Frontier Materials & TechnologiesFrontier Materials & TechnologiesFrontier Materials & Technologies2782-40392782-6074Togliatti State University7910.18323/2073-5073-2018-2-34-40ArticlesСтатьиPOROSITY DURING THE REPAIR WORK OF TANKS AND PIPELINES FOR TRANSPORTATION OF OIL AND OIL PRODUCTS AND THE MEASURES FOR ITS PREVENTIONПОРИСТОСТЬ ПРИ РЕМОНТЕ РЕЗЕРВУАРОВ И ТРУБОПРОВОДОВ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ И МЕРЫ ПО ЕЕ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЮKovtunovA. I.КовтуновА. И.
Russian Federation

Kovtunov Aleksandr Ivanovich, Doctor of Sciences (Engineering), professor of Chair “Welding, metal forming and related processes”

445020, Togliatti, Belorusskaya Street, 14

Ковтунов Александр Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры «Сварка, обработка материалов давлением и родственные процессы»

445020, г. Тольятти, ул. Белорусская, 14

 

akovtunov@rambler.ruPudovkinaN. G.ПудовкинаН. Г.
Russian Federation

Pudovkina Nadezhda Gennadievna, graduate student of Chair “Welding, metal forming and related processes”

445020, Togliatti, Belorusskaya Street, 14

Пудовкина Надежда Геннадьевна, магистрант кафедры «Сварка, обработка материалов давлением и родственные процессы»

445020, г. Тольятти, ул. Белорусская, 14

 

pud_ng@mail.ruPudovkinA. A.ПудовкинА. А.
Russian Federation

Pudovkin Andrey Andreevich, graduate student of Chair “Welding, metal forming and related processes”

445020, Togliatti, Belorusskaya Street, 14

Пудовкин Андрей Андреевич, магистрант кафедры «Сварка, обработка материалов давлением и родственные процессы»

445020, г. Тольятти, ул. Белорусская, 14

 

6am6ucha@bk.ruMaslyaevA. M.МасляевА. М.
Russian Federation

Maslyaev Aleksandr Mikhailovich, graduate student of Chair “Welding, metal forming and related processes”

445020, Togliatti, Belorusskaya Street, 14

Масляев Александр Михайлович, магистрант кафедры «Сварка, обработка материалов давлением и родственные процессы»

445020, г. Тольятти, ул. Белорусская, 14

maslyaevam@sam.transneft.ruTogliatti State UniversityТольяттинский государственный университет29062018234401003202110032021https://vektornaukitech.ru/jour/article/view/79

While repairing the metallic structures of tanks, main and process pipelines of oil and oil products transportation system, high porosity of welds can be observed. As a reason of high porosity, the change of chemical composition and metal structure resulting from the environmental effect including the contact with oil and oil products can be considered. The dominant factors affecting the high pore-formation while repairing the elements of pipeline transportation system which were described earlier in the research literature with respect to the special characteristics of continuous wire welding in the carbon dioxide environment are the high hydrogen and carbon content in the molten weld pool, high cooling rate of metal, strain aging of the ferritic-pearlitic steels, and the hydrogen embrittlement. The conclusion about the reasons for high porosity is made. The authors carried out some studies which verified the increased hydrogen and carbon content in the metal under the influence of operational factors and what is more, in metal at the side of contact with oil products, the hydrogen content by weight on the inside of sample is twice as big as the hydrogen content by weight on the outside of it. The carbon content on the side of contact with oil is 20 % more than that on the inside. Based on the research, the authors offered a number of techniques for decreasing the weld metal porosity under factory conditions of PAO “Transneft”: the increase of heat input rate of welding within the established range of welding modes; the preliminary thermal treatment of used steel with the following slow cooling for the decrease of free carbon.

