Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из наиболее актуальных научно-технических задач на Севере является строительство и обеспечение надежности и безопасности магистральных и технологических^ трубопроводных систем. Опыт сооружения подобных крупных технических систем в суровых северных условиях на данный момент значителен, но работоспособность магистральных трубопроводов.^/ проложенных в зоне" многомерзлых грунтов, поддерживается на необходимом уровне путем расходов на ремонт и обслуживание.
Результаты анализа отказов магистральных трубопроводов, '-' эксплуатирующихся в условиях Севера, подтверждают преимущественное зарождение разрушений в зоне сварных соединений. Особенно в области монтажных кольцевых швов, выполненных в большинстве своем с помощью ручной электродуговой сварки. В свою очередь, решение задачи обеспечения прочности сварных соединений невозможно без учета их дефектного и действительного напряженно-деформированного состояния, включающего остаточные сварочные напряжения (ОСЫ).
Несмотря на прогресс в области развития расчетных методов определения ОСН, невозможно учитывать в них многочисленные конструктивно-технологические и эксплуатационные факторы, влияющие на распределение остаточных напряжений. В связи с этим возникает необходимость в применении экспериментальных методов исследования ОСН и действующих напряжений в строящихся и работающих объектах, в частности, в зоне кольцевых стыков трубопроводов, эксплуатирующихся в условиях Севера.
Цель и задачи исследования.
Целью работы является - обобщенная оценка _состояния сварных соединений стыков труб при строительстве и эксплуатации трубопроводов, V эксплуатирующихся в условиях низких климатических температур.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1. Разработка методики экспериментального определения
напряжений неразрушающим методом рентгеновской тензометрии для
работы на портативном приборе в условиях низких температур
эксплуатации.
2. Исследование распределения и перераспределения ОСН в
стыковых соединениях пластины и стыков труб диаметром 530 и 630 мм, а
также при взрывном нагружении сварных соединений трубопроводов.
-
Исследование действующих напряжений в области кольцевых сварных соединений трубопроводов в процессе эксплуатации с учетом изменения температуры окружающей среды.
-
Статистический анализ дефектности и оценка межремонтного 1 ресурса кольцевых сварных соединений действующего трубопровода надземной прокладки.
Научная новизна работы:
*" разработана методика определения механических напряжений с помощью портативной рентгеновской аппаратуры (ПРИМН) для работы в условиях низких климатических температур (до -40С);
- установлены особенности распределения и перераспределения
остаточных и действующих напряжений в сварных соединениях труб
диаметром 530 и 630 мм при строительстве и эксплуатации трубопроводов
в диапазоне низких температур;
- предложена методика оценки межремонтного ресурса дефектных
(имеющих непровары в корне шва) сварных соединений надземного
трубопроводов с учетом суточного и сезонного колебания температуры и
ОСН.
Практическая ценность и реализация результатов исследования:
предложены межремонтные сроки восстановления дефектных сварных соединений кольцевых швов действующего топливопровода надземной прокладки диаметром 219 мм;
обоснована эффективность применения взрывной обработки, суть которой заключается в снижении растягивающих остаточных сварочных напряжений с внутренней поверхности кольцевых стыков трубопроводов диаметром 530 и 630 мм.
Результаты исследований использованы и внедрены на предприятиях Республики Саха (Якутия).
Обоснованность и достоверность положений и выводов диссертации определяются комплексным характером работы, применением современного испытательного и регистрирующего оборудования, использованием нормативных документов (ГОСТов, СНиПов) и большого объема статистических данных.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Результаты определения погрешностей при измерении ОСН и действующих напряжений в диапазоне низких климатических температур с помощью портативной рентгеновской аппаратуры.
-
Особенности распределения и перераспределения ОСН в стыковом соединении пластин при многопроходной сварке и кольцевых стыков труб диаметром 530 и 630 мм при взрывной обработке. Данные натурных наблюдений поведения дефектов при снижении температуры среды, а
также результаты исследования температурных напряжений вблизи кольцевых сварных швов трубопровода надземной прокладки.
3. Результаты статистического анализа дефектности и теоретическая оценка межремонтного ресурса сварных соединений трубопроводов надземной прокладки с непроварами в корне шва, эксплуатируемых в условиях Севера.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на 4-х республиканских конференциях молодых ученых и специалистов (1993, 1994, 1996,1999 гг. Якутск), на межвузовской научно-практической конференции "Наука - невостребованный потенциал" (1996 г. Якутск), на региональном семинаре "Технология и качество сварки в условиях низких температур" (1997 г. Якутск), на 15-й Российской научно-технической конференции "Неразрушающий контроль и диагностика" (1999 г. Москва), на 5-й Международной конференции по трубопроводам (1999 г. Якутск), а также основные результаты обсуждались на кафедре технической механики РУН и Г им. Губкина (1998 г. Москва), кафедре физики металлов С-ПГТУ (1998 г. Санкт-Петербург) и на технологических семинарах лаборатории института ФТПС.
Публикации. Основное содержание и результаты диссертационной работы изложены в 17 публикациях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (142 наименования) и приложения. Она изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 39 рисунков и 9 таблиц. В приложении приведен акт внедрения результатов научно-технической работы.