Введение к работе
Актуальность работы. Как известно, основным фактором снижения работоспособности большинства нефтегазового оборудования является коррозия, активируемая механическими напряжениями. В связи с этим возникает актуальная проблема создания адекватных кинетических уравнений для оценки коэффициентов механической активации коррозии, а также методов расчета на прочность и долговечность базовых элементов нефтегазового оборудования (НТО).
Работа выполнена в соответствии с планами важнейших научно-исследовательских работ и Государственной научно-технической программой Академии наук Республики Башкортостан «Проблемы машиностроения, конструктивных материалов и технологии» (п. 6.2 «Надежность и безопасность технических систем в нефтегазохимическом комплексе»).
Цель работы - обеспечение безопасности эксплуатации нефтегазового оборудования совершенствованием методов расчетов на прочность и долговечность с учетом механической активации коррозии металла его базовых элементов.
Для решения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:
анализ разрушений базовых элементов НТО;
обоснование рациональной степени напряженности базовых элементов НТО;
оценка взаимосвязей свойств металла и предельного состояния базовых элементов НТО;
выбор и обоснование кинетического уравнения механической активации коррозии металла;
разработка методов расчетов на прочность и ресурс базовых элементов НТО с учетом коррозии металла.
Методы решения поставленных задач. Теоретические исследования выполнены с использованием современных подходов теорий коррозии, пластичности, механохимии металлов, механики разрушения, физики твердого тела и др.
4 Научная новизна результатов работы
Научно обоснована взаимосвязь коэффициента использования несущей способности базовых элементов НТО и отношения пределов текучести и прочности металла. Доказано, что для большинства оболочковых элементов НТО рабочие напряжения находятся на уровне пределов усталости при симметричном и отнулевом пульсационном нагружениях.
На основании подходов и положений механики твердого деформируемого тела показано, что силовые характеристики разрушения базовых элементов НТО практически не зависят от схемы напряженного состояния. При этом деформационные параметры могут снижаться до двух раз.
Базируясь на предложенном кинетическом уравнении механической активации коррозии металла (Р.С. Зайнуллин), разработаны методы расчетов на прочность и долговечность базовых элементов НГО в зависимости от заданного предельного состояния, включая достижение неустойчивого пластического деформирования.
На защиту выносятся результаты исследований, определяющие научную и практическую ценность, а также данные, полученные в результате проведенного комплекса исследований, в частности: предложенные аналитические зависимости для расчетов долговечности базовых элементов НГО; методы расчетов на прочность и ресурс базовых элементов НГО; методические рекомендации по оценке сроков безопасной эксплуатации НГО.
Практическая ценность результатов работы
Разработанные методы расчета на прочность и долговечность базовых элементов позволяют научно обоснованно назначать безопасные сроки эксплуатации НГО как на стадиях проектирования, так и по результатам диагностической информации.
Основные результаты нашли отражение в разработанных методических рекомендациях по расчетам на прочность и ресурс НГО.
Достоверность результатов исследования. Выполненные исследования базируются на широко апробированных подходах и положениях теории упругости и пластичности, механохимии металлов и материаловедения, ме-
ханики деформируемых тел и др. Теоретические результаты согласуются с экспериментальными данными других авторов.
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научно-практических конференциях «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа», «Проблемы и методы рационального использования нефтяного попутного газа» в рамках XVIII международной специализированной выставки «Газ. Нефть. Технологии - 2010» (г. Уфа, 2010 г.); XI Всероссийской научно-практической конференции «Энергоэффективность. Проблемы и решения» в рамках XI Российского энергетического форума (г. Уфа, 2011 г.).
Работа заслушана на секции Ученого совета «Безопасность нефтегазового оборудования и трубопроводов» ГУП «ИПТЭР» и рекомендована к защите (протокол № 4 от 27 декабря 2011 г.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 12 научных трудах, в том числе в 4 ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, в 2 монографиях и 3 методических рекомендациях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка использованной литературы, включающего 131 наименование. Работа изложена на 114 страницах, содержит 46 рисунков, 2 таблицы.
