1 стр. из 1

ОАО «ГАЗПРОМ» является крупнейшим в мире газовым концерном, а также одним из крупнейших предприятий России. ОАО «ГАЗПРОМ» имеет лицензии на 67% всех доказанных месторождений природного газа России. Его доля в мировой добыче природного газа составляет 23%. Газопроводная сеть ОАО «ГАЗПРОМ» общей протяженностью более 150000 км является самой крупной газотранспортной системой в мире.

В этой связи вопрос обеспечения объектов ОАО «ГАЗПРОМ» трубами с повышенными потребительскими свойствами является ключевым в плане поддержания и укрепления стратегической стабильности не только газовой отрасли, но и государства в целом.

Эффективный, качественный и надежный транспорт газа предполагает целый комплекс технических требований к трубной продукции, который заложен в нормативно-технической базе на трубы и соединительные детали для магистральных газопроводов, основу которой в нашей стране составляют Технические условия (ТУ). Очевидно, уровень технических требований меняется с течением времени. Требования потребителя, качество труб, производственные возможности заводов-производителей и нормативная база находятся в постоянном диалектическом взаимодействии, которое обеспечивает непрерывный прогресс и развитие трубной отрасли.

Технические требования к трубам для сооружения магистральных газопроводов ОАО «ГАЗПРОМ» определяются условиями их эксплуатации — рабочим давлением, запасом энергии сжатого газа, пониженными отрицательными температурами эксплуатации в условиях Крайнего Севера, различными способами прокладки трубопроводов и др.

В 60-70-е гг. строительство газопроводов осуществлялось из труб диаметром до 1220 мм в районах средней полосы с температурой эксплуатации 0°С и рабочим давлением до 5,4 МПа. Трубы изготавливались из нормализованной стали типа 17ГС с временным сопротивлением 52 кгс/кв.мм, что соответствует классу прочности К52. В 70-е гг. начались работы по освоению месторождений Крайнего Севера и транспортировка газа на большие расстояния в центральные районы и до западной границы СССР на экспорт. Сооружались магистральные газопроводы преимущественно диаметром 1420 мм на рабочее давление 7,4 и 8,3 МПа, температура эксплуатации понизилась до минус 20°С. Это потребовало перехода при изготовлении труб на стали контролируемой прокатки с временным сопротивлением 56–60 кгс/кв.мм (соответственно класса прочности К55–К60 (Х70)) и ужесточения требований к листу и трубам.

Таким образом, в течение последних 30 лет растет рабочее давление газопровода и диаметр труб, усложняются условия эксплуатации, что, соответственно, привело к повышению прочности, пластичности, ударной вязкости и хладостойкости трубных сталей. Указанные тенденции потребовали от производителей листа и труб разработки принципиально новых подходов к выплавке, прокатке и переделу трубных сталей, что превратило газопроводную трубу в сложную конструкцию, обладающую уникальным комплексом свойств, сочетающую порой противоположные характеристики, недостижимые технологическими возможностями еще недавнего прошлого.

В настоящее время для строительства сухопутных газопроводов на рабочее давление 9,8–11,8МПа становится целесообразно применение труб диаметром до 1420 мм из стали повышенного класса прочности К65 (Х80). В частности, транспорт газа с полуострова Ямал предполагается осуществлять по газопроводам диаметром 1420 мм на рабочее давление 11,8 МПа. Строительство должно начаться не позднее 2008 г. Это требует разработки нормативной документации на газопроводы и трубы, проведение аттестационных испытаний опытных партий труб и разработки технических условий на трубы, которые должны завершиться не позднее 2007 г.

Отечественные производители вплотную приблизились к производству труб категории прочности Х80. Обсуждению аспектов производства и аттестации труб большого диаметра для магистральных газопроводов, в том числе этой категории прочности, и посвящена наша статья.

Технические требования к трубам для магистральных газопроводов на современном этапе

В первую очередь рассмотрим ситуацию на отечественных трубных заводах. Ключевым аспектом производства газопроводных труб большого диаметра являются качество и сортамент (ширина, толщина) листа (рулона) для газопроводных труб. Качество листа может быть обеспечено только применением всего комплекса современных металлургических технологий, таких как выплавка стали из малосернистого чугуна в кислородных конвертерах или электропечах, полный комплекс внепечной обработки и вакуумирования, обеспечивающие низкое содержание вредных примесей (сера на уровне 0,002–­0,003% и менее, фосфор — не более 0,010–0,015%, азот — менее 0,008%, водород — менее 4 ppm) и оптимальный химический состав с пониженным содержанием углерода (менее 0,08%), что должно обеспечить низкий углеродный эквивалент для улучшения свариваемости и предотвращение сегрегации и осевой ликвации в листе.

