Оценка прочности элементов магистральных трубопроводов на основе натурных и лабораторных испытаний тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАШИНОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи

СМИРНОВ Сергей Иванович

ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ НА ОСНОВЕ НАТУРНЫХ И ЛАБОРАТОРНЫХ ИСПЫТАНИЙ

Специальность: 01.02.04 - Механика деформируемого твердого тела

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Автореферат

о 4------

Санкт-Петербург - 1996 г.

Работа выполнена в Нижегородском филиале инст машиноведения Российской Академии наук (НФ ИМАШ Р Научно-исследовательской лаборатории испытания матер (НИЛИМ)

Научный руководитель доктор физико-математически

наук Ерофеев В.И.

Научный консультант кандидат технических наук

Хохлов Н.Ф.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Петинов C.B. кандидат технических наук Шилов Б.Н.

Ведущая организация: Московский государственный технич

университет им. Н.Э.Баумана

Защита состоится " ¿6 " длреля 1996 г. в час

заседании диссертационного совета Д 200.17;01 Инст проблем машиноведения РАН по адресу: 199178, С.-Пете] В.О., Большой проспект, 61.

С диссертацией можно ознакомиться в ОНТИ института пр| машиноведения РАН.

Автореферат разослан " ¿5 " ига/Отс* 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

В.П.Гл

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена оценке прочности элементов магистральных трубопроводов (нефте- и газопроводов) на основе натурных и лабораторных испытаний.

Актуальность. Современный магистральный трубопроводный транспорт представляет собой сложный комплекс инженерных сооружений. Основным звеном этого комплекса является линейная часть, т.е. собственно трубопровод, состоящий из труб, тройников, запорной арматуры и других элементов, которые работают под воздействием давления перекачиваемого продукта.

Нарушение прочности элементов трубопровода наносит большой ущерб народному хозяйству, так как вызывает загрязнение окружающей среды, простой в работе трубопроводов, перебой в работе добывающих и перерабатывающих предприятий.

Только прямой ущерб экологии при аварии магистрального нефтепровода может составлять миллиарды рублей.

В связи с интенсивным освоением новых месторождений нефти в отдаленных и труднодоступных районах Союза, ростом протяженности нефтепроводов большого диаметра и увеличением их единичной мощности к началу 70-х годов сложилась критическая ситуация с обеспечением их работоспособности из-за высокой аварийности.

Кроме того, в трубопроводном транспорте остро встает вопрос об обосновании инженерных мероприятий по восстановлению ресурса для длительно эксплуатируемых нефтепроводов с учетом частично исчерпавшегося ресурса за счет накопления макро- и микродефектов.

Особое беспокойство вызывает и вызывало обеспечение безопасности в промышленных и экологически опасных зонах

таких диагностических мероприятий (до недавнего вре единственный способ проверки надежности трубопровода), гидравлические переиспытания (переопрессовки).

Эти инженерные мероприятия требуют реш нескольких взаимосвязанных сложных проблем:

- применение комплекса средств локальной диагнос для уточнения вида и параметров дефекта, а также хараь старения материала;

- определение остаточного ресурса аварийного участка наличии выявленных дефектов;

- выбор оптимальной ремонтной конструкции и тexнoJ ремонта;

- прогноз остаточного ресурса с учетом выбра ремонтной конструкции.

Совокупность перечисленных выше проблем может решена только на основе комплексного применения совреме] расчетных методов и натурных экспериментов с использова целенаправленно разработанных и скомпонованных обору; ния, методических, программных и аппаратных средств.

Состояние вопроса.

Расчет на прочность магистральных трубопро! традиционно производился по методу предельного состой которое определяется прочностью труб на разрыв от дейс внутреннего статического давления. В качестве оснс расчетной схемы при оценке прочности труб при тонкостенная оболочка, находящаяся под давлением. Казг бы, если труба выдерживает внутреннее давление, вызыва* напряжением в стенке порядка напряжения-време! сопротивления, то работоспособность в трубопроводе да трубы обеспечена, т.к. эксплуатационное напряжение, обу<

десятилетии этого периода (с 1961 по 1970 г.г.), когда произошло 68 случаев разрушения или 80% от общего числа разрушений за весь 20-ти летний срок с 1950 г. Это обстоятельство, наряду с предпринятыми в 1957 году повышением рабочего давления в нефтепроводах, является следствием проявления малоцикловых разрушений действующих трубопроводов, накопивших усталостные повреждения в трубах при повторно-статическом воздействии рабочего давления.

