Кольцевых сердечников

Изучение характера распространения трещин показало, что они развиваются хрупко от внешней поверхности трубы с вязким доломом на ее внутренней поверхности [23, 29]. В сечении стенки трубы часто наблюдалось ветвление трещин. Следует отметить, что они развиваются в направлении, перпендикулярном плоскости действия кольцевых растягивающих напряжений, являющихся максимальными в сложном напряженном состоянии трубы под действием внутреннего давления. Микроструктурные исследования характера распространения трещин показывают, что зарождающаяся микротрещина имеет меж- или транскристаллитный характер развития. То же самое наблюдается и в местах их ветвлений. В процессе своего развития характер распространения трещин трансформируется. Фрактографическими исследованиями установлено, что трещина развивается в три этапа: 1) меж- или транскристаллитно на стадии зарождения и дискретного подрастания; 2) коррозионное растворение металла в полости зародившейся

В США, Австралии, Иране, Пакистане и Канаде КР явилось причиной отказов линейной части магистральных газопроводов на трубах диаметром 200-1420 мм, изготовленных из сталей групп прочности А, В, Х42, Х45, Х50, Х52, Х60, Х65 поставок различных заводов-изготовителей. Трубопроводы были проложены в грунтах различной активности с рН 4,7-12,3 (электролит, сформировавшийся под отслоившейся изоляцией, имел рН 9,6-12,3). На момент отказа температура стенки трубы некоторых газопроводов достигала 92° С, а расчетное значение кольцевых растягивающих напряжений при этом составляло 0,38-0,77 условного предела текучести трубной стали (V,.).

В Австралии КР подвержены газопроводы системы сбора и транспорта природного газа, сосредоточенные в основном в районе газового месторождения "Мумба" [110-112, 171]. Расветные значения кольцевых растягивающих напряжений составляли около 0,4 стт (в США - около 0,7 стт).

данных, для сталей с группой прочности ниже Х70 время наработки до отказа t в карбонат-бикарбонатных средах может быть оценено с помощью линейного соотношения, включающего V.^ -~ параметр коррозионного растрескивания, определяемый температурой стенки трубы, грунтовыми условиями и маркой стали. Для сталей контролируемой прокатки группы прочности Х70 значение У,фф намного выше, чем для умеренно упрочненных сталей, несмотря на меньшую температуру перекачиваемого продукта, а в ряде случаев — относительную величину расчетных кольцевых растягивающих напряжений. Последний факт, по-видимому, связан с изменением механизма разрушения высокопрочных сталей, приводящего к их ускоренному разрушению вследствие превалирования в них, как отмечалось выше, механического фактора.

На втором этапе, при растворении металла, трещина развивается в основном перпендикулярно поверхности трубы. Причем в предыдущих исследованиях осталось без должного внимания обратимое чередование первого и второго этапов в процессе развития КР. При этом происходит подготовка основы для их попеременного проявления. Такой тип коррозионно-механического разрушения (без рассмотрения третьего этапа) требует наличия невысоких уровней механических напряжений. Это подтверждается отмеченными выше имеющимися отечественными и зарубежными литературными данными, согласно которым развитие КР проявлялось в интервале кольцевых растягивающих напряжений порядка 0,4 -0,7 от.

Отмеченную выше локализацию отказов вблизи компрессорных станций (в пределах до 25-ти км по ходу газа), обычно связывают с высокими величинами температуры и давления на таких участках [105]. В связи с этим в технической литературе,встречаются гипотезы о существовании пороговых значений этих величин (например, около 0,7 стт для кольцевых растягивающих напряжений, около 40-50° С - для температуры стенки трубы), ниже которых КР не развивается [136-143]. Однако изучение статистики отказов отечественных и зарубежных магистральных газопроводов [171] показало, что растрескивание протекает и при значениях, более низких, чем указанные "пороговые".

Уменьшение давления перекачиваемого продукта приводит к снижению кольцевых растягивающих напряжений в стенке трубы. Несмотря на то, что вопрос о пороговых напряжениях КР в настоящее время открыт, эффективность данного метода очевидна для стадии механического долома и слияния трещин в очаге разрушения.

Для выбранных параметров трубопровода: DB = 1220 мм, 6Н = = 12,5 мм, р = 5,5 МПа, m ~ 0,3, а =10'5 град.'1, At = 30, Е = = 2,1 х 105 МПа, п =1,1, сталь Х52 (17Г1С) при кольцевых растягивающих напряжениях от внутреннего давления акп = 289 МПа условие (5.23) выполняется.

