Долговечности материала

ГЛАВА 2. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ

Приведенные результаты могут быть использованы для прогнозирования долговечности магистральных трубопроводов, эксплуатирующихся в условиях малоцикловой коррозионной усталости.

Действующие строительные нормы и правила СНиП 2.05.06-85 не предусматривают расчета коррозионно-усталостной долговечности магистральных нефтепроводов, эксплуатирующихся в условиях малоцикловой коррозионной усталости. Для оценки надежности магистральных трубопроводов, эксплуатирующихся в условиях воздействия циклических нагрузок, совместно с Г.И. Насыровой был проведен расчет долговечности магистрального трубопровода для указанных условий. Расчет проводился в соответствии с РД 39-0147103-361-86 с учетом имеющихся на трубе концентраторов напряжений в виде заводских сварных соединений и их дефектов с допустимыми размерами, регламентируемыми указанными строительными нормами и правилами. В указанных условиях металл может работать в упругопластической области.

Согласно [64], расчет коррозионно-усталостной долговечности магистральных нефтепроводов проводился в рамках модели Коф-фина — Мэнсона в виде (5.1) с учетом поправки на упругую составляющую амплитуды деформации (<т.,/Е, где ст., - предел выносливости, который в соответствие с известными эмпирическими соотношениями был принят равным 0,5 ств). При этом рассчитанное число циклов до разрушения трубы составило N = 6 254. Следует отметить, что, согласно современным представлениям о долговечности магистральных нефтепроводов, эксплуатирующихся в условиях коррозионно-усталостного нагружения, расчетное число циклов до разрушения должно составить около 12 000 циклов (при среднестатистической частоте малоциклового усталостного нагружения, равной около одного цикла в сутки, и нормативном сроке эксплуатации нефтепровода, равном 33 годам) [64]. По данным Урало-Сибирского управления магистральных трубопроводов такая, по порядку величины, цикличность сохраняется и в настоящее время, несмотря на изменение режимов перекачки (часть трубопроводов эксплуатируется в режиме недогрузки). При расчете на прочность, как это отмечено выше, СНиП 2.05.06-85 не оговаривает меру использования несущей способности трубопроводов в условиях коррозионной усталости. Другими словами, в действующем СНиП 2.05.06-85 наряду с отсутствием расчета магистральных трубопроводов, эксплуатирующихся в условиях усталости, не приводится величина максимально допустимого уровня кольцевых растягивающих напряжений, определяемого в мировой практике как отношение напряжения в стенке трубы к пределу текучести стали. Исходя из полученного выше результата возникает необходимость в определении максимально допустимого значения этого отношения для реализации установленного ресурса нефтепровода в условиях коррозионно-усталостного нагружения. Это может быть достигнуто на практике путем снижения давления в трубопроводе, увеличением толщины стенки трубы или. применением стали с более высокой группой прочности. Однако в практике эксплуатации действующих трубопроводов для уменьшения упругопластических деформаций до определенного уровня, обеспечивающего реальную коррозионно-усталостную долговечность нефтепровода с учетом

ДОЛГОВЕЧНОСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ

30. Гареев А.Г., Насырова Г.И. Прогнозирование коррозионно-усталостной долговечности магистральных трубопроводов // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. Уфа, 1994. С. 55-57. (Тр. ин-та ИПТЭР).

ГЛАВА 2. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ КОРРОЗИОННОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ

ГЛАВА 8. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ ОБЩЕЙ МЕХАНОХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ.......................152

13.Фокин М.Ф., Трубицын В.А., Никитина Е.А. Оценка эксплуатационной долговечности магистральных нефтепроводов в зоне дефекгов.-М.: ВНИИОЭНГ.1986.

97. Фокин М.Ф., Трубицин В.А., Никитина Е.А. Оценка эксплуатационной долговечности магистральных нефтепроводов в зоне дефектов. - М.: ВНИИОЭНГ, 1986. - с. 49.

эксплуатационной долговечности магистральных

Уравнению (8.62) дается следующая интерпретация. При действии напряжения OHOKI с числом циклов nHl, равным, например, (1/2) Л'н„ используется как бы половина циклической долговечности материала. Вторую половину долговечности можно использовать или при том же напряжении oHl>Nl, продолжая работать до разрушения при числе циклов NHlt или при напряжении атт, продолжая работать до числа циклов и/,„ = (1/2) N«,-

Из уравнения (8) следует, что для определения долговечности материала в натурной (рабочей) среде необходимо знать отношение коэффициентов, значения которых можно установить с помощью следующих экспериментов.

Это подтверждается экспериментальными данными и для других никелевых сплавов и показывает возможность прогнозирования экстремальных уровней долговечности материала при статических и циклических видах нагрузок.

Однако, важность параметрических диаграмм для практического применения связана не только с возможностью экспресс-прогнозирования жаропрочности материалов при циклическом и статическом видах погружения. Дело в том, что, как уже отмечалось, при этом решается и другая важная инженерная задача - прогнозирование остаточной долговечности материала после различ-

Микротрещины в поверхностных слоях циклически деформируемого образца могут образовываться на значительно более ранних этапах нагружения, задолго до II периода появления магистральной трещины. Поэтому оценку долговечности материала наиболее целесообразно проводить по моменту образования макротрещины. Это наиболее правильно при жестких режимах нагружения, когда окончательное разрушение образца

разрушения (рис. 1.15). Период роста трещины, как и разброс экспериментальных данных, зависит от уровня напряжения [97]. В области высокого уровня напряжения, близкого к пределу текучести материала и, тем более, превышающего его, и при отсутствии концентраторов напряжения доля периода роста трещины в общей долговечности материала составляет более 90 %. Зарождение трещины происходит под поверхностью [98] (рис. 1.16). По мере уменьшения уровня напряжения, при прочих равных условиях доля периода роста трещины уменьшается, а расположение очага разрушения переходит на поверхность элемента конструкции. Однако при уменьшении относительной доли периода роста трещины в долговечности материала его абсолютная величина возрастает также, как и долговечность. При этом темп увеличения периода роста трещины по мере уменьшения уровня напряжения ниже, чем темп увеличения долговечности.

емом диске — текстурирование материала, повлиявшее на снижение его долговечности и снизившее период роста трещин. Однако, судя по наработке дисков в эксплуатации на момент их разрушения, не было однозначной зависимости долговечности дисков от величины радиуса и/или наличия текстуры материала. Различие в долговечности дисков с разным радиусом галтели и текстурой материала составило 2537-2020 циклов. Это естественный разброс долговечности материала в области малоциклового усталостного разрушения. Более существенно долговечность дисков в эксплуатации отличалась от стендовых дисков. Циклическая наработка дисков в эксплуатации была почти в 4 раза ниже.

Для создания совместимой системы упрочнитель — матрица необходимо найти компромиссное решение в отношении двух противоположных требований: 1) желательности образования прочной связи яа поверхности раздела для эффективной передачи нагрузки и поддержания сплошности при термических циклах и 2) необходимости предотвратить разрушение композита за счет взаимодействия упрочнителя и матрицы при высоких рабочих температурах. Таким образом, первое требование предполагает возбуждение химической реакции; согласно второму, напротив, химической реакции следует препятствовать. Следовательно, в идеальном случае упрочнитель и 'Матрица должны химически взаимодействовать лишь в такой степени, в какой это необходимо для образования связи при температурах, более высоких, чем те, при которых предполагается использование материала. Химическое взаимодействие при рабочих температурах можно допустить только в том случае, если скорость реакции достаточно мала для обеспечения требуемой долговечности материала (требуемая долговечность определяется, главным образом, экономическими факторами).

Количественная оценка влияния вида напряженного состояния на сопротивление разрушению зависит от индивидуальных особенностей исследуемого материала. Следовательно, выражения критериев прочности по конструкции должны включать кроме характеристик напряженного состояния параметры, отражающие индивидуальные особенности материала в конкретных условиях испытания. Однако о долговечности материала при том или ином напряженном состоянии часто судят только по величине той или иной характеристики напряженного состояния без достаточного учета комплекса свойств материала. При этом, как правило, в качестве критерия длительной прочности используют одну из характеристик напряженного состояния. В одних исследованиях результатом анализа испытаний выявлена возможность использования в качестве критерия длительной прочности величины максимального нормального напряжения (
Уравнение (4.17) следует использовать для оценки долговечности материала отдельных элементов энергооборудования, так

Сочетание приведенных выше свойств и особенностей деформирования при термоусталостных испытаниях сплава ЭП-693ВД обусловливает появление трещин циклического разрушения в зонах «шейки», что говорит о выраженном влиянии процесса накопления односторонних деформаций и, следовательно, квазистатических повреждений на достижение предельного состояния по условию циклического разрушения. Однако при испытаниях на больших уровнях долговечности с жесткостью нагружения с <" 95 тс/см, когда эффект накопления односторонних деформаций практически отсутствует (см. рис. 1.3.6), можно ожидать возникновения термоусталостной трещины в зоне перехода от рабочей длины к конической части образца, где температура цикла соответствует минимальной пластичности и, следовательно, долговечности материала.