СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РАЗВОДОРОЖИВАНИЯ СТЕНОК МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ
PROCEDURE AND DEVICE FOR DE-HYDROGENISATION OF WALLS OF GAS MAINS

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.