На основании изложенного можно заключить, что при оценке прочности сварных труб большого диаметра и сварных элементов из них следует считаться с явлениями малоцикловой усталости. Необходима постановка специальных исследований для выяснения действительных условий нагружения нефтепроводов и основных закономерностей процесса разрушения сварных труб и других элементов линейной части нефтепроводов при малоцикловом нагружении с целью оценки несущей способности трубопроводов по критерию сопротивления малоцикловому разрушению.

Данная работа, начатая по инициативе Главтранснефти МНП СССР и поддержанная ГКНТ СМ СССР, АН СССР, проводилась с 1973 г. и имела следующие цели:

анализ эксплуатационных условия магистральных нефтепроводов и характера их разрушения;

разработка нагружающего комплекса и методов испытаний элементов трубопроводов, адекватных эксплуатационному нагружению;

- исследование напряженно-деформированного состояния элементов магистральных трубопроводов при статическом и повторно-статическом нагружении с учетом концентрации напряжений и наличия моментных зон;

- разработка основ метода оценки долговечности нефте водов и восстановления ресурса поврежденных элементов.

Научно-техническая новизна.

Впервые сконструированы и созданы специальные сте для натурных испытаний труб большого диаметра в реи статического и повторно-статического нагружения, имитирук эксплуатационные режимы магистральных нефтепроводов.

Разработаны и защищены авторскими свидетельств технологические процессы сварки на действующих нефте водах.

Предложен способ оценки ресурса прочности большого диаметра по выявленным устойчивым призн; акусто-эмиссионного сигнала.

Практическая значимость диссертационной pal состоит прежде всего в том, что на основе ее результ сформулирован комплекс мероприятий, позволяющий:

- прогнозировать прочность сварных труб в эксплуатац ных условиях;

проводить безопасные гидравлические испыт, длительно эксплуатируемых нефтепроводов (переопресеово' работы), проходящих через крупные населенные и промыш ные зоны;

- восстанавливать ресурс поврежденных элементов м стральных нефтепроводов.

На основе полученных результатов разработана и внед в Верхне-Волжском управлении магистральными нефтепроЕ ми инструкция по ликвидации повреждений линейной ч нефтепровода, а также разработаны и внедрены че'

стандарта предприятия по экспертным испытаниям элементов нефтепроводов и сосудов, работающих под давлением.

Внедрение результатов работы в практику нефтепро-водного транспорта позволило добиться существенного снижения аварийности нефтепроводов из-за малоцикловой усталости по причине заводских дефектов, брака строительно-монтажных работ, механических повреждений стенки трубы. Так интенсивность отказов на 1000 км трубопровода по этим причинам снизилась с 2.07 в 1971 году до 0.4 в 1987 году, т.е. более, чем в 5 раз.

Апробация работы. Материалы диссертации обсуждались на III Всесоюзном симпозиуме по механике разрушения (Житомир, 1990), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Волжской государственной академии водного транспорта (Н. Новгород, 1974-1983 г.г.), городском научном семинаре "Волновые задачи механики" (под рук. д.ф.-м.н. Ерофеева В.И. и д.ф.-м.н. Крысова C.B., Н. Новгород, 1987).

В полном объеме диссертация докладывалась на научных семинарах: института проблем машиноведения РАН (под рук. д.ф.-м.н. Индейцева Л.А., С.- Петербург, 1995); отдела волновой динамики машин Нижегородского филиала института машиноведения РАН (под рук. проф. Весницкого А.И., Н.Новгород, 1995). Материалы диссертации входили в цикл работ "Защита окружающей природной среды за счет снижения аварийности магистральных нефтепроводов и продления их ресурса", выдвинутого в 1989 г. на соискание премии министерства нефтяной промышленности СССР.

Разработанный автором стенд для натурных испытаний труб большого диаметра демонстрировался в экспозициях

павильона "Нефтяная промышленность" ВДНХ СССР и удостоен серебряной (1988 г.) и бронзовой (1987 г.) медалей.

Публикации. Основные положения диссертации опубл ваны в 7 печатных работах; по результатам выполненных ис дований получено 15 авторских свидетельств на изобретения.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключен списка литературы, содержащего 142 наименования.

Содержание работы.

Во введении дана общая характеристика работы, актуальность, поставлены задачи исследований и опреде практическая значимость работы.

Глава 1 посвящена созданию устройств для испытания нефтепроводов внутренним давлением, адекватным нагруж! в эксплуатационных условиях.

Внутреннее давление является основным и решак силовым воздействием, которое определяет работу нефтепро:

Изучение технологии работы нефтепровода, как слоя инженерного сооружения позволило констатировать, трубопровод в процессе эксплуатации подвергается переме нагрузке внутренним давлением низкой частоты. Колич пусков и остановок (циклов И), определяющее долговеч; трубопроводов, составляет величину порядка 7-103 1,4 • 1( срок службы трубопровода (20 лет).

Основной причиной цикличности нагружения явл: изменение режима перекачки по команде диспетчера неритмичности поставки нефти на головную насс перекачивающую станцию (НПС).

Большое влияние на цикличность оказывает число промежуточных НПС, работающих по схеме из насоса в насос. Чем больше НПС на нефтепроводе, тем жестче режим его работы.

Так нефтепровод Западной Сибири за 20 лет службы испытал 1,2-104 циклов (один цикл в сутки), со следующим распределением по амплитудам в год: 240 отключений, из

которых Ni = 24 с изменением давления Др = Рр;

N2 = 24 с изменением давления Др = 0,8Рр; ЛГ3 = 48 с изменением давления Др = 0,6Рр; iV4 = 72 с изменением давления Др = 0,4Рр; Л/5 = 72 с изменением давления Др = 0,2Рр, где Рр - расчетное рабочее давление.

Кроме неритмичности работы нефтеперерабатывающих предприятий, что связано с плановыми работами на смежных нефтепроводах, переменная нагрузка нефтеповодов происходит из-за отказа оборудования НПС (30% остановок), перерывов в элкектроснабжении (50% остановок).

При отключении одного-двух нефтеперекачивающих насосных агрегатов давление на входе НПС возрастает от min до max за 3-4 сек.

Таким образом, на основании изучения технологии перекачки нефти видим, что магистральный нефтепровод испытывает цикличность нагружения с большим диапазоном нарастания нагрузки.

Из-за сложности проведения натурных испытаний труб циклической нагрузкой, имитирующей работу трубопроводов большого диаметра имеются только ограниченные данные о поведении дефектов типа трещин, возникающих при развитии

исходных дефектов сварных труб до возникнове непосредственно неустойчивого разрушения.

Практически во всех проведенных эксперименталы работах наблюдается различие кривых малоцикловой прочие сосудов давления и образцов, вырезанных из данных сосуда испытанных на испытательных машинах.

Для обеспечения требуемой надежности магистралы трубопроводов необходимо обоснование дополнитель: требований, учитывающих характер нагружения на усталост: прочность и трещиностойкость сварных соединений.

В СССР разработан ряд устройств и способов испыта изделий на прочность, устойчивость и герметичность, но он полной мере не могут применяться к элементам магистраль нефтепроводов, поскольку уровень эксплуатационных нагрз их такой, что они не вызывают пластических деформаций исключением зон расположения дефектов, либо из-за ни; долговечности и высокой пожароопасности, так как использу« в качестве рабочей жидкости масло.

Кроме вышеперечисленных недостатков во всех созданш СССР стендах скорость повышения и сброса давления регулируется и определяется производительностью насоса.

Проанализировав базовые устройства конт] герметичности и усталостной прочности мы разработали стен А.с. 1270598.

Это техническое устройство позволило решить во] долговечности и надежности стенда, но не решает за; имитации эксплуатационных нагрузок по критериям измен« скорости нагрузки в испытываемом элементе роста трещи] критического размера, фиксации разгерметизации при хру1 разрушении.

Для изменения скорости нарастания нагрузки при испытаниях предложен блок аккумуляции энергии на сбросе давления из испытываемого элемента и подключении его к магистрали нагнетания в полуцикле повышения давления в испытываемом элементе (A.c. 1372207).

Внедрение блока аккумуляции позволило задавать разные длительности цикла нагружения.

Для расширения эксплуатационных возможностей путем обеспечения регистрации момента разгерметизации и контроля роста трещин предложены нами дополнительные устройства удвоения четверти цикла и интегральный блок удлинения цикла (A.c. 1493902).

С целью определения трещиностойкости натурных элементов нефтепроводов мы предложили техническое решение (A.c. 1538074), которое позволяет после выхода на поверхность трещины, растить ее до критического размера.

Контроль развития трещины до критического размера осуществляется путем измерения давления на входе гидроаккумуятора после получения сигнала об разгерметизации.

Таким образом, оценивается не только степень негерметичности изделия, но и осуществляется контроль за ростом трещин.

Вторая глава посвящена исследованию статистической прочности труб магистральных трубопроводов разной технологии производства со спиральным и прямым швами.

В главе показано, что:

- термообработка труб большого диаметра, производимая в заводских условиях, способствует созданию одинаковой прочности сварного шва, зоны его термического влияния с основным металлом трубы.

- доминирующим концентратором напряжений у труб большого диаметра, влияющим на их прочность, является не

регламентируемый ТУ на изготовление дефект сварного ни виде малого радиуса перехода основного металла наплавленным, характеризуемый р.

- выявленная корреляционная зависимость между ради] перехода основного металла с наплавленным р и углом напл; сварного шва - у позволяет более просто, по сравненга существующими методами, оценить сварной шов концентратор напряжений и регламентировать параметр р.

- установлено влияние угла наклона сварного шва к трубы а на статическую прочность труб. С увеличение! напряженное состояние в области шва становится б< благоприятным, что способствует повышению прочие спиральношовных труб по сравнению с прямошовными.

- на основе расчетных данных выявлена зависим< критических разрушений напряжений от угла наклона свар: шва к оси трубы а для микро- и макродефектов. С увеличен а растут значения разрушающих критических напряжений, для микро-, так и макродефектов.

- полученные данные между разрушающими критическ напряжениями, углом наклона сварного шва к оси труб* коэффициентом чувствительности к масштабному факт позволяют научно-обоснованно выбирать оптимальный з формовки труб в зависимости от дефектности сварных швов.

- на основе разработанной методики экспериментам определена трещиностойкость натурных труб большого диаме' Определено, что трещиностойкость спиральношовных тру( углами формовки «-35-г 55° в 1,1 - 1,3 раза вь трещиностойкости прямошовных труб.

В третьей главе производилось исследование и сравне циклической прочности труб магистральных трубопрово

разной технологии производства. В трубах магистральных нефтепроводов, подвергающихся не только статическим, но и циклическим нагрузкам внутреннего давления перекачки, процесс разрушения идет в три периода: инкубационного развития трещины, развития трещины до критического размера, инициирования трещины, приводящего к разрушению сосуда давления. Для оценки прочности при малоцикловом нагружении необходимо располагать в первую очередь величинами максимальных деформаций в зонах концентрации.

Нашими экспериментами выявлено, что долговечность нефтепроводных труб с трещинами составляет 50-80% от общей долговечности труб. Контроль развития трещин с помощью фрактографических методов исследований, выполненных на разрушенных трубах различной технологии производства показал, что трещины в трубах не подчиняются известным законам развития трещин - одновременного роста в глубину и длину до образования сквозного отверстия и роста сквозного отверстия только в длину до критического размера, приводящего к разрушению трубы. Типичное развитие трещин в трубах происходит с дефекта сварного шва - нижнего валика перехода основного металла к наплавленному в двух направлениях - по толщине стенки трубы и вдоль сварного шва. При достижении 0,5с> рост трещин по толщине прекращается, но сохраняется вдоль сварного шва до достижения критического размера.

Скорость роста трещин значительно возрастает при малых р. Определить количество циклов до разрушения труб при известной трещиностойкости К^ труб можно, использовав

установленные линейные зависимости между длиной трещины и скоростью ее распространения.

Трещиностойкость труб из-за высокой пластичности материала, тонкостенности, кривизны поверхности, различной ориен-

тации сварных швов следует определять с поправками на ве чины: зон пластичности, вида напряженного состояния, крп зну, ориентацию трещины по отношению к оси трубы с перес том параметров несквозных трещин через соответствующие раметры сквозных трещин.

Глава 4 посвящена исследованию возможности примене метода акустической эмиссии (АЭ) для контроля остаточ! прочностного ресурса труб нефтепроводов.

Эксперименты были направлены на решение двух зада* именно: выделение устойчивых параметров АЭ или совокупности, свидетельствующих о наличии в трубе расту: при перепадах давления усталостной трещины; анализ кинет; АЭ при росте усталостных трещин в процессе циклическ нагружения трубы с целью осуществления индивидуалы; прогноза прочности данного сосуда давления.

Для выделения полезных сигналов АЭ, источник; которых являются процессы, связанные с усталости разрушением материала сосудов (пластическая деформацш вершине трещины, раскрытие и рост трещины и т.д.) был при: ряд мер, включающих фильтрацию, амплитудную дискрими цию, пространственную селекцию, использование имитатор постоянную проверку акустического тракта АЭ-аппарату Структурный анализ методами рентгеновской дефектоскопш растровой электронной микроскопии текущих значе! параметров усталостных трещин позволил сделать вывод о т что регистрируемые в процессе механических испыта* сигналы АЭ соответствуют развитию усталостных трещин.

Было установлено, что при развитии усталости разрушения статистически устойчивым параметром являе1 суммарная эмиссия

На всех испытываемых сосудах выделено три группы событий АЭ, каждая из которых отвечает определенному значению давления в сосуде.

Группы событий АЭ разделяются снижением активности, в связи с чем каждой группе можно сопоставить признак АЭ усталостной трещины.

В соответствии с предлагаемой классификацией признаки NN 1 и 2 фиксируются в течение роста давления в трубе, а признак N 3 закономерно должен появляться вблизи окончания нагружающего цикла.

Привлечение для идентификации регистрируемой АЭ физических представлений о развитии усталостной трещины позволяет противопоставить каждому из признаков конкретный механизм микроразрушения.

В результате фрактографических исследований и амплитудно-частотной селекции указанных групп событий АЭ установлено, что появлению первой группы событий АЭ соответствует пластическая деформация и разрыхление материала в окрестности кончика усталостной трещины; вторая группа - прорастание трещины; третья группа - разрыхление полос скольжения в области сжатия в кончике трещины.

Помимо активности АЭ, устойчивым признаком роста в конструкции усталостной трещины является амплитуда - А. Очевидно, что прорастание трещины, в отличие от пластической деформации и разрыхления полос скольжения, является невысокоэнергетическим процессом, что проявляется в больших значениях амплитуды 2-й группы событий по сравнению с первой. Механические испытания и фрактографические исследования сосудов показали, что появление устойчивых признаков 1, 2 и 3 определяет факт докритического роста усталостной трещины, который может продолжаться несколько

лет, что устанавливает большую погрешность оце прочностного ресурса только по этим признакам.

Признак N 1 фиксируется на акустограммах при наличи образце стабилизированного, т.е. неразвивающегося дефектг окрестности которого при перепадах давления в тр происходит пластическая деформация. Высокоамплитуд! признак N 2 в совокупности с наличием признака N свидетельствует о росте усталостной трещины. Наличие акустограммах всех трех определенных выше признаков гово;

0 развитии в образце трещины (дефекта) длиной более 1 мм.

Для осуществления прогноза прочностного ресурса бь выделены дополнительные признаки АЭ, проявляющи незадолго до разрушения (менее 500 циклов для в испытанных образцов). Отмечено, что для растущих дефект близких к выходу на поверхность трубы (будем называть критическими трещинами) характерно появление акустограммах высокоамплитудной группы событий при давле] ях Р4, где Рх < Р4 < Р2. Здесь Р12 - давление в трубе, отвечаюи

1 и 2 признакам АЭ соответственно. В связи с высо1 статистической повторяемостью этой группы событий АЭ цикла к циклу, ее появление можно классифицировать ] дополнительный устойчивый признак АЭ усталостной трещи (признак N 4).

Наряду в этим для критических трещин наблюдается так исчезновение признака N 3, т.е. группы событий при разгру; сосуда.

Как установлено, признаки 3 и 4 коррелируют друг с дру! аналогично признакам 1, 2 и 3.

Указанные явления хорошо описываются в рам* представлений о физических механизмах роста усталости трещин. Для критической трещины характерно увеличен

концентрации в ее кончике вследствие краевых эффектов за счет утонения стенки сосуда в ее окрестности. При этом пластическая деформация и разрыхление материала (чему отвечает признак АЭ N 1) приводит к образованию в пластически деформируемой зоне микротрещины (признак АЭ N 4), в результате чего при давлении Р2 происходит слияние двух микротрещин. Как следствие этого процесса, в кончике подросшей трещины, вышедшем из пластически деформированного объема, разрыхление полос скольжения в этой области затруднено. Очевидно, что признаку N 4 должен соответствовать высокоэнергетический процесс, что и подтверждается в эксперименте.

Признаками NN 5 и 6 в табл. 4.3 являются фиксация течр! методом АЭ и визуально соответственно.

Признаком N 7 названо вскрытие сквозной трещины или дефекта, что приводит к падению давления воды в системе (значительному истечению воды из сосуда).

Наиболее существенен сдвиг по количеству циклов между признаками N 5 и 6 для свищей, т.е. для микроотверстий, течь через которые невелика. С другой стороны, это обстоятельство обеспечивает некоторый запас прочностного ресурса при его прогнозировании, т.к. степень опасности для сосудов давления сквозной трещины значительно выше по сравнению со свищем.

В связи с важностью признака АЭ N 5 для прогнозирования прочностного ресурса труб возникает вопрос о надежности его регистрации или о его устойчивости. Здесь существенно то обстоятельство, что даже в условиях невоспроизводимости акустического контакта, т.е. невоспроизводимости для разных образцов труб амплитуды сигналов АЭ, амплитуда признака АЭ N 5 определяется природой его источника и достаточно высока, сравнима с амплитудой признака N 2. С другой стороны, из

обсуждаемой модели роста усталостной трещины следует, образованию микротрещины обязательно предшесть пластическая деформация в кончике усталостной трещинь: связи с этим устойчивым признаком перехода усталост трещины в критическое состояние является проявление акустограмме при перепаде давления в трубе одновременно описанных выше признаков АЭ (1, 2, 4), разделяющихся ме: собой по амплитуде и отличающихся изменением активности .

Таким образом, устойчивыми признаками расту усталостной трещины являются: наличие одновременно 1, 2 определенных в настоящем параграфе признаков АЭ, появле 4 и 5 признаков при переходе трещины в критическое состой и признак 7, интерпретируемый как разрушение. При £ прогноз прочностного ресурса трубы следует опреде.] относительно момента фиксации течи методом АЭ, обеспечивает определенный запас прочности сосудов дефектами типа "свищ".

Высокая чувствительность АЭ-метода позво. обнаруживать развивающиеся дефекты задолго до из вскрь (прорастание сквозь стенки сосуда). Это положительное каче АЭ-метода дает основу для решения проблемы диагност дефектов и выбора способов восстановления работоспособн сосудов.

Глава 5 посвящена разработке и внедрению мет ремонта дефектных участков линейной части действую нефтепроводов.

Эффективность обслуживания магистраль нефтепровода при отказах линейной части определяется уро] организации ремонтных работ. Особое значение и:

доремонтный режим эксплуатации дефектного трубопровода и выбор метода ремонта.

Метод восстановления несущей способности трубопровода должен соответствовать характер повреждений и учитывать возможность соблюдения технологии ремонта. По результатам проведенных исследований рекомендованы следующие виды ремонта в зависимости от дефекта (см. таблицу).

Внедрение результатов работы в практику нефтепроводного транспорта позволило добиться существенного снижения аварийности нефтепроводов из-за малоцикловой усталости по причине заводского дефекта, брака СМР, механических повреждений стенки труды. Так интенсивность отказов на 1000 км трубопровода по этим причинам снизилась с 2,07 в 1971 году до 0,4 в 1987 году, т.е. более чем в 5 раз.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Разработаны методика и технические средства испытаний натурных элементов трубопроводов большого диаметра в условиях, моделирующих эксплуатационные, с перекрытием всего диапазона эксплуатационных нагрузок по давлению, скорости нарастания давления, цикличности нагружения.

2. Получены данные по статической прочности труб большого диаметра, позволяющие установить влияние угла наплавки сварного шва на концентрацию нормальных напряжений ориентированных перпендикулярно к сварным швам, влияние угла формовки трубы на величину разрушающих напряжений и на сопротивляемость развитию трещин с учетом масштабного фактора. Сделан вывод о предпочтительности спирального шва перед прямым в сварных трубах.

Сводная таблица методов ремонта

Таблица 5.1

Дефект Метод ремонта 1.Замена катушки 2.Бандаж с заполнением З.Бандаж без заполнения 4.Бандаж неприварной с заполнением 5.Бандаж неприварной без заполнения б.Гал- тельный хомут 7.Зачистка 8.Заплата составная (ступенчатая) 9.Заплата накладная 10.3а-варка П.Бан-дажи из композита

1. Язвенная коррозия (одиночная) X X X

2. Язвенная коррозия (вытянутая) X X X

3. Общая коррозия X X X X

4. Гофр X X

5. Трещина в сварном шве X X X

6. Трещина в риске X X X

7. Риска во вмятине X X X

8. Течь (отпотина) X

9. Риска X X X X X X

10. Вмятина X

11. Разрушение трубопровода X

I I

3. Выполнены исследования повторно-статической прочности труб большого диаметра, позволяющие производить оценку угла наплавки шва на концентрацию напряжений при зарождении трещины, угла формовки труб на величину размаха деформаций в зоне сварного шва и сопротивляемость развитию трещин для термообработанных и не термообработанных труб.

Трубы со спиральным швом имеют преимущества перед трубами с прямым швом, как на стадии инкубационного развития трещин, так и их инициирования.

4. Предложен способ оценки ресурса прочности труб большого диаметра по выявленным устойчивым признакам сигналов акустической эмиссии, позволивший проводить безопасные гидравлические испытания длительно эксплуатируемых нефтепроводов, проходящих через крупные населенные и промышленные зоны.

5. По результатам проведенных исследований предложены методы восстановления несущей способности линейной части магистральных трубопроводов.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. A.c. 1105768 СССР. Установка для испытаний полных изделий на воздействие динамических нагрузок / Горьковский институт инженеров водного транспорта; авт. изобрет. Н.Ф.Хохлов, С.И.Смирнов. - Заявл. 08.02.83 N 3550296/25-28. Опубл. Б.И. 1984, N 28.

2. A.c. 1252096 СССР. Способ получения нахлесточного соединения/ Горьковская научно-исследовательская лаборатория испытания материалов и Горьк. ин-т инженеров водного

транспорта, авт. изобрет. Т.В.Молочная, Н.Ф.Хохлов, С.И.Смир и др. - Заявл. 7.12.84 N 3822187/25-27. Опубл. Б.И. 1986, N 21.

3. A.c. 1270598 СССР. Устройство для испытания изде внутренним давлением / Горьк. НИИ испыт. матер., Горьк. i инженеров водного тр-та, авт. изобрет. Н.Ф.Хохлов, С.И.Смир Т.В.Молочная - Заявл. 19.07.85 N 3930578/25-38. Опубл. в : 1986, N 42.

4. A.c. N 1279779. Способ дуговой сварки/ Го Н.И.Лаб.испыт.матер., Горьк. ин-т инж. водн. тр-та авт. из Молочная Т.В., Хохлов Н.Ф., Осипов В.А., Смирнов С.И. и Заявл. 26.08.85. Опуб. Б.И. 1986 N 48.

5. A.c. N 1363637. Способ сварки/ Горьк. Н.И.Лаб. исз матер., Горьк. ин-т инж. водн. тр-та, авт. изобр. Молочная Хохлов Н.Ф., Осипов В.А., Смирнов С.И. Заявл. 17.01.86. Опуб. 1986 N 48.

6. A.c. N 1329935. Способ оценки склонности сварочных териалов к образованию пористости/ Горьк.Н.И.Лаб.испыт. маг Горьк.ин-т инж-водн. тр-та авт. изобр. Молочная Г.В., Хохлов ] Осипов В.А., Смирнов С.И. Заявл. 03.06.86. Опуб. Б.И. 1987 Т ЗС

7. A.c. N 1419845. Способ ремонта емкости/ Горьк. Н.И.. испыт. матер., Горьк. ин-т инж. водн. тр-та авт.изобр. Моло^ Т.В., Хохлов Н.Ф., Осипов В.А., Смирнов С.И. Заявл. 11.01 Опуб. Б.И. 1988 N 32.

8. A.c. 1372207 СССР. Устройство для испытания изде внутренним давлением / Горьк. НИИ испыт. матер., Горьк. i инженеров водного тр-та, авт. изобрет. Н.Ф.Хохлов, С.И.Смир Т.В.Молочная - Заявл. 20.06.86, N 4112287/25-28. Опубл. в 1988. N 5.

