WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

АГИШЕВ ВАДИМ НАИЛОВИЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ГАЗОПРОВОДОВ С ДЕФЕКТАМИ ФОРМЫ ТРУБ Специальность 05.26.03 – «Пожарная и промышленная безопасность» (Нефтегазовая отрасль)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа - 2005 2

Работа выполнена в Оренбургском государственном университете.

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Чирков Юрий Александрович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Хуснияров Мират Ханифович;

кандидат технических наук Сагинбаев Рустам Хабирович Ведущая организация ООО «Волго-Уральский научноисследовательский и проектный институт нефти и газа» (ООО «ВОЛГОУРАЛНИПИГАЗ»)

Защита состоится 1 апреля 2005 года в 14-30 на заседании диссертационного совета Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета М.М. Закирничная 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ В настоящее время в РФ эксплуатируется несколько десятков тысяч километров газопроводов, построенных в период с 1970 по 1980 годы.

Несовершенство технологии строительства приводит к снижению качества строительно-монтажных работ, возникновению различных дефектов в металле стенки труб и снижению безопасности эксплуатации газопроводов. Длительные сроки эксплуатации газопроводов и непрерывно изменяющиеся параметры перекачки способствуют увеличению количества механических и развитию усталостных повреждений в металле труб, которые в свою очередь могут привести к авариям.

Аварии на газопроводах наносят непоправимый ущерб окружающей среде, экономике и нередко бывают причиной гибели людей. Примеров аварий, приводящих к значительному экологическому и экономическому ущербу, можно привести много, поскольку на газопроводном транспорте нефти и газа ежегодно происходит свыше 100 аварий с выходом продукта. В общем, по данным РАО «Газпром», дефекты, вызвавшие разрушения, составили:

металлургические - 13,3 %; строительные - 23,9 %; эксплуатационные - 36,7 %;

прочие - 26,1 %. По данным мировой статистики, только за последние 30 лет количество аварий в нефтяной и газовой промышленности возросло в три раза, а ущерб от них вырос в девять раз.

В настоящее время в результате диагностирования газопроводов установлено, что с учетом деформационного старения металла стенок труб дальнейшая эксплуатация газопроводов с дефектами формы труб возможна при условии обоснованно рассчитанного ресурса безопасной эксплуатации.

Наиболее опасные виды отказов газопроводов связаны с зарождением и развитием трещин в области дефектов под воздействием факторов эксплуатационного происхождения (статических и динамических нагрузок и коррозионной среды).

В данной диссертационной работе на основании анализа технического состояния газопроводов по результатам комплексной внутритрубной диагностики установлено, что основными типами дефектов являются коррозионные дефекты и дефекты формы, которые представляют собой наибольшую опасность при эксплуатации газопроводов, в условиях циклического нагружения.

Несмотря на большой объем опубликованных исследований в области увеличения долговечности и безопасной эксплуатации газопроводов, содержащих дефекты формы труб, ряд вопросов остается малоизученным, среди них можно выделить следующие:

1 Влияние циклического режима эксплуатации на работоспособность и безопасную эксплуатацию дефектных участков газопроводов, требует дальнейших экспериментальных исследований.

2 Несовершенство методов прогнозирования безопасной эксплуатации участков газопроводов, подвергнутых механическим повреждениям и эксплуатируемых под воздействием циклических нагрузок.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ Повышение эффективности методов определения остаточного ресурса безопасной эксплуатации газопроводов с дефектами формы стенки труб, работающих в условиях статических и циклических режимов, на основе результатов неразрушающего контроля, расчетных методик и гидравлических испытаний дефектных труб.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1 Исследовать методику акустического неразрушающего контроля напряженно-деформированного состояния металла газопроводов с дефектами формы труб.

2 Определить остаточный ресурс безопасной эксплуатации газопроводов с дефектами формы труб при малоцикловой усталости по результатам метода автоциркуляций ультразвуковых импульсов (АУЗИ).

