Обоснование материаловедческих критериев повреждаемости металла труб магистральных газопроводов и прогнозирование остаточного ресурса

• Автор: Кузьбожев, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с.

СПИСОК ИЛЛЮСТРАЦИЙ

СПИСОК ТАБЛИЦ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ,

ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ

ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛА ПРИ ПРОДЛЕНИИ РЕСУРСА ДЛИТЕЛЬНО ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ОБЪЕКТОВ

1.1. Методические подходы продления ресурса

1.2. Обзор и классификация процессов деградации механических свойств металла

1.2.1. Изменения структуры и свойств при старении

1.2.2. Механические и физические свойства, эволюция дислокационной структуры при

усталости
1.3. Методы изучения кинетики усталостных процессов и деформационного старения
1.3.1. Металлография структуры
1.3.2. Электронная микроскопия тонкой структуры
1.3.3. Механические испытания
1.3.4. Метод релаксационных испытаний
1.4. Методы оценки старения и усталости металла трубопроводов по напряженному
состоянию
1.5. Цель и задачи исследования
2. МЕТОДИКИ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ И ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Методика определения состояния структуры материала при имитационных
испытаниях
2.1.1. Назначение
2.1.2. Сущность метода испытаний
2.1.3. Оборудование и приборы
2.1.4. Образцы для испытания
2.1.5 Подготовка к испытаниям
2.1.6. Проведение испытаний
2.1.7. Обработка результатов измерений
2.1.8. Анализ результатов измерений
2.2. Методика определения состояния структуры материала трубопровода
2.3. Методика определения ресурса металла газопровода
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КИНЕТИКИ НАКОПЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННОСТИ В СТРУКТУРЕ МЕТАЛЛА
3.1. Обследование газопровода Ухта-Войаож
3.1.1. Объект и методы обследования
3.1.2. Результаты обследования
3.2. Исследование состояния структуры металла газопровода стандартными методами

3.2.1. Образцы для исследований
3.2.2. Состав стали газопровода
3.2.3. Микроструктура Ст2пс
3.2.4. Механические испытания металла труб
3.3. Определение структурного состояния металла при имитационных испытаниях..
3.3.1. Исследование тонкой структуры
3.3.2. Имитационные испытания материала
3.4. Исследование зависимости между поврежденностью структуры металла и результатами механических испытаний
3.5. Оценка состояния структуры металла по критериям физических методов неразрушающего контроля
3.5.1. Магнитный метод
3.5.2. Рентгеноструктурный метод
3.5.3. Измерение твердости
3.6. Уточнение параметров имитационных испытаний на фактическом трубном материале
3.7. Расчет ресурса материала
3.7.1. Ресурс лабораторного материала
3.7.2. Ресурс фактического трубного материала
3.7.3. Уточнение ресурса материала трубопровода без вырезки образцов
4. ПРОДЛЕНИЕ РЕСУРСА ГАЗОПРОВОДА
5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ РЕСУРСА ТРУБОПРОВОДОВ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
СПРАВКА об использовании результатов диссертационной работы Кузьбожева Александра Сергеевича «Обоснование материаловедческих критериев повреждаемости металла труб магистральных газопроводов и прогнозирование остаточного ресурса»
ПРИЛОЖЕНИЕ
АКТ о внедрении и использовании результатов кандидатской диссертационной работы Кузьбожева A.C. «Обоснование материаловедческих критериев повреждаемости металла труб магистральных газопроводов и прогнозирование остаточного ресурса»
ПРИЛОЖЕНИЕ
Расчет экономического эффекта от продления ресурса газопровода Ухта-Войвож..
СПИСОК ИЛЛЮСТРАЦИЙ

Рис. 1.1. Параметры релаксационных испытаний
Рис. 2.1. Алгоритм корректировки режимов имитационных испытаний
Рис. 3.1. Общий вид газопровода надземной прокладки Ухта-Войвож:
Рис. 3.2. Результаты механических испытаний образцов на растяжение
Рис. 3.3. Тонкая структура Ст2пс исходного состояния:
Рис. 3.4. Тонкая структура Ст2пс первой стадии старения:
Рис. 3.5. Тонкая структура Ст2пс второй стадии старения:
Рис. 3.7. Зависимости поврежденности структуры материала от времени
испытаний для различной степени старения образов
Рис. 3.8. Зависимости коэффициентов К (а) и М (б) при аппроксимирующей функции Р=Ке(М,4> от степени старения материала
Рис. 3.9. Зависимость параметров механических испытаний от поврежденности структуры материала для старения различной степени:
Рис 3.10. Зависимости коэрцитивной силы от параметров нагружения при испытаниях для материала различной степени старения:
Рис. 3.11. Зависимости микротвердости от числа циклов нагружения:
Рис. 3.13. Электронные микрофотографии тонкой структуры металла трубопровода после 52 эксплуатации:
Рис. 4.1. Структурная схема продления ресурса трубопровода
Рис. 4.2. Распределение анизотропии коэрцитивной силы (а) и эквивалентных напряжений (б) по линейной координате при изменении профиля оси трубопровода за счет установки двух дополнительных опор:
Рис. 4.3. Зависимость поврежденности структуры металла от времени испытаний для различной величины статической и циклической нагрузки:

Из данной теории следует, что текущая поврежденность материала, определяющая длительную прочность (ресурс) конструкции, зависит, преимущественно, от времени и режимов нагружения.
Следовательно, методы и способы исследования поведения нагруженного материала, оценки напряженно-деформированного состояния конструкции являются одной из ключевых составляющих в задачах определения ресурса. Основной принцип оценки критического состояния материала нагруженной конструкции основан на положении о том, что локальные участки с повышенными напряжениями являются предпочтительными для процессов деградации.
В работах [9, 55] показано, что в металлических конструкциях могут стабильно существовать напряжения без приложения внешних нагрузок, которые носят название остаточных или внутренних напряжений. Причиной внутренних напряжений являются неодинаковые линейные или объемные деформации соседних микрочастиц металла. Наиболее широко используется классификация внутренних напряжений H.H. Давиденкова [25, 45]:
Напряжения I рода - «макро объемные» (конструкция в целом);
Напряжения II рода - «микро объемные» (несколько зерен материала);
Напряжения III рода - искажения кристаллической решетки, обусловленные полями деформаций, связанными как с точечными дефектами, так и с дислокациями.
Кроме того, в нагруженной конструкции действуют внешние напряжения, которые в трубопроводах возникают от следующих нагрузок и воздействий:
• постоянных (статических) нагрузок и воздействий, к которым относятся собственный вес трубопровода, давление перекачиваемой среды, воздействие конструкционных напряжений, приобретенных на стадии строительства;
• временных (циклических) нагрузок, которые включают пульсацию давления перекачиваемой среды, температурные напряжения;
• случайных (особых) нагрузок и воздействий, включающих снеговые, ветровые нагрузки и нагрузки от обледенения, испытательные нагрузки, нагрузки, вызываемые временными неисправностями и нарушениями технологического процесса (например, смещением опор при надземной прокладке трубопровода).