Забезпечення працездатності магістральних газопроводів в процесі тривалої експлуатації у гірській місцевості

Abstract

Дисертація присвячена дослідженням, спрямованим на забезпечення працездатності магістральних газопроводів в процесі тривалої експлуатації у гірській місцевості за рахунок удосконалення методів аналізу напружено-деформованого стану і оцінки міцності труб з урахуванням деградації матеріалу, відхилення від прямолінійності траси і наявності локальних пластичних деформацій. Досліджені структурні зміни, які відбуваються в сталях магістральних газопроводів в процесі тривалої експлуатації. Оцінено вплив процесів старіння трубної сталі та локальних пластичних деформацій магістральних газопроводів на фізико-механічні властивості експлуатованої сталі. Одержані кількісні оцінки механічних характеристик трубних сталей дають можливість уточнення допустимих умов експлуатації трубопроводів з урахуванням дії як технологічних, так і температурних навантажень. Проаналізовано процеси пружно-пластичного деформування труб під час укладання магістральних газопроводів у траншею на викривленій трасі і в процесі капітального ремонту ділянки трубопроводу з заміною котушки та визначені моменти, які повинні розвивати центрувальні пристрої. Досліджено вплив залишкових напружень, обумовлених локальним пластичним деформуванням магістрального трубопроводу, на напружено-деформований стан труби. Проведені експериментальні дослідження пружно-пластичного деформування і міцності труби в лабораторних умовах з метою перевірки допущень, прийнятих у теоретичних дослідженнях, а також вивчення закономірностей зміни коерцитивної сили трубної сталі 17ГІС в процесі експлуатації.

Диссертация посвящена исследованиям, направленным на обеспечение работоспособности магистральных газопроводов в процессе длительной эксплуатации в горной местности за счёт усовершенствования методов анализа напряжённо-деформированного состояния и оценки прочности труб с учётом деградации материала, отклонения от прямолинейности трассы и наличия локальных пластических деформаций. Исследованы структурные изменения, происходящие в сталях магистральных газопроводов в процессе длительной эксплуатации. Получили дальнейшее развитие экспериментальные исследования влияния длительной эксплуатации магистральных трубопроводов на физико-механические свойства трубных статей на основании проведения микроспектрального анализа материала и комплексных исследований характеристик прочности, пластичности, циклической трещиностой-кости, сопротивляемости сероводородному коррозионному растрескиванию под напряжением, водородом инициированного растрескивания, а также коррозионной стойкости стали. Изучена чувствительность микротвёрдости, склонности к водородом инициированного растрескивания, коррозионной стойкости, влияния сероводородной среды по отношению к статическим характеристикам прочности и пластичности длительно эксплуатированной трубной стали при налички локальных пластических деформаций. Получены количественные оценки механических характеристик трубных сталей дают возможность уточнения допустимых условий эксплуатации трубопроводов с учётом действия как технологических, так и температурных нагрузок. Проанализированы процессы упругопластического деформирования труб во время укладки магистральных газопроводов в траншею на искривлённой трассе и в процессе капитального ремонта участка трубопровода с заменой катушки. Определены моменты, которые должны развивать центрирующие приспособления. Установлена зависимость между изгибающим моментом и кривизной оси трубы с учётом упрочнения материала в процессе упругопластического деформирования. Исследовано совместное влияние искривления оси трубопровода и изменения температуры на характеристики напряжённого состояния трубы. Исследовано влияние остаточных напряжений, обусловленных локальным пластическим деформированием магистрального трубопровода, на напряжённо-деформированное состояние трубы. Путём компьютерного моделирования локального упругопластического деформирования трубы как цилиндрической оболочки, взаимодействующей с шарообразным абсолютно твёрдым телом (индентором). установлено. что я центральной точке контакта индентора з трубой эквивалентное напряжение в материале, которое па начальном этапе деформирования трубы достигаег предела текучести, после приложения к трубе внутреннего давления уменьшается приблизительно в 1,5 раза. В го же время, напряжения на контуре вмятины, которые в процессе вдавливания индентора не достиг ают предела текучести, вследствие приложения внутреннего давления значительно возрастают и могут достичь предела текучести материала. Проведенные экспериментальные исследования упругопластического деформирования и прочности трубы в лабораторных условиях с целью проверки допущений, принятых в теоретических исследованиях, а также изучения закономерностей изменения коэрцитивной силы трубной стали 17ГІС в процессе эксплуатации. Усовершенствовано методику экспериментального определения напряжённо-деформированного состояния тела трубы с использованием неразрушающих магнитных методов и установлено влияние локальных пластических деформаций на прочность оболочечной конструкции.

The thesis is devoted to research, which is aimed at ensuring efficiency of gas main pipeline during long-term operation in the highlands by improving the methods of the stress-strain state analysis and strength assessment based on the degradation of pipe material, deviation from linearity route and the presence of local plastic deformation. The structural changes that occur in steel gas mains during prolonged use are researched. The effect of the tubular steel aging process and plastic deformations of local gas mains on physical and operated steel mechanical properties is estimated. The obtained quantitative estimates of the mechanical characteristics of steel pipe enable specification of acceptable conditions of pipelines in view of both process and temperature loads. The process of elastic-plastic deformation during pipe laying gas mains in a trench on the curved track is analysed, as well as during major repairs of pipeline replacement coil and defined points that should develop centering device. In this work is researched the influence of residual stresses due to local plastic pipeline deformation on the stress-strain pipe state. Experimental study of elastic-plastic deformation was held, as well as study of the tube strength in the laboratory to test the assumptions adopted in theoretical studies and the study of patterns of coercive strength change of tubular steel 17H IS during operation.