СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РАЗВОДОРОЖИВАНИЯ СТЕНОК МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ Российский патент 2010 года по МПК G01N23/00 

Изобретение относится к повышению качества и надежности магистральных газопроводов и может быть использовано для разводороживания стенок магистральных газопроводов в процессе их эксплуатации. При транспортировке газов водород накапливается в стенках магистральных газопроводов. При большой концентрации водорода в стенках сталь стенки становится хрупкой, что в определенных условиях приводит к потере устойчивости трубопроводов и их разрушению (В.Н.Поляков. Катастрофы трубопроводов большого диаметра. Роль полей водорода. Проблемы прочности. 1995. №1, - с.137-146).

Известны устройства, в которых применяется ионизирующее излучение в процессе эксплуатации магистральных газопроводов. Эти устройства применяются только для контроля и диагностики магистральных газопроводов, но не позволят уменьшать концентрацию водорода в стенках и предотвратить охрупчивание стали.

Наиболее близким является устройство для индикации местоположения поршня в трубопроводе, содержащее капсулу с радиоактивным источником, размещенным внутри контейнера, закрепленного на поршне (авторское свидетельство №315035, G01D 15/14, 1971).

Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет проводить разводороживание стенок магистральных газопроводов.

Задача предлагаемого изобретения заключается в разработке способа и устройства для разводороживания материала стенок магистральных газопроводов за счет облучения малой мощностью дозы ионизирующего излучения и устранению в результате этого зон пластической деформации.

Положительный эффект достигается перемещением облучающей системы внутри газопровода под действием транспортируемого газа, возбуждением под действием ионизирующего излучения водородной атмосферы во всей стенке газопровода, что приводит к выходу возбужденного водорода из всего объема стенки.

Схема реализации предложенного способа представлена на фиг.1. Изображен участок облучаемого газопровода 1, в котором расположена облучающая система, смонтированная внутри герметичного контейнера 2, снабженного ходовым механизмом 3, обеспечивающим свободное перемещение облучающей системы по газопроводу под действием транспортируемого газа. Облучающая система включает в себя неподвижный свинцовый экран 6 и подвижный свинцовый экран 9. Подвижный свинцовый экран при помощи регулировочного механизма 10 передвигается вдоль продольной оси контейнера, открывая при этом кольцевую щель, через которую гамма-излучением от радиоактивного изотопа 7, помещенного в капсулу 8, производится облучение участка магистрального газопровода. Капсула с радиоактивным изотопом закрывается свинцовой пробкой 5 и заглушкой 4, которые обеспечивают герметичность капсулы. Все устройство помещается в цилиндр 11.

Предлагаемый способ разводороживания стенок магистральных газопроводов реализуется следующим образом.

По газопроводу 1 пропускают облучающую систему, установленную в герметичном контейнере 2 и снабженную ходовым механизмом 3, обеспечивающим свободное перемещение облучающей системы по газопроводу под действием транспортируемого газа в направлении, указанном стрелкой. Открывают свинцовый экран (9) до начала движения облучающей системы. При движении облучающей системы по газопроводу происходит облучение ионизирующим излучением стенок газопровода. В процессе облучения в материале стенок газопровода происходит аннигиляция междоузельных атомов с генетически связанными вакансиями кристаллической решетки материала. При аннигиляции выделяется запасенная в вакансиях кристаллической решетки энергия, равная 9 эВ. Это приводит к повышению температуры в области аннигиляции. Затем температура в области аннигиляции резко уменьшается до температуры окружающей среды за время, составляющее доли микросекунды (фиг. 2). Это приводит к образованию ударной волны. Распространяясь по материалу стенок газопровода, ударная волна возбуждает водородную атмосферу, образованную в стенках при транспортировке газа по газопроводу. Возбуждение водородной атмосферы приводит к выходу водорода из стенок газопровода. Выход водорода продолжается после облучения в течение длительного времени (фиг.3). Уменьшение концентрации водорода в стенках газопровода может быть проконтролировано методами РЭМ, ВИМС, акустической эмиссии, термо-э.д.с.

На фиг.4 показаны оптические изображения поверхности образцов стали, полученные методом растровой электронной микроскопии после введения водорода:

а - исходный; б - после введения водорода в течение 15 мин; в - после введения водорода в течение 60 мин; г - после введения водорода в течение 120 мин.

На фиг.5 показаны оптические изображения поверхности газопроводной стали, полученные методом растровой электронной микроскопии, после введения водорода и облучения ионизирующим излучением:

а - после введения водорода в течение 120 мин; б - после введения водорода в течение 120 мин с последующим облучением в течение 60 с; в - после введения водорода в течение 120 мин с последующим облучением в течение 120 с.

Наводороживание в течение 15 мин мало влияет на состояние поверхности. Последующее увеличение времени наводороживания до 60 мин приводит к образованию дефектов на поверхности. При дальнейшем наводороживании появляются трещины по всей поверхности стали газопровода. Облучение наводороженной трубопроводной стали приводит к существенному улучшению состояния поверхности в результате выхода водорода.

Облучение проводится при мощности дозы ионизирующего излучения более 0,015-0,018 Р/с. При меньшей мощности дозы ионизирующего излучения не достигается большой выход водорода из стенок газопровода и требуется большое время облучения.

Использование: для разводороживания стенок магистральных газопроводов. Сущность: заключается в том, что перемещают облучающее устройство по всей длине трубопровода под действием транспортируемого газа, непрерывно облучают ионизирующим излучением стенки трубопровода при мощности дозы излучения более 0,015 Р/с, создают излучением ударную волну, возбуждают ударной волной водородную атмосферу в стенках трубы, стимулируют выход водорода из стенок трубы во внешнюю атмосферу. Технический результат: обеспечение возможности разводороживания материала стенок магистральных газопроводов за счет облучения ионизирующим излучением с малой мощностью, что, в свою очередь, обеспечивает возможность устранения зон пластической деформации. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ разводороживания стенок магистральных газопроводов, для реализации которого перемещают облучающее устройство по всей длине трубопровода под действием транспортируемого газа, непрерывно облучают ионизирующим излучением стенки трубопровода при мощности дозы излучения более 0,015-0,018 Р/с, создают излучением ударную волну, возбуждают ударной волной водородную атмосферу в стенках трубы, стимулируют выход водорода из стенок трубы во внешнюю атмосферу.

2. Устройство разводороживания стенок магистральных газопроводов, включающее герметичный контейнер, содержащий капсулу с источником радиоактивного излучения, отличающееся тем, что контейнер помещают на ходовой механизм, закрывают капсулу свинцовой пробкой и заглушкой, снабжают контейнер неподвижным и подвижным свинцовыми экранами, подвижный экран в процессе эксплуатации при помощи регулировочного механизма перемещают вдоль продольной оси контейнера, открывают кольцевую щель, через которую производят облучение стенок магистрального газопровода.