Применение непрерывной разливки на современных установках позволит получить сляб без осевой ликвации и скоплений неметаллических включений, а контролируемая прокатка с ускоренным охлаждением на автоматизированных мощных станах со 100%-ным неразрушающим контролем — лист с хорошей геометрией, сплошностью и стабильным, равномерным по длине листа комплексом механических свойств — прочность, пластичность, вязкость и хладостойкость.

К сожалению, наши металлургические заводы на сегодняшний день не имеют такого комплексного решения упомянутых технологических задач.

Необходимо отметить, что производство широкого и толстого листа для труб диаметром 1020–1420 мм в России в принципе возможно в настоящий момент только в листопрокатном цехе №3 ОАО «Северсталь» (г. Колпино) на стане 5000 (Ижора, ОАО «Северсталь»), который имеет одну клеть для черновой и чистовой прокатки.

Сейчас проводится дооснащение цеха необходимым оборудованием и начинается освоение производства листа шириной 2500мм для спиральношовных труб диаметром 1420 мм на рабочее давление 7,4 МПа (для ОАО «ВТЗ»). Современная установка непрерывного литья для производства сляба для этого стана должна быть введена на НТМК в этом году, также сляб поставляется с ОАО «Северсталь».

Тем не менее, должны быть повышены требования по сплошности — расслоения по поверхности листа менее 1000 кв.мм и по кромкам — менее 100 кв.мм (класс 3 и 2 по SEL 072 или класс 00 по ГОСТ 14727). Что касается перспективного сортамента, то трубы диаметром 1420 мм на давление 11,8МПа будут иметь толщину стенки ориентировочно 24,9 и 29,7 мм (III–IV и I–II участки категории) и 36,7 мм (участки категории В).

Для морских газопроводов на рабочее давление 14,7 МПа, 19,7 МПа и 24,7 МПа целесообразно применение труб диаметром от 610 до 1220 мм из стали класса прочности К54 (Х65)–К60 (Х70). В этом случае толщина стенки трубы будет изменяться от 12,9 мм до 44,2 мм, в зависимости от класса прочности стали и диаметра трубы.

Необходимо отметить, что в настоящее время отсутствует отечественная нормативная документация на магистральные газопроводы на давление свыше 9,8 МПа и морские газопроводы. Ее разработка необходима в ближайшем будущем в связи с повышением рабочего давления газопроводов и перспективы разработок месторождений с морскими транспортными участками (Штокмановское ГКМ, Северо-Европейский газопровод).

Механические свойства основного металла труб в поперечном направлении приведены в табл. 1.

В продольном направлении допускается снижение временного сопротивления разрыву не более чем на 7% против норм, установленных для поперечных образцов.

Временное сопротивление разрыву сварного соединения должно быть не менее норм по аналогичному показателю для основного металла в поперечном направлении.

Прочностные свойства металла труб (временное сопротивление, предел текучести) обеспечивают (с учетом коэффициентов запаса) несущую способность трубы под действием расчетных эксплуатационных нагрузок, в первую очередь внутреннего давления. Пластические свойства (относительное удлинение, равномерное относительное удлинение, отношение предела текучести к временному сопротивлению) обеспечивают необходимый запас деформативности металла трубы при воздействии незапланированных нагрузок, появления концентраторов деформации и напряжения.

Хладостойкость (отсутствие хрупких разрушений) металла труб подтверждается испытаниями на ударную вязкость и процентом волокна в изломе образцов DWTT.

Высокая прочность труб должна сочетаться с высоким уровнем вязкости и пластичности трубной стали.

Ударная вязкость по Шарпи при минус 20°С должна составлять 100–120 Дж/кв.см для труб на рабочее давление 75 атм и 150–240 Дж/кв.см на более высокие давления.

Высокие свойства по геометрии (отклонение по диаметру на торцах и по телу трубы, овальность, отклонение от формы) должны обеспечиваться применением современного прессового оборудования.

