Прогнозирование остаточного ресурса трубопроводов с поверхностными дефектами связано с длительными и дорогостоящими испытаниями полноразмерных труб и трубных плетей, так как реализовать двухосное напряженно-деформированное состояние, возникающее в стенке трубы под действием внутреннего давления, на стандартных образцах не представляется возможным. Разработаны методика и специальная форма образца-сегмента для циклических испытаний трубных сталей по критериям механики разрушений. Полнотолщинный образец вырезается по образующей из стенки исследуемого трубопровода. Определены минимальные геометрические размеры его рабочей части, зависящие от толщины стенки трубы и позволяющие моделировать напряженно-деформированное состояние (НДС) стенки трубопровода, нагруженного внутренним давлением, в центре рабочей части образца при одноосном растяжении. Нанесение в центре рабочей части образца искусственного поверхностного трещиноподобного концентратора напряжений с некоторой фиксированной глубиной и протяженностью не более 30 % от ширины рабочей части образца позволяет с использованием метода «меток» оценивать параметры трещиностойкости металла трубопровода в условиях циклического нагружения. Построение кинетических диаграмм усталостного разрушения металла стенки трубы дает возможность численно оценить влияние длительности эксплуатации трубопровода в сложных природно-климатических условиях на изменения физико-механических характеристиках металла. В качестве параметра принят текущий коэффициент интенсивности напряжений в вершине развивающейся поверхностной трещины.
Рассмотрены особенности ремонта поверхностных дефектов трубопровода вышлифовкой. Исследована циклическая трещиностойкость металла труб из сталей класса прочности К52 – К54 в состоянии поставки и после 45 – 55 лет эксплуатации. Параметры циклического нагружения соответствовали параметрам действующего магистрального нефтепровода и схематизировались методом «дождя». Выполнен прогноз остаточного ресурса стенки трубопровода с вышлифовкой глубиной 20 % и поверхностным концентратором напряжений на дне вышлифовки глубиной 1,5 мм, протяженностью 20 мм и раскрытием 0,2 мм. Размеры поверхностного концентратора выбраны из условия стабильной регистрации существующими неразрушающими методами контроля даже в подводном положении. На образцах из труб класса прочности К60 контролируемой прокатки оценивалась циклическая долговечность стенки трубопровода, восстановленной после вышлифовки ручной электродуговой наплавкой.
Список литературы
1. Научно-технические, социально-экономические и правовые аспекты надежности транспорта нефти и нефтепроводов/ С.Г. Радионова, П.А. Ревель-Муроз, Ю.В. Лисин [и др.] //Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2016. – № 5 (25). – С. 20–31.
2. Учет масштабного эффекта при обосновании прочности магистральных трубопроводов/Ю.В. Лисин, Д.А. Неганов, Н.А. Махутов, Н.Е. Зорин // Нефтяное хозяйство. – 2017. – №6. – С. 112–116.
3. Зорин Е.Е. Разработка основ прогнозирования работоспособности сварных трубопроводов из феррито-перлитных сталей с учетом условий эксплуатации: автореф. дис… д-ра техн. наук. – М., 1993. – 333 c.
4. Демина Н.И., Зилова Т.К., Фридман Я.Б. Методы механических испытаний листовых материалов при двухосном растяжении // Заводская лаборатория. – 1964. – № 5. – C. 35–39.
5. Ляпичев Д.М. Моделирование двухосного напряженного состояния на крупномасштабных трубных сегментах в условиях одноосного растяжения. Выпускная квалификационная работа бакалавра. 552800. – М., 2009. – 64 с.
6. Басов К.А. ANSYS: справочник пользователя. – М.: ДМК Пресс, 2005. – 640 с.
7. Зорин Н.Е. Экспериментальная оценка работоспособности труб магистральных газопроводов при циклическом нагружении: дис… канд. техн. наук. – М., 2010. – 143 c.
8. Неганов Д.А., Махутов Н.А., Зорин Н.Е. Формирование требований к надежности и безопасности эксплуатируемых участков линейной части магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов // Нефтяное хозяйство. – 2019. – № 6. – С. 106–112.
9. Гейт А.В., Зорин Е.Е., Михайлов И.И. Применение системы автоматизированного ультразвукового контроля для оценки качества кольцевых сварных соединений магистральных трубопроводов // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2018. – Т. 8. – № 3. – С. 92–101.
