Комплексная система обеспечения безопасности промысловых трубопроводов Западной Сибири

Медведев, Александр Павлович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Комплексная система обеспечения безопасности промысловых трубопроводов Западной Сибири
ВАК РФ 25.00.19, Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ

Автореферат диссертации по теме "Комплексная система обеспечения безопасности промысловых трубопроводов Западной Сибири"

•равах рукописи

Медведев Александр Павлович

КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОМЫСЛОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Специальности: 25.00.19-«Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ»; 05.26.03 - «Пожарная и промышленная безопасность» (нефтегазовый комплекс)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Уфа, 2004

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» ГУЛ «ИПТЭР»

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Ведущее предприятие - ООО «КогапымНИПИнефть»,

Защита диссертации состоится 24 июля 2004 г. в 10 00 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» ГУЛ «ИПТЭР» по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУЛ «ИПТЭР».

Автореферат разослан 23 июня 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Гумеров Асгат Галимьянович

Березин Всеволод Леонидович доктор технических наук, профессор Халлыев Назар Халлыевич доктор технических наук, Карамышев Виктор Григорьевич

совета, доктор технических наук

(6 т

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Промысловые трубопроводы являются важнейшим средством осуществления комплекса технологических и технических мероприятий по извлечению из недр и доставке нефти и газа, поддержанию энергетической безопасности страны и обеспечению экологической безопасности населения, охране объектов окружающей среды. По протяженности они не уступают магистральным трубопроводам.

Условия работы промысловых нефтепроводов Западной Сибири характеризуются значительным сроком их эксплуатации, выявлением большого числа различных отклонений от проектных параметров, старением основных фондов и падением добычи нефти.

Комплексная система обеспечения безопасности промысловых трубопроводов Западной Сибири, определение и внедрение показателей безопасности и работоспособности практически отсутствуют.

На современном этапе существует необходимость создать комплексный подход по обеспечению работоспособности и безопасности на стадиях проектирования и эксплуатации на базе создания высоконадежных конструктивных элементов и регламентации безопасного срока действующих трубопроводов.

Настоящая работа направлена на разработку комплекса взаимосвязанных мероприятий по обеспечению безопасности транспорта нефти и газа на промыслах в свете требований по промышленной безопасности и общей государственной программы «Безопасность России» по обеспечению энергетической безопасности страны, предприятий ТЭК, а так же и нефтяных компаний.

Работа выполнена в соответствии с Федеральной научно-технической программой (ФНТП) «Безопасность» - «Новые методы и критерии обеспечения безопасности рабочих процессов, технологий, конст-

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С.Петербург мс£ РК

рукций, сложных технических систем, людей и окружающей среда в случае возникновения техногенных аварий и катастроф» и, в частности, по проекту 1.5 «Разработка механики катастроф и методов оценки безопасности по критериям механики разрушения и живучести сложных технических систем в поврежденных состояниях», который разрабатывался в период с 1996 по 2002 г.

Цель работы - разработка комплексной системы обеспечения безопасности промысловых трубопроводов Западной Сибири на базе выявленных закономерностей коррозионно-механических отказов и предложенных методов оценки и повышения характеристик коррозионной трещиностой-кости и долговечности их конструктивных элементов.

Основные задачи исследования:

- исследование и выявление причин нарушения безопасного состояния промысловых трубопроводов Западной Сибири;

- разработка научных основ расчетного определения долговечности конструктивных элементов промысловых трубопроводов в условиях общей равномерной и локализованной коррозии;

- оценка предельной долговечности промысловых трубопроводов в условиях хрупкого и вязкого разрушения с учетом одновременного механического и коррозионного воздействия;

- исследование долговечности конструкционных элементов промысловых трубопроводов с учетом механохимической повреждаемости и ох-рупчивания металла в зонах характерных дефектов их конструктивных элементов;

• разработка методов повышения коррозионной трещиностойкости и долговечности конструктивных элементов промысловых трубопроводов;

Научная новизна работы:

- предложены и обоснованы кинетические уравнения механохимиче-ской повреждаемости металлов, связывающие степень изменения геометрических параметров конструктивных элементов промысловых трубопроводов в линейной зависимости с обобщенными инвариантными характеристиками напряженного (интенсивности напряжений) и деформированного (интенсивности деформаций) состояний, которые позволили установить доминирующие факторы процессов общей и локализованной коррозии в условиях их хрупкого и вязкого разрушения;

- на основании выявленных закономерностей процессов общей и локализованной механохимической повреждаемости конструктивных элементов с исходными повреждениями и без них разработаны расчетные методы оценки несущей способности и долговечности промысловых трубопроводов в условиях хрупкого и вязкого разрушения с учетом одновременного механического и коррозионного воздействия;

- определены коэффициенты снижения несущей способности и долговечности конструктивных элементов промысловых трубопроводов, позволяющие устанавливать степень опасности и очередность ремонта обнаруженных при диагностике повреждений;

- на основании установленных закономерностей взаимосвязи эксплуатационных характеристик с составом и режимами термообработки предложены и обоснованы новые критерии для изготовления конструктивных элементов повышенной коррозионной трещиностойкости и долговечности, предназначенных для ремонта потенциально опасных участков промысловых трубопроводов.

Практическая ценность результатов исследования заключается в разработке методов расчета ресурса конструктивных элементов, позволяющих регламентировать безопасный срок эксплуатации промысловых трубопроводов с учетом одновременного механического и коррозионного воздействий, наличия исходных повреждений и т.д.

Технические решения по повышению коррозионной трещиностойко-сти и долговечности позволяют более чем на 50 % повышать характеристики безопасности промысловых трубопроводов и прошли опытно-промышленные испытания (соответствующие документы и акты прилагаются в приложениях пояснительной записки диссертации).

Разработаны три нормативных документа по расчетной оценке безопасного срока эксплуатации трубопроводов.

На защиту выносятся математические модели механохимической повреждаемости, аналитические зависимости и методические рекомендации для расчетов и методы повышения безопасного срока эксплуатации трубопроводов в условиях одновременного механического и коррозионного воздействий с учетом исходной поврежденное™ металла и др.

Апробация работы

Основные результаты, полученные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях: отраслевой научно-технической конференции «Проблемы защиты от коррозии нефтепромыслового оборудования на месторождениях Западной Сибири» (г. Тюмень, 1989 г.); межотраслевой научной конференции «Передовые методы и средства защиты трубопроводных систем от коррозии» (г. Москва, 1996г.); международном научно-техническом семинаре «Современные методы и средства защиты трубопроводных систем от коррозии» (г. Римини, 1997г.); всероссийском совещании начальников округов Госгортехнадзора России (г. Астрахань, 1997 г.); конференции «Перспективы развития трубопроводного транспорта России» в рамках 10-ой международной специализированной выставки «Газ. Нефть-2002»; ГУ-ом международном Конгрессе нефтегазопромышленников России (г. Уфа, 21 мая 2003 г.); научно-технической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности объектов трубопроводного транспорта углеводородного сырья» (г. Уфа, 21 мая 2004г.)

Публикации

Основное содержание работы опубликовано в 44 научных трудах.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и рекомендаций, приложений. Работа изложена на 290 страницах машинописного текста, содержит 23 таблиц, 142 рисунка. Список литературы включает 249 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность и цель диссертационной работы. Сформулированы задачи исследований, связанные с обеспечением безопасной эксплуатации промысловых трубопроводов. Показаны научная новизна и практическая ценность работы, приведены сведения об апробации и внедрении результатов. Отражен личный вклад автора в теоретические и практические разработки.

В первой главе рассмотрены основные факторы нарушения работоспособности трубопроводов нефтегазовых промыслов Западной Сибири. Обоснованы основные направления в обеспечении безопасности промысловых трубопроводов. Сформулированы основная цель и задачи исследования.

В настоящее время в литературе имеется достаточное количество данных по закономерностям коррозионного поражения металла в средах, содержащих Н28, приводящих к наводороживанию металла трубы, его ох-рупчиванию и сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением. Имеются литературные данные об особенностях язвенной коррозии, повреждающей металл в средах, содержащих С02. Однако, практически полностью отсутствуют данные по коррозионному повреждению металла труб под воздействием сложной, многокомпонентной среды, содержащей как Нгв, так и С02, а также твердые механические частицы, осадки солей железа и кальция.

На основе анализа работоспособности промысловых трубопроводов установлено, что максимальное количество разрушений и других видов коррозионных повреждений отмечалось для сталей с повышенным содержанием Мп (типа 09Г2С, 17Г1С, 17Г1СУ и т.д.). В сравнении с ними конструктивные элементы из стали 20 характеризуются более высокой долговечностью, однако применение труб из стали 20 в регионах Западной Сибири ограничено в связи с их относительно низкой хладостокостью (температура вязкохрупкого перехода не превышает минус 20°С). На основе анализа основных факторов, формирующих показатели работоспособности промысловых трубопроводов, сформулированы следующие выводы и тенденции.

Установлено, что коррозионная агрессивность нефтепромысловых жидкостей и газов связана с содержанием воды, углекислого газа, сероводорода и общим давлением в системах, влияющих на парциальные давления агрессивных газов и, следовательно, на их количество, переходящее в водную фазу.

При этом отношение парциальных давлений углекислого газа и сероводорода превышает 200, что указывает на преимущественно углеки-слотный характер коррозии. В то же время фактические скорости коррозии трубопроводов во многих случаях превышают скорости, прогнозируемые по известному уравнению Де Ваарда и Милльямса.

Гидродинамические условия транспорта газожидкостного потока, содержащего воду, углекислый газ и механические примеси, являются основными факторами, определяющими коррозию трубопроводов системы сбора нефти Самотлорского месторождения на поздней стации разработки.

Ускоренное разрушение трубопроводов, в том числе наличие кана-вочной коррозии со скоростью более 1-1,5 мм/год, мочено объяснить эрозионным разрушением защитных пленок продуктов коррозии скоростным потоком жидкости, содержащей механические примеси. В результате чистый металл постоянно контактирует с коррозионной средой. При доста-

точно высокой скорости потока эрозионному разрушению может подвергаться сам металл. На ускоренный рост канавки могут влиять различные факторы: действие гальванопары «оголенный металл - металл, покрытый сульфидом железа», повышенное напряженное состояние в области первоначального утончения металла, которое инициирует механизм хрупкого разрушения вследствие общей и локализованной механохимической коррозии и др. При низкой скорости потока, способствующей отложению в трубопроводах механических примесей, коррозия обусловлена работой концентрационных пар, в которых участки поверхности с отложениями являются анодами. Наличие в транспортируемой продукции следов сероводорода приводит к накоплению в отложениях сульфида железа. При этом отложения облегчают катодную реакцию на поверхности металла (или на самих отложениях, если они электропроводны), следствием которой является ускорение коррозионного процесса.

Безопасность эксплуатации участка трубопровода определяется соотношением параметров несущей способности R(t) и нагрузки Q(t). Отношение этих параметров до начала эксплуатации представляет собой коэффициент запаса прочности no=R</Qo- Пересечение кривых R(t) и Q(t) дает величину долговечности tp (времени до разрушения) участка трубопровода. При этом безопасный срок эксплуатации [t] определяется по долговечности tp с учетом коэффициента запаса долговечности nt: [t]= tp/n,. Значение п< устанавливается по справочным материалам, экспертным или расчетным путем. Очевидно, что если no=const (или Q0 = Ro = const), то участок трубопровода будет иметь неограниченную долговечность tp=tp(1)=oo. Если n^const, то участок трубопровода будет иметь ограниченную долговечность, зависящую от интенсивности изменения параметров Q(t) и n(t). Наименьшей долговечности соответствует случай, когда происходит одновременно снижение несущей способности R и повышение параметра нагрузки Q. Максимальная долговечность участка трубопровода отмечается при Q=const и или Ro^const. Следовательно, на стадии проектирования

основные направления обеспечения безопасности участка трубопровода сводятся к снижению параметра нагрузки 0 и повышению несущей способности Я. В процессе эксплуатации долговечность участка трубопровода можно повышать путем увеличения К проведением ремонта. Аналогичного эффекта можно достичь путем переиспытаний участка трубопровода повышенным давлением, приводящим к снижению уровня остаточной дефектности и др. Повышение безопасного срока эксплуатации возможно за счет реконструкции, в результате которой происходит снижение параметра нагрузки <}.

Установлено, что большинство повреждений промысловых трубопроводов связаны с двумя взаимосвязанными факторами: высокая коррозионная активность рабочих сред и сравнительно низкая коррозионная стойкость и трещиностойкость сталей, применяемых для изготовления трубопроводов. При этом большую роль играют процессы механохимиче-ской повреждаемости металла труб. Это послужило толчком для постановки основной цели и задач настоящего исследования.

Вторая глава, в основном, посвящена исследованию и разработке математической модели для расчетов скорости механохимической повреждаемости конструктивных элементов промысловых трубопроводов в условиях общей равномерной и локализованной коррозии, хрупкого и вязкого разрушений с учетом начальной поврежденности металла.

В работе установлены основные закономерности локализованной (канавочной) повреждаемости металла конструктивных элементов в зависимости от состава транспортируемых сред и трубных сталей. Установлено, что первый этап образования канавки, характеризующийся гладким рельефом, протекает для всех марок сталей и условий эксплуатации приблизительно одинаково. Основная причина образования канавки связана с отслоением прокатной окалины из-за молизации атомарного водорода на границе раздела «окалина - металл трубы».

После обнажения металла трубы по нижней образующей протекает процесс механохимической коррозии, приводящий к выносу металла из области канавки. Далее процесс механохимической повреждаемости протекает в зависимости от степени агрессивности транспортируемой среды и марки стали. В случае, если среда имеет значительное содержание ионов кальция и кислорода, то превалирующим механизмом будет канаво-язвенная коррозия. Преимущественно этот вид коррозии наблюдается на низкоуглеродистых марках стали 10, 15, 20. Если труба изготовлена из стали марки 17Г1С, а транспортируемая среда содержит сероводород, то разрушение трубы происходит по механизму сульфидного растрескивания. При этом образованная трещина мгновенно развивается по механизму хрупкого разрушения.

Для исследования характера накопления повреждаемости в металле труб было проведено металлографическое исследование металла в зоне канавки на различных стадиях. Показано, что одним из ведущих механизмов разрушения трубы по нижней образующей является охрупчивание ослабленных участков трубы из-за наводороживания и образования коррозион-но-механических трещин.

Таким образом, для предотвращения аварийного разрушения нефте-газопроводных труб необходима разработка специальных труб, обладающих повышенной стойкостью к растрескиванию, общей и язвенной коррозии. Кроме того, с учетом низких температурных условий эксплуатации металл труб должен иметь достаточно высокую хладостойкость и трещи-ностойкость.

На следующем этапе работы установлены закономерности влияния напряженного состояния на скорость развития коррозионных повреждений.

Анализ литературных данных показывает, что для оценки механохи-мического эффекта используют линейную (Ф.Ф.Ажогин, В.М.Долинский и др.) и экспоненциальную (Э.М. Гутман) зависимости скорости коррозии и

-й а*.

от величины приложенного напряжения сг0 или среднего напряжения сг^ Нами показана целесообразность оценки механохимического эффекта интенсивностью напряжений сгь характеризующей накопленную при нагру-жении трубопровода удельную потенциальную энергию и непосредственно связанную с критерием прочности (текучести) Мизеса (а, = о„ где стт -предел текучести). Кроме того, величина О; включает все компоненты напряжений, реализуемые при нагружении трубопровода. При упругих напряжениях (или хрупких разрушениях) механохимический эффект предложено оценивать коэффициентом механохимической повреждаемости Кццш, представляющим отношение скоростей коррозии напряженного и и ненапряженного и0 металла (к«,, - и/и0) и находящимся в линейной зависимости от интенсивности напряжений о(: кМХПо=1+коО;(1), где ко - механохимический параметр, определяемый экспериментально. Правомерность предложенного уравнения подтверждается экспериментальными данными других авторов, а также анализом разложенной в рад экспоненциальной зависимости Э.М. Гутмана к^ш = ехр У оС(/КТ, где V -мольный объем стали; а