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

[64], исследуемый магистральный нефтепровод в условиях корро-зионно-усталостного нагружения не смог бы обеспечить работу в течение нормативного срока службы. Величины растягивающих кольцевых напряжений в рассмотренных случаях при внутренних давлениях Р = 5,5 МПа и Р = 4,8 МПа составляли 0,8 стт и 0,7ат соответственно. Итак, для магистральных нефтепроводов, работающих в условиях малоцикловой коррозионной усталости, может быть введено ограничение предельной величины кольцевых растягивающих напряжений, равное 0,7сгт [30]. Близкие значения величин кольцевых растягивающих напряжений оговорены в стандартах ряда зарубежных стран, например в Американском стандарте ASME B31.4 она составляет 0,72 <тт [107, 108]. Повышение рабочего давления выше указанного уровня при требовании обеспечения нормативного срока службы магистрального трубопровода возможно только в случае ужесточения отклонения геометрических размеров трубы и сварного соединения.

Одновременное воздействие на металл коррозионных сред и механических напряжений вызывает коррозионно-механическое разрушение оборудования, связанное с проявлением взаимосопряженных механохимических явлений. Помимо рассмотренных, наиболее опасных для магистральных трубопроводов видов КМР, таких, как КР и МКУ, следует остановиться на их разрушении в виде общей коррозии, ускоренной воздействием механических напряжений (механохимическая коррозия). Вследствие коррозии стенок сосудов давления и соответствующего их утонения происходит увеличение кольцевых растягивающих напряжений. Согласно теоретическим представлениям механохимии металлов, это вызывает рост скорости коррозии и еще большее утонение стенок. В связи с зтим прогнозирование долговечности сосудов давления, базирующееся на предпосылке постоянства скорости коррозии в течение установленного ресурса, дает изначально завышенное ее значение. Поэтому для реальной оценки долговечности необходимо проанализировать изменение кольцевых напряжений в стенке трубы, связав это изменение с интенсивностью коррозионного воздействия. Впервые подобный подход был реализован в [36]. Однако полученные при этом расчетные зависимости оказываются неудобными для практического использования. Кроме того, предложенный подход не учитывал того факта, что механохимические явления начинают существенно проявляться при напряжениях, превышающих предел текучести стали. Последнее на реальных конструкциях. эксплуатирующихся на общем фоне упругих напряжений и деформаций. может быть достигнуто только в концентраторах напряжения, где и реализуются условия для протекания механохи-мической коррозии.

Перспективными для использования в многоэлементных преобразователях являются преобразователи магнитных полей на основе кольцевых сердечников из материала с прямоугольной петлей гистерезиса. Достоинством таких преобразователей является наличие у них вентильных свойств, что делает ненужным применение электронных коммутирующих ключей в каждой ячейке матрицы. При этом отсутствует гальваническая связь между отдельными чувствительными элементами, существенно упрощается конструкция много-

идентификацию, определить геометрические параметры и глубину залегания. Задачам дефекгометрии наиболее полно отвечают преобразователи Холла в интегральном исполнении, которые имеют линейную характеристику в широком диапазоне измерения магнитных полей. Для обеспечения гальванической развязки между токовыми и потенциальными электродами можно использовать вторую матрицу из ферритовых кольцевых сердечников с 11111, используемых в качестве запоминающих коммутационных трансформаторов. Для обеспечения линейности характеристики всего преобразователя сердечник перемагничивается по безгистерезисной кривой намагничивания, обладающей высокой линейностью на начальном участке [53].

ли к стенкам трещины и может иметь произвольную ориентацию на поверхности изделия. Для выявления произвольно ориентированных дефектов предназначен ММП, состоящий из двух матриц. Одна из матриц состоит из ячеек, образованных двумя магниточувствительными элементами, расположенными под углом 90° один к другому в плоскости преобразователя, а вторая матрица состоит из кольцевых сердечников с ППГ, каждый из которых содержит обмотку, замкнутую через магниточувствительные элементы (рисунок 3.3.17) [54, 56].

Существенно снизить помехи от частично возбужденных преобразователей можно путем уменьшения координатных токов за счет применения трехкоординатной схемы выборки. Такая схема применена в электромагнитном интроскопе, содержащем соединенные последовательно матричный магниточувствительный узел, дифференциальный усилитель, блок селекции, видеоконтрольный блок и блок развертки, выходы которого подключены к магниточувствительному узлу, блоку селекции и видеоконтрольному блоку. Магниточувствительный узел выполнен в виде матрицы из ферритовых кольцевых сердечников, каждый из которых прошит вертикальной, горизонтальной и диагональной координатными проводами. Кроме того, каждый ферритовый кольцевой сердечник содержит коротко-замкнутую обмотку или обмотку, замкнутую на магниточувствительный элемент (магниторезистор, магнитодиод и т. п.). Третий координатный ток подается в диагонали матрицы синхронно с токами первых двух координат [53].

Перспективными для использования в многоэлементных преобразователях являются преобразователи магнитных полей на основе кольцевых сердечников из материала с прямоугольной петлей гистерезиса. Достоинством таких преобразователей является наличие у них вентильных свойств, что делает ненужным применение электронных коммутирующих ключей в каждой ячейке матрицы. При этом отсутствует гальваническая связь между отдельными чувствительными элементами, существенно упрощается конструкция много-

идентификацию, определить геометрические параметры и глубину залегания. Задачам дефектометрии наиболее полно отвечают преобразователи Холла в интегральном исполнении, которые имеют линейную характеристику в широком диапазоне измерения магнитных полей. Для обеспечения гальванической развязки между токовыми и потенциальными электродами можно использовать вторую матрицу из ферритовых кольцевых сердечников с ППГ, используемых в качестве запоминающих коммутационных трансформаторов. Для обеспечения линейности характеристики всего преобразователя сердечник перемагничивается по безгистерезисной кривой намагничивания, обладающей высокой линейностью на начальном участке [53].

ли к стенкам трещины и может иметь произвольную ориентацию на поверхности изделия. Для выявления произвольно ориентированных дефектов предназначен ММП, состоящий из двух матриц. Одна из матриц состоит из ячеек, образованных двумя магаиточувствительными элементами, расположенными под углом 90° один к другому в плоскости преобразователя, а вторая матрица состоит из кольцевых сердечников с ППГ, каждый из которых содержит обмотку, замкнутую через магнитояувствительные элементы (рисунок 3.3.17) [54, 56].

Существенно снизить помехи от частично возбужденных преобразователей можно путем уменьшения координатных токов за счет применения трехкоординатной схемы выборки. Такая схема применена в электромагнитном интроскопе, содержащем соединенные последовательно матричный магни1Х»чувствительный узел, дифференциальный усилитель, блок селекции, видеоконтрольный блок и блок развертки, выходы которого подключены к магниточувствительному узлу, блоку селекции и видеоконтрольному блоку. Магниточувствительный узел выполнен в виде матрицы из ферритовых кольцевых сердечников, каждый из которых прошит вертикальной, горизонтальной и диагональной координатными проводами. Кроме того, каждый ферритовый кольцевой сердечник содержит коротко-замкнутую обмотку или обмотку, замкнутую на Магниточувствительный элемент (магниторезистор, магнитодиод и т. п.). Третий координатный ток подается в диагонали матрицы синхронно с токами первых двух координат [53].

По форме магнитные сердечники подразделяют на цилиндрические, кольцевые и броневые. Цилиндрические сердечники обозначают следующим образом: СЦР—с резьбой для крепления, СЦГ — гладкие, СЦТ — трубчатые с диаметрами от 1,8 до 2,75 мм. В обозначении кольцевых сердечников, например К10Х6ХЗ, числа соответственно указывают внешний и внутренний диаметры и высоту кольца в миллиметрах. Броневые сердечники обозначают буквой Б, например Б26, причем число показывает внешний диаметр сердечника в миллиметрах.

поля, и кольцевых сердечников, намагничиваемых под действием двух компонент, расположенных в плоскости кольца, намагниченность сердечников в общем случае может оказаться функцией трех компонент поля. При значительном диаметре трубки она сочетает в себе свойства кольцевого и стержневого сердечников.

Размерные ряды кольцевых сердечников из магнитомягких ферритов н ферритов ППГ установлены ГОСТ 16541—76. Кольцевые сердечники из магнитомягких ферритов изготовляют с наружным диаметром 3—180 мм, внутренним диаметром 2—115 мм, высотой 1,5—12 мм. Кольцевые сердечники из марганец-цинковых ферритов иетёрмостабильных марок 1000НМ, 1500НМ, 2000НМ, ЗОООНМ, 4000НМ, 6000НМ изготовляют по ГОСТ 14208—77 нормированных размеров, термостабильных марок — по ГОСТ 17141—76. Марганец-цинковые нетермостабильные ферритовые сердечники предназначены для магиитопро-водов, применяемых в изделиях электронной техники производственно-технического назначения и народного потребления. Сердечники предназначены для работы в слабых синусоидальных полях напряженностью 8— 24,0 А/м и на частотах от 0,06 МГц (для сердечников из феррита марки 6000НМ) до 1,0 МГц (для сердечников нз феррита марки 1000НМ). Сердечники могут применяться в элементах и устройствах аппаратуры,