Разрушения магистральных

до разрушения конструктивного элемента аппарата. Наряду с механохимической повреждаемостью в процессе циклического нагружения имеет место усталостная (малоцикловая и многоцикловая) повреждаемость.

Долговечность (число циклов до разрушения) конструктивного элемента определяется интегрированием уравнения (6.29) в пределах от ho до Ькр и К°Е до К^:

Итак, необходимо разделять представления о причине возникновения и развития трещины в материале детали, о причине разрушения детали и о причине разрушения конструктивного узла.

также кривая малоцикловои усталости, свойственная рассматриваемому режиму нагружения и нагрева. С другой стороны, для определения величины повреждений в этих условиях необходима система базовых данных: во-первых, кривые малоцикловой усталости, получаемые в условиях длительного малоциклового жесткого нагружения с учетом цикличности действия температур и частоты (времени) деформирования, свойственных исследуемому режиму неизотермического нагружения, по методике [6] на программных установках с независимым нагревом и нагруже-нием, и, во-вторых, информация о располагаемой пластичности материала, получаемая при монотонном растяжении (см. рис. 1, режимы К, Л] либо при длительном статическом нагружении (см. рис. 1, режимы Ж, И) с учетом скорости деформирования в условиях постоянных или циклически изменяющихся температур, реализующихся в реальном реж! ме термомеханического нагружения зоны разрушения конструктивного элемента.

Моделируя работу материала в конструкции, можно полагать, что, если пренебречь масштабным фактором, кривые предельных состояний должны быть подобными для модельного и реального материалов. В случае отсутствия такого подобия закономерности разрушения в конструкции и модели могут быть различными. При этом предполагается, что ответственными за разрушение будут соотношения главных напряжений, рекомендуемые известными теориями прочности. Так, например, в случае моделирования условий разрушения конструктивного элемента, изготовленного из материала, прочность которого хорошо описывает первая теория прочности, следует применять материалы, прочность которых хорошо описывается той же теорией, т. е. должно выполняться условие

Характер разрушения конструктивного элемента в мембранной зоне в зависимости от вида разрушения (квазистатического, усталостного или смешанного) может сопровождаться увеличением диаметра тонкостенной трубы в той или иной степени. Однако разрыв вследствие особенностей НДС всегда происходит вдоль образующей.

Для анализа условий малоциклового разрушения конструктивного элемента используют кривые усталости е(ЛМ, приведенные на рис. 3.17. С учетом кривых 2 и 4 (см. рис. 3.13) данные испытаний на малоцикловую усталость (точки о и V на рис. 3.17) для разных зон разрушения модели образуют единую кривую 2 малоцикловой усталости. Это свидетельствует о достаточной точности принятого метода расчета упругопластических деформаций с помощью МКЭ в условиях высокотемпературного малоциклового нагружения.

Процессы разрушения конструктивного элемента подобны процессам при статическом нагружении. Следовательно, в рамках допустимости наличия в стенках труб трещиноподобных дефектов представляет интерес рассмотрение второй и третьей стадий разрушения, что осуществимо лишь с использованием критериев трещиностойко-сти металла труб.

Характер разрушения конструктивного элемента в мембранной зоне в зависимости от вида разрушения (квазистатического, усталостного или смешанного) может сопровождаться увеличением диаметра тонкостенной трубы в той или иной степени. Однако разрыв вследствие особенностей НДС всегда происходит вдоль образующей.

Для анализа условий малоциклового разрушения конструктивного элемента используют кривые усталости e(Nt), приведенные на рис, 3.17. С учетом кривых 2 и 4 (см. рис. 3.13) данные испытаний на малоцикловую усталость (точки о и V на рис. 3.17) для разных зон разрушения модели образуют единую кривую 2 малоцикловой усталости. Это свидетельствует о достаточной точности принятого метода расчета упругопластических деформаций с помощью МКЭ в условиях высокотемпературного малоциклового нагружения.

Максимальная температура термического цикла существенно влияет на характер необратимых деформационных процессов. Расчет термоциклических деформаций в диске при Г—70...800° С [9, 43] выявил существенную нестационарность процесса накопления (рис. 1.15, г и (?) односторонних деформаций в цикле деформирования (в отличие от предыдущего примера). К десятому циклу суммарная накопленная деформация достигает 3%, что и определяет большие квазистатические повреждения и соответствующий характер разрушения конструктивного элемента [44].

зуемыи метод Баумана не позволяет определить состав серосодержащих соединений. Сульфидные включения практически во всех исследованных случаях имели сферическую форму. Исключение составляла сталь группы прочности Х70 фирмы "Бергрор", для которой были выявлены макроскопические сегрегации сульфидных включений. Содержание сульфидных включений в очаговых зонах разрушения магистральных газопроводов приведено в табл. 1.2. Там же приводятся значения эффективных скоростей роста трещин КР, наблюдаемых на исследуемых участках магистральных газопроводов.

Содержание сульфидных включений в очаговых зонах разрушения магистральных газопроводов

По (2.1) было рассчитано время до разрушения магистральных газопроводов в условиях КР для наиболее распространенных типоразмеров труб в Великобритании. Однако результаты, полученные с помощью предложенной зависимости, не согласовывались с реальной статистикой отказов газопроводов. Трудно было и ожидать других результатов, так как по своим механизмам и условиям силового нагружения усталость металлов и их КР принципиально различны.

Распространение результатов тестирования, выполненного для простой гипотезы, на случай сложной гипотезы требует известной осторожности. Однако достаточно высокие уровни значимости позволили отбросить нулевую гипотезу. Дополнительно был проведен графоаналитический анализ с помощью .-юрмальпой вероятностной бумаги (вероятностной сетки) [94, 99] (рнс. 18). который подтвердил нормальность выборки. Времена до разрушения магистральных газопроводов достаточно хорошо ложатся на линию, соо; ветствующую нормальному распределению, хотя, на первый взгляд, оно представляется вообще неприемлемым для описания статистики отказов трубопроводов, так как со временем накапливаются повреждения и частота отказов должна квазимонотонно расти. Но для рассматриваемой статистики отказов магистральных газопроводов, вызванных коррозионным растрескиванием, характерны следующие особенности: во-первых, коррозионное растрескивание, как правило, проявляется не на всей длине газопровода, а на участках, входящих в 30-километровую зону от компрессорной станции; во-вторых, ему свойствен своеобразный инкубационный период (10-12 лет), по истечении которого проводятся мероприятия по ликвидации отказов вплоть до замены участка в случае увеличения их частоты в пределах опасной, с точки зрения КР, зоны.

Как следует из табл. 2.1, разница между минимальным и максимальным временами до разрушения магистральных газопроводов составляет 13 лет. При такой большой величине разброса и высоком значении дисперсии выборочное среднее нельзя использо-

2.4. Построение статистической модели разрушения магистральных газопроводов

Для построения статистической модели была проведена оценка вклада различных факторов на время до разрушения магистральных газопроводов. В качестве рабочего инструмента была выбрана процедура множественной регрессии, позволяющая получать модель в виде линейной комбинации воздействующих факторов. Исследования проводились с доверительной вероятностью 95%. В качестве независимых переменных использовались величины толщин стенок труб, температур, расстояний до компрессорной, давлений, а также их модифицированные значения (обратная температура, обратное расстояние, отношение действующего напряжения к пределу текучести стали и др.). Расчеты проводились как с использованием константы, так и без нее. Всего было рассмотрено 48 вариантов модели. Из них была выбрана одна, имеющая наиболее высокий коэффициент детерминации. В табл. 2.5 приведены

На основании фрактографического анализа очаговых зон разрушения магистральных газопроводов было выяснено, что значение коэффициента К, изменяется в пределах 0,5-1. Такой широкий разброс значений этого коэффициента приводит к тому, что на одном и том же участке магистрального газопровода разрушение может происходить в разное время.

На основании изучения свойств металла очаговых зон разрушения газопроводов по причине КР была определена величина параметра а. Она составила, по данным изучения реальных очаговых зон разрушения магистральных газопроводов, 2 х 10 м4/ККл. (Ширина трещины 5 х 10"* мм, удельная площадь участка растрескивания S = 16 см2/11 трещин). При суммарно накопленном годовом изменении потенциала катодной защиты на локальном участке поверхности газопровода, имеющего повреждения изоляции, где и развивается процесс КР, на 0,5 В (от минус 1,0 до 0,5 В), выделяется 1,5 ККл/м2 количества электричества, которого достаточно для появления трещины глубиной 0,54 мм. Это соответствует реально наблюдаемым скоростям роста трещин (см. главу 2).

образования язв на плоских образцах из стали 17Г1С, частично покрытых пленочной изоляцией, при одноосном нагружении величиной 0,9 стт в карбонат-бикарбонатной среде (1н. Na2CO3 + 1н. NaHCO3). Время экспозиции составляло 2000 часов, а величина наложенного потенциала - минус 1,0 В (ХСЭ), температура в электрохимической ячейке изменялась по режиму 60-50° С — 12 часов, 20° С - 12 часов. Через 100 часов экспозиции на свободной от изолирующей пленки поверхности было обнаружено равномерное подтравливание стали, аналогичное наблюдаемому в очаговых зонах разрушения магистральных газопроводов по причине КР, а через 1000 часов - глубокие язвы. При этом под отслоившейся изоляцией наблюдалось подтравливание стали, аналогичное наблюдаемому при 100-часовой экспозиции. Во всех случаях травление стали происходило вдоль текстуры прокатки. Внутри коррозионных язв обнаружены отложения солей угольной кислоты белого цвета. При дальнейшей экспозиции область язвенной коррозии покрывалась черной пленкой магнетита и развитие язв прекращалось. Однако на соседних участках под отслоившейся изоляцией было обнаружено травление стали и продукты коррозии бурого цвета. Наблюдаемое постепенно затухающее развитие коррозионных язв и блуждающий характер их возникновения может объяснить имеющую место в большинстве случаев незначительную глубину язв в очаговых зонах разрушения магистральных газопроводов по причине КР.

Наиболее опасным видом коррозионно-механического разрушения магистральных трубопроводов, наряду с рассмотренным в главах 1-4 коррозионным растрескиванием, является малоцикловая коррозионная усталость [12, 38], характерная в отличие от первого для магистральных нефтепродуктопроводов.