При проведении ремонтных работ металлоконструкций резервуаров, магистральных и технологических трубопроводов системы транспорта нефти и нефтепродуктов наблюдается повышенная пористость сварных швов. В качестве причины повышенной пористости рассматривается изменение химического состава и структуры металлов, возникающее под влиянием эксплуатационных факторов, в том числе при контакте с нефтью и нефтепродуктами. Доминирующими факторами, влияющими на повышенное порообразование при ремонте элементов системы трубопроводного транспорта, описанными ранее в научной литературе с учетом особенностей сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа, являются: повышенное содержание водорода и углерода в сварочной ванне; высокая скорость охлаждения металла, явления деформационного старения ферритно-перлитных сталей и водородного охрупчивания. Сделаны выводы о причинах повышенной пористости. Проведены исследования, подтверждающие увеличенное содержание водорода и углерода в металле под влиянием эксплуатационных факторов, причем в металле со стороны контакта с нефтепродуктами массовая концентрация водорода с внутренней стороны образца более чем в два раза выше массовой концентрации водорода с внешней стороны. Содержание углерода со стороны контакта с нефтью превышает содержание углерода с внутренней стороны на 20 %. На основе проведенного исследования предложен ряд технологических мер по уменьшению пористости в металле шва в производственных условиях ПАО «Транснефть»: увеличение погонной энергии сварки в пределах установленных диапазонов режимов сварки; предварительная термообработка стали, бывшей в эксплуатации, с последующим медленным охлаждением для уменьшения свободного углерода.

