WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
УДК 622.692.4

На правах рукописи

МАКАРОВ ПАВЕЛ СЕРГЕЕВИЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ МАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ Специальность 25.00.19 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ А В Т О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 2007

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР»), г. Уфа Научный руководитель - доктор технических наук Султанов Марат Хатмуллинович

Официальные оппоненты: -доктор технических наук, профессор Азметов Хасан Ахметзиевич - кандидат технических наук, доцент Худяков Михаил Александрович Ведущая организация - ЗАО «Нефтемонтаждиагностика» (г. Уфа)

Защита диссертации состоится «16» ноября 2007 г. в 1130 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при ГУП «Институт проблем транспорта энергоресурсов» по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР».

Автореферат разослан «15» октября 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук Л.П. Худякова 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы В соответствии с правилами технической эксплуатации магистральных трубопроводов до оценки технического состояния трубопровода предварительно выявляют дефектные участки, дают оценку напряженнодеформированного состояния (НДС) металла и степени опасности разрушения.

Опасность разрушения трубопровода из-за перенапряжения металла конструкции может возникнуть и в результате действия неучтенных нагрузок, в частности воздействия оползневых участков, нарушения проектных решений или ошибок в проекте (например дополнительное к проектному искривление участка трубопровода в вертикальной или горизонтальной плоскости вплоть до образования гофров и др.).

В последние годы большой интерес проявляется к косвенным магнитным методам контроля НДС стальных конструкций, которые основаны на тесной корреляции магнитных и механических параметров металлов. Разработанные методы и технические средства измерения механических напряжений металла по магнитным диагностическим параметрам обладают рядом преимуществ, важных для ранней диагностики напряженнодеформированного состояния элементов конструкций трубопроводов (труб, тройников, сварных соединений и т.д.). Это неразрушающее действие операции контроля, достаточно высокая производительность контроля в полевых условиях, возможность дистанционного контроля с мониторингом напряженно-деформированного состояния трубопровода в процессе эксплуатации.

Между тем, в настоящее время отсутствуют соответствующие технологические решения и регламенты магнитного контроля напряженнодеформированного состояния металла и методика расчетной оценки работоспособности потенциально опасных участков трубопроводов по магнитным диагностическим параметрам.

В ряде случаев контроль напряженно-деформированного состояния элементов конструкций трубопроводов производится с применением технических средств для регистрации магнитных шумов, магнитной анизотропии металла, коэрцитивной силы и магнитной памяти металла.

Разработанным методам и существующим техническим средствам магнитного контроля напряженно-деформированного состояния элементов конструкций трубопроводов присущ ряд недостатков: однозначность показаний индикаторов механических напряжений по магнитным шумам и магнитной анизотропии металла лишь в области упругой деформации материала и неопределенность показаний в области его пластической деформации; значительная погрешность (в среднем около 30 %) определения величины механических напряжений в металле при упругих и упругопластических деформациях в условиях практического применения структуроскопов для измерения коэрцитивной силы; необходимость меры сравнения; отсутствие технологических регламентов контроля НДС элементов конструкций трубопроводов по магнитным диагностическим параметрам. Все это снижает эффективность косвенного магнитного контроля НДС элементов конструкций трубопроводов.

Поэтому в настоящее время остается актуальной проблема контроля напряженно-деформированного состояния и оценки работоспособности элементов конструкций магистральных трубопроводов по магнитным диагностическим параметрам.

Работа выполнена в соответствии с тематическими планами важнейших научно-исследовательских и технологических работ ОАО «АК «Транснефтепродукт» и ГУП «ИПТЭР», которые формировались по федеральной целевой программе «Энергоэффективная экономика» (на 2002-2005 гг. и до 2010 г.), утвержденной правительством Российской Федерации.

Цель диссертационной работы – совершенствование методов магнитного контроля напряженно-деформированного состояния и оценки работоспособности элементов конструкций магистральных трубопроводов по магнитным диагностическим параметрам.

Основные задачи работы:

1. анализ и обобщение современного состояния магнитного контроля НДС и оценки работоспособности элементов конструкций трубопроводов по магнитным диагностическим параметрам;

2. теоретические и экспериментальные исследования зависимости магнитных диагностических параметров металла от величины внешних механических напряжений при упругих и пластических деформациях;

3. разработка комбинированных методов магнитного контроля напряженно-деформированного состояния на основе многопараметрового подхода, ориентированных на обеспечение достоверности контроля и снижение погрешности измерений;

4. разработка методики и технологического регламента контроля напряженно-деформированного состояния и оценки работоспособности элементов конструкций трубопроводов по магнитным диагностическим параметрам.

Методы решения поставленных задач Поставленные задачи решались путем теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния металла по магнитным диагностическим параметрам, границ использования критериев работоспособности элементов конструкций трубопроводов по результатам магнитного контроля.

При проведении исследований применялись магнитные и электромагнитные методы неразрушающего контроля стальных изделий, методы теории физики магнитных явлений и ферромагнетизма, квалиметрии и расчета на прочность и устойчивость магистральных трубопроводов.

Научная новизна 1. Установлена линейная закономерность снижения величины напряженности поля остаточной намагниченности металла трубопроводов при повышении механических напряжений в области упругой деформации.

При переходе в область пластической деформации металла снижение величины напряженности поля остаточной намагниченности замедляется, а затем прекращается.

Предложена эмпирическая формула расчета уровня напряженности поля остаточной намагниченности в зависимости от механического напряжения в области упругой деформации металла.

2. Разработан многопараметровый метод контроля напряженнодеформированного состояния металла на основе использования и комплексирования совокупности магнитных диагностических параметров (величин магнитных шумов, магнитной анизотропии, коэрцитивной силы и напряженности поля остаточной намагниченности металла), позволяющий обеспечить достоверность контроля и уменьшить относительную погрешность измерений более чем в два раза по сравнению с однопараметровым методом.

Установлены оптимальное количество и виды магнитных диагностических параметров, необходимых для реализации многопараметрового метода контроля напряженно-деформированного состояния металла.

3. Разработана структура измерительно-диагностического комплекса на базе технических средств магнитного контроля, реализующая многопараметровый подход; предложено программное обеспечение магнитного контроля напряженно-деформированного состояния элементов конструкций трубопроводов.

4. Разработаны методика и регламент многопараметрового магнитного контроля напряженно-деформированного состояния и оценки работоспособности элементов конструкций нефтепродуктопроводов по магнитным диагностическим параметрам.

На защиту выносятся результаты научных исследований по совершенствованию методов магнитного контроля напряженнодеформированного состояния элементов конструкций трубопроводов путем использования нового измерительно-диагностического комплекса, построенного на комбинированных методах экспериментального магнитного контроля и расчетной оценки работоспособности стальных конструкций по магнитным диагностическим параметрам.

Практическая значимость и реализация результатов работы Предложенные комбинированные методы магнитного контроля напряженно-деформированного состояния и оценки работоспособности элементов конструкций трубопроводов позволяют обеспечить достоверность контроля и не менее чем в два раза уменьшить относительную погрешность измерений напряженно-деформированного состояния по сравнению с однопараметровыми методами без увеличения точности измерительных средств магнитного контроля.

Предлагаемые методическое обеспечение и технологический регламент контроля напряженно-деформированного состояния и оценки работоспособности элементов конструкций нефтепродуктопроводов по магнитным диагностическим параметрам на основе многопараметрового подхода обеспечивают практическую реализацию ранней диагностики потенциально опасных участков и предупреждения аварийных ситуаций.

По результатам научных исследований разработан нормативнометодический документ по определению работоспособного состояния участков нефтепродуктопроводов по магнитным диагностическим параметрам, утвержденный ОАО «АК «Транснефтепродукт», который внедрен в ОАО «Уралтранснефтепродукт» и ОАО «Сибтранснефтепродукт».

