Банахевич Юрій Володимирович. Діагностування напруженого стану магістральних нафтогазопроводів в околі стикових зварних з'єднань та корозійних пошкоджень розрахунково- експериментальним методом

Краткое описание

Банахевич Юрій Володимирович. Діагностування напруженого стану магістральних нафтогазопроводів в околі стикових зварних з'єднань та корозійних пошкоджень розрахунково- експериментальним методом: дисертація канд. техн. наук: 05.15.13 / Івано- Франківський національний технічний ун-т нафти і газу. - Івано-Франківськ, 2003. - 197

Банахевич Ю.В. Діагностування напруженого стану магістральних нафтогазопроводів в околі стикових зварних з’єднань та корозійних пошкоджень розрахунково-експериментальним методом. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.13 нафтогазопроводи, бази та сховища. Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу. Івано-Франківськ, 2003.
Дисертацію присвячено розвиткові розрахунково-експериментального методу визначення залишкових технологічних напружень у магістральних трубопроводах з метою врахування нерівномірності їх розподілу під давачами приладів для вимірювання усереднених характеристик напружень фізичними методами та структурно-фазових змін в зоні термічного впливу і оцінці напруженого стану в околі зварних з’єднань кільцевим швом за наявності корозійних дефектів. Розроблено математичну модель і програмне забезпечення для діагностування напруженого стану в зварених кільцевим швом без попередньої обробки країв труб. Вона ґрунтується на розв’язанні обернених задач теорії оболонок з власними деформаціями і використанні експериментальної інформації, здобутої фізичними методами. З використанням методу скінченних елементів в рамках просторової задачі теорії пружності для труби з дефектом у вигляді пів-еліпсоїда обертання розроблено методику розрахунку концентрації напружень біля дефектів типу виразок-каверн і оцінено вплив залишкових напружень на величину коефіцієнта запасу міцності трубопроводу з корозійними пошкодженнями.

На основі виконаних теоретичних та експериментальних досліджень вирішено важливу науково-практичну задачу з підвищення надійності експлуатації нафтогазопроводів в околі стикових зварних з’єднань та корозійних пошкоджень.
1. Розроблено математичну модель для визначення залишкових технологічних напружень біля стикових зварних з’єднань магістральних нафтогазопроводів. Для зварених встик труб без розробки торців у замкнутій формі отримано вирази для визначення коловихі поздовжніхнапружень в трубопроводі, що викликані пластичними деформаціями. В ці вирази входять невідомі числові параметри, для відшукання яких побудовано функціонал, що виражає суму квадратів різниці відхилень усереднених характеристик напружень, визначених експериментальноі теоретично. При цьому визначені експериментально значеннявраховують нерівномірність розподілу напружень під давачами, вплив структурних перетворень в ЗТВ на відлікові показники приладу, а також можливу часткову їх релаксацію, зумовлену різною обробкою після виконання зварних швів і в процесі експлуатації МТ.
2. На основі експериментальних досліджень, проведених на трубах зі сталі 17Г1С МГ Івацевичі-Долина ІІІ нитка” на ділянці Волинського ЛВУМГ та за допомогою розробленої математичної моделі, визначено залишкові технологічні напруження в околі зварного кільцевого шва. Показано, що:
колові залишкові напруження на внутрішній і зовнішній поверхнях газопроводу в зоні завширшки двох товщин від осі шва є розтягальні і досягають найбільшого значення на внутрішній поверхні труби на осі шва; з віддаленням від осі шва в межах десяти товщин стінки труби вони переходять у стискальні і менші за розтягальні;
осьові залишкові напруження є менші, ніж колові; вони стискальні на зовнішній поверхні та розтягальні на внутрішній в межах шести товщин стінки труби, а з віддаленням від осі шва змінюють знаки;
зміна усередненої різниці головних напруженьвід структурних перетворень в межах 30% зумовлює відносну зміну максимальних напружень не більше ніж на 4%.
3. Запропоновано спосіб визначення концентрації напружень в околі поверхневих дефектів типу виразки-каверни, під силовим навантаженням, і дією залишкових технологічних напружень біля кільцевого зварного шва. Проаналізовано зміну напружень у трубопроводі за різних розташувань дефекту відносно осі зварного шва. Установлено, що коли дефект розміщений:
на зварному шві в зоні розтягальних колових та стискальних осьових залишкових напружень, найбільшими є колові напруження в поздовжньому перерізі трубопроводу по діаметру дефекта; максимальне значення вони досягають у центрі або на краю дефекту і, залежно від його глибини, можуть перевищувати в 1,3-2,1 рази номінальні колові залишкові напруження на зовнішній поверхні трубопроводу;
поза зварним швом стискальні колові і осьові залишкові напруження спричинюють сумарні напруження менші, ніж від навантаження МТ тиском.
4. Для оцінки максимальних напружень, зумовлених дефектом, отримана узагальнена формула, в яку входять коефіцієнти концентрації напружень і номінальні значення напружень.
5. На розробленій дослідній установці експериментально перевірено запропоновану математичну модель, яка виявилася задовільною (відносна похибка менша 10%) для інженерних розрахунків концентрації напружень у трубах з дефектами. Розроблено пристрій для контролю параметрів зовнішніх корозійних дефектів нафтогазопроводів.
6. Урахування дії залишкових технологічних напружень змінює коефіцієнт запасу міцності трубопроводу. Так, для ділянки (220 км) МГ Івацевичі-Долина ІІІ нитка” (1220х12 мм) з дефектомс/(2h)=0,4 та b/(2h)=0,4 коефіцієнт запасу міцності в зоні розтягальних залишкових напружень, порівняно з зоною без технологічних напружень, зменшується не більше, ніж на 40%, а в зоні стискальних може збільшуватись в межах 10-18%, якщо за розрахункове напруження прийнято умовну границю текучостіі 4-10%, коли за розрахункове напруження прийнято границю міцності.