Оцінювання небезпеки руйнування магістральних газопроводів з виявленими поверхневими тріщиноподібними дефектами

Abstract

Значна частина дисертації присвячена аналізу стану газотранспортної мережі України, Росії та Європи, аналізу статистичних даних з виникнення аварійних ситуацій на магістральних газопроводах, а також аналізу процесів деформаційного старіння і як наслідок деградації металу газопровідних труб та впливу експлуатаційних корозійно-механічних дефектів на їх руйнування. Проведено аналіз існуючих підходів до оцінки міцності та залишкового ресурсу газопровідних систем з тріщиноподібними дефектами. Розроблено методичну процедуру для дослідження фрагментів експлуатованих труб газопроводів із закладеною технологією їх виготовлення та адаптовано експериментальні засоби визначення характеристик циклічної корозійної тріщиностійкості базового металу та металу зони термічного впливу зварного шва із урахуванням дії ґрунтових вод. Адаптовано методику та дослідне устаткування для визначення нормальних залишкових напружень першого роду в поверхневих шарах зміцненої поверхні фрагментів газопровідних труб, а також методику для їх випробування на втомну міцність. В даній дисертаційній роботі досліджується закономірності та процес розвитку тріщиноподібних дефектів у стінках труб тривало експлуатованих магістральних газопроводах для оцінки їх працездатності або прийняття рішення про ремонтні роботи, а також вивчається вплив ремонтних технологій на довговічність елементів труб в умовах максимально допустимої завантаженості газопроводу. На основі проведених досліджень визначено розміри зон термічного впливу для труби магістрального газопроводу “Київ - Західна Україна І нитка” та досліджено, що метал зони термічного впливу зварного з’єднання є більш чутливий до розвитку втомної та корозійно-втомної тріщин у порівнянні з основним металом газопровідної труби. Виявлено відчутний вплив корозійного середовища NS4 (модель грунтової води), на швидкість поширення втомної тріщини у тривало експлуатованих трубопровідних сталях. Значна частина дисертації присвячена розробці методики оцінки виявлених в процесі технічного діагностування магістральних газопроводів осьових поверхневих тріщиноподібних дефектів та впливу експлуатаційних середовищ, що ґрунтується на підходах механіки руйнування. На основі результатів даних технічної діагностики та розрахункових досліджень для тривало експлуатованого газопроводу “Пасічна - Долина” визначено значення руйнівного тиску та встановлено, як безпечні так і недопустимі дефектомісткі області, а також перехідну зону, у якій експлуатація газопроводу без проведення ремонтних робіт з усунення наявних тріщиноподібних дефектів можлива лише за умови пониження робочого тиску. Обґрунтовано, враховуючи розміри тріщиноподібних корозійно-механічних дефектів та швидкості їх максимального розвитку, коректне зниження робочого тиску на другому етапі експлуатації газопроводу та розраховано його залишковий ресурс.

Much of the dissertation is devoted to the analysis of the state of the gas transmission network of Ukraine, Russia and Europe, the analysis of statistical data on the emergence of emergency situations on the main gas pipelines, as well as analysis of processes of deformation aging and as a consequence of metal degradation of gas pipelines and the impact of operational corrosion and mechanical defects on their destruction. The analysis of existing approaches to the estimation of the strength and residual life of gas-conducting systems with crack-like defects is carried out. The methodical procedure for studying fragments of exploited pipes of gas pipelines with the laid technology of their production has been developed and experimental means for determining the characteristics of cyclic corrosion cracking resistance of base metal and metal of the thermal influence zone of weld seam have been adapted, taking into account the effect of groundwater. The method and experimental equipment for the determination of the normal residual stresses of the first kind in the surface layers of the reinforced surface of fragments of gas pipelines, as well as the method for their testing on fatigue strength, are adapted. In this dissertation work the patterns and the process of development of cracklike defects in pipe walls are investigated for exploitation of main gas pipelines for assessing their capacity for work or for making decisions on repair work, and also the influence of repair technologies on the durability of pipe elements under conditions of maximum allowable loading of the gas pipeline is studied. On the basis of the conducted research, the sizes of the thermal effects zones for the pipe of the main gas pipeline "Kyiv - West Ukraine I thread" were determined and the metal zone of the thermal influence of the welded joint is more sensitive to the development of fatigue and corrosion-fatigue cracks in comparison with the main metal of the gas pipeline pipes Significant influence of corrosive environment NS4 (groundwater model), on the rate of fatigue crack propagation in prolonged exploited pipeline steels was revealed. Much of the dissertation is devoted to the development of a methodology for estimating the axial surface cracks defects found in the process of technical diagnostics of main gas pipelines and the impact of operating environments based on the approaches of fracture mechanics. Based on the results of technical diagnostics and calculations for the long-running operated pipeline Pasichna-Dolyna, the value of destructive pressure was determined and both safe and inadmissible defect-mosque areas were determined, as well as a transition zone in which the operation of the gas pipeline without carrying out repair work to eliminate existing crack-like defects It is possible only if the working pressure is lowered. It is proved, taking into account the size of crack-like corrosion-mechanical defects and the speed of their maximum development, the correct reduction of working pressure at the second stage of operation of the gas pipeline and calculated its residual life.