Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ литературных данных и разработок по сероводородной коррозии 8
1.1. Особенности коррозионного разрушения трубных сталей в средах, содержащих сероводород 8
1.2 Методы контроля сероводородного и водородного растрескивания 34
1.3 Способы защиты от сероводородного и водородного растрескивания 35
1.4 Особенности коррозионных поражений резервуаров 36
2 Разработка методики оценки влияния сероводородсодержащих сред на работоспособность нефтепроводов и резервуаров 41
2.1 Анализ методов испытаний материалов на коррозионное растрескивание 41
2.2. Методика лабораторных испытаний образцов 47
2.3 Методика испытаний металла на наводороживание 57
2.4 Методика испытаний натурных трубных образцов 63
3 Исследование влияния сероводорода на коррозионные процессы и эксплуатационные характеристики конструкционных элементов трубопроводов и резервуаров 69
3.1 Исследование влияния сероводорода на ток диффузии водорода в металле 69
3.2 Исследование влияния сероводорода на механические свойства стали... 76
4 Прогнозирование ресурса нефтепроводов и резервуаров в условиях одновременного механического и сероводородного воздействия рабочих сред . 86
4.1 Обоснование кинетического уравнения скорости сероводородного растрескивания 86
4.2 Определение параметров кинетического уравнения сероводородного растрескивания 90
4.3 Оценка предельных параметров распространяющихся коррозионных трещин 93
4.4 Оценка предельных параметров распространяющихся коррозионных трещин. 93
4.5 Обоснование работоспособности и безопасности трубопроводов и резервуаров, работающих в сероводородсодержащих средах 119
Основные выводы и рекомендации 139
Список использованных источников.
- Особенности коррозионного разрушения трубных сталей в средах, содержащих сероводород
- Анализ методов испытаний материалов на коррозионное растрескивание
- Исследование влияния сероводорода на ток диффузии водорода в металле
- Обоснование кинетического уравнения скорости сероводородного растрескивания
Введение к работе
Эксплуатация месторождений с высоким содержанием сероводорода и углекислого газа осложнена высокой коррозионной активностью продукции [35, 41, 50, 73] и возникающими по этой причине явлениями общей и локальной коррозии, а также сульфидного коррозионного растрескивания.
К таким месторождениям относятся месторождения Западного Казахстана, характеризующиеся высоким содержанием сероводорода («Тенгиз» - до 25 % вес, «Жанажол» - до 6 % вес.) и углекислого газа. Подготовка тенгизской нефти для транспорта по магистральному нефтепроводу производится на Тенгизском ГПЗ по ТУ 39-РК-1168001-97 «Нефть тенгизская. Технические условия», допускающим содержание остаточного сероводорода в подготовленной нефти до 10 мг/кг.
Транспортировка по трубопроводу КТК нефтей с месторождений «Тенгиз» и «Карачаганак» может оказать влияние на механические и коррозионные свойства труб вследствие наличия в них сероводорода (допустимого по ТУ). Кроме того, нельзя исключать отклонения от технологического процесса и возникновение нештатных ситуаций на Тенгизском ГПЗ, которые могут привести к повышению допустимых концентраций сероводорода. Загрузка до рабочей производительности введенного в действие в 2001 году трубопровода приведет к повышению механических нагрузок. Воздействие сероводорода на металл трубопровода, находящегося в напряженном состоянии, может инициировать сероводородное растрескивание. Использованные при строительстве трубопровода стали типа 17Г1С являются неустойчивыми к сероводородному растрескиванию под напряжением, что может усугубить ситуацию и потребовать проведения дополнительных защитных антикоррозионных мероприятий.
Каталитическое влияние сероводорода на коррозионный процесс, водородное охрупчивание и расслоение металла является научно обоснованным фактом. Однако для товарной нефти с низкой обводненностью это влияние остается малоизученным.
В данной работе проведено исследование влияния потенциально-опасных ситуаций, связанных с сероводородом, на коррозионно-механические характеристики и долговечность трубопроводов и резервуаров и последствий возможных аварий на них. В целом работа направлена на создание и совершенствование методов расчета долговечности и безопасного срока эксплуатации трубопроводов, работающих в сероводородсодержащих средах.
Цель работы — обеспечение работоспособности конструктивных элементов трубопроводов и резервуаров регламентацией безопасного срока эксплуатации в условиях сероводородной коррозии.
Основные задачи исследования:
- разработка методики исследования влияния сероводородсодержащих сред на эксплуатационные характеристики трубопроводов и резервуаров;
- исследование и оценка коррозионно-механической прочности и долговечности конструктивных элементов трубопроводов и резервуаров, работающих в сероводородсодержащих средах;
- определение долговечности конструктивных элементов трубопроводов и резервуаров в условиях длительного статического нагружения в сероводородсодержащих средах;
-оценка ущерба от возможных аварий трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды;
- выдача рекомендаций по подбору ингибиторов коррозии применительно к условиям месторождений с высоким содержанием сероводорода.
Научная новизна:
- предложено уравнение, связывающее скорость коррозионного растрескивания конструктивных элементов трубопроводов и резервуаров с коэффициентом интенсивности напряжений в окрестности вершины распространения трещины в условиях механического и сероводородного воздействия, на базе известных закономерностей механики разрушения и механохимии металлов;
- получены аналитические формулы для расчета ресурса конструктивных элементов трубопроводов и резервуаров, работающих при длительном статическом напряжении в сероводородсодержащих средах;
- разработаны методические рекомендации и осуществлен подбор ингибиторов коррозии для защиты трубопроводов и резервуаров, эксплуатирующихся в условиях воздействия сероводородсодержащих сред.
Практическая ценность результатов исследования заключается в разработке методов расчета ресурса конструктивных элементов, позволяющих регламентировать безопасный срок эксплуатации трубопроводов и резервуаров.
Разработанные средства и методы оценки влияния сероводорода на коррозионное поведение металла и степени его наводороживания в лабораторных и стендовых условиях позволили провести испытания ингибиторов коррозии комплексного действия и разработать методы защиты трубопроводов и оборудования от коррозии, которые внедрены в АНК "Башнефть" и на месторождениях Западного Казахстана "Тенгиз" и " Жанажол".
На защиту выносятся математическая модель коррозионного растрескивания металла и аналитические зависимости для оценки расчета безопасного срока эксплуатации трубопроводов и резервуаров в условиях длительного нагружения в сероводородсодержащих средах. Апробация работы
Основные положения и результаты докладывались на научных семинарах и конференциях ГУЛ «ИПТЭР» и Конгрессах (I, II, III) нефтегазопро-мышленников России в 199S-2004 гг.
Работа заслушана и рекомендована к защите на расширенном заседании методического совета отделения № 7 «Механика разрушений» ГУЛ «ИПТЭР» (протокол № 2 от 15 марта 2004 г.). Публикации
По результатам работы опубликовано 11 научных работ, в том числе руководящих документов, согласованных Госгортехнадзором России.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций. Она содержит 166 страниц машинописного текста, 43 таблицы и 41 рисунок. Список литературы включает 116 наименований.
Личный вклад автора
Постановка задач данного исследования, формулировка и разработка всех положений, определяющих научную новизну и практическую значимость работы, руководство всеми этапами исследования, участие в их проведении, публикации и внедрении полученных результатов. Часть методических и экспериментальных результатов, базы данных по отказам оборудования получены при участии сотрудников ГУЛ «ИПТЭР».
Особенности коррозионного разрушения трубных сталей в средах, содержащих сероводород
Согласно [1], механизм сероводородной коррозии следующий. Растворяясь в воде, сероводород диссоциирует как слабая кислота на ионы: H2S HSr + ІҐ ++S2 + 2ІҐ . (1.1) В зависимости от рН среды равновесие реакции сдвигается вправо или влево: в нейтральных и щелочных средах содержится больше ионов гидросульфидов, в кислых средах - молекулярный сероводород, в щелочных электролитах появляются ионы сульфидов.
Сероводород ускоряет анодную реакцию ионизации железа: Fe + H2S + Н20 -» Fe(HS)-adc + Н30+; (1.2) Fe(HS)-adc_-+ (FeHS)+ + 2е;. (1.3) (FeHS)+ + Н30+ - Fe2+ + H2S + H20. (1.4)
Образующийся комплекс разлагается, и сероводород регенерируется. При образовании хемосорбированного катализатора Fe(HS)"MC на поверхности металла прочная связь атомов железа с серой приводит к ослаблению связи между атомами железа, что облегчает их ионизацию. К этому же приводит снижение приэлектроднои концентрации ионов двухвалентного железа в результате их взаимодействия с сульфидами по реакции: Fe2+ + HS-- FeS + H . (1.5). При этом происходит сдвиг электродного потенциала железа в отрицательную сторону и увеличение скорости анодного процесса коррозии. Механизм действия сероводорода на катодную реакцию имеет вид Fe + HS- r Fe(HS)-adc; (1.6) Fe(HS)-adc+H30+ Fe(H-S-H)adc + H20; (1.7) Fe(H-S-H)adc + e -+Fe(HS) adc + Hadc. (1.8)
Последняя стадия катодного процесса является контролирующей. Сероводород непосредственно в катодной реакции не участвует, а является лишь катализатором, ускоряющим разряд ионов водорода. Восстановленные атомы водорода частично рекомбинируют и частично диффундируют в металл, вызывая водородную хрупкость.
Сероводород значительно усиливает проникновение водорода в сталь. Если при коррозии в кислых средах максимальная доля диффундирующего в сталь водорода составляет 4 % от общего количества восстановленного водорода, то в сероводородсодержащих растворах эта величина достигает 40 %.
Продукты коррозии железа, образующиеся в сероводородсодержащих средах, оказывают существенное влияние на кинетику коррозионного процесса [20Л2] В [109] исследовано влияние рН среды на состав и защитные свойства сульфидных пленок. Показано, что в диапазоне рН от 6,6 до 8,4 практически единственным компонентом пленки является кансит (FegSg). При рН от 4,0 до 6,3 и от 8,8 до 11,0 в пленке продуктов коррозии присутствуют кансит, пирит (FeS2) и троилит (FeS) с преобладанием кансита. Поскольку кансит имеет несовершенную кристаллическую решетку, он обладает слабыми защитными свойствами. Поэтому в областях рН, где пленка продуктов коррозии содержит другие сульфиды железа (троилит, пирит), она имеет более высокие защитные свойства.
Кроме того, сульфид железа является катодом по отношению к железу и образует с ним гальванические пары, разность потенциалов которых может достигать 0,2-0,4 В, что приводит к язвенной коррозии оборудования и трубопроводов [20, 31-34, 51].
Интенсивность коррозии усиливается при наличии в водной среде не только сероводорода, но и хлоридов.
ИПТЭР (бывший ВНИИСПТнефть) выполнил большой объем коррозионных исследований при испытаниях разведочных скважин Тенгизского месторождения [65-69]. Исследования проводились на четырехступенчатой блочной сепарационной установке "Порта-Тест".
Установка (рисунок 1.1) включала сепаратор песка, сепараторы отделения нефти от нефтяного газа, печь для подогрева нефти, конденсатосбор-ник, нефтяные и газовые трубопроводы и факельное хозяйство.
Продукция скважины, состоящая из нефти, нефтяного газа и механических примесей, сначала проходит через сепаратор песка и далее последовательно через 4 ступени сепарации. После третьей ступени сепарации предусмотрен нагрев нефти для улучшения разгазирования на четвертой ступени сепарации.
Анализ методов испытаний материалов на коррозионное растрескивание
Многообразие методов, применяемых для определения стойкости материалов к коррозионному растрескиванию (КР), в некоторой степени связано с разнообразием эксплуатационных условий, в которых может иметь место коррозия под напряжением. Каждый из методов испытаний не имеет универсальных преимуществ перед другими, однако каждый может иметь свое преимущество в соответствующих условиях. Метод испытаний не должен быть ни настолько жестким, чтобы приводить к отбраковке материала, стойкого в реальных условиях эксплуатации, ни настолько мягким, чтобы допустить использование материала в неприемлемых условиях. При испытаниях материалов на КР напряжение в испытуемых образцах создают с помощью постоянной деформации, постоянной нагрузки и медленного растяжения (MP) [45, 94, 98, 102, 104, 108].
Испытание образцов с постоянной деформацией имитируют КР конструкции под действием остаточных напряжений [42, 113]. Эти испытания просты и компактны и могут проводиться в действующих трубопроводах или аппаратуре. К недостаткам данных испытаний относятся неопределенность и нестабильность уровня напряжений в образцах, значительная продолжительность и неоднозначность, т.к. релаксация напряжений вследствие роста трещин может замедлить или даже остановить распространение растрескивания.
Испытания с постоянной нагрузкой имитируют коррозионные разрушения под действием эксплуатационных напряжений [70, 93]. Их преимущество состоит в том, что уровень напряжений точно определяется, а при увеличении коррозионной трещины уменьшается площадь поперечного сечения образца, и увеличение напряжений приводит к более раннему разрушению образца по сравнению с методом испытаний с постоянной деформацией [97,101, ПО, 112].
При испытаниях данными методами склонность материала к КР,. как правило, определяется временем до разрушения на различной, заранее принятой базе испытаний. Такие испытания дают полезную информацию, однако результаты могут оказаться обманчивыми, т.к. время до разрушения складывается из инкубационного периода, субкритического роста трещин и времени дол ома. Материал, обладающий высокой трещиноустойчивостью-стойкостью к зарождению коррозионной трещины, не разрушится в течение базового времени испытаний и может классифицироваться как несклонный к КР, но, фактически, он может иметь низкую трещиностойкость, т.е. низкую стойкость к распространению коррозионных трещин. Для выявления этого необходимо подвергать образцы излишне продолжительным испытаниям, что в большинстве случаев неприемлемо с практической; точки зрения, т.к. трудно поддерживать стабильными условия воздействия среды.
Анализ и сопоставление литературных данных позволили выявить значительное количество различных по сложности и обоснованности методов испытаний на СР. Рассматривались только источники, в которых коррозионная среда насыщалась сероводородом, и определялось процентное отношение идентичных основных параметров испытаний и критериев оценки результатов в общем объеме рассмотренных данных (таблица 2.1). Наибольшее применение имеют цилиндрические образцы с размером рабочей части, соответствующей, в большинстве случаев, ГОСТ 1497—84 или стандарту NACETM-0177-96[105].
При этом в большинстве работ (61,1 %) количество одинаковых образцов не указано, процентное отношение 5 и более образцов на одну точку составляет 25,9, 4-х—6,5 и 3-х—6,5. Также не указано значение рН в большинстве источников (64,5 %), в остальных рН среды имеет значение в пределах 2,8... 3,8.
Температура коррозионной среды соответствует 20 ± 2 С (32,2 %), 25 ± 1 С (29 %) и производственной температуре (6,5 %), в остальных случаях (32,2 %) не указана величина температуры. Удельный объем среды на единицу площади поверхности испытываемого образца не отмечен в большинстве работ (80,7 %); 20 М7СМ —12,9 %, 15 М7СМ2 —3,2 %, 7 М7СМ2 —3,2 %. Базу испытаний принимают от 2 до 3800 часов, при этом наибольшее процентное отношение имеет база испытаний 720 часов (16,1 %). Большинство исследователей предпочитают испытывать образцы на СР при постоянной нагрузке, применять в качестве коррозионной среды насыщенный сероводородом раствор хлористого натрия и оценивать стойкость материала средним временем до разрушения образцов.
Сравнить результаты коррозионных испытаний различных исследователей с целью выбора стойкого материала или оптимальной технологии изготовления конструкции и методов ее защиты более чем в 90 % случаев невозможно из-за несоответствия в отдельных источниках даже основных параметров испытаний. Поэтому для решения задач повышения работоспособности конструкции, контактирующих с сероводородсодержащими средами, рабочей группой при ВМНИИК разработана в 1985 году методика испытаний сталей на стойкость к СР МСКР-01-85 [38], аналогичная стандартному методу NACE ТМ-0177-96 [105]. Данные методы предусматривают испытание круглых образцов с размерами рабочей части 3...6,4 мм и 1 = 25,4 ... 50 мм в насыщенном сероводородом растворе NACE: 5 % NaCl .+ 0,5 % СН3СООН, рН 2,8 ... 3,15, Т = 18 ... 25 С, удельный объем среды на 1 см2 площади поверхности образца 20 ...100 см3. Образцы подвергаются действию постоянной нагрузки на базе 720 часов, при этом фиксируют время до разрушения образцов в зависимости от уровня начальных напряжений и определяют пороговое напряжение при СР.
Однако при помощи этих испытаний трудно сравнить стойкие материалы или определить эффективность защитных мероприятий, так как образцы не разрушаются в течение базового времени испытаний даже при уровне начальных напряжений, равном пределу текучести; материала. Кроме того, при проведении реконструкционных работ на оборудовании и коммуникациях, контактирующих с сероводородсодержащими средами, часто возникает необходимость экспрессной оценки коррозионных свойств бывших в эксплуатации материалов и вариантов технологий ремонтных работ. Для быстрого получения сведений о склонности материалов к КР и выбора оптимальных противокоррозионных мероприятий целесообразно применение ускоренных методов испытаний.
Исследование влияния сероводорода на ток диффузии водорода в металле
Испытания исследуемых сталей были проведены в средах нефти и воды при разных концентрациях сероводорода [75]. Для приближения условий испытаний к натуральным в качестве рабочей среды в опытах использовалась нефть Тенгизского месторождения, отобранная из пятислойного пробоотборника, установленного на технологическом трубопроводе НПС «Атырау».
Пробы были отобраны в специальные пробоотборники конструкции ИПТЭР, исключающие контакт нефти с воздухом.
Исследования влияния сероводорода на процесс наводороживания стали выполнены по методике, приведенной в разделе 2.3 настоящей работы.
При проведении исследований влияния содержания сероводорода на наводороживание при высоких давлениях выяснилось, что ввиду значительной толщины образца (порядка 7 мм) увеличивается время установления фонового тока и время установления стационарного тока проникновения водорода.
Процесс диффузии водорода при малых концентрациях H2S в водной среде протекает более интенсивно, чем при коррозии в нефти (рисунок 3.1). Как следует из графика, стационарный ток проникновения водорода 1ст при коррозии в растворе NaCl в 5-10 раз больше, чем при коррозии в нефти, что свидетельствует об ингибирующем влиянии нефти.
Опасность водородоиндуцированного растрескивания оценивалась в соответствии с таблицей 3.1 [71].
При анализе зависимости тока проникновения водорода от времени (рисунок 3.1) для концентраций H2S 30 и 100 ррт в нефти (что соответствует 10 и 30 ppm H2S в растворе NaCl) обращает на себя внимание тот факт, что уже при концентрации H2S в нефти 100 ррт процесс наводороживания приобретает опасный характер.
Из проведенных опытов можно сделать следующие выводы. - Значения скорости диффузии водорода при содержании сероводорода в нефти до 10 ррт находится в области пренебрежительно малой опасности водородоиндуцированного растрескивания металла. - При повышении концентрации сероводорода в нефти до 50 ррт значения скорости диффузии водорода переходят в область незначительной опасности водородоиндуцированного растрескивания металла. - Повышение концентрации сероводорода до 100 ррт приводит к предельным значениям «области умеренной опасности» водородного разрушения. - Стационарный ток проникновения водорода 1ст при коррозии в растворе NaCl в 5-10 раз больше, чем при коррозии в нефти, что свидетельствует об ингибирующем влиянии нефти.
С целью оценки влияния нефти, содержащей сероводород в концентрациях, превышающих допустимые по ТУ, на наводороживание стали были испытаны нефти, содержащие до 1000 ррт сероводорода, и водные 1 %-ные растворы NaCl с концентрацией сероводорода до 2000 ррт (рисунок 3.2-3.4).
Показано, что увеличение концентрации H2S в нефти от 100 ррт до 1000 ррт приводит к резкому росту стационарного тока поникновения 1ст от 7-8 мкА до 160 мкА (рисунок 3.2).
На рисунке 3.3 приведены графики зависимости водородопроницаемо-сти от концентрации E S в 1%-ном растворе NaCl. Как следует из графика, при концентрации сероводорода 2000 ррт имеется ярко выраженный пик с Imax=1600 мкА, что свидетельствует о том, что при более низких концентрациях H2S защитная сульфидная пленка на поверхности металла образуется быстрее и/или более эффективна..Изменение концентрации сероводорода в пределах 150-1000 ррт не оказывает заметного влияния на ток проникновения, который меняется в пределах 160-190 мкА.
Сравнение данных (рисунок 3.4), полученных из опытов на 1 %-ном растворе NaCl и нефти, позволяет сделать вывод, что ингибирующее действие нефти на процесс наводороживания проявляется при концентрациях сероводорода ниже 100 ррт. При концентрациях сероводорода 1000 ррт различие в значениях 1ст отсутствует (1СТ= 160-И 65 мкА).
Из проведенных опытов можно сделать следующие выводы. ( Тенгизская нефть оказывает ингибирующее действие на наводороживание при низких концентрациях сероводорода. При высоких концентрациях H2S (1000 ррт) процесс наводороживания протекает одинаково как в водной, так и углеводородной фазах.
- Увеличение концентрации H2S в нефти от 100 ррт до 1000 ррт приводит к резкому росту стационарного тока проникновения 1ст от 7-8 мкА до 160 мкА и вызывает активизацию процесса наводороживания, что повышает опасность водородного разрушения трубопровода.
- Увеличение содержания сероводорода в водной фазе до 2000 ррт вызывает рост значений стационарного тока проникновения водорода на порядок (выше 1600 мкА), что свидетельствует о высокой опасности водо-родиндуцированного растрескивания металла в указанной среде.
Для проведения испытаний на стойкость металла к воздействию исследуемых сред были вырезаны сегменты труб диаметром 1020 мм из аварийного запаса нефтепровода КТК. Ввиду отсутствия сертификата качества на отобранный металл был проведен спектральный анализ отобранных образцов металла, подтвердивший соответствие его химическому составу стали 17Г1С. Часть образцов была изготовлена из вырезанного сегмента нижнего пояса ремонтируемого резервуара НПС «Атырау». Исследования химического состава стали позволили отнести ее к стали 09Г2С.
В связи с невозможностью отбора сегментов трубы с поперечным сварным швом из рабочего участка нефтепровода на основании документов, представленных ЗАО «НКТН «КазТрансОйл», были определены основные параметры сварки, применявшиеся при строительстве нефтепровода Тенгиз-Грозный: - способ - ручная электродуговая сварка; - марка электрода - LB-52U.
Для проведения испытаний стойкости сварных швов сварные сегменты трубы были изготовлены самостоятельно с учетом указанных параметров.
Обоснование кинетического уравнения скорости сероводородного растрескивания
Любой процесс разрушения феноменологически интерпретируется как кинетический процесс со стадийным накоплением повреждения. В качестве меры повреждаемости вводится безразмерный параметр П, равный нулю в начальном состоянии и единице в предельном [5].