weld porositytanks repairmain and process pipelines repairchemical composition of metal of tanks and pipelinesпористость сварного шваремонт резервуаровмагистральных и технологических трубопроводовхимический состав металла резервуаров и трубопроводовOn the agenda: the program for improving the quality of construction and repair of vertical steel tanks at the sites of organizations of “Transneft” system. Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov, 2016, no. 2, pp. 10–11.На повестке дня: программа повышения качества строительства и ремонта резервуаров вертикальных стальных на объектах организаций системы «Транснефть» // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2016. № 2. С. 10–11.Lanchakov G.A., Zorin E.E., Pashkov Yu.I., Stepanenko A.I. Rabotosposobnost truboprovodov. Soprotivlyaemost razrusheniyu [Serviceability of pipelines. Resistance to destruction]. Moscow, Nedra Publ., 2001. Ch. 2, 350 p.Ланчаков Г.А., Зорин Е.Е., Пашков Ю.И., Степаненко А.И. Работоспособность трубопроводов. Сопротивляемость разрушению. В 2 ч. Ч. 2. М.: Недра, 2001. 350 с.Efimenko L.A. Methodological backgrounds for the evaluation of weldability of the construction materials using the example of oil and gas assortment steels. Svarochnoe proizvodstvo, 2013, no. 9, pp. 24–27.Ефименко Л.А. Методологические основы оценки свариваемости конструкционных материалов на примере сталей нефтегазового сортамента // Сварочное производство. 2013. № 9. С. 24–27.Pritula V.V. Situation with corrosion on the Russian gas and oil pipelines and with their industrial safety. Truboprovodnyy transport: teoriya i praktika, 2015, no. 2, pp. 6–10.Притула В.В. Коррозионная ситуация на газовых и нефтепроводах России и их промышленная безопасность // Трубопроводный транспорт: теория и практика. 2015. № 2. С. 6–10.Makarov G.I. The strategy of engineering policy of modernization of systems of oil and gas pipeline transportation. Svarochnoe proizvodstvo, 2013, no. 9, pp. 44– 48.Макаров Г.И. Стратегия технической политики модернизации систем трубопроводного транспорта нефти и газа // Сварочное производство. 2013. № 9. С. 44–48.Zorin N.E., Shapshalov D.N. Resistance power of pipeline steels and their welding joints after continuous service. Svarochnoe proizvodstvo, 2009, no. 11, pp. 35–36.Зорин Н.Е., Шапшалов Д.Н. Сопротивляемость разрушению трубных сталей и их сварных соединений после длительной эксплуатации // Сварочное производство. 2009. № 11. С. 35–36.Pimnev A.L., Zemenkova M.Yu. Problems of monitoring of reliability of tanks in processes of transport and storage of hydrocarbons. Truboprovodnyy transport: teoriya i praktika, 2015, no. 5, pp. 43–47.Пимнев А.Л., Земенкова М.Ю. Проблемы мониторинга надежности резервуаров при технологических процессах транспорта и хранения углеводородов // Трубопроводный транспорт: теория и практика. 2015. № 5. С. 43–47.Paton B.E., ed. Svarnye konstruktsii. Mekhanika razrusheniya i kriterii rabotosposobnosti [Welded Structures. Fracture Mechanics and Criteria of Working Capacity]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1996. 576 p.Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности / под ред. Б.Е. Патона. М.: Машиностроение, 1996. 576 с.Zankovets P.V. Sovershenstvovanie tekhnologicheskikh protsessov i kachestva svarochno-montazhnykh rabot v stroitelstve matematicheskim modelirovaniem usloviy obekta svarki i optimizatsiey proizvodstvennykh faktorov. Avtoref. dis. kand. tekhn. nauk [The improvement of engineering processes and quality of mechanical works in construction using the mathematical modeling of the conditions of welding object and the production factors optimization]. Minsk, 2000. 20 p.Занковец П.В. Совершенствование технологических процессов и качества сварочно-монтажных работ в строительстве математическим моделированием условий объекта сварки и оптимизацией производственных факторов : автореф. дис. … канд. техн. наук. Минск, 2000. 20 с.Zankovets P.V. Level of effect of preparation and assembly for welding on quality of welded joints for industrial pipelines. Avtomaticheskaya svarka, 2011, no. 6, pp. 48–53.Занковец П.В. Степень влияния подготовки и сборки под сварку на качество сварных соединений технологических трубопроводов // Автоматическая сварка. 2011. № 6. С. 48–53.RD 25.160.10–KTN-015-15. Magistralnyy truboprovodnyy transport nefti i nefteproduktov. Svarka pri stroitelstve i remonte stalnykh vertikalnykh rezervuarov. Tekhnologii svarochno-montazhnykh rabot: s izmeneniem 1 [Main pipeline transportation of oil and oil products. Welding during the construction and repair of steel vertical tanks. Mechanical works technologies: as amended 1]. Moscow, Transneft’ Publ., 2016. Ch. 1, 223 p.РД 25.160.10–КТН-015-15. Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Сварка при строительстве и ремонте стальных вертикальных резервуаров. В 2 ч. Ч. 1. Технологии сварочно-монтажных работ: с изменением 1. М.: Транснефть, 2016. 223 с.RD 25.160.10–KTN-015-15. Tekhnologiya remonta magistralnykh nefteprovodov i nefteproduktoprovodov s davleniem do 6,3 MPa. Svarka pri stroitelstve i remonte stalnykh vertikalnykh rezervuarov. Metody kontrolya kachestva svarnykh soedineniy: s izmeneniem 1 [The technology of repair works of the main oil and oil products pipelines with the pressure up to 6.3 MPa. Welding during construction and repair works of steel vertical tanks. The methods of control of welding joints quality: as amended 1]. Moscow, Transneft’ Publ., 2016. Ch. 2, 88 p.