9. A.c. N 1493902. Устройство для испытания изде внутренним давлением / Горьк. НИИ испыт. матер., Горьк. i инженеров водного тра-та, авт. изобрет. Н.Ф.Хох

С.И.Смирнов, А.В.Киселев,Т.Т.Тарабарин и др. - Заявл. 27.10.87. Опуб. 05.09.89 N 21.

10. A.c. N 15599170. Способ изготовления образца для исследования свойств сварочных соединений/ Горьк. Н.И.Лаб. испыт. матер., авт. изобр. Смирнов С.И., Молочная Т.В. Заявл. 05.05.88. Опуб. Б.И. 1990 N 38.

И. Аникин В.Г., Тарабарин Т.Т., Смирнов С.И., Фокин М.Ф. К вопросу о режиме эксплуатации и методах капитального ремонта линейной части длительно эксплуатируемых нефтепроводов// Экспресс-информация. Серия Транспорт и хранение нефти. Вып. 4, 1990. М.: С. 8-11.

12. Смирнов С.И., Тарабарин Т.Т., Хохлов Н.Ф. Акустико-эмиссионный контроль усталостных трещин в малогабаритных ремонтных конструкциях магистральных нефтепроводов// Экспресс-информация. Серия Транспорт и хранение нефти. Вып. 4, 1990. М.: С. 1-3.

13. Хохлов Н.Ф., Киселев A.B., Котнис А.М., Головинский А.Г., Смирнов С.И., Ширяев А.М. Особенности развития усталостных трещин в сварных соединениях труб нефтепроводов// III Всесоюзный симпозиум по механике разрушения. Житомир. 30 октября - 1 ноября 1990. Институт проблем прочности АН УССР. Киев, 1990.

14. A.c. N 1538074. Устройство для испытания изделий внутренним давлением / Горьк. НИИ испыт. матер., авт. изобрет. Н.Ф.Хохлов, С.И.Смирнов, И.О.Никитин и др. Заявл. 11.05.88. Опуб. Б.И. 1990. N 3.

15. A.c. N. 1597644. Устройство для испытания изделий внутренним давлением/ Горьк. Н.И.Лаб. испыт. матер., авт. изобр. Смирнов С.И., Хохлов Н.Ф. Заявл. 26.12.88. Опуб. Б.И. 1990 N 37.

16. A.c. N 1649332. Устройство для испытания изделий внутренним давлением/ Горьк. Н.И.Лаб. испыт. матер., авт. изобр.

Хохлов Н.Ф., Смирнов С.И., Киселев A.B. Заявл. 19.05.89. О: Б.И. 1991 N 18.

17. A.c. N 1649334. Устройство для испытания изде внутренним давлением/ Горьк. Н.И.Лаб. испыт. матер., авт. из Хохлов Н.Ф., Смирнов С.И., Киселев A.B. Заявл. 27.03.89. О Б.И. 1991 N 18.

18. Пушков В.А., Смирнов С.И., Головинский А.Г., Пеш О.В. Опыт регистрации акустической эмиссии при пневмати1 ких испытаниях сосудов// Безопасность труда в промыпи ности. 1992. N 2. С. 15-19.

19. Аникин В.Г., Тарабарин Т.Т., Хохлов Н.Ф., Головине А.Г., Пеньков О.В., Смирнов С.И. Применение акустичес] течеискания на нефтепроводе прибором ПТ-12Д// Нефт? хозяйство. 1992. N 6. С. 37-38.

20. A.c. N 1816974. Устройство для испытания изделий bi ренним давлением/ Горьк. Н.И.Лаб. испыт. матер., авт. из Хохлов Н.Ф., Гущин В.В., Федюкова A.A., Смирнов С.И. За 08.05.91. Опуб. Б.И. 1993 N 19.

21. Тарабарин Т.Т., Аникин В.Г., Хохлов Н.Ф., Смирнов С Угодчиков H.A. Инженерные проблемы сохранения надежне линейной части магистральных нефтепроводов в условиях длительной эксплуатации// Трубопроводный транспорт нес 1994. N 5. С. 12-14.

22. Тарабарин Т.Т., Аникин В.Г., Хохлов Н.Ф., Смирнов 1 Новый метод проведения переопрессовочных работ на нефтег водах, проходящих через крупные населенные и промышлен зоны// Трубопроводный транспорт. 1994. N 4. С. 3-4.