Tại sao độ bền va đập lại ảnh hưởng đến an toàn đường ống
Độ bền va đập là khả năng thép hấp thụ năng lượng và biến dạng dẻo trước khi bị gãy dưới tải trọng đột ngột. Đối với đường ống chôn dưới biển hoặc đường ống ngầm, đặc tính này có tính chất quyết định, bởi vì đường ống bị hỏng ở dạng giòn có thể truyền vết nứt chạy dài hàng trăm mét, trong khi đường ống có độ bền phù hợp sẽ chặn vết nứt lại. Do độ bền giảm mạnh khi nhiệt độ giảm, thử nghiệm luôn được xác định cùng với nhiệt độ thử nghiệm, đồng thời tiêu chuẩn và đơn đặt hàng cùng ấn định cả nhiệt độ và mức chấp nhận. Các yêu cầu áp dụng cho ống API 5L đến từ chính API 5L, từ ISO 3183 cho cấp quốc tế tương đương và từ các tiêu chuẩn phương pháp thử nghiệm mà thử nghiệm được thực hiện.
Bài kiểm tra notch Charpy V{0}}
Công cụ tiêu chuẩn để thử nghiệm chấp nhận thường xuyên là thử nghiệm uốn va đập con lắc trên một thanh có khía được đỡ đơn giản, được mô tả trong ISO 148-1 và đối với các sản phẩm thép, trong các phần thử nghiệm cơ học của ASTM A370. Quy trình này rất đơn giản và có độ lặp lại cao.
Mẫu vật có kích thước đầy đủ có kích thước 10 mm x 10 mm x 55 mm với rãnh khía 45 độ V-, độ sâu rãnh khía là 2 mm và bán kính gốc rãnh khía là 0,25 mm.
Mẫu được làm nguội đến nhiệt độ thử nghiệm quy định trong bể hoặc buồng thử và chuyển sang máy trong khoảng thời gian mà phương pháp cho phép, sao cho nhiệt độ của thép thay vì nhiệt độ của phòng quyết định kết quả.
Một con lắc có năng lượng đã biết đập vào mẫu phía sau vết khía và làm nó gãy. Năng lượng hấp thụ trong vết nứt được đọc trực tiếp từ máy, tính bằng joules.
Sau khi gãy, diện tích cắt thường được đo trên bề mặt vết nứt và độ giãn nở bên được ghi lại ở gốc khía. Tỷ lệ bề mặt đứt gãy do cắt, dạng sợi cao cho thấy tính chất dẻo.
Khi thành ống mỏng hơn 10 mm, các mẫu có kích thước phụ có chiều rộng giảm bớt sẽ được gia công sao cho mẫu đại diện cho toàn bộ độ dày của thành. Năng lượng hấp thụ của mẫu có kích thước phụ- thấp hơn năng lượng của mẫu có kích thước đầy đủ chỉ vì có ít vật liệu bị gãy hơn, do đó, các giá trị được chỉ định sẽ được chia tỷ lệ tương ứng và kích thước mẫu phải luôn được báo cáo cùng với kết quả.
Tần suất kiểm tra, vị trí và hướng
Các thử nghiệm va đập được thực hiện từ thân ống theo hướng ngang, và ống hàn cũng được thử nghiệm trong mối hàn và trong vùng chịu ảnh hưởng nhiệt. Tần suất lấy mẫu có liên quan đến nhiệt độ hoặc lô hàng, như được xác định trong tiêu chuẩn dành cho mức thông số kỹ thuật của sản phẩm được áp dụng. Thông số kỹ thuật của sản phẩm cấp 1 không yêu cầu thử nghiệm tác động trừ khi đơn đặt hàng yêu cầu; đặc điểm kỹ thuật sản phẩm cấp 2 yêu cầu phải kiểm tra, đây là một trong những khác biệt kỹ thuật chính giữa hai cấp độ. Kết quả thử nghiệm được báo cáo dưới dạng một bộ, thường là ba mẫu, với giá trị trung bình tối thiểu và giá trị riêng lẻ tối thiểu.
Kiểm tra độ rách trọng lượng cho đường ống có đường kính lớn
Thử nghiệm Charpy đo năng lượng được hấp thụ bởi một mẫu nhỏ, có khía, nhưng nó không tái tạo đầy đủ hoạt động của một đường ống điều áp có vết nứt đang chạy. Do đó, đối với các đường dây truyền tải có đường kính lớn, áp suất cao, thử nghiệm xé rách do trọng lượng rơi được quy định thêm. Một tấm có độ dày đầy đủ, có khía bị va đập bởi một vật nặng rơi xuống và bị vỡ, đồng thời đo tỷ lệ bề mặt gãy bị cắt chứ không phải bị cắt. Diện tích cắt tối thiểu cao, thường được biểu thị bằng phần trăm của mặt gãy, chứng tỏ rằng thép sẽ chống lại sự lan truyền vết nứt. Phương pháp thử nghiệm được mô tả trong ASTM E436 và được viện dẫn thông qua các phụ lục của API 5L khi kích thước ống và ứng dụng yêu cầu.
