Изучение прочностных характеристик стальных трубопроводов с дефектами типа "вмятина"

• Автор: Мустафин, Тимур Раилевич
• Шифр специальности: 25.00.19
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 109 с. : 63 ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ОТКАЗОВ СТАЛЬНЫХ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.1 Анализ аварийности и отказов стальных газонефтепроводов и

нефтепродуктопроводов

1.2 Существующие методики оценки влияния вмятин на прочность

трубопроводов

1.3 Анализ испытаний трубопроводов с дефектами типа «вмятина»

внутренним давлением

1.4 Обзор проводившихся механических испытаний металла труб

1.5 Выводы по главе
ГЛАВА 2 ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Анализ существующей нормативной документации по отбраковке трубопроводов с вмятинами. Выбор критерия опасности для оценки дефектов типа «вмятина» при планировании экспериментов
2.2 Цели и общий план экспериментальных исследований, материально-техническое обеспечение
2.3 Составление плана эксперимента
2.4 Методика проведения экспериментов
2.5 Анализ экспериментальных данных
2.6 Выводы по главе
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ С ДЕФЕКТАМИ ТИПА ВМЯТИНА НА СТАЛЬНЫХ ГАЗОНЕФТЕ-
ПРОВОДАХ
3.1 Определение зависимости размеров вмятины от статической нагрузки

3.2 Определение изменения толщины стенки труб в пределах образования вмятины
3.3 Измерение значения твердости на контрольных образцах, образцах с дефектами типа «вмятина»
3.4 Экспериментальное определение прочностных характеристик ма-
териала труб при статическом нагружении. Испытание образцов вырезанных из тела труб на растяжение
3.5 Определение отбраковочной толщины стенки исследуемых труб
3.6 Выводы по главе
ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА РАЗРУШЕНИЯ ОБРАЗЦОВ С ВМЯТИНАМИ, А ТАКЖЕ ВЛИЯНИЯ ПРАВКИ ВМЯТИН НА ПРОЧНОСТЬ СТАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
4.1 Исследование характера разрушения образцов с вмятинами
4.2 Исследование влияния правки дефектов типа «вмятина» безударным методом с помощью домкратов
4.3 Выводы по главе
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Размеры образцов трубной стали для испытаний на растяжение
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Зависимость геометрических размеров вмятин от статической нагрузки для исследуемых труб диаметрами 159... 1220 мм
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Изменение прочностных характеристик дефектных труб
диаметрами 159... 1220 мм
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Микроструктура металла труб в области образования дефектов типа «вмятина» относительной глубиной 2...6,6% наружного диаметра трубы
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Справка о внедрении разработанных установок для образования дефектов типа «вмятина» в учебный процесс УГНТУ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
На сегодняшний день в России функционирует развитая сеть находящихся в эксплуатации стальных газонефтепроводов и нефтепродуктопроводов. Их общая протяженность составляет более миллиона километров, включая промысловые, магистральные и газораспределительные трубопроводы.
Статистические данные показывают, что механические повреждения трубопроводов являются одной из основных причин отказов стальных газонефтепроводов и нефтепродуктопроводов в России и связаны с повреждением металла трубы. Они образуют на трубопроводах различного рода поверхностные дефекты, дефекты геометрии формы, которые при определенных параметрах снижают эксплуатационную надежность трубопроводов и могут привести к их отказам или авариям. Наиболее часто встречающимися при этом являются дефекты типа «вмятина».
Вмятина приводит к концентрации напряжений в зоне дефекта под действием внутреннего давления и может сопровождаться другими поверхностными дефектами, т.е. дополнительными концентраторами напряжений.
В существующих нормативах вмятины, совмещенные с другими дефектами, считаются почти всегда опасными. А вот нормы оценки опасности плавных вмятин варьируются в широких пределах и обладают в основном повышенными требованиями.
Существует большой объем расчетно-экспериментальных работ по разрушению дефектных участков или сегментов труб с вмятинами внутренним давлением. Эксперименты проводились как при нагружении внутренним давлением до разрушения для оценки прочности дефектных труб, так и при нагружении путем задания пульсирующего внутреннего давления для оценки долговечности трубы с вмятиной. С другой стороны, возможно изменение прочностных характеристик самой трубы. И если в научно-технической литературе достаточно информации по механическим испытаниям трубной стали, то сказыва-

номинальная толщина стенки трубы), наносимых индентером при образовании вмятины. Возможное наличие таких рисок учитывается введением коэффициента запаса по прочности пр = 1,2. Такая величина коэффициента запаса по прочности принята на основе обработки результатов натурных экспериментов с трубами, имевшими дефекты в виде вмятин с царапинами, нанесенными при капитальном ремонте нефтепровода.
Критерием допустимости дефекта принято условие неразрушимости трубопровода при испытательном давлении (по СНиП Ш-42.80) Рисп:
= 1,8<х0,2£ 1Л()

где (То,2 - нормативный предел текучести трубной стали; 1 - номинальная толщина стенки трубы; Б - наружный диаметр трубы.
В соответствии с классификацией, принятой в методике, все дефекты геометрии по степени опасности подразделяются на «опасные», «неопасные» и «недопустимые».
Исходя из технических характеристик ВИС (внутритрубных инспекционных снарядов) по возможности преодоления сужений в трубопроводе, дефекты геометрии, приводящие к уменьшению проходного диаметра трубы ниже 85% от нормативного, вне зависимости от расчетной несущей способности дефектной трубы, относятся к «недопустимым». Критерием, по которому выделяются «неопасные» дефекты, является сохранение общей прочности трубопровода на уровне бездефектной трубы (т.е. разрушающее давление для данного дефекта не менее нормативного испытательного).
Все остальные дефекты относятся к «опасным», т.е. требуют снижения рабочего давления на трубопроводе.
В качестве критерия образования разрушения (возникновения макротрещины) при статическом нагружении внутренним давлением принимается равенство интенсивности максимальных местных напряжений <Т;,тал. предельной прочности материала 5С: