ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Методические основы проведения экспериментов из "Ресурс безопасной эксплуатации сосудов и трубопроводов" В соответствии с пп. 1.1-1.3 магистральные трубопроводы прокладываются и эксплуатируются в сложных климатических и гидрогеологических условиях. Термомеханическая циклическая нагруженность, высокая протяженность и переменность контакта с грунтом, большое число гидроиспытаний делают уникальными как конструкцию магистральных трубопроводов, так и набор предельных состояний в штатных и аварийных ситуациях. [c.384] Получение систематических статистических данных о циклических разрушениях трубопроводов с детальным анализом их причин затруднено. Это объясняется, во-первых, тем, что многие материалы не публикуются до тех пор, пока не выявлены причины разрушения и его экономические последствия, во-вторых, конъюнктурными соображениями. [c.385] Статические и циклические разрушения сварных конструкций, работающих под давлением, во многих случаях носят катастрофический характер и сопровождаются большими материальными ущербами [236, 251]. За последние годы в США произошло 10 крупных разрушений трубопроводов протяженностью каждого более 300 м. Аналогичные разрушения трубопроводов имелись и в нашей стране, в том числе из труб импортной поставки [183]. [c.385] Разрушения магистральных трубопроводов происходят без значительных деформаций вблизи трещины е 1,5 2,0 %, хотя конструкционный материал имеет достаточно вьюокую пластичность ( г 20%). Очевидно, что снижение пластичности может способствовать более существенному снижению прочности и ресурса [70, 105]. [c.385] Трубопроводы в эксплуатации разрушаются при номинальных циклических напряжениях ниже предела текучести материала, что указывает на локализацию процесса образования и развития разрушения. Следующей причиной снижения циклической работоспособности является наличие дефектов в сварной конструкции. При автоматической сварке на каждые 10 м шва в среднем приходится 3-4 дефекта. При ручной дуговой сварке их количество может возрасти до 25 на 10 м шва, по данным работы [82], с вероятностью 99,6 %. Могут быть выявлены дефекты глубиной более 10-12 мм, что указывает на необходимость повышения требований к неразрушающим методам контроля. Это мнение подтверждается результатами специально проведенных исследований [82]. [c.385] В подавляющем большинстве случаев аварийная ситуация складывается в результате случайного взаимодействия неблагоприятных факторов. Поэтому естественно стремление использовать вероятностные методы прогнозирования циклического ресурса на стадии проектирования. Различают два подхода к этой проблеме. Первый основан на обобщении накопленного опыта проектирования, изготовления и эксплуатации конструкций аналогичного типа и не ставит целью объяснение или полное описание существа явления. Применительно к магистральным трубопроводам это дает вероятность разрушения 3 10 на 1 м в год. [c.385] На основании распределения значений коэффициента концентрации напряжений в продольном сварном шве труб авторы [246] подсчитали вероятность разрушения магистральных трубопроводов при нерегулярном нагружении. Для европейской части России она составляет 5 10 на 1 м шва за первые 10 лет эксплуатации и 3,7 10 за 20 лет эксплуатации. Для Западной Сибири — соответственно 5 10 и 1,2 10 . Недостатками второго подхода являются его сложность и необходимость большого количества исходных данных, которые могут быть получены только экспериментально. Но благодаря широким возможностям анализировать факторы, определяющие работоспособность конструкции, второму методу отдают предпочтение. Теоретические основы прогнозирования ресурса конструкции заложены в [24]. [c.386] В [69] отмечается недостаточная изученность влияния природно-климатических условий, режимов эксплуатации и других факторов на надежность трубопроводов. Статистические методы надежности пока не дают возможности учета повреждений в штатных и аварийных ситуациях. Это заставляет использовать результаты сложных и дорогостоящих испытаний на стендах и полноразмерных участках. [c.386] Первые статические натурные испытания труб большого диаметра природным газом и воздухом освоены в 1960-х годах в США, Великобритании, Японии [75, 101, 257]. В 1970-х годах Европейская группа по исследованию трубопроводов провела натурные испытания труб диаметром 914 и 1200 мм общей длиной 170 м. При этом определялись характеристики хрупкого разрушения и возможность его предотвращения вязкими вставками и бандажами. Аналогичные стендовые испытания проводили Институт электросварки им Е.О. Патона, Главсибтрубопроводстрой и ВНИИСТ [257]. [c.386] Натурные испытания имеют ряд достоинств. Во-первых, сохраняются реальная заводская технология изготовления, условия транспортировки и монтажа, в результате чего исключается неопределенность, связанная с влиянием моделирования технологического процесса и масштабного фактора на результаты испытаний. Во-вторых, сохраняется реальная схема нагружения кривых и упругоизогнутых вставок. В-третьих, такие испытания позволяют установить действительное распределение деформаций в конструкции и уточнить принятую расчетную схему. [c.387] Однако не менее важное значение имеют трудоемкость и длительность проведения натурных испытаний. [c.387] Наиболее перспективен вариант определения несущей способности по комбинированному испытанию целого ряда компактных образцов, моделей и натурных труб [105]. [c.387] Изучению влияния остаточных напряжений на циклическую прочность уделяется большое внимание [96, 105, 183], тем не менее в отношении работоспособности конструкций трубопроводов этот вопрос остается пока не решенным. [c.387] Положительное влияние остаточных напряжений сжатия на сопротивление усталостному росту трещины отмечалось в [70, 109]. Остаточные напряжения создают на кончике трещины напряженно-деформированное состояние, подобно тому, что создают внешние усилия. В связи с этим их влияние можно рассматривать как результат изменения асимметрии цикла. Остаточные напряжения растяжения препятствуют закрытию трещины, увеличивая тем самым эффективное значение АКд [275]. [c.387] КОМ нагружении происходит одностороннее накопление пластической деформации [87]. [c.388] Необходимость рассмотрения работы магистральных трубопроводов при малоцикловой усталости вытекает из того, что даже если номинальные нагрузки малы, материал в зонах концентрации, швов и дефектов (типа задиров, вмятин, гофров) будет локально деформироваться в неупругой области, приводящей к малоцикловому разрушению. Нагружение материала в этих зонах будет проходить по режиму, близкому к жесткому. [c.388] Разрушение конструкций, работающих при переменных нагрузках, принято рассматривать как трехстадийный процесс зарождение трещины, ее усталостный рост и достижение критического состояния, под которым понимают наступление хрупкого или вязкого разрушения, начало коррозионного растрескивания, потерю герметичности или наступление другого предельного состояния. [c.388] Длительность первой стадии оценивают на основе теории малоцикловой усталости, развитой в работах С. Мэнсона [163], Л. Коффина [273], С.В. Серенсена, P.M. Шнейдеровича [117, 222, 260] и др. [c.388] Результаты испытаний на образцах последовательно возрастающей сложности показывают, что при этом разброс результатов малоцикловой усталости значительно возрастает и всегда сопровождается снижением нижней границы полосы разброса [238]. [c.388] Вернуться к основной статье