Условия эксплуатации подземных газопроводов и проявления процесса замедленного разрушения, его время. Влияние процессов усталости и деформационного старения, коррозионной среды и закаленных структур на прочностные и пластические свойства металла труб.
При низкой оригинальности работы "Оценка склонности к замедленному разрушению объектов систем газораспределения", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
ОЦЕНКА СКЛОННОСТИ К ЗАМЕДЛЕННОМУ РАЗРУШЕНИЮ ОБЪЕКТОВ СИСТЕМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете. Официальные оппоненты: Ведущее предприятие доктор технических наук, доцент Бакиев Тагир Ахметович. доктор технических наук, профессор Нугаев Раис Янфурович; Защита состоится 4 марта 2005 года в 16-30 на заседании диссертационного совета Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г.Из года в год доля трубопроводов, длительно работающих (более 40 лет) под действием постоянного давления перекачиваемого газа, интенсивно увеличивается. Решение этой задачи требует научного подхода - необходимости исследования физического состояния металла, закономерностей деградационных изменений его механических свойств в процессе длительного нагружения. Явление, оказывающее влияние на динамику изменения служебных свойств металла, длительно находящегося под действием постоянной нагрузки при нормальных температурах, названо замедленным разрушением. Воздействие внешних нагрузок и условия продолжительной эксплуатации газопроводов создают все условия для протекания процессов замедленного разрушения. С учетом увеличения протяженности старых газопроводов (эксплуатируемых более 40 лет), установление склонности металла труб к замедленному разрушению и влияния этого явления на служебные свойства стали представляет большую актуальность.В первой главе приводятся сведения о подземных городских газопроводах как основном объекте систем газопотребления и газораспределения, об условиях их эксплуатации и техническом состоянии, подходах к определению и обеспечению безопасности эксплуатации. По укрупненной оценке примерно 40% фонда городских и поселковых газопроводов имеют возраст около 20 лет («стареющие» газопроводы), около 30% - до 40 лет («ветхие» газопроводы) и лишь 20% газопроводов могут считаться «молодыми». В некоторых научных работах, посвященных аварийности на объектах трубопроводного транспорта, например, указывается, что усталость и старение металла труб вызывает замедленное разрушение, однако при этом не приводятся количественные данные отказов по этой причине, что можно объяснить лишь неизученностью этих процессов. Проведенные нами исследования показали, что условия для протекания процессов замедленного разрушения при длительной эксплуатации городских газопроводов имеют место. К числу факторов, приводящих к развитию явления замедленного разрушения в металле, относятся: - деформационное старение;Трубопроводы газораспределительных сетей находятся в сложных условиях эксплуатации, подвергаются длительному воздействию постоянной статической нагрузки, опасности коррозионного повреждения, испытывают циклические нагружения; могут иметь место локальные концентраторы напряжений, а также закаленные участки зоны термического влияния сварных швов. При длительной эксплуатации газопроводов происходят существенные структурные изменения, вызванные усталостными явлениями и деформационным старением металла труб, обусловливающие в дальнейшем развитие процессов замедленного разрушения. Дополнительные внутренние напряжения создаются за счет генерации дислокаций и развития дислокационной структуры, начиная от сетчатой, кончая клубковой, образования изгибных контуров как результата скопления дислокации одного знака, образования и роста новых карбидных частиц на границах зерен и полосах скольжения внутри кристалла. По результатам испытаний образцов из углеродистых сталей Ст3, Ст4, Сталь 20 и низколегированной стали 17ГС установлено уменьшение сопротивления разрушению при увеличении времени воздействия постоянной длительной нагрузки. При статических нагрузках, создающих напряжения, близкие к пределу текучести, разрушение закаленных образцов происходит быстрее, а при низких напряжениях, наоборот, разрушение наступает после длительного времени.
Вывод
1. Трубопроводы газораспределительных сетей находятся в сложных условиях эксплуатации, подвергаются длительному воздействию постоянной статической нагрузки, опасности коррозионного повреждения, испытывают циклические нагружения; могут иметь место локальные концентраторы напряжений, а также закаленные участки зоны термического влияния сварных швов. Условия длительной эксплуатации создают предпосылки для протекания процессов замедленного разрушения металла труб.
2. При длительной эксплуатации газопроводов происходят существенные структурные изменения, вызванные усталостными явлениями и деформационным старением металла труб, обусловливающие в дальнейшем развитие процессов замедленного разрушения.
Дополнительные внутренние напряжения создаются за счет генерации дислокаций и развития дислокационной структуры, начиная от сетчатой, кончая клубковой, образования изгибных контуров как результата скопления дислокации одного знака, образования и роста новых карбидных частиц на границах зерен и полосах скольжения внутри кристалла.
3. При исследовании образцов трубопроводной стали 17ГС методом расхождения берегов концентратора напряжений обнаружена потеря пластичности во времени. При длительной эксплуатации (в течение 36 лет) она составляет 8-10%, что объясняется развитием деформационного старения в металле, приводящим к образованию охрупченных микрообластей и созданию больших внутренних напряжений.
4. По результатам испытаний образцов из углеродистых сталей Ст3, Ст4, Сталь 20 и низколегированной стали 17ГС установлено уменьшение сопротивления разрушению при увеличении времени воздействия постоянной длительной нагрузки. Кромка разрыва располагается под прямым углом к оси образца, излом зернистый, кристаллический, волокнистая часть незначительна. Причиной является наличие охрупченных границ между кристаллическими зернами, уменьшающие энергии связи между зернами, что происходит при деформационном старении.
23
5. Коррозионная среда ускоряет процесс замедленного разрушения деформационно-состаренного металла газопроводных труб. Время замедленного разрушения образцов, изготовленных из тех же сталей, в коррозионной среде меньше, чем на воздухе.
6. Обнаружена разница в замедленном разрушении стали, имеющей в составе закалочные структуры. При статических нагрузках, создающих напряжения, близкие к пределу текучести, разрушение закаленных образцов происходит быстрее, а при низких напряжениях, наоборот, разрушение наступает после длительного времени. Это объясняется быстрым распадом мартенсита, а остаточный аустенит не создает дополнительные внутренние напряжения.
7. Используя выполненные теоретические и экспериментальные исследования, разработана методика для ускоренного расчетно-экспериментального определения времени замедленного разрушения металла труб длительно эксплуатируемых газопроводов.
Методика рекомендуется для прогнозирования возможности безопасного срока дальнейшей эксплуатации газораспределительных сетей, а также для объяснения причин отказов на этих объектах.
Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах: 1. Сандаков В.А. Остаточная пластичность металла как критерий оценки эксплуатационной безопасности конструкций // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности объектов трубопроводного транспорта углеводородного сырья: Материалы научно-практической конференции. - Уфа: Транстэк, 2004. - С. 17-19.
2. Бакиев Т.А., Сандаков В.А. К обеспечению промышленной безопасности объектов газоснабжения с учетом замедленного разрушения стали // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности объектов трубопроводного транспорта углеводородного сырья: Материалы научно-практической конференции. - Уфа: Транстэк, 2004. - С. 20-23.
24
3. Сандаков В.А. Влияние коррозионной среды на замедленное разрушение городских газопроводов // Реновация: отходы - технологии - доходы: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Уфа, 2004. - С. 208-210.
4. Сандаков В.А., Бакиев Т.А. Обеспечение безопасной эксплуатации городских газопроводов с учетом замедленного разрушения стали // Реновация: отходы - технологии - доходы: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Уфа, 2004. - С. 210-213.
5. Бакиев Т.А., Сандаков В.А. Методика расчета замедленного разрушения металла труб систем газоснабжения //Современные проблемы химии, химической технологии и экологической безопасности: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Уфа: Гилем, 2004. - С. 312-314.
6. Бакиев Т.А., Сандаков В.А. Некоторые особенности замедленного разрушения газопроводных сталей //Современные проблемы химии, химической технологии и экологической безопасности: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Уфа: Гилем, 2004. - С. 315-316.
