precizna kontrola temperature
Za vruće valjanje, početna i konačna temperatura valjanja se strogo kontroliraju kako bi se izbjegla zona lomljivosti; u okruženju niskih-temperatura, temperatura grijanja gredice se na odgovarajući način povećava.

2. Razumna distribucija smanjenja
Smanjite količinu deformacije pri jednom kotrljanju, koristite više prolaza sa malim smanjenjem kako biste izbjegli prekomjerno naprezanje u jednom potezu; optimizirajte razmak rolni i vodilica kako biste osigurali ujednačenu debljinu stijenke i ispunili zahtjeve eliptičnosti.

3. Anti-protiv pucanja u procesu hladnog izvlačenja
Prije hladnog izvlačenja, izvršite sferoidizacijsko žarenje kako biste eliminirali stvrdnjavanje; polirati kalupe i obezbediti dovoljno podmazivanja za smanjenje naprezanja trenja; koristite više prolaza crtanja i dodajte procese žarenja u sredini.

3. Posebne mjere protiv pucanja za zavarene čelične cijevi
1. Uskladite struju zavarivanja, napon i brzinu zavarivanja kako biste spriječili nepotpuno prodiranje, podrezivanje i uključivanje šljake.
2. Zagrijte prije zavarivanja i polako ohladite nakon zavarivanja. Cijevi od visoko-ugljičnog čelika/legiranog čelika moraju biti kaljene nakon zavarivanja kako bi se smanjio stres.
3. Provedite linijsku ultrazvučnu i rendgensku detekciju grešaka na zavarenim šavovima i odmah uklonite napukle čelične cijevi.

4. Toplinska obrada za oslobađanje od stresa (ključni proces)
1. Hladnovučene-cijevi, cijevi sa-debelim zidovima i cijevi od legure moraju biti podvrgnute žarenju/normalizaciji za smanjenje naprezanja kako bi se oslobodila zaostala naprezanja od valjanja i zavarivanja.
2. Kontrolišite brzinu hlađenja. Zabranite hlađenje zrakom ili brzo hlađenje. Koristite hlađenje peći, sporo hlađenje u jamama kako biste izbjegli otvrdnjavanje struktura.

5. Naknadna-kontrola obrade i ispravljanja
1. Fino-podesite pritisak valjka za ravnanje kako biste spriječili da prekomjerno ravnanje uzrokuje poprečne pukotine; ponovo -pregledajte nakon ispravljanja.
2. Koristite obradu niske{1}}brzine za zaokruživanje otvora cijevi i skošenje kako biste izbjegli direktno spaljivanje otvora cijevi plamenim rezanjem; umjesto toga, koristite mehaničko testerisanje da smanjite termalne pukotine.
3. Napravite zaobljeni prijelaz na otvoru cijevi nakon obrade kako biste eliminirali koncentraciju naprezanja uzrokovanu oštrim uglovima i prazninama.

6. Online inspekcija kvaliteta
Kompletni-testovi na vrtložne struje, ultrazvučni i hidrostatički testovi se provode kako bi se unaprijed otkrile mikro-pukotine i spriječilo oslobađanje proizvoda s pukotinama iz proizvodne linije.

1. Odabir tipa i kompatibilnost (prvo odaberite pravu cijev)
1. Nisko{1}okruženje:Odaberite čelične cijevi otporne na udare niske{0}}temperature (kao što je Q355C/D/E) i izbjegavajte korištenje običnog nisko-ugljičnog čelika.
2. Korozivni mediji (kiseline, alkalije, hemikalije, more):Odaberite pocinčane cijevi, nehrđajući čelik, cijevi od legura protiv korozije. Obične cijevi od ugljičnog čelika sklone su pucanju od korozije pod naponom.
3. Uvjeti visokog-pritiska i visoke{2}temperature:Odaberite bešavne čelične cijevi debelih{0}}zidova. Zavarene cijevi sa tankim stijenkama -odbacite kao zamjenu.

2. Napomene o skladištenju i transportu
1. Pohranite gotove čelične cijevi ravno kako biste izbjegli vješanje ili podvrgavanje jedno-naprezanju; koristite slojevite drvene nosače kako biste spriječili direktan tvrdi kontakt i stiskanje.
2. Pokrijte ih tokom kišnih dana kako biste spriječili rđanje zbog izlaganja kiši i pucanje uzrokovano naglim promjenama temperature; držite ih dalje od okruženja sa kiselom i alkalnom korozijom.
3. Koristite fleksibilne pojaseve za podizanje za transport i podizanje. Nemojte direktno pritiskati otvor cijevi ili tijelo čeličnim užadima. Strogo zabranite grubo rukovanje i udarce.

3. Rezanje i sekundarna obrada
1. Pokušajte koristiti mehaničko hladno rezanje što je više moguće i minimizirajte upotrebu plamena vrućeg rezanja; kada je potrebno plameno rezanje, uklonite očvrsli sloj i mikro-pukotine nakon rezanja.
2. Nakon urezivanja navoja i prorezivanja, napravite kosine i zaobljene uglove kako biste eliminisali koncentraciju naprezanja na oštrim uglovima tokom obrade.
3. Ako je naprezanje u obrađenoj čeličnoj cijevi veliko, može se izvršiti lokalno žarenje kako bi se smanjio napon.

4. Specifikacije konstrukcije instalacije

1. Instalacija cjevovoda se ne smije izvoditi nasilnim poravnavanjem ili nasilnim povlačenjem ili guranjem. Ostavite dovoljnu temperaturnu ekspanziju kako biste izbjegli zaostalo vlačno naprezanje tokom ugradnje.
2. Razmak između nosača i ležajeva mora biti u skladu sa propisima kako bi se spriječilo da cjevovod ostane viseći, potonuće ili savijati pod silom.
3. Za visokotemperaturne cjevovode-treba postaviti dilatacione spojeve kako bi se kompenziralo termičko širenje i kontrakcija, sprječavajući termički stres da izazove pukotine.

5. Zaštita rada i održavanja
1. Nemojte raditi izvan granica pritiska ili opterećenja kako biste izbjegli udar vode i iznenadne fluktuacije tlaka.
2. Izolirajte i spriječite smrzavanje za niskotemperaturne cjevovode da biste izbjegli krhko pucanje; zabraniti direktan udar i udaranje na cjevovode zimi.
3. Nanesite antikorozivne premaze i katodnu zaštitu na ukopane cjevovode kako biste izolovali hloridne jone, kiseline i alkalije tla od korozije.
4. Redovne inspekcije: Fokusirajte se na pregled zavarenih spojeva, otvora cijevi i koljenastih dijelova (gdje je naprezanje najveće i najvjerovatnije je da će doći do pucanja), te odmah izrežite i zamijenite sve manje pukotine kako biste spriječili njihovo širenje i puknuće cjevovoda.

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

2. Scenariji skloni pucanju:Proizvodno valjanje / zavarivanje, kaljenje hladnom izvlačenjem, termički šok rezanja, upotreba na niskim{0}}temperaturama, korozivno okruženje, prisilna instalacija;

3. Proizvodno sprečavanje pucanja:Kontrola sirovina, kontrola temperature, razumna redukcija, termička obrada nakon-zavarivanja, ublažavanje naprezanja, on-online detekcija grešaka;

4. Prevencija pucanja prilikom upotrebe:Odaberite pravi materijal, nježno skladištenje i transport, obrada hladnim rezanjem, standardizirana instalacija, kontrolni pritisak, anti-korozija i anti-zamrzavanje.