Введение к работе
Актуальность проблемы
Одним из основных направлений повышения эффективности нефтепроводов является повышение их пропускной способности с обеспечением соответствующего ресурса их безопасной эксплуатации. Эта проблема может быть решена применением для строительства нефтепроводов высокопрочных или толстостенных труб. Применение высокопрочных труб, как правило, сопровождается снижением пластичности и технологичности, а также повышением уровня напряженности металла. Это обуславливает ужесточение требований к качеству нефтепроводов на всех стадиях их жизненного цикла (проектирования, изготовления и эксплуатации). Кроме этого, повышенный уровень напряженности труб при эксплуатации может приводить к ускорению процессов повреждаемости, связанных с воздействием рабочей среды, нестационарностью нагрузок и др. Поэтому применение толстостенных труб с целью повышения пропускной способности нефтепроводов может оказаться наиболее рациональным решением, хотя и в этом случае возникает ряд проблем, связанных с оценкой ресурса их безопасной эксплуатации, в особенности в условиях коррозионно-механического износа металла.
Необходимо отметить, что современные расчетные методы оценки ресурса нефтепроводов основываются на теории сопротивления материалов и некоторых механических характеристиках металлов (пределе текучести временном сопротивлении ), полученных на образцах, испытываемых в лабораторных условиях. При этом эксплуатационные условия и среда учитываются формально путем введения коэффициентов запаса прочности и условий работы.
Все это вызывает необходимость научных разработок по расчетной оценке прогнозируемого и остаточного ресурсов нефтепроводов, смонтированных из толстостенных труб и других конструктивных элементов и, в частности, работающих в условиях коррозионно-механического износа.
В связи с этим разработки, направленные на решение указанной проблемы, следует относить к числу актуальных и важных для трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов.
Работа выполнялась в соответствии с Государственной научно-технической программой Академии наук Республики Башкортостан «Проблемы машиностроения, конструкционных материалов и технологий» п. 6.2 «Надежность и безопасность технических систем в нефтегазохимическом комплексе», а также в рамках реализации подпрограммы Федеральной целевой научно-технической программы «Безопасность населения и народно-хозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф» – ФЦНТП ПП «Безопасность».
Цель работы – разработка методов расчетной оценки прогнозируемого и остаточного ресурсов безопасной эксплуатации толстостенных нефтепроводов с повышенной пропускной способностью, работающих в условиях коррозионно-механического износа.
Для решения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:
– анализ современных методов определения прогнозируемого и остаточного ресурсов толстостенных нефтепроводов с повышенной пропускной способностью в условиях коррозионно-механического износа;
– обоснование взаимосвязи коррозионно-механического износа и характеристик напряженно-деформированного состояния металла базовых элементов толстостенных нефтепроводов с повышенной пропускной способностью;
– разработка методов определения прогнозируемого ресурса базовых элементов толстостенных нефтепроводов с повышенной пропускной способностью в условиях коррозионно-механического износа;
– оценка степени коррозионно-механического износа и остаточного ресурса базовых элементов толстостенных нефтепроводов с повышенной пропускной способностью на всех стадиях их упругопластического деформирования, включая и предельные.
Методы решения поставленных задач
Теоретические исследования выполнены с использованием современных подходов теории коррозии и механохимии металлов, пластичности, механики разрушения, физики твердого тела и др.
Научная новизна:
– установлена взаимосвязь скорости коррозионно-механического износа и характеристик напряженно-деформированного состояния базовых элементов толстостенных нефтепроводов с повышенной пропускной способностью. Показано, что предопределяющими скорость коррозионно-механического износа факторами являются степень жесткости напряженного состояния и характеристики деформационного упрочнения металла базовых элементов толстостенных нефтепроводов с повышенной пропускной способностью;
– разработан метод инженерной оценки среднеинтегральной скорости коррозионно-механического износа и ресурса базовых элементов толстостенных нефтепроводов с повышенной пропускной способностью на всех стадиях упругого и упругопластического деформирования металла.
На защиту выносится комплекс результатов исследований, определяющих научную и практическую ценность, в частности закономерности коррозионно-механического износа и кинетики изменения напряженно-деформированного состояния металла, аналитические зависимости и методические рекомендации по расчетному определению прогнозируемого и остаточного ресурсов базовых элементов толстостенных нефтепроводов с повышенной пропускной способностью.
Практическая ценность и реализация результатов работы:
– разработанные методы расчетного определения прогнозируемого и остаточного ресурсов базовых элементов позволяют научно обоснованно назначать безопасные сроки эксплуатации толстостенных нефтепроводов с повышенной пропускной способностью как на стадии проектирования, так и по результатам диагностической информации;
– основные результаты нашли отражение в разработанных при участии автора методических рекомендациях по расчетам ресурса толстостенных нефтепроводов с повышенной пропускной способностью, работающих под давлением коррозионных рабочих сред.
Достоверность результатов исследований
Выполненные исследования базируются на широко апробированных подходах и положениях теории упругости и пластичности, механохимии металлов и материаловедения, механики деформируемых тел и др. Теоретические результаты согласуются с экспериментальными данными других авторов.
Апробация работы
Основные положения и результаты работы докладывались на научных семинарах и научно-практических конференциях, проводимых ГУП «ИПТЭР».
Работа заслушана и рекомендована к защите на секции Ученого совета «Безопасность нефтегазового оборудования и трубопроводов» ГУП «ИПТЭР» (протокол № 5 от 16 мая 2010 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 2 в научно-техническом журнале, рекомендованном ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 125 наименований. Работа изложена на 118 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка, 1 таблица и приложение.
