RU2402755C2 - Procedure and device for de-hydrogenisation of walls of gas mains - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: irradiating device is transferred along whole length of pipeline under effect of transported gas; walls of pipeline are continuously irradiated with ionised radiation at power of radiation dose over 0.015 R/s. A shock wave, generated with radiation, excites hydrogen atmosphere in pipe walls and stimulates escape of hydrogen from pipe walls into external atmosphere.

EFFECT: de-hydrogenisation of material of gas main walls due to irradiating by ionised radiation with low energy; possibility to remove zones of plastic deformation.

2 cl, 5 dwg

Description

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).The invention relates to improving the quality and reliability of main gas pipelines and can be used to divert the walls of main gas pipelines during their operation. During the transportation of gases, hydrogen accumulates in the walls of the main gas pipelines. With a high concentration of hydrogen in the walls, the steel of the wall becomes brittle, which under certain conditions leads to the loss of stability of the pipelines and their destruction (V.N. Polyakov. Disasters of large diameter pipelines. The role of hydrogen fields. Problems of strength. 1995. No. 1, p. 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.Known devices in which ionizing radiation is used during the operation of main gas pipelines. These devices are used only for monitoring and diagnostics of gas pipelines, but will not allow reducing the concentration of hydrogen in the walls and preventing embrittlement of steel.

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).The closest is a device for indicating the location of the piston in the pipeline containing a capsule with a radioactive source located inside the container mounted on the piston (copyright certificate No. 315035, G01D 15/14, 1971).

Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет проводить разводороживание стенок магистральных газопроводов.A disadvantage of the known device is that it does not allow the separation of the walls of the main gas pipelines.

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.The objective of the invention is to develop a method and a device for the dissociation of the material of the walls of the main gas pipelines due to irradiation with a low dose rate of ionizing radiation and elimination of plastic deformation zones as a result.

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.A positive effect is achieved by moving the irradiating system inside the gas pipeline under the action of the transported gas, by exciting the hydrogen atmosphere in the entire wall of the gas pipeline under the influence of ionizing radiation, which leads to the release of excited hydrogen from the entire volume of the wall.

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.The implementation scheme of the proposed method is presented in figure 1. The section of the irradiated gas pipeline 1 is depicted, in which the irradiation system is located, mounted inside an airtight container 2, equipped with a running gear 3, which provides free movement of the irradiation system through the gas pipeline under the action of the transported gas. The irradiating system includes a fixed lead screen 6 and a movable lead screen 9. The movable lead screen, using the adjusting mechanism 10, moves along the longitudinal axis of the container, thereby opening an annular gap through which gamma radiation from the radioactive isotope 7 placed in the capsule 8, the section of the main gas pipeline is irradiated. The capsule with the radioactive isotope is closed with a lead stopper 5 and a plug 4, which ensure the tightness of the capsule. The entire device is placed in the cylinder 11.

Предлагаемый способ разводороживания стенок магистральных газопроводов реализуется следующим образом.The proposed method of dissociation of the walls of the main gas pipelines is implemented as follows.

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.An irradiating system installed in an airtight container 2 and equipped with a running gear 3 is passed through gas pipeline 1, which ensures free movement of the irradiating system through the gas pipeline under the action of the transported gas in the direction of the arrow. The lead screen (9) is opened before the irradiation system begins to move. When the irradiating system moves along the gas pipeline, the walls of the gas pipeline are irradiated with ionizing radiation. In the process of irradiation in the material of the walls of the gas pipeline, annihilation of interstitial atoms with genetically related vacancies of the crystal lattice of the material occurs. During annihilation, the energy stored in the vacancies of the crystal lattice is equal to 9 eV. This leads to an increase in temperature in the annihilation region. Then, the temperature in the annihilation region sharply decreases to the ambient temperature over a time component of a microsecond (Fig. 2). This leads to the formation of a shock wave. Propagating along the material of the walls of the gas pipeline, the shock wave excites the hydrogen atmosphere formed in the walls during the transportation of gas through the gas pipeline. Excitation of the hydrogen atmosphere leads to the release of hydrogen from the walls of the pipeline. The hydrogen output continues after irradiation for a long time (figure 3). The decrease in hydrogen concentration in the walls of the gas pipeline can be controlled by SEM, SIMS, acoustic emission, thermal emf methods.

На фиг.4 показаны оптические изображения поверхности образцов стали, полученные методом растровой электронной микроскопии после введения водорода:Figure 4 shows optical images of the surface of steel samples obtained by scanning electron microscopy after the introduction of hydrogen:

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.a - source; b - after the introduction of hydrogen for 15 minutes; c - after the introduction of hydrogen for 60 minutes; g - after the introduction of hydrogen for 120 minutes

На фиг.5 показаны оптические изображения поверхности газопроводной стали, полученные методом растровой электронной микроскопии, после введения водорода и облучения ионизирующим излучением:Figure 5 shows the optical image of the surface of the gas steel, obtained by scanning electron microscopy, after the introduction of hydrogen and irradiation with ionizing radiation:

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.a - after the introduction of hydrogen for 120 minutes; b - after the introduction of hydrogen for 120 min, followed by irradiation for 60 s; c - after the introduction of hydrogen for 120 min followed by irradiation for 120 s.

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.Hydrogenation for 15 minutes has little effect on the surface condition. A subsequent increase in the hydrogenation time up to 60 min leads to the formation of defects on the surface. With further hydrogenation, cracks appear along the entire surface of the steel of the gas pipeline. Irradiation of hydrogenated pipeline steel leads to a significant improvement in the surface condition as a result of the release of hydrogen.

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.Irradiation is carried out at a dose rate of ionizing radiation of more than 0.015-0.018 R / s. At a lower dose rate of ionizing radiation, a large hydrogen output from the walls of the gas pipeline is not achieved and a large exposure time is required.

Claims (2)

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.1. The method of dissociation of the walls of the main gas pipelines, for the implementation of which the irradiating device is moved along the entire length of the pipeline under the action of the transported gas, is continuously irradiated with ionizing radiation of the pipeline wall at a radiation dose rate of more than 0.015-0.018 R / s, a shock wave is generated by radiation, a hydrogen shock wave is excited atmosphere in the walls of the pipe, stimulate the release of hydrogen from the walls of the pipe into the external atmosphere. 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. 2. A device for de-venting the walls of main gas pipelines, including a sealed container containing a capsule with a source of radiation, characterized in that the container is placed on the running gear, the capsule is closed with a lead stopper and a plug, the container is equipped with a fixed and movable lead screen, the movable screen during operation during using the adjusting mechanism, move along the longitudinal axis of the container, open the annular gap through which the walls are irradiated of the pipeline.

Images