Điều gì làm thay đổi nhiệt độ chuyển tiếp
| Nhân tố | Ảnh hưởng đến độ bền va đập |
|---|---|
| Hàm lượng cacbon | Tăng lượng cacbon làm tăng nhiệt độ chuyển từ dẻo sang giòn và làm giảm năng lượng hấp thụ tối đa |
| Kích thước hạt | Tinh chế hạt làm giảm nhiệt độ chuyển tiếp và là cách đáng tin cậy nhất để cải thiện độ dẻo dai |
| Cấu trúc vi mô | Các dải ngọc trai thô và ferrite tự do làm giảm độ dẻo dai, trong khi cấu trúc ferit hình kim và bainit mịn cải thiện nó |
| Lưu huỳnh và tạp chất | Các tạp chất mangan sunfua kéo dài phân tách thép và được kiểm soát bằng phương pháp xử lý canxi và lưu huỳnh thấp |
| Thực hành lăn và làm mát | Cán có kiểm soát và làm mát tăng tốc sẽ tinh chỉnh cấu trúc và tăng năng lượng hấp thụ ở nhiệt độ thấp |
| Độ dày của tường | Những bức tường nặng hơn nguội chậm hơn và có xu hướng có cấu trúc thô hơn, vì vậy ống dày thường có yêu cầu khắt khe hơn ống mỏng cùng loại |
Câu hỏi thường gặp
Hỏi: Đơn vị nào được sử dụng để đo độ bền va đập?
Năng lượng hấp thụ được báo cáo bằng joules. Khi kết quả được chuẩn hóa theo diện tích mặt cắt ngang-ở khía, kết quả được biểu thị bằng jun trên centimet vuông hoặc kilôjun trên mét vuông, cho phép so sánh các mẫu có kích thước khác nhau.
Câu hỏi: Ống API 5L được thử nghiệm tác động ở nhiệt độ nào?
Nhiệt độ thử nghiệm được chỉ định bởi API 5L và được thắt chặt theo đơn đặt hàng và nó thường liên quan đến nhiệt độ vận hành hoặc lắp đặt dự kiến thấp nhất của đường ống hơn là nhiệt độ phòng.
Câu hỏi: Mẫu vật có kích thước phụ có thể được chuyển đổi thành giá trị kích thước đầy đủ không?
Không có hệ số chuyển đổi duy nhất nào được chấp nhận cho tất cả các loại thép. Các giá trị chấp nhận được chỉ định cho các mẫu có-kích thước phụ được quy định cùng với kích thước mẫu trong tiêu chuẩn và báo cáo phải nêu rõ kích thước được sử dụng.
Hỏi: Tại sao lại cần thực hiện thử nghiệm xé rách khi thả rơi khi kết quả Charpy đã được chấp nhận?
Hai bài kiểm tra đo lường những thứ khác nhau. Charpy biểu thị năng lượng được hấp thụ bởi một mẫu nhỏ, trong khi thử nghiệm xé rách do trọng lượng rơi đo lường khả năng chống lại vết nứt đang chạy của vật liệu có độ dày đầy đủ. Đường kính lớn, áp suất cao thường yêu cầu cả hai.
Hỏi: Hàm lượng lưu huỳnh ảnh hưởng đến kết quả như thế nào?
Lưu huỳnh cao tạo thành các thể vùi sunfua kéo dài hoạt động như các đường nứt bên trong, làm giảm năng lượng hấp thụ và tăng nhiệt độ chuyển tiếp, đặc biệt là theo hướng ngang. Thực hành có hàm lượng lưu huỳnh thấp với việc kiểm soát hình dạng tạp chất là biện pháp khắc phục thông thường.
Hỏi: Giấy chứng nhận kiểm tra cần ghi những gì?
Cấp và mức thông số kỹ thuật của sản phẩm, số nhiệt, hướng và kích thước mẫu, nhiệt độ thử nghiệm, năng lượng hấp thụ của từng mẫu, giá trị trung bình và, nếu cần, diện tích cắt hoặc độ giãn nở theo phương ngang, tất cả đều có thể truy nguyên theo chiều dài ống được thử nghiệm.
