Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия:

В. С. Репях, доцент кафедры материаловедения и технологии материалов, канд. техн. наук, эл. почта: podval2004@mail.ru
В. М. Кушнаренко, профессор кафедры механики материалов, конструкций и машин, докт. техн. наук, эл. почта: vmkushnarenko@mail.ru
Ю. А. Чирков, профессор кафедры механики материалов, конструкций и машин, докт. техн. наук, эл. почта: chirkov_ura@mail.ru
С. В. Бойко, директор Инжинирингового центра, доцент, канд. техн. наук, эл. почта: boikosv61@mail.ru

Представлены результаты исследований по определению причин разрушения корпуса обратного клапана. Проведен анализ изломов, полученных в результате образования трещин на корпусе обратного клапана, с определением очага разрушения. На основе данных технологической документации на обратный клапан выполнен анализ процесса изготовления, режимов термической обработки и механических свойств материала корпуса обратного клапана. В процессе исследований определены возможные дефекты, полученные как в результате работы клапана, так и при изготовлении в результате термической обработки материала корпуса клапана, рассмотрены микроструктура основного металла корпуса клапана, результаты механических испытаний, причины разрушения. В элементах конструкций колонны насосно-компрессорных труб встречаются дефекты, вызывающие их отказы. Например, излом тела трубы или ниппельного конца возникает при коррозионно-сорбционном растрескивании стали, сульфидном растрескивании в сероводородсодержащей водной среде; нарушение сплошности стенки — при коррозионно-сорбционном механическом износе; нарушение витков резьбы — при фреттинг-коррозии и растрескивании стали; сужение внутреннего сечения — при образовании твердых отложений. В результате металлографических исследований выявлены микротрещины как в поверхностных слоях, так и в срединном слое металла корпуса клапана. Режим термообработки металла корпуса обратного клапана и рабочие нагрузки в условиях сложного напряженного состояния существенно влияют на концентрацию напряжений в области впадин резьбы и коррозионных язв металла корпуса обратного клапана, что даже при непродолжительном воздействии наводороживающей сероводородсодержащей рабочей среды приводит к развитию микротрещин и разрушению металла корпуса обратного клапана.

1. Гилин А. Н., Попов А. В., Пепеляев Д. В. Повышение надежности и расширение функционала оборудования «Установка насосная устьевая для поддержания пластового давления» // Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуатации горношахтного и нефтепромыслового оборудования. 2019. Т. 1. С. 296–308.
2. Гуляев А. П. Материаловедение. — М. : Металлургия, 1977. — 648 с.
3. Узяков Р. Н., Кушнаренко В. М., Репях В. С., Чирков Ю. А. Влияние твердости на сероводородное растрескивание сталей // Вестник ОГУ. 2014. № 10 (171). С. 194–198.
4. Ziaei S. M. R., Kokabi A. H., Nasr-Esfehani M. Sulfide stress corrosion cracking and hydrogen induced cracking of A216-WCC wellhead flow control valve body // Case Studies in Engineering Failure Analysis. 2013. Vol. 1, Iss. 3. P. 223–234.
5. Wang T., Zhang H., Liang W. Hydrogen embrittlement fracture mechanism of 430 ferritic stainless steel: The significant role of carbides and dislocations // Materials Science and Engineering: A. 2021. Vol. 829, Iss. 11. 142043.
6. Dehnavi F., Eslami A., Ashrafizadeh F. A case study on failure of superheater tubes in an industrial power plant // Engineering Failure Analysis. 2017. Vol. 80. P. 368–377
7. Que Z., Ahonen M., Virkkunen I., Nevasmaa P., Rautala P., Reinvall H. Study of cracking and microstructure in Co-free valve seat hardfacing // Nuclear Materials and Energy. 2022. Vol. 31. 101202.
8. РД 50-672–88. Методические указания. Расчеты и испытания на прочность. Классификация видов изломов металлов. — М. : Госстандарт, 1989. — 22 с.
9. Фрактография и атлас фрактограмм / Справ. изд. пер. с англ. / Под ред. Дж. Феллоуза. — М. : Металлургия, 1982.
10. ГОСТ 18895–97. Сталь. Метод фотоэлектрического спектрального анализа. — Введ. 01.01.1998.
11. ГОСТ 9013–59. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Роквеллу. Шкалы А, В и С. — Введ. 01.01.1969.
12. СТП 26.260.484–2004. Термическая обработка коррозионностойких сталей и сплавов на железоникелевой основе в химическом машиностроении.
13. ГОСТ 5632–2014. Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки. — Введ. 01.01.2015.
14. ANSI/NACE MR0175/ISO 15156-3:2015. Нефтяная, нефтехимическая и газовая промышленность. Материалы для применения в средах, содержащих сероводород, при добыче нефти и газа – Часть 3: CRA (коррозионностойкие сплавы) и другие сплавы, стойкие к растрескиванию.
15. ГОСТ 1778–70. Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений. — Введ. 01.01.1972.
16. Мелехова Г. К. Коррозионные стали и сплавы для оборудования и трубопроводов АЭС. — Киев : Наукова думка, 1983. — 738 с.
17. ГОСТ Р 54918–2012 (ISO/TR 10400:2007). Трубы обсадные, насосно-компрессорные, бурильные и трубы для трубопроводов нефтяной и газовой промышленности. Формулы и расчет свойств. — Введ. 01.10.2013.
18. ГОСТ 25054–81. Поковки из коррозионностойких сталей и сплавов. Общие технические условия. — Введ. 01.01.1983.
19. Кушнаренко В. М., Чирков Ю.А., Полищук В. Ю., Репях В. С. Физическая природа разрушения : учебное пособие. — Оренбург : ОГИМ, 2014. — 369 с.
20. Кушнаренко В. М., Репях В. С., Чирков Е. Ю., Кушнаренко Е. В. Дефекты и повреждения деталей и конструкций : монография. — Оренбург : ООО «Руссервис», 2012. — 531 с.