Апробация работы Основные результаты работы докладывались на Совещании главных инженеров ОАО «АК «Транснефтепродукт» (г. Москва, 12 мая 2006 г.);

научно-практической конференции в рамках XIV Международной специализированной выставки «Газ. Нефть. Технологии - 2006» (г. Уфа, 23-25 мая 2006 г.); XIV Международной конференции и выставке «Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики» (Украина, г. Ялта, 16-20 октября 2006 г.); студенческой научнопрактической конференции по физике (БашГУ, г. Уфа, 28 апреля 2006 г.).

Публикации Основное содержание диссертации опубликовано в 8 работах.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка использованной литературы, включающего 104 наименования, 3 приложений. Она содержит 117 страниц машинописного текста, 13 таблиц и 31 рисунок.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведено обоснование актуальности темы диссертации, сформулированы цель работы и задачи исследования, отражена научная новизна, изложены сведения об апробации и показана практическая ценность работы.

В первой главе выполнен анализ современного состояния проблемы контроля НДС и оценки работоспособности элементов стальных конструкций трубопроводов по магнитным диагностическим параметрам. Установлена необходимость проведения теоретических и экспериментальных исследований зависимости магнитных диагностических параметров металла от величины внешних механических напряжений при упругих и пластических деформациях и разработки комбинированных методов магнитного контроля НДС на основе многопараметрового подхода, ориентированных на повышение точности контроля и достоверности оценки работоспособности элементов конструкций трубопроводов. Показана необходимость разработки методики и технологического регламента контроля НДС и оценки работоспособности элементов конструкции трубопроводов по магнитным диагностическим параметрам.

Во второй главе приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований зависимости магнитных диагностических параметров от величины механических напряжений при упругих и пластических деформациях металла.

Экспериментально получены зависимости магнитных параметров трубных сталей марок 17ГС, Ст3, Ст10, 14ХГС (коэрцитивной силы Нс, анизотропии магнитной проницаемости или магнитных шумов металла U, напряженности поля остаточной намагниченности металла H) от величины механических напряжений в металле трубопровода (доверительная вероятность полученных данных равна 0,75). С ростом величины напряжений коэрцитивная сила металла линейно возрастает в упругой и пластической областях деформации. Такая линейная зависимость Нс= f() на примере стали марки 17ГС приведена на рисунке 1.

При увеличении напряжений в металле трубы до предела текучести величина магнитного шума металла или величина анизотропии магнитной проницаемости монотонно увеличивается, затем достигает максимума.

Далее она монотонно уменьшается с ростом механического напряжения (рисунок 2).

При упругой деформации металла напряженность поля остаточной намагниченности металла монотонно уменьшается и описывается линейным законом. В области пластической деформации металла трубы снижение величины напряженности поля остаточной намагниченности замедляется, затем прекращается (рисунок 3). Предложена эмпирическая формула расчета уровня напряженности поля остаточной намагниченности в зависимости от механического напряжения в области упругой деформации металла, которая имеет следующий вид:

( ) Н r -= (1+ 0,318 s kr ), (1) Н o r где kr = Mro / Нсo ; Нr (), мТл - напряженность поля остаточной намагниченности стального изделия при механическом напряжении металла, МПа;

Нro - напряженность поля остаточной намагниченности стального изделия в ненапряженном состоянии; Mro, А/см, Нсo, А/см - соответственно остаточная намагниченность и коэрцитивная сила металла в ненапряженном состоянии;

s – магнитострикция насыщения металла, которая характеризует способность металла к изменению линейных размеров при намагничивании.

Численные расчеты коэффициентов парной корреляции показали, что рассмотренные магнитные параметры металла обладают относительно слабой взаимной корреляцией, поэтому их совместное использование является целесообразным с точки зрения однозначности интерпретации НДС в пластической области деформации металла и обеспечения высокой точности оценки НДС металла нефтепродуктопровода.

Pages:     || 2 | 3 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.