Введение к работе
По статистике наиболее распространенной причиной выхода из строя оборудования нефтеперерабатывающей промышленности, относящегося к объектам повышенной опасности, в частности вертикальных стальных резервуаров, является хрупкое разрушение, возникающее от трещин малоцикловой усталости вблизи дефектов сварных швов, вызывающих повышенную концентрацию напряжений. Невозможность во многих случаях своевременной замены конструкций и оборудования с дефектами приводит к тому, что продолжается их эксплуатация, зачастую за пределами проектного ресурса, причем на этом этапе несущие элементы имеют пониженные прочностные и эксплуатационные характеристики. Повышение вероятности возникновения хрупкого разрушения для оборудования за пределами проектного ресурса повышает роль технической диагностики, а также делает актуальной разработку современных методов прогнозирования остаточного ресурса.
Характеристики трещиностойкости низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей, находящих широкое применение в нефтегазовой промышленности, позволяют рассчитать величину напряжения, которое будет вызывать нестабильное разрушение при наличии в теле дефекта определённого размера и формы при наиболее жёстком напряжённом состоянии, что в конечном итоге позволяет проанализировать остаточный ресурс.
В ГОСТ 25.506-85, посвященном характеристикам трещиностойкости, в качестве основных рекомендуются испытания по определению критических значений коэффициентов интенсивности напряжений в условиях плоской деформации К]С и Кс. Требование выполнения условий плоской деформации ограничивает возможности применения указанной характеристики трещиностойкости. К примеру, толщина стенки вертикальных резервуаров составляет обычно от 6 до 20 мм. Установить достоверные характеристики трещиностойкости К|С в таком случае практически невозможно, поскольку размеры образцов, необходимые для их корректного определения, превышают толщину труб.
1 ;
\ I
Одним из наиболее перспективных способов определения величин вязкости разрушения К|С является её определение на коротких образцах с шевронным надрезом, который обладает рядом преимуществ по сравнению со стандартным методом, главными из которых является отсутствие процедуры подращивания усталостной трещины и малые размеры применяемых образцов.
Разработка метода определения величины вязкости разрушения К[С для тонколистового сварного соединения из низкоуглеродистой стали обыкновенного качества с использованием коротких образцах с шевронным надрезом с целью упрощения оценки остаточного ресурса вертикальных стальных резервуаров, подверженных действиям циклических нагрузок.
-
Определение вязкости разрушения К(с по стандартной методике (ГОСТ 25.506-85) с применением компактного прямоугольного образца приемлемых для дальнейшей обработки размеров, а также на коротких образцах с шевронным надрезом, изготовленных из материала компактного прямоугольного образца.
-
Проведение сравнительного анализа и выявление корреляционной зависимости между значениями Kic, полученными в ходе экспериментов.
-
Оценка распределения величины КІС в металле шва и околошовной зоны тонколистового сварного соединения с использованием коротких образцов с шевронным надрезом.
-
Определение остаточного ресурса вертикального стального резервуара с трещиноподобным дефектом сварного шва в условиях малоциклового нагру-жения в рамках линейной механики разрушения.
1. Установлено, что величина вязкости разрушения K|V, получаемая на коротких образцах с шевронным надрезом для сварного соединения стали СтЗсп на 15-25% выше, чем определяемая по стандартному методу и изменяется в зависимости от ориентации шевронного надреза относительно направления про-
ката. Наиболее высокая опасность хрупкого разрушения наблюдается для зоны сварного шва в направлении перпендикулярном прокату.
2.Впервые получена корреляционная зависимость линейного вида, связывающая значения вязкости разрушения К|С, полученные по стандартной методике, с вязкостью разрушения Kw на образцах с шевронным надрезом для тонколистового сварного соединения из углеродистой стали обыкновенного качества СтЗсп, позволяющая ускорить оценку остаточного ресурса технологического оборудования опасных производственных объектов нефтехимической промышленности.
На защиту выносится совокупность установленных в результате экспериментальных и аналитических исследований значений вязкости разрушения Кіс тонколистового сварного оборудования нефтехимической промышленности при помощи коротких образцов с шевронным надрезом.
Методика определения величины вязкости разрушения тонколистовой стали на образцах с шевронным надрезом используется в учебном процессе при проведении практических занятий по дисциплине «Разрушение конструкционных материалов в условиях переработки нефти и газа» при подготовке магистров по направлению 150400 - «Технологические машины и оборудование» на кафедре «Технологические машины и оборудование» УГНТУ.
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены: на 3-й Международной научно-практической конференции «Глобальный научный потенциал» (г. Тамбов, 2007); 58-60-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Уфа, 2007-2009); Всероссийском научно-практическом семинаре «Энергоэффективность и энергобезопасность на предприятиях промышленности и жилищно-коммунального хозяйства» (г.Салават,2010).
По материалам диссертации опубликовано шесть работ, в том числе две статьи опубликованы в издании, включенном в перечень ВАК РФ. ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ
Диссертационная работа состоит из четырех глав, основных выводов, списка использованных источников из 143 наименований, содержит 160 страниц машинописного текста, включая 65 рисунков и 14 таблиц.
