Развитие теории, создание способов, средств и технологии определения ресурса безопасной эксплуатации трубопроводов магнитными методами неразрушающего контроля

• Автор: Кузнецов, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 211 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Анализ поведения трубопроводов в процессе эксплуатации и определение задач исследования для разработки методологии оценки ресурса их безопасной эксплуатации

1.1. Анализ аварий на магистральном трубопроводном транспорте

1.2. Исследование поведения трубных сталей под нагрузкой

1.3. Анализ действующих критериев оценки состояния трубопроводов

1.4. Анализ методик и неразрушающего оборудования, используемых при оценке состояния трубопроводов
1.4.1. Анализ неразрушающих методов контроля и оборудования для определения напряжений в стальных объектах

1.4.2. Анализ методов и средств для определения свойств стальных трубопроводов

1.5. Задачи исследования:

Глава 2. Разработка методологии определения зон трубопровода для

неразрушающей оценки его ресурса
2.1. Разработка методологии определения зон трубопровода с максимальными напряжениями расчетным путем
2.1.1. Разработка методики определения потенциально опасных участков трубопровода
2.1.2. Аналитические исследования прогибов на трубопроводах
2.2. Исследования поведения трубопроводов в зонах с максимальными напряжениями
2.2.1. Испытания элементов труб с изгибами
2.2.2. Исследование влияния перекачиваемого продукта на износ стенок трубопровода
2.3. Разработка методики определения пространственного положения действующих трубопроводов
2.3.1. Определение изгибов трубопровода под слоем грунта
2.3.2. Определение пространственного положения трубопровода под водой
Глава 3. Исследование и разработка методики определения абсолютных значений напряжений на действующих трубопроводах
3.1.Разработка аналитической модели изменения доменной структуры стали при нагружении
3.2. Исследование связи параметров магнитного шума с размерами доменов и напряжениями
3.3. Исследования связи ЭДС МШ с механическими свойствами стали и действующими напряжениями
3.4. Разработка методологии определения абсолютных значений напряжений в трубопроводах
Глава 4. Исследование и разработка методологии оценки свойств стали в трубопроводах
4.1. Разработка критерия оценки предельного состояния металла стальных трубопроводов
4.2. Обоснование параметра неразрушающего метода контроля, для оценки степени деструкции стали
4.3. Разработка методологии определения степени деструкции стали на основе измерения коэрцитивной силы
Глава 5. Разработка аппаратуры для оценки технического состояния трубопроводов
5.1. Исследование информативных параметров МШ-метода и разработка прибора для регистрации этих параметров
5.1.1. Исследование основных параметров известных МШ-приборов
5.1.2. Конструктивные особенности разработанных приборов
5.2. Результаты исследований работоспособности прибора ПИОН-01Ц
Глава 6. Результаты практического применения разработок
6.1. Пример обследования вантового перехода магистрального газопровода через водную преграду
6.2. Разработанные методики и приборы, акты их внедрения и использования
6.3. Отчеты по проведению обследований магистральных газопроводов под руководством автора
6.4. Справка- заключение ОАО «Оргэнергогаз»
7. Общие выводы по работе
8. Литература
9. Приложения
Введение
Трубопроводный транспорт является одним из самых дешевых и надежных транспортов при доставке жидких и газообразных продуктов на значительные расстояния. Как правило, трубопроводы изготавливаются из стальных труб, соединенных между собой сваркой. Технические и эксплуатационные характеристики трубопроводов обеспечиваются за счет выбора необходимого типа труб с заданным уровнем физико-механических свойств металла этих труб. Однако в процессе длительной эксплуатации технические характеристики трубопровода изменяются и могут перейти критические значения, при которых возможно «самопроизвольное» разрушение трубопровода.
Как известно действующие трубопроводы подвержены комплексу воздействий, приводящих к деструкции его металла. При этом из-за неравномерности таких воздействий по длине трубопровода степень деструкции металла в отдельных зонах может достигнуть критических значений и привести к разрушению трубопровода при нормальной работе основной части трубопровода.
Отправными точками, характеризующими появление в металле трубопровода элементов деструкции можно назвать: повышение плотности дислокаций (снижение пластических свойств металла); образование пор и микротрещин (элементы разрушения); коррозию металла.
Рассматривая весомость факторов, приводящих к ускоренной деструкции металла в локальных зонах, можно отметить, что главенствующее значение в этом процессе имеют действующие в данной зоне металла трубопровода механические напряжения. Причем, чем выше уровень напряжений, тем деструкция металла наступает быстрее.
Исследования по оценке распределения отказов на трубопроводах после различных сроков эксплуатации показывают, что количество отказов резко возрастает после 15 лет эксплуатации.
В этом же интервале времени наблюдается существенное снижение ударной вязкости металла труб и других характеристик, определяющих его пластические свойства. Например, относительные удлинение и сужение металла при эксплуатации трубопровода более 20-ти лет снижается более чем на 30% , а ударная вязкость металла (сталь 17ГС) уменьшается до 20 Дж/см2, что значительно ниже нормативных требований.

строения приборов, полученные технические характеристики разработок, а также методики определения напряжений МШ методом приведены в работах 16- 24,142-145V
Из аппаратурных разработок, которые в России нашли практическое применение в работах по определению напряжений, следует отметить два прибора: прибор STRESSCAN американской фирмы «American Stress Technologits» (общий вид прибора STRESSCAN приведен на рис. 5.3) и прибор ПИОН-01, разработанный в Научно-исследовательском машиностроительном институте (НИМИ) в содружестве с Московским государственным университетом приборостроения и информатики (МГУПИ) (внешний вид прибора ПИОН-01 приведен в главе 5). Основные данные по техническим характеристикам этих приборов также приведены в главе 5 диссертации. Рассмотрение этих характеристик в 5 главе обусловлено обоснованием технических требований к новым разработкам автора, выполненным в рамках работы над диссертацией.
По техническим характеристикам эти приборы близки и позволяют регистрировать ЭДС МШ в стальных конструкциях при сканировании контролируемой поверхности. Сложность применения приборов на практике связана с существенной зависимостью ЭДС МШ от свойств стали и состояния поверхности. В процессе контроля проводятся различные калибровки, которые не всегда позволяют обеспечить реальное измерение напряжений. При этом ошибка измерения абсолютных значений напряжений может достигать 100%.
В связи с этим вопросы выбора информативных параметров МШ, разработка методик калибровки приборов МШ при работе на конкретных объектах, разработка методик проведения измерений остаются важнейшими на повестке дня исследователей, занимающихся работами по оценке напряжений в стальных конструкциях.
Определение напряжений с помощью ультразвука.
Кроме магнитных методов для определения напряжений в металле могут быть использованы и методы, основанные на создание и анализе упругих волн в твердом теле 171-177. Известно, что при определенных схемах воздействия на твердое тело в последнем могут возникать и распространяться упругие волны. Основное свойство этих волн, независимо от природы, заключается в том, что в волне осуществляется перенос энергии без переноса вещества. Упругие волны в твердых телах, как чисто механические, связаны с упругими свойствами этих тел. На анализе связи характеристик волн с па-