На криволинейных участках подземных трубопроводов в основном металле труб и стыковых швах могут находиться кольцевые дефекты. При принятии решения о необходимости и приоритетности вывода в ремонт участка с кольцевым дефектом особенно важной является оценка опасности таких дефектов. Опасность дефекта в основном определяется величиной ущерба, который может наступить при раскрытии сквозной трещины. Максимальное раскрытие возникает при распространении трещины по всему сечению (так называемом «гильотинном» разрушении). Опыт показывает, что при разрушении трубопроводов по кольцевому дефекту и бездефектных подземных трубопроводов под действием преимущественно изгибающий напряжений в основном возникает сквозная трещина с малым раскрытием (течь).
В статье определены условия устойчивого роста сквозных кольцевых трещин в подземном трубопроводе на участках с непроектной кривизной оси при деформационном нагружении трубопровода преимущественно изгибом. Эти условия исследованы в зависимости от начальной полудлины трещины, критического раскрытия в вершине трещины, геометрических параметров труб и механических свойств металла трубопровода, радиуса изгиба оси трубопровода, механических свойств грунта. Механизм роста сквозной кольцевой трещины описан с использованием понятия пластического раскрытия в вершине трещины и его критического значения. Показано, что в условиях деформационного нагружения подземного трубопровода преимущественно изгибом сквозная кольцевая трещина, которая образуется из поверхностного дефекта вследствие его роста до момента разрушения перемычки между вершиной дефекта и поверхностью трубопровода, не всегда распространяется нестабильно по окружности и приводит к разрыву трубопровода на полное сечение. Для подтверждения адекватности используемой модели выполнено компьютерное моделирование упругопластического напряженно-деформированного состояния трубопровода с кольцевым сквозным надрезом. Приведены примеры расчета по предложенной модели.
Список литературы
1. Варшицкий В.М., Козырев О.А., Богач А.А. Предельное состояние трубопровода с кольцевым дефектом // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2019. – № 4. – С. 408-416. – DOI: 10.28999/2541-9595-2019-9-4-408-416
2. Анализ условий возникновения и развития коррозионных трещин в зоне кольцевых сварных соединений магистральных газопроводов / В.И. Махненко, В.М. Шекера, Е.А. Великоиваненко [и др.] // Автоматическая сварка. – 2009. – № 5. – С. 5-11.
3. Influence of Girth Weld Flaw and Pipe Parameters on the Critical Longitudinal Strain of Steel Pipes / C. Cakiroglu, K. Duke, M. El-Rich [et al.] / Proceedings of the 2012 9th International Pipeline Conference. Volume 3: Materials and Joining. Calgary, Alberta, Canada. September 24–28 2012. – P. 671-678. – https://doi.org/10.1115/IPC2012-90736
4. Technical background of the update of ECA procedures in CSA Z662 / Su Hu, Dr Tyson W.R., Duan D. // The journal pipeline engineering. – 2015. – 2nd Quarter.
5. Worswick M.J., Pick R.J. Investigation of plastic instability criteria for fracture of pipeline girth welds containing defects // Proceedings of the Metallurgical Society of the Canadian Institute of Mining and Metallurgy. – 1988. – P. 215-226. – https://doi.org/10.1016/B978-0-08-035764-5.50022-5
6. Assessment of Pipeline Girth Weld Defects / M.J. Chen, G. Dong, R.A. Jakobsen, Y. Bai // The Proceedings of the Tenth (2000) International offshore and polar engineering conference. – 2000. – V. II. – P. 263-274.
7. Hauch S., Bai Y. Bending Moment Capacity of Groove Corroded Pipes // The Proceedings of the Tenth (2000) International offshore and polar engineering conference. – 2000. – V. II. – P. 253-262.
8. ECA by Failure Assessment Diagram: Case Studies / W.R. Tyson, S. Xu, I. Ward [et al.] // Proceedings of the 2012 9th International Pipeline Conference.Volume 3: Materials and Joining. Calgary, Alberta, Canada. September 24–28, 2012. – P. 139-147. – https://doi.org/10.1115/IPC2012-90140
9. Zahoor A., Kanninen M.F. A Plastic Fracture Mechanics Prediction of Fracture Instability in a Circumferentially Cracked Pipe in Bending—Part I: J-Integral Analysis // Journal of Pressure Vessel Technology. – 1981. – V. 103. – Issue 4. – P. 352-358. – DOI:10.1115/1.3263413
10. Smith E. The instability of radial growth of a part-through and part-circumference circumferential crack in a stainless steel pipe subject to bending deformation // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 1987. – V. 29. – Issue 3. – P. 217-235..
11. Айнбиндер А.Б. Расчет магистральных и промысловых трубопроводов на прочность и устойчивость. – М.: Недра, 1991. – 287 с.
12. Упругопластический изгиб трубопровода при комбинированном нагружении / В.М. Варшицкий, Е.П. Студёнов, Э.Н. Фигаров, О.А. Козырев // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2021. – № 4. – С. 372-377. – DOI: 10.28999/2541-9595-2021-11-4-372-377
13. Варшицкий В.М., Жулидов С.Н. Инженерная оценка работоспособности бездефектных кольцевых стыков подземных трубопроводов на участках с ненормативной кривизной оси // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2018. – Т. 8. – № 5. – С. 490-495. – DOI: 10.28999/2541-9595-2018-8-5-490-495