На Выксунском металлургическом заводе и на Ижорском трубном заводе для этих целей строятся прессы шаговой формовки (JCO), на ЧТПЗ проводится модернизация действующих прессов. Предусматривается механическое экспандирование труб по всей длине.

Чрезвычайно важно обеспечить качество сварных швов. Для этого необходимо ужесточить требования по размерам шва (ширина) и форме с целью обеспечения плавного перехода к основному металлу.

Величина ударной вязкости сварного соединения на образцах Шарпи должна быть не менее 60 Дж/кв.см. Неразрушающий ультразвуковой контроль сварного шва должен выполняться на современных автоматических ультразвуковых установках (12 и более датчиков) с компьютерным управлением, обработкой и архивированием, обеспечивающих выявление дефектов, в т.ч. трещин, всякой ориентации и при любой глубине залегания.

Данные УЗК-контроля должны подтверждаться на компьютеризованных рентгенотелевизионных установках. С целью соответствия качества шва указанным высоким требованиям необходимо применение новых сварочных материалов (проволока, керамический флюс) и автоматического сварочного оборудования (новых источников питания с автоматической регулировкой и регистрацией режимов сварки, систем слежения и корректировки положения электродов относительно шва).

В этом направлении проведена необходимая работа на ВМЗ. Осуществлена она и на стане 530-820 ЧТПЗ.

К сожалению, на ВТЗ до сих пор работа по замене сварочного оборудования не начата, а одно применение современных сварочных материалов не решит полностью всех проблем.

Таким образом, отечественным производителям листа и труб предстоит еще многое сделать для обеспечения качества газопроводных труб с повышенными потребительскими свойствами.

В то же время отечественные заводы-производители предпринимают попытки освоить производство (пока на уровне опытных партий) труб категории прочности Х80.

На ОАО «Выксунский металлургический завод» в мае 2004 г. специалистами ООО «ВНИИГАЗ» были проведены комплексные исследования опытной партии труб размером 1067х20,5 мм, изготовленные из листа категории прочности Х80 производства фирмы «Фест Альпине» (Австрия).

Рассмотрим более подробно технические требования, предъявляемые к трубам категории прочности Х80.

Базовыми техническими требованиями для труб категории прочности Х80 являются Спецификации Американского нефтяного института API 5L, в соответствии с которыми трубы должны соответствовать прочностным требованиям, представленным в табл. 2.

Базовый химический состав стали категории прочности Х80 по API 5L приведен в табл. 3.

Базовый химический состав был оптимизирован зарубежными производителями листа и труб применительно к технологическим возможностям оборудования. При массовом производстве труб категории прочности Х80 для Североамериканских трубных проектов японские металлурги (NKK Corporation), в частности, пошли по пути значительного снижения содержания углерода (до 0,04–0,05%), используя при легировании комплекс «молибден, ниобий, титан» с обязательным применением ускоренного охлаждения после контролируемой прокатки. Указанное сочетание возможностей технологии и легирования позволило при массовом производстве получить следующие механические свойства готовых труб размером 1219,2х12,1 мм (средние значения):
 - предел прочности — 730 МПа,
 - предел текучести — 605 МПа,
 - поглощенная энергия удара на образцах Шарпи при температуре испытаний –50°С (KV-5) — 250 Дж, минимальные значения для основного металла составили 137 Дж, зоны термического влияния — 69 Дж, сварного шва — 128Дж,
 - проба DWTT (–100°С): 85%.
 
Снижение содержания углерода в стали, благодаря совершенствованию технологии выплавки и прокатки стали, позволило обеспечить хорошую свариваемость стали категории прочности Х80 — углеродный эквивалент (Сэкв) не превышает 0,43, а параметр против растрескивания при сварке не превышает 0,18.

Европейские металлурги и трубники (фирма EUROPIPE, Германия) также пошли по пути снижения углерода, но не такого значительного (0,07–0,09%).

Было предложено 2 подхода к выбору схемы легирования: «марганец, ниобий, титан» с присадками меди и никеля (по 0,18% каждого) и «марганец–ниобий» без меди и никеля.

Во втором случае требуемый комплекс свойств достигается за счет совершенствования технологии (ускоренное охлаждение).

(Продолжение в следующем номере)

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!