Для оценки концентрации напряжений в области локального углубления трубопровода в форме полуэллипсоида вращения использована расчетная модель на базе пространственной задачи о двуосном растяжении слоя. Численное исследование этой задачи произведено полуаналитическим методом конечных элементов с применением билинейных четырехугольных элементов. Получена инженерная формула для определения максимальных коэффициентов концентрации напряжений.

С помощью расчетно-экспериментального метода, базирующегося на решении обратных задач теории оболочек с остаточными деформациями, и экспериментальных данных, полученных с помощью неразрушающих методов, определено распределение остаточных напряжений возле кругового сварного шва в магистральном трубопроводе. При этом учитывали неравномерность их распределения под датчиками измерительных приборов. Экспериментально с использованием приборов найдены усредненные характеристики напряжений с учетом структурных изменений в зоне термического влияния.

Розглянуто вплив розташування відносно зварного шва поверхневої тріщини в стінці труби на залишкову довговічність зварного з'єднання.

Розглянуто проблему розтріскування металу (блістероутворення) в нафтогазовому устаткуванні. Проаналізовано причини виникнення зародків водневих блістерів і на основі цього розроблено розрахункову модель їх росту з урахуванням електролітичного наводнювання поверхні металу, дифузії водню всередину металу та його накопичення у внутрішніх мікродефектах. Наведено приклад розрахунку кінетики росту кругового блістера під дією водню, який проникає в метал під час корозії в середовищі вологого сірководню, у маловуглецевих і низьколегованих сталях.

За допомогою заздалегідь сформульованої авторами розрахункової моделі поширення втомних тріщин в металевих матеріалах розроблено методику для побудови діаграм граничних напружень для пластин з тріщинами за циклічних навантажень. Її покладено в основу методу розрахунку циклічної міцності тонкостінних елементів конструкцій з тріщинами.

На підставі результату експериментальних досліджень за фізичними методами розв'язано обернені задачі механіки деформівних твердих тіл з власними напруженнями з урахуванням неоднорідності їх розподілу під датчиками вимірювальних приладів та структурно-фазових змін у зоні термічного впливу. Розвинуто розрахунково-експериментальний метод визначення залишкових напружень біля стикових зварних швів без попередньої обробки торців труб. Запропоновано методику визначення впливу структурно-фазових перетворень в околі шва на початкові покази приладу SMMT-3. Одержано узагальнені формули для визначення теоретичних коефіцієнтів концентрації напружень трубопроводів біля поверхневих дефектів, змодельованих півеліпсоїдом обертання. Проаналізовано розподіл напружень в околі зварних швів та дефектів типу виразок-каверн у магістральних нафтогазопроводах, для визначення яких розроблено програмне забезпечення. Оцінено вплив залишкових технологічних напружень на коефіцієнт запасу міцності трубопроводу з дефектами типу виразок-каверн в околі кільцевого зварного шва.

Побудовано критерії циклічної міцності елементів трубопроводу з тріщинами, за якими можна визначати такі параметри циклічного навантаження, за яких забезпечується заданий ресурс експлуатації. Розроблено розрахункову модель для визначення періоду зародження втомної тріщини біля сплюснутого концентратора напружень. Встановлено вплив корозивно-активних і водневовмісних середовищ на міцність і довговічність газопроводів шляхом прогнозування росту корозійно-механічної тріщини в трубопроводах, виготовлених з високопластичних і високоміцних матеріалів, і на підставі створених математичних моделей запропоновано методику розрахунку залишкового ресурсу труби газопроводу з дефектом за умов дії вологого сірководню. Вперше одержано замкнені формули для обчислення коефіцієнтів запасу міцності ділянок трубопроводів з тріщинами у зварних з'єднаннях з урахуванням змінних вздовж труби та за її товщиною залишкових напружень. Оцінено вплив цих напружень на статичну міцність ділянки трубопроводу з поверхневими тріщинами у зварному шві і згідно з нормативними документами встановлено категорійність їх небезпеки.