РД 25.160.10–КТН-015-15. Технология ремонта магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов с давлением до 6,3 МПа. Сварка при строительстве и ремонте стальных вертикальных резервуаров. В 2 ч. Ч 2. Методы контроля качества сварных соединений: с изменением 1. М.: Транснефть, 2016. 88 с.RD 23.040.00–KTN-386-09. Magistralnyy truboprovodnyy transport nefti i nefteproduktov [Main pipeline transportation of oil and oil products]. Moscow, Transneft’ Publ., 2009. 221 p.РД 23.040.00–КТН-386-09. Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. М.: Транснефть, 2009. 221 с.Buzorina D.S. Calculation of mode parameters of mechanized multi-pass welding in protective gases for quality of welded joints. Svarka i diagnostika, 2014, no. 3, pp. 13–17.Бузорина Д.С. Расчет параметров режима многопроходной механизированной сварки в защитных газах для получения качественных сварных соединений // Сварка и диагностика. 2014. № 3. С. 13–17.Karasev M.V., Doroshenko F.E., Kazakov A.A., Lyubochko D.A. Technological characteristics of performing various weld layers during automatic welding of pipelines. Svarka i diagnostika, 2014, no. 6, pp. 45– 49.Карасев М.В., Дорошенко Ф.Е., Казаков А.А., Любочко Д.А. Технологические особенности выполнения различных слоев шва при автоматической сварке трубопроводов // Сварка и диагностика. 2014. № 6. С. 45–49.Zavalinich D.A., Steklov O.I., Dzyuba O.V., Lozovoy V.G., Shchegolev V.A. The analysis of application of modern Russian and foreign electrodes during major repair of main pipelines. Svarochnoe proizvodstvo, 2007, no. 4, pp. 32–39.Завалинич Д.А., Стеклов О.И., Дзюба О.В., Лозовой В.Г., Щеголев В.А. Анализ применения современных электродов отечественного и импортного производства при капитальном ремонте магистральных нефтепроводов // Сварочное производство. 2007. № 4. С. 32–39.Orlov B.D., ed. Tekhnologiya i oborudovanie kontaktnoy svarki [Technology and equipment of contact welding]. 2 nd ed., pererab. i dop. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1986. 536 p.Технология и оборудование контактной сварки / под общ. ред. Б.Д. Орлова. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986. 536 с.Nerovnyy V.M., ed. Teoriya svarochnykh protsessov [Theory of Welding Processes]. 2 nd ed. Moscow, MGTU im. N.E. Baumana Publ., 2016. 704 p.Теория сварочных процессов / под ред. В.М. Неровного. 2-е изд. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 704 с.Gapchenko M.N., Futer I.E. Poristost svarnykh shvov i mery borby s ney [Weld joint porosity and the measures of its control]. Kiev, Gostekhizdat USSR Publ., 1953. 76 p.Гапченко М.Н., Футер И.Е. Пористость сварных швов и меры борьбы с ней. Киев: Гостехиздат УССР, 1953. 76 с.Oskin I.E., Goncharov N.G., Kolesnikov O.I. Requirements for welding materials used for building and repair of pipelines. Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov, 2011, no. 4, pp. 33– 35.Оськин И.Э., Гончаров Н.Г., Колесников О.И. Требования к сварочным материалам для строительства и ремонта нефтепроводов // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2011. № 4. С. 33–35.Kononenko V.Ya. Svarka v srede zashchitnykh gazov plavyashchimsya i neplavyashchimsya elektrodom [Gasshielded welding with consumable and nonconsumable electrode]. Kiev, Nika-Print Publ., 2007. 266 p.Кононенко В.Я. Сварка в среде защитных газов плавящимся и неплавящимся электродом. Киев: НикаПринт, 2007. 266 с.Pokhodnya I.K. Metallurgy of arc welding of construction steels and welding materials. Svarochnoe proizvodstvo, 2009, no. 4, pp. 3–15.Походня И.К. Металлургия дуговой сварки конструкционных сталей и сварочные материалы // Сварочное производство. 2009. № 4. С. 3–15.Gumerov A.G., Yamaleev K.M., Zhuravlev G.V., Vadikov F.I. Treshchinostoykost metalla trub nefteprovodov [Crack resistance of metal of pipes of oil pipelines]. Moscow, Nedra-Biznestsentr Publ., 2001. 231 p.Гумеров А.Г., Ямалеев К.М., Журавлев Г.В., Вадиков Ф.И. Трещиностойкость металла труб нефтепроводов. М.: Недра-Бизнесцентр, 2001. 231 с.Murzakhmetova U.A., Abdikalikova B.K. The study of the structure and properties of low-alloy steel 09G2S using the STATISTICA 10 and DIGIMIZER software. Vestnik Kazakhskogo natsionalnogo tekhnicheskogo universiteta im. K.I. Satpaeva, 2014, no. 4, pp. 326–332.Мурзахметова У.А., Абдикаликова Б.К. Изучение структуры и свойств низколегированной стали 09Г2С с применение программного обеспечения STATISTICA 10 И DIGIMIZER // Вестник Казахского национального технического университета им. К.И. Сатпаева. 2014. № 4. С. 326–332.Ivanova V.S., Goritskiy V.M., Terentev V.F. Dislocation structure and strain aging in the process of fatigue of BCC-metals. Vzaimodeystvie mezhdu dislokatsiyami i atomami primesey i svoystv metallov: sbornik nauchnykh trudov. Tula, Tul. politekhn. in-t Publ., 1974, pp. 181–186.Иванова B.C., Горицкий В.М., Терентьев В.Ф. Дислокационная структура и деформационное старение в процессе усталости ОЦК-металлов // Взаимодействие между дислокациями и атомами примесей и свойств металлов: сборник научных трудов. Тула: Тул. политехн. ин-т, 1974. С. 181–186.