В отечественных и зарубежных нормах расчеты на прочность трубопроводов проводятся по силовым критериям в напряжениях в форме допускаемых предельных состояний и допускаемых напряжений. При этом исходят из предположения, что уровень дефектности трубопроводов на стадиях их установления, строительства и эксплуатации остается в пределах норм дефектоскопического контроля. Однако анализ длительной эксплуатации трубопроводов (до 40-50 лет) показывает, что выполнение расчетов по имеющимся нормативам не исключает возникновения и развития дефектов и трещин, размеры которых не только превышают нормативные, но и приводят к потере герметичности и разрушению.
В статье рассмотрены проблемы анализа наиболее опасных состояний магистральных трубопроводов для транспорта нефти и нефтепродуктов при возникновении продольных сварных трещин, приводящих к разгерметизации и дальнейшему развитию разрушения. В основу анализа положены нормативные методы основных расчетов прочности по допускаемым напряжениям в сочетании с методами линейной и нелинейной механики разрушения. Для современных трубопроводов, изготавливаемых из трубных сталей повышенной пластичности, предельное состояние в зонах и вне зон трещин достигается при возникновении развитых областей пластичности, существенно изменяющих номинальное и локальное напряженно-деформированное состояние. С учетом этого обоснованы необходимость и возможность использования вместе силовых критериев линейной механики разрушения предложенных критических коэффициентов интенсивности напряжений и интенсивности деформаций в системе относительных параметров. Это позволяет вести расчеты для случаев больших номинальных и местных деформаций, превосходящих предельные упругие в десятки и сотни раз. Расчетами показано значительное увеличение размеров предельных трещин при переходе от хрупких разрушений к вязким.
Список литературы
1. Мазур И.И., Иванцов О.Н. Безопасность трубопроводных систем. – М.: Недра, 2004. – 1099 с.
2. Перспективы исследований в области анализа риска для совершенствования государственного регулирования и повышения безопасности объектов нефтегазохимического комплекса / Н.А. Махутов, С.Г. Радионова, С.А. Жулина [и др.] // Безопасность труда в промышленности. – 2017. – № 9. – С. 5–13.
3. Махутов Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. – М.: Машиностроение, 1981. – 272 с.
4. Нейбер Г., Хан Г. Проблемы концентрации напряжений в научных исследованиях и технике // Механика. – 1967. – № 3. – С. 96–112.
5. Комплексные механические испытания для расчетов прочности магистрального трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов / Д.А. Неганов, Н.А. Махутов, Ю.В. Лисин [и др.] // Заводская лаборатория. – 2018. – № 4. – С. 47–59.
6. Махутов Н.А. Прочность и безопасность. Фундаментальные и прикладные исследования. – Новосибирск: Наука, 2008. – 528 с.
7. Неганов Д.А., Лисин Ю.В., Махутов Н.А. Комплексный анализ запасов прочности трубопроводов и базовых механических свойств трубных сталей // Д.А. Неганов, Ю.В. Лисин, Н.А. Махутов, В.М. Варшицкий / Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2017. – № 7. – С. 9–17.
8. Kiefner J.F. Failure stress levels of flaws in pressurized cylinders // American society of testing and materials report. – 1973. – No. ASTM STP 536. – P. 461–481.
9. Плювинаж Г. Механика упругопластического разрушения / под ред. Е.М. Морозова. – М.: Мир, 1993. – 448 с.
10. Matvienko Yu.G. Safety factors in structural integrity assessment of components with defects//International Journal of Structural Integrity. – 2013. – № 4. – С. 457–476.
11. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. Безопасность средств хранения и транспорта нефти и нефтепродуктов. – М.: МГОФ «Знание», 2019. – 928 с.
12. Махутов Н.А., Пермяков В.Н. Ресурс безопасной эксплуатации сосудов и трубопроводов. – Новосибирск: Наука, 2005. – 516 с.
13. Махутов Н.А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность. – Новосибирск: Наука, 2005. – Т. 1 – 494 с., Т. 2 – 610 с.