В общем случае, в число переменных кинетического уравнения процесса разрушения должны входить компоненты тензора напряжений Т0, деформации Те и ее скорости ТЕ, время t, температура Т и др.: =ф(Тст,Те,ТЕ,1,Т...). (4.1) at
Обычно процесс разрушения описывается введением некоторой априорной характеристики повреждаемости, устанавливаемой сравнением следствий теории с экспериментальными данными. Таковы, например, уравнения повреждаемости в условиях ползучести, циклической усталости, коррозионного воздействия [5] и др. В частности, в работе [4] и в качестве функции меры повреждаемости материала при коррозионном растрескивании предлагается: b с ь П = Л tb , (4.2) где а, b и с - эмпирические коэффициенты; ст - приложенное напряжение. Такого рода феноменологические модели, несомненно, полезны при обработке экспериментальных данных, однако они не раскрывают физической природы взаимодействия рабочей среды и напряженного материала. В частности, из вестно, что процесс коррозионно-механического разрушения зависит от степени пластической деформации, характера напряженного состояния, скорости нагруженная и др.
В последнее время интенсивное развитие получили физические представления о разрушении как кинетическом процессе, последовательно развивающемся на микро- и макроскопическом уровнях [5]. Установленные закономерности физических процессов повреждаемости позволяют прогнозировать долговечность конструктивных элементов при различных условиях на-гружения преимущественно без учета агрессивного действия рабочих сред. Сложность процессов коррозионно-механического разрушения обусловливается многообразием рабочих сред со специфическими свойствами, а также их избирательностью в плане механизма повреждаемости по отношению к тому или иному материалу.
В дальнейшем будем полагать, что скорость продвижения реакционной границы "материал-рабочая среда" в ненапряженном состоянии твердого тела, интерпретируемая как скорость повреждаемости, описывается некоторой известной функцией, зависящей от параметров, свойств и условий контактирования материала и рабочей среды: = v = 1/(м, PC, Т, Р, t), (4.3) dt где Р - давление среды, ГЦ - геометрический параметр ненапряженнного элемента. Отметим, что в установившихся режимах работы величина v0 часто не зависит от времени t (vo = const). Степень изменения механических характеристик материала от действия рабочей среды устанавливается по результатам испытаний образцов при кратковременном растяжении в коррозионной среде после их выдержки в той же коррозионной среде при заданных температуре и давлении. Принятие этих допущений позволяет рассматривать процесс коррозионно-механического разрушения материала лишь во взаимосвязи коррозионного растворения и напряженно-деформированного состояния.
В работе [5], базируясь на основных положениях механохимии металлов и данных по механической активации коррозионных процессов, математическая модель механохимическои повреждаемости представлена через компоненты тензора деформаций в следующем виде: dn dn , /ё:ЛКд — = v = —2.(КвтБ+і1--і: ехрІКЖє.Со,)], (4.4). dt dt єі0; где є J = —L - скорость интенсивности пластической деформации Єї; єі0 - ско-dt рость интенсивности пластической деформации при кратковременном стати ческом растяжении; at - интенсивность напряжении; \j/ff = —-, аср - шаровой а тензор; Кст, Кд и Кн — константы, зависящие от параметров и свойств материала и среды.
На стадии деформационного (параболического) упрочнения материала скорость механохимическои повреждаемости материала (МХПМ) практически пропорционально увеличивается с ростом интенсивности предварительной пластической деформации. Коэффициент Кст в уравнении (4.4) представляет собой тангенс угла наклона экспериментальной зависимости = f(Sj) и характеризует чувствительность предварительно деформиро dt ванного материала к механохимическои повреждаемости. Коэффициент Кд по данным Э.М. Гутмана, Дж. Бокриса и др. для углеродистых сталей можно принимать равным единице. Экспериментальные исследования механохимическои повреждаемости углеродистых и низколегированных сталей при упругих деформациях показали, что значение Кн в инженерных расчетах можно определять по формуле, предложенной Э.М. Гутманом:
