Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Магистральные газонефтепроводы и другие трубопроводные системы являются одним из важнейших звеньев в топливно-энергетическом комплексе развития народного хозяйства страны. Высокая степень ответственности трубопроводов, повышенная их металлоемкость и эксплуатация в чрезвычайно сложных условшк обусловливают исключительно острую необходимость решения проблем обеспечения надежности и безопасности при одновременном снижении материалоемкости данных сооружений.
Реализация этой народнохозяйственной проблемы возможно только на основе совершенствования существующих и разработки новых научно обоснованных решений по оценке работоспособности трубопроводных систем.
Традиционные метода расчета трубопроводов на прочность,базирующиеся на гипотезе бездефектности материала, не позволяют в полной мере прогнозировать безаварийную работу данных сооружений. Непрерывный рост рабочих параметров, размеров трубопроводов, наличие трещиноподобных дефектов в трубе к ужесточение условий эксплуатации привели к тому, что надежность и безопасность газопроводов зачастую стала определяться уровнем трещиностойкости труб. Назрела настоятельная необходимость в постановке и проведении целенаправленных научных исследований по созданию прогрессивных методов оценки трещиностойкости сварных газонефтепроводных труб, учитывающих комплексное влияние па характеристики труб напряженного состояния, температуры, рабочих параметров эксплуатации, кинетики разрушения, масштабного эффекта я других факторов.
Совокупность полученных результатов исследований представлена в диссертации как теоретическое и экспериментальное обобщение и решение на.гчно-технической проблемы, по возможному исключению или снижению аварийных ситуаций при эксплуатации газопроводов и
.других трубопроводов.
ЦЕЛЬ РАБОШ. Изыскание путей повышения надежности и безопасности работы газопроводов я снижения их металлоемкости на базе эффективного использования сварных труб, совершенствования и разработки новых прогрессивных методов оценки трещиностойкости сварных труб из пластичных сталей.
Для достижения этой цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:
I. Сформулированы основные требования к количественной оценке трещиностойкости газопроводов и разработан метод оценки трещиностойкости пластичных сталей и сварных соединений газопроводных труб с учетом стадийности процесса разрушения, рабочих параметров трубопроводов, масштабного эффекта, кинетики разрушения я других факторов.
. Разработаны конструкция образца, схема его нагружения я оборудование для испытания образца натурной толщины я с реальным сварным соединением яз труб большого .диаметра в статическом режиме зарождения трещины с последующим скоростным распространением трещины в задаваемом диапазоне изменения скоростей разрушения.
-
Разработаны новые методы оценки трещиностойкости сварных труб малого я среднего диаметров с учетом характерных особенностей зон сварного соединения, напряженного состояния, температуры, кинетики разрушения, а также технологических и конструктивных факторов.
-
На базе комплексных исследований работоспособности сварных труб, выпускаемых промышленностью, рассмотрены и реализованы пути снижения металлоемкости труб и совершенствования структуры потребления труб при сооружении газопроводов и других трубопроводных систем.
ОВДАЯ МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ. Работа выполнялась применительно к прямошовннм и спиральношовкым трубам, изготовляемым из углеродистых и низколегированных сталей по различным технологическим схемам, предназначенных .для газопроводов и других трубопроводов.
Реализация теоретических задач начиналась с выбора расчетной схемы,.принятия её с обоснованием соответствующих условностей и допущений, о последующим анализом полученных решений и экспериментальной проверкой, привлечением данных других исследователей и применением электронно-вычислительных машин.
Разработка экспериментальных методов оценки трещиноотойкос-ти сварных труб базировалась на анализе существующих методов и условий работы трубопроводных систем. Сформулированные требования к методам экспериментально проверялись с использованием тензометрии, делительных сеток, поляризационно-опгическях средств и численных методов. Результати лабораторных исследований сопоставляли с натурными испытаниями труб и о практикой эксплуатации газопроводов.
-
В инженерной постановке сформулированы и реализованы научные подходы для количественной оценки трещиностойкости сварных труб для газопроводов при испытании специального образца на устройстве с аккумулятором энергии, позволяющие имитировать стадийность процесса разрушения, исключать или учитывать влияние масштабного эффекта, кинетики разрушения, рабочих параметров эксплуатации и других факторов на параметры разрушения труб.
-
Внесен научный вклад в практику испытания крупногабаритных образцов на вертикальном копре г на устройстве с аккумулятором энергии с качественной записью рабочего сигнала процесса разрушения.
-
Разработаны научные принципы создания нового испытательного оборудования, позволяющего исследовать трещиностойкость материала на одном образце в условиях статического зарождения трещины и динамического разрушения аналогично процессу разрушения газопровода.
-
Разработан комплекс оригинальных экспериментальных методов оценки трещиностойкости сварных труб малого и среднего диаметров, позволяющих исследовать влияние геометрической и механической неоднородностей сварных соединений, напрякенно-деформиро-ванного состояния, конструктивно-технологических и других факторов.
-
Разработаны дифференцированные нормативные требования к оценке трещиностойкости сварных труб с учетом их размеров, параметров эксплуатации, кинетики разрушения и других факторов.
-
Установлены основные пути прогнозирования остаточного ресурса прочности и трещиностойкости газопроводов от продолжительности эксплуатации.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Полученные научные результаты легли в основу разработки различных нормативных актов: СНиП П-37-76 "Газоснабкение"; Инструкция СН 487-76 по применению стальных труб для строительства газопроводов; СНиП 2.05.13.90 "Нефтепродуктопро-воды, прокладываемые на территориях городов и других населенных пунктов"; Пособие по применению стальных труб для строительства нефтепродуктопроводов. В рамках государственной программы разработана рациональная структура потребления стальных груб в различных трубопроводных системах при строительстве промышленных объектов, позволившая ежегодно экономить до 28% металла. Разработаны и внедрены ряд методических рекомендаций и инструкций по оценке трещиностойкости сварных труб и прогнозированию остаточного ресурса газопроводов. Проводятся постоянно исследования работоспо-
собности сварных труб с целью совершенствования технологии их изготовления для повышения напевности и долговечности.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований .логократно доклада-вались и обсуждались на конгрессах, симпозиумах, конференциях и но-лучили положительную оценку. Работа докладывалась в институтах: Имаш им.Благонравова, ШТДС, ЦНККЧзрыет, ГЛПРОШЙГАЗ, ШНИГАЗ, ИоС, хШТл, ЙШІ и на трубных заводах.
ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание диссертации нашло отраженно в
42 статьях и 9 изобретениях.
ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация изложена на 265 страницах машинописного текста, 'состоит из введения, семи разделов и выводов, содержит
35 таблиц, 134 рисунка, 26 Приложений я включает - 264 литературных источника.
Автор искренне благодарен действительному члену Академии горных
наук, д.т.н. Харионовскоаду В.В. за научные консультации при подготовке диссертации.