На базі відомого методу граничної інтерполяції побудовано формули для наближеної оцінки коефіцієнтів інтенсивності напружень в околі системи напівеліптичних поверхневих тріщин в стінці труби за її внутрішнього тиску.

Виконано розрахунок напружено-деформованого стану вантового переходу за існуючого його положення та додаткового впливу від діагностичного поршня. Для визначення зусиль у трубі та вантах окрім програмного комплексу "3D PipeMaster" використовуються аналітичні розв'язки. Такий комплексний аналіз дозволяє не тільки оцінити напруження у відповідальних елементах переходу, але й розробити рекомендації щодо зміцнення конструкції повітряного переходу перед проведенням внутрішньотрубної діагностики.

Розглянуто зварні з'єднання прямолінійних ділянок підземних або наземних у насипі трубопроводів із наявними гострокінцевими дефектами, що моделюються внутрішніми кільцевими поверхневими тріщинами. Визначено їх напружений стан, зумовлений дією внутрішнього тиску, температурного перепаду між температурами монтажу та експлуатації, а також технологічними залишковими напруженнями. На базі двопараметричного критерію механіки крихко-в'язкого руйнування з використанням діаграми оцінки руйнування обчислено коефіцієнти запасу міцності такої ділянки трубопроводу з тріщиною у зварному шві та допустимі розміри дефекту.

Побудовано розрахункову модель для визначення періоду докритичного росту корозійно-механічної тріщини в металевому матеріалі. В основу моделі покладено деформаційний підхід, а також основні положення механіки руйнування. Розглянуто випадок, коли середовище кисле, а під час його контакту з поверхнею металу протікає електрохімічна реакція з водневою деполяризацією. Зазначено, що матеріал руйнуватиметься під час реалізації таких двох основних механізмів: воднево-механічне руйнування і анодне розчинення металу. Тому швидкість поширення корозійно-механічної тріщини подано як суму двох складників: швидкості анодного розчинення матеріалу і швидкості його воднево-механічного руйнування. На базі цього, а також відомих у літературі результатів математичного опису електрохімічних реакцій і деяких положень механіки руйнування одержано рівняння для опису кінетики поширення корозійно-механічних тріщин. Це рівняння разом з початковими і кінцевими умовами і складає математичну модель для визначення періоду докритичного росту корозійно-механічних тріщин у металах. Коректність одержаних аналітичних результатів підтверджена відомими в літературі експериментальними даними.

Індекс рубрикатора НБУВ: О71-083.05

Рубрики:

Магістральні трубопроводи (магістральний трубопровідний транспорт)

Шифр НБУВ: Ж26970 Пошук видання у каталогах НБУВ 

За допомогою розрахункової моделі зростання втомних тріщин у конструкційних матеріалах розроблено методику для побудови діаграм граничних напруг для пластини з тріщинами за циклічних навантажень. Вона поставлена в основу методу розрахунку циклічної міцності тонкостінних елементів конструкцій із тріщинами. Одержані розрахункові результати зіставлено з відомими в літературі експериментальними даними.

Надзвичайно важливою складовою технічної діагностики магістральних газопроводів в ДК "Укртрансгаз" є внутрішньотрубне обстеження металу труби, діагностика. Основне завдання діагностики - визначення фактичного технічного стану газопроводу і обладнання, яке встановлене на ньому, з наступним ремонтом виявлених дефектів для забезпечення надійної роботи об'єкта. Несвоєчасне виконання діагностичних та ремонтних робіт веде до збільшення появи відмов та виникнення аварійних ситуацій. Описано випадок діагностування та визначення причин утворення поздовжніх тріщин на зовнішній поверхні труби. Показано важливість вчасного та правильного реагування на результати діагностики та описано досвід ДК "Укртрансгаз" в проведенні заходів з оптимізації процесів ремонту магістральних газопроводів шляхом чіткого встановлення строків як оцінки результатів внутрішньотрубної діагностики, так і формування планів з ремонту, визначення критеріїв вибору дефектів для ремонту, встановлення єдиного підходу до процесу, в тому числі і до технічної документації. Переймаючи прогресивний світовий досвід, ДК "Укртрансгаз" впроваджує в експлуатацію систему управління цілісністю трубопроводів, що базується на існуючій географічній інформаційній системі паспортизації і технічного моніторингу магістральних газопроводів та аналітичному програмно-апаратному комплексі, що розробляється.