3 Определить эквивалентные режимы нагружения труб на основе анализа режимов эксплуатации газопроводов.

4 Определить остаточный ресурс вмятин и гофр на основе циклического нагружения давлением труб с дефектами формы.

5 Разработать методику определения остаточного ресурса безопасной эксплуатации газопроводов с дефектами формы труб на основе результатов экспериментальных исследований метода АУЗИ и гидравлических испытаний.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА 1 Установлены зависимости скорости распространения акустических волн от величины пластических деформаций металла и поврежденности металла в результате усталостного нагружения.

2 На основании результатов исследований метода АУЗИ разработан способ определения механических свойств металлов при пластическом деформировании.

3 Получена зависимость величины максимальных деформаций в области дефектов формы труб по результатам тензометрирования и метода АУЗИ.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ Гидравлический стенд и предлагаемая методика гидравлических испытаний внедрены в УЭСП ООО «Оренбурггазпром» и позволили обосновать необходимость и сроки проведения ремонта участков газопровода с дефектами формы, тем самым повысить безопасность эксплуатации магистрального газопровода Ду 700 мм «Оренбург-Салават-Уфа».

Разработана методика оценки поврежденности металла дефектных участков газопроводов при циклических деформациях с прогнозированием остаточного ресурса безопасной эксплуатации.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1 Методика измерения величины пластических деформаций при сложном напряженно-деформированном состоянии металла газопроводов акустическими волнами.

2 Методика проведения гидравлических испытаний по результатам расчета количества эквивалентных циклов нагружений газопроводов.

3 Методика, позволяющая определять остаточный ресурс безопасной эксплуатации газопроводов с дефектами формы.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены:

- на III Всероссийской научно-технической конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (Орск, 2002);

- Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы подготовки кадров для развития экономики Оренбуржья» (Оренбург, 2002);

- региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Оренбургской области (Оренбург, 2002);

- IV Международной научно-технической конференции «Диагностика оборудования и газопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред» (Оренбург, 2002);

- IV Международной научной конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (Оренбург, 2005).

За разработанную методику оценки механических свойств металлов при пластическом деформировании в 2003 г. автор награжден дипломом лауреата научно-исследовательских работ молодых ученых и специалистов Оренбуржья.

Также получено положительное решение о выдаче патента на изобретение «Способ оценки механических свойств при пластическом деформировании» (№2002110486/28(011033) от 19.04.2002 г.).

ПУБЛИКАЦИИ По теме диссертации опубликовано 9 печатных трудов и тезисов докладов.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников из 124 наименований, содержит 136 страниц машинописного текста, включая 44 рисунка, 10 таблиц, 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы, сформулированы цель и основные задачи исследования.

В первой главе проведен анализ условий эксплуатации газопроводов и дефектности металла газопроводов, по результатам которого выявлены основные дефекты газопроводов.

Установлено, что при длительной эксплуатации газопроводов наибольшей опасностью обладают дефекты формы, связанные с пластической деформацией, типа вмятин и гофр, так как в процессе повторно-статического изменения давления в структуре металла данных областей накапливается усталостное повреждение. Это приводит к потере пластичности металла, образованию трещин и выходу из строя газопроводов.

Таким образом, необходимо решение задачи выбора метода определения остаточного ресурса безопасной эксплуатации газопроводов с дефектами формы труб. В связи с этим проведен анализ ряда существующих методов. По результатам данного анализа выяснили следующее:

- универсальным неразрушающим методом контроля, применимым к контролю дефектного состояния металла труб, по ряду признаков является акустический метод АУЗИ;

- аналитические методы определения остаточного ресурса, хотя и считаются перспективными, но являются на данный момент сложными и дают приближенную оценку остаточного ресурса дефектных участков газопроводов в связи с тем, что не учитывают усталостное повреждение металла в области дефектов формы;

- метод определения остаточного ресурса дефектных участков газопроводов, использующий гидравлические испытания, достоверен при применении обоснованных режимов испытаний, которые должны учитывать реальное циклическое изменение внутреннего давления в эксплуатируемом газопроводе.

По результатам анализа различных методов определения остаточного ресурса установлено, что на данный момент необходима разработка методики определения остаточного ресурса безопасной эксплуатации газопроводов с дефектами формы труб, учитывающей геометрические параметры дефектов формы, механические характеристики металла и величину усталостного повреждения металла в результате циклического изменения давления в процессе эксплуатации газопроводов.

Во второй главе приведена разработанная методика неразрушающего контроля металла, основанная на методе АУЗИ, использующего акустические волны. Преимуществом метода АУЗИ является возможность определения величины остаточной пластичности металла до зарождения и образования микротрещин.

При обработке метода АУЗИ получены экспериментальные зависимости изменения времени распространения акустических волн между фиксированной базой пьезопреобразователей датчика ультразвукового прибора от величины упругих и пластических деформаций металла и при малоцикловой усталости металла.

Для установления зависимости изменения времени распространения акустических волн от структурных изменений, происходящих при пластической деформации металла, проведены экспериментальные исследования с растяжением плоских образцов из стали типа сталь толщиной 2 мм, изготовленных по ГОСТ 1497-84. Образцы нагружали ступенчато, с шагом 0,2т на разрывной машине ИР 5057-50 со скоростью 0,мм/мин.

При увеличении величины нагрузки на каждые 0,2 т производили замер времени распространения акустических волн и удлинение образца. После достижения предела текучести металла образца замеры проводили после каждого относительного удлинения на 3 %.

По результатам экспериментов получена зависимость (t/t0имп) = 0,изменения времени распространения акустической волны, от величины относительной деформации металла в шейке плоского образца, которая приведена на рисунке 1. Здесь t0имп – период акустического импульса в бездефектной зоне (эталон), tимп – период акустического импульса в зоне пластических деформаций, t = tимп - t0имп.

t 100 % tимп 1,1,0, 0,0, 3 6 9 12 15 18 21 24 27, % Рисунок 1 – Зависимость времени распространения акустической волны от величины деформации металла Практический интерес имеют исследования изменения механических свойств металлов при малоцикловой усталости, когда накопление повреждений связано с возникновением деформаций.

Усталость металлов является важнейшей проблемой прочности материалов в связи с задачей повышения долговечности и надежности конструкций, работающих под действием различных видов циклических нагрузок. Значение исследований усталости металлов трудно переоценить, если учесть, что более 80% всех разрушений носят усталостный характер.

Цель исследования заключалась в установлении зависимости изменения времени распространения акустических волн от усталости металла при малоцикловой усталости. Испытания на малоцикловую усталость проводили изгибом плоских образцов толщиной 2 мм из стали типа сталь 20. При изгибе плоской стальной пластины поверхность металла претерпевает значительную пластическую деформацию, величина которой зависит от толщины пластины, угла и радиуса загиба, а также механических свойств стали деформируемой пластины.

Образцы гнули через специальную оправку, затем выпрямляли до плоского исходного состояния. Пластическую деформацию в приповерхностных пл слоях образца определяли по формуле у - =, (1) пл r E где у – расстояние от внешних волокон до нейтрального слоя, мм;

r – радиус скругления образца, мм;

-1 – предел усталости, МПа;

Е – модуль упругости, МПа.

После деформации при первых пяти перегибах, а далее через каждые последующих перегибов снимали показания изменения времени распространения акустических волн. В ходе проведения эксперимента получена зависимость изменения времени распространения акустической волны от механических свойств металла в условиях деформирования плоского образца при повторно-статической нагрузке, представленная на рисунке 2. Зависимость представляет собой полиномиальную функцию (t/t0имп) = a + b·n + c·n2 + d·n3, где коэффициенты: a = 0,022; b = 0,354; c = - 0,043; d = 0,002.

Необходимо отметить изменение поведения материала образца на различных интервалах (I, II, III) (рисунок 2) малоциклового нагружения.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»