Надежность. Темы вопросов к экзамену по дисциплине Процессы и методы повышения надежности на стадиях эксплуатации и ремонта нефтепромыслового оборудования
 Скачать 4.2 Mb.
|
Предупреждение кавитационных разрушений элементов оборудованияКавитация – процесс образования парогазовых пузырьков с последующим их схлопыванием, в результате которого возникают гидравлические удары Кавитационный запас – Полный абсолютный напор на всасывании за вычетом напора, соответствующего давлению насыщенного пара при температуре на всасывании. Н=Нн-Нн.п.  Меры, предупреждающие возникновение кавитации в насосах: ограничение скорости жидкости в проточной полости насосов; применение рациональных форм сечений проточной полости и профилей лопастей (уменьшение толщины лопастей у входа); эксплуатация насосов в режимах, близких к оптимальному; применение колес двухстороннего входа (примерно в 1,4 раза меньше величина динамического падения давления на входе); применение колес с так называемым перасширенным входом; предвключенное осевое колесо или шнек, состоящий из двух - трех витков (повышает давление у входа в центробежное колесо) Сорбционные разрушения. Причины, меры предупреждения.Сорбция – процесс поглощения твердым телом молекул, атомов и ионов другого вещества Адсорбция – процесс поглощения поверхностью твердого тела молекул, атомов и ионов другого вещества Абсорбция – процесс поглощения всем объемом твердого тела молекул, атомов и ионов другого вещества  К числу наиболее сильных сорбционно-активных сред по отношению к металлам и сплавам относится водород. Он оказывает существенное влияние на механические свойства металла [2]: у малоуглеродистых сталей вызывает резкое снижение относительного удлинения, поперечного сужения и ударной вязкости у высокоуглеродистых сталей с повышенными прочностными характеристиками – уменьшение предела прочности Процесс растворения водорода в металлах сопровождается процессом диссоциации, то есть распада молекул водорода на атомы Процесс диссоциации молекул водорода на атомы может происходить в газовой среде при высоких температурах или в поверхностном слое металла за счет энергии адсорбции, кроме того, на поверхности металла могут образовываться атомы водорода в процессе химических реакций [2] Химические реакции возникают при сварке металлов, вследствие взаимодействия паров воды с металлом При низких температурах в процессе травления металла в кислотных средах ионы водорода теряют свой заряд, превращаются в атомы водорода и тоже могут растворяться в металле Металлы могут насыщаться водородом при электролизе Интенсивное поглощение металлом водорода происходит при эксплуатации оборудования в обводненных сероводородсодержащих средах Меры предупреждения Химический состав и структура стали определяют растворимость и поглощение водорода сталью, а также влияют и на проявление эффекта водородногоохрупчивания. Отмечается резко отрицательное влияние марганца на хрупкую прочность наводороженной стали. Отмечается повышение водородной хрупкости стали при добавках в сталь хрома (марганец хром не добавлять). Легирование стали никелем, молибденом и вольфрамом увеличивает ее сопротивление хрупкому разрушению при наводороживании. С увеличением температуры отпуска стали и снижением ее предела прочности хрупкое разрушение под действием водорода происходит при все более высоких напряжениях. Наименьшее снижение пластичности в результате наводороживания у сталей с наиболее термодинамически устойчивой структурой, например зернистый или тонкопластинчатый перлит. Наибольшая водородная хрупкость наблюдается у сталей мартенситной структуры. Усталостные разрушения деталей оборудования. Причины, прогнозирование, предотвращениеУсталость – процесс постепенного накопления повреждений материала под действием переменных напряжений, приводящих к изменению свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению. Сопротивление усталости – свойство материала противостоять усталости (аналог – выносливость – ГОСТ считает недопустимым термином). Усталостное разрушение – разрушение материала нагружаемого объекта до полной потери его прочности или работоспособности вследствие распространения усталостной трещины. Основной причиной зарождения и развития усталостного разрушения являются дефекты кристаллической решетки – вакансии и дислокации, которые могут перемещаться при циклическом нагружении и постепенно концентрироваться на каком-либо участке поверхности [2]. Разрушение происходит при напряжениях, значительно меньших предела не только текучести, но и упругости. Механизм усталостного разрушения во многом связан с неоднородностью реальной структуры материалов (различие размеров, очертаний, ориентации соседних зерен металла; наличие различных включений – шлаков, примесей; дефекты кристаллической решетки, дефекты поверхности материала – царапины, коррозия и т. д.) [2]. На границах отдельных включений и вблизи микроскопических пустот и различных дефектов возникает концентрация напряжений, которая приводит: [2] к микропластическим деформациям сдвига некоторых зерен металла накоплению сдвигов Затем происходит развитие сдвигов в микротрещины, их рост и слияние; на последнем этапе появляется одна или несколько макротрещин, которая достаточно интенсивно развивается (растет). В материале перед трещиной (этапы 1 и 2) по одной из подходящих плоскостей скольжения в направлении наибольшего касательного напряжения может произойти сдвиг. Благодаря этому сдвигу трещина расширяется, одновременно увеличиваясь по длине. Теперь может произойти сдвиг в другой плоскости (этап 3). Механическое упрочнение и увеличивающееся напряжение окончательно ослабляют другие параллельные плоскости сдвига, что делает вершину трещины тупой (этап 4). Циклическое расширение и сжатие трещины (этапы 1—5 и 6—7) приводят к образованию типичного рисунка, причем каждый новый цикл добавляет новую бороздку. Разнообразные методы повышения сопротивления конструкционных материалов циклической усталости можно разделить на следующие группы (предотвращение): Выбор материалов с требуемыми физико-механическими свойствами и структурой; Выбор формы и размеров изделия, обеспечивающих снижение концентрации напряжений в его наиболее нагруженных сечениях, и значения напряжений в этих сечениях, не превышающие допускаемых напряжений; Механические, термические, физико-механические и комбинированные воздействия на материал изделия с целью обеспечения его требуемой структуры, напряженно-деформированного состояния и физико-механических свойств. Различают следующие методы изучения поверхностей разрушения и зон материала, непосредственно примыкающих к излому (прогнозирование): Макро- и микроскопическая фрактография Измерение и фотометрирование геометрии поверхности разрушения Измерение твердости, рентгеноспектральный микроанализ электрохимические, рентгенографические, магнитные и др. методы исследования фазового состояния, искажений кристаллической решетки Анализ микроструктуры с целью определения соответствия материала разрушенной детали, определения глубины обезуглероженного слоя. |