Разрушение трубопровода

толщине образца значения характеристик, определяемых при испытаниях на изгиб, не остаются постоянными [29]. Для различных типов композиционных материалов зависимости этих характеристик от отношения llh образца имеют разный вид. Так, например, уменьшение отношения llh для слоистых и однонаправленных материалов приводит к снижению расчетных значений ах max. a Для пространственно-армированных — к некоторому их возрастанию. Практически все слоистые композиционные материалы в диапазоне отношений ///г = 4-ИО разрушаются от сдвига, а пространственно-армированные не имеют разрушения при сдвиге даже при llh = 2. Для этих материалов имеет место лишь локальное разрушение связующего в местах нагружения и разрушение арматуры в растянутой зоне.

Представляет интерес анализ диаграмм деформирования некоторых типов однонаправленных и ориентированных в различных направлениях слоистых материалов (рис. 5—8). Напряжение, действующее в продольном (0°) однонаправленном слое вдоль волокон, вызывает их разрушение, и материал ведет себя как хрупкий. Напряжение, действующее в поперечном (90°) однонаправленном слое поперек волокон, вызывает разрушение связующего между волокнами *. При этом предельные напряжения F? или F% и деформации el или el будут значительно отличаться от соответству-

Принципиальное различие между расчетами по максимальным и предельным нагрузкам применительно к композиционным материалам связано с нарушением сплошности материала в процессе деформирования. Согласно основной концепции расчета по максимальным нагрузкам допустимые напряжения не должны вызывать нарушения сплошности материала и выходить за пределы линейного участка диаграммы деформирования. Описание поверхности разрушения с позиций расчета по предельным нагрузкам предусматривает допустимость нарушения сплошности материала, не приводящего к его разрушению. Например, разрушение связующего при поперечном растяжении или сжатии одного или нескольких слоев не вызывает разрушения, если структура

III. Межслойное разрушение связующего в композите (4);

IV. Разрушение связующего в армирующем слое в направлении, параллельном волокнам (5); (6) разрушение армирующего слоя в поперечном направлении (параллельно волокнам) по поверхности контакта волокно — связующее; (7) разрушение армирующего слоя перпендикулярно волокнам, проходящее через смолу и волокна;

Хотя результаты первых попыток исследования распространения пограничной трещины были не вполне понятны, они позволили обнаружить наиболее простой способ непосредственного экспериментального определения энергии адгезии ^а- Дальнейшее развитие этих методов могло бы дать способ независимого определения затраченной энергии и механизма диссипации в композитах. Помимо этого существуют другие оценки прочности при разрушении адгезионных слоев, основанные на измерении вязкости распространения трещины в полимерном клее между двумя твердыми телами. Чтобы обеспечить распространение трещины по центру связующего слоя на конечном расстоянии от границы раздела, особое внимание в таких исследованиях (например, в работах [44, 53, 63]) было уделено частным видам геометрии, толщине связующего слоя^ условиям отверждения и скорости распространения трещины. Ясно, что при таких условиях происходит разрушение связующего слоя, а не границы раздела, поэтому разрушение композита следует рассматривать как разрушение полимера при наложенных механических ограничениях.

толщине образца значения характеристик, определяемых при испытаниях на изгиб, не остаются постоянными [29]. Для различных типов композиционных материалов зависимости этих характеристик от отношения llh образца имеют разный вид. Так, например, уменьшение отношения llh для слоистых и однонаправленных материалов приводит к снижению расчетных значений ах max. a Для пространственно-армированных — к некоторому их возрастанию. Практически все слоистые композиционные материалы в диапазоне отношений ///г = 4-ИО разрушаются от сдвига, а пространственно-армированные не имеют разрушения при сдвиге даже при llh = 2. Для этих материалов имеет место лишь локальное разрушение связующего в местах нагружения и разрушение арматуры в растянутой зоне.

Из комплекса физико-химических процессов и явлений, определяющих трение ФАПМ при повышенных температурах, наиболее важным является процесс деструкции связующего. Связующее — это компонент материала, который обеспечивает его монолитность. Деструкция,^т. е. разрушение связующего,

Из комплекса физико-химических процессов и явлений, определяющих трение ФПМ при повышенных температурах, наиболее важным является процесс деструкции связующего. Связующее — это компонент материала, который обеспечивает его монолитность. Деструкция, т. е. разрушение связующего, приводит к разрушению материала. Теплостойкость ФПМ, по существу, определяется теплостойкостью связующего. Создание теплостойкого материала — это в первую очередь создание теплостойкого связующего.

типа напряженного состояния [50, 57]. Некоторые из характерных видов разрушения однонаправленного материала схематично представлены на рис. 2.1: разрушение при растяжении вдоль волокон, сопровождающееся разрывом волокон (а); разрушение при сжатии вдоль волокон, вызванное «сколом», расслоением, сопровождающимися потерей устойчивости волокон или сдвиговой формой потери устойчивости (б); разрушение связующего и (или) адгезионной связи волокон и связующего при растяжении поперек волокон (в); разрушение композита, вызванное сдвиговыми напряжениями при сжатии поперек волокон (г); расслоение материала, вызванное сдвиговыми напряжениями в плоскости образца (д).

тер деформирования днища, сглаживаются краевые возмущения. Начиная с 5-го шага Нагружения в оболочке происходит разрушение связующего, что приводит к изменению ее жесткости. Наличие растягивающих меридиональных усилий также вносит коррективы в изгибную жесткость оболочки. Характер деформирования днища стабилизировался примерно к 30-му шагу нагружения.

Конструктивно поляризованная система представляет собой обычную систему протекторов, подключаемых к защищаемому трубопроводу с помощью полупроводниковых диодов (рис. 2.3), пропускающих ток только в направлении от трубопровода к протектору. Наличие таких протекторов в катодной зоне трубопровода не влияет на величину блуждающих токов, входящих в трубопровод, так как она определяется только переходным сопротивлением трубопровода. В анодных нонах'блувдающие токи стекают в основном с протекторов через открытый вентиль (диод), йгиы предупреждается коррозионное разрушение трубопровода.

В 1974 г. произошло разрушение трубопровода 0114 мм обвязки одной из скважин УКПГ-6 ОНГКМ. В области фланца образовалась сквозная трещина, находившаяся на расстоянии 15-23 мм от оси сварного шва. Структура металла фланца в зоне образования и развития трещины состояла из грубопластинчатого перлита. Методами электронной фрактографии установлено, что металл фланца был сильно загрязнен неметаллическими включениями, по которым распространялось разрушение, имевшее преимущественно хрупкий характер. Причиной возникновения этого повреждения явилось наличие в металле фланца большого количества неметаллических включений типа оксисульфидов и непроваров глубиной до 2 мм общей протяженностью около 50 мм в корне сварного шва. Кроме того, отсутствие термообработки сварного соединения способствовало возникновению в околошовной зоне структуры троостита, не обладающей достаточной стойкостью к сероводородному растрескиванию, и высокого уровня остаточных напряжений.

Разрушение участка трубопровода (0168x12 мм) газа раз-газирования на Карачаганакском нефтегазоконденсатном месторождении произошло в зоне приварки штуцера (060x14 мм). В момент, предшествовавший разрушению, трубопровод находился под давлением 3,5 МПа в отсутствие движения среды. Температура стенки трубы составляла минус 25-минус 27°С. Зарождение и докритический рост трещин происходили из-за наличия непровара на границе сплавления кольцевого шва штуцера и основного металла трубы. После достижения трещиной критической длины (40—42 мм) началось лавинообразное разрушение в обе стороны от штуцера, о чем свидетельствует наличие шевронного излома. Остановка трещин произошла на основном металле трубы в результате их многократного разветвления. Трещины в шве образовались из-за нарушения технологии подготовки изделий под сварку и возникновения остаточных сварочных напряжений. В соответствии с требованиями нормативной документации штуцер должен изготавливаться без отверстия и привариваться к трубе угловым швом с разделкой кромки. Сверление штуцера и трубы должно выполняться после его приварки с одновременным сверлением отверстия в трубе и удалением возможных непроваров в корне шва. Сварное соединение данного штуцера было выполнено с нарушением технологии изготовления и имело непровары и трещины глубиной до 3 мм. Наличие этих характерных дефектов сварных швов свидетельствовало о том, что контроль качества металла неразрушающими методами не проводился. Предусмотренная технологией местная термическая обработка сварного соединения "патрубок-труба", проводимая путем нагрева металла пламенем газовой горелки, не привела к существенному снижению напряжений в сварном шве. Разрушение трубопровода газа разгазирования произошло по механизму сероводородного растрескивания в результате развития недопустимых дефектов (трещины, непровары, высокие остаточные напряжения) в сварном соединении "штуцер-труба".

На рис. 126 представлено разрушение заводского продольного сварного шва отвода трубопровода 0720x22 мм, соединяющего УКПГ-9 с ОГПЗ. Отвод длиной 50 м, сооруженный из труб фирмы УаПигес (материал труб — низкоуглеродистая сталь типа стали 20), был отключен от газопровода, по которому под давлением 5,5 МПа транспортировался сероводород-содержащий газ. Очаг разрушения длиной 110 мм находился в месте выпучины кромок листа в виде полуволны синусоиды. Разрушение произошло по зоне перегрева продольного шва (0,5 мм от зоны сплавления), расположенного в верхней части трубы. Участок излома в области очага имел, кристаллическую структуру. К нему сходились два направленных друг на друга шевронных узора. Отсутствие видимой пластической деформации в зоне очага позволило заключить, что простая перегрузка не могла явиться причиной аварии. Трещина от очага разрушения распространялась по зоне термического влияния продольного шва и по основному металлу в плоскости, перпендикулярной окружным напряжениям. Разрушение трубопровода прекратилось на одном конце без изменения направления трещин, на другом — раздвоением трещин. Переход сварного шва к основному металлу трубы плавный, без наплывов и подрезов. При сплошном контроле с помощью ультразвукового толщиномера и выборочном — на металлографических шлифах внутренние дефекты и водородные блистеры в зоне сварного соединения не обнаружены. Внутренняя поверхность трубы поражена коррозионными язвами глубиной до 2 мм. В нижней части трубы наблюдаются водородные чешуйки и расслоения (рис. 12в). Структура основного металла и сварного соединения трубы ферритно-перлитная. Максимальная твердость 180 НУ наблюдается в зоне перегрева. По-видимому, язвенная коррозия, сероводородное и водородное растрескивание металла трубопровода обусловлены поступлением из ингибируемого газопровода через негерметичный кран в отвод сероводород-содержащей среды под давлением 5,5 МПа при температуре ми-

Наряду с коррозионными повреждениями газопромысловых металлических конструкций наблюдаются их механические разрушения, которые в большинстве случаев происходят при опрессовке трубопроводов и оборудования и обусловлены их несоответствием техническим условиям на поставку. Разрушение трубопровода 0219x16 мм из стали 20 отечественной поставки произошло при его опрессовке вследствие наличия в металле трубы большого количества расслоений, возникших при прокатке металла в местах неметаллических включений. Подобное разрушение трубопровода 0168x9 мм, сооруженного из импортных труб (Испания), также было вызвано наличием в стали неметаллических включений и заводских дефектов (закаты и риски). Трещины, возникшие поперек сварного шва крана фирмы Сгсше при опрессовке, были инициированы дефектами металла сварного соединения (поперечные трещины и цепочка пор), а также охрупченным состоянием основного металла, содержавшего большое количество сульфидов.

В апреле 1987 г. на ОГПЗ разрушился трубопровод, сооруженный в 1985 г. из труб фирмы ЗитИото (Япония) 0530 х 12 мм по ТУ 20-28-40-48-79-УР и предназначенный для транспортировки регенерированного очищенного газа. С начала ввода в эксплуатацию и в момент, предшествовавший разрушению, трубопровод находился в резерве (с обоих концов был перекрыт задвижками от действующего оборудования). Тем не менее, из-за негерметичности задвижки со стороны трубопровода неочищенного газа в него проник сероводородсодержа-щий газ и находился под рабочим давлением до 5,7 МПа. Разрушение трубопровода произошло в результате образования расслоений площадью до 0,8 м2 (рис. 15) и последующего сероводородного растрескивания внутреннего, а затем и наружного слоев стенки трубы. При разрушении трубопровода в двух местах были повреждены пять колонн эстакады межцеховых коммуникаций и произошло возгорание газа. Газо- и конден-сатопроводы эстакады межцеховых коммуникаций разрушились из-за просадки после сноса колонн с одновременным нагревом в очаге горения газа.

Разрушение трубопровода очищенного газа имело место после 11 лет эксплуатации на наружной поверхности трубы 0219x7 мм в области расположения металлургических дефектов (вмятины и закаты), от которых развивались трещины.

1974 г. производились его дополнительные испытания на прочность и плотность. На 96 и 123-м км трассы при давлении 4,9 МПа разрушились спиральношовные трубы, а на 365-м км разрушился монтажный сварной шов на стыке труб 01020х 11 мм. На 96-м км разрушение трубопровода произошло на участке длиной 1200 мм по зоне термического влияния заводского спирального сварного шва. Линия разрушения пересекла кольцевой монтажный шов, выполненный автоматической сваркой под слоем флюса, и ответвилась в основной металл. Образовавшие-

Разрушение трубопровода произошло по причине развития в заводском продольном ремонтном шве трещин, которые возникли в процессе сварки или как следствие старения металла, обладающего низкими пластическими свойствами и имеющего в зоне термического влияния мартенситную структуру.

Еще одно разрушение трубопровода Оренбург-Новопсков по кольцевому ремонтному сварному шву было отмечено в 1977 г. на 89-м км трассы. Материал труб и условия эксплуатации ничем не отличались от описанных в первом случае. Ремонтные работы выполнялись в связи с появлением утечки газа. При исследовании разрушения на большей части периметра шва обнаружены большие шлаковые и газовые включения и непро-вары. Ремонтный шов по всей длине был выполнен с прожогами, непроварами, шлаковыми и газовыми включениями. На расстоянии 80 мм от кольцевого монтажного шва на продольном заводском шве обнаружена поперечная трещина, которая возникла в зоне расточки конца трубы и имела характер типичный для труб 01220x11 мм (сталь 14Г2САФ) производства Челябинского трубного завода. В ходе удаления из трубопровода дефектного участка трубы произошло раскрытие зоны резки на 80-100 мм из-за снятия значительных растягивающих монтажных напряжений, вызванных просадкой трубопровода на участке с "ломаным профилем". Исследования показали, что причинами аварии являлись: низкое качество поперечного монтажного и ремонтного швов, последний из которых был наложен после появления утечки газа и имел непровары, прожоги, газовые и шлаковые включения; наличие высоких монтажных напряжений, вызванных неравномерной просадкой трубопровода.

Разрушение трубопровода Покровка-ОГПЗ началось в основном металле нижней части трубы после 13 лет эксплуатации и развивалось в обе стороны от места зарождения на длине 8670 мм. Максимальное раскрытие трещины составило 990 мм. Трубопровод был рассчитан на рабочее давление до 2,0 МПа и сооружен из труб 0530x7 мм. В металле поврежденной трубы обнаружены признаки водородного расслоения и сероводородного растрескивания, что свидетельствует о высокой влажности газа и наличии в нем сероводорода. Установлены также недопу-