Проаналізовано методи сучасного діагностування напруженого стану, залишкової міцності та довговічності магістральних нафтогазопроводів з дефектами. Визначено напружений стан біля дефектів у трубах і розроблено критерії оцінювання їх циклічної міцності під час силового навантаження. Проаналізовано розрахункові моделі для оцінювання впливу корозійно-агресивних і воденьвмісних середовищ на залишкову довговічність труб із тріщинами. Викладено метод розрахунку залишкового ресурсу труб магістральних нафтогазопроводів з дефектами із урахуванням особливостей експлуатаційного навантаження. Визначено залишкові технологічні напруження у зварних з'єднаннях магістральних трубопроводів. Подано теоретико-експериментальне визначення залишкових напружень багатошарових кільцевих зварних з'єднань ділянок трубопроводів. Оцінено вплив залишкових напружень на міцність ділянок трубопроводів зі зварними з'єднаннями з осьовими поверхневими тріщинами у зоні зварного шва.

В межах теорії оболонок побудовано математичну модель, що описує вісесиметричний напружено-деформований стан багатошарових кільцевих зварних з'єднань труб під дією локалізованих біля шва залишкових несумісних деформацій. Залишкові напруження визначали на основі розв'язку обернених задач теорії оболонок з власними напруженнями й експериментальної інформації, одержаної за методом спекл-інтерферометрії. Створено дослідницьке устаткування та програмне забезпечення, які надають змогу визначати та відтворювати залишкові напруження в зоні багатошарового зварного з'єднання. Наведено графічні залежності колових залишкових напружень від відстані до осі шва.

Розглянуто низку чинників можливого порушення цілісності магістральних газопроводів, зумовлених експлуатаційним окрихченням металу труби. Так, на прикладі непровару у кільцевому зварному шві експлуатованої впродовж 53 років труби показано, що створена ним концентрація на пружень ще недостатня для росту тріщини у матеріалі з вихідними властивостями. Однак тривала експлуатація призвела до різкого окрихчення сталі, що посилило її чутливість до концентрації напружень, і тому руйнування стало можливим. Інший важливий чинник полягає в істотному зниженні опору корозійно-механічному руйнуванню. Необхідно враховувати агресивну роль водню, джерелом якого слугують електрохімічні реакції з робочими середовищами металу і зовнішньої, і внутрішньої поверхонь труби. Наголошено на можливості наводнювання стінки труби через корозійно-наводнювальну здатність транспортованого газу. Розглянуто корозійно-механічне руйнування зварних з'єднань, у тому числі кільцевих, яке, враховуючи низький рівень осьових напружень у трубі, можливе лише за інтенсивної експлуатаційної деградації металу. В наведених прикладах найнижчим опором руйнуванню володіє зона термічного впливу. Порушення цілісності труб може бути спричинене також макророзшаруванням всередині стінки. Визначальна роль у такому руйнуванні належить наводнюванню металу з боку внутрішньої поверхні труби через конденсацію на ній вологи.

Охарактеризовано газотранспортну систему (ГТС) України, її структуру та основні функції, розкрито її важливе значення для самої України та багатьох європейських держав. Наведено матеріали з внутрішньотрубної діагностики магістральних газопроводів, приділено велику увагу службам та обладнанню, яке допомагає функціонуванню ГТС на такому високому технічному та науковому рівні. Показано всю багатогранність української ГТС, її унікальність та складність. Подано матеріал і статистичні дані станом на січень 2019 року до впровадження реформи ГТС України згідно вимог Третього енергетичного пакету ЄС. Тому, наведена тут структура підприємства АТ "Укртрансгаз" є вже не чинною, але саме вона допоможе осягнути всю величину і складність цієї галузі, вникнути в її проблеми та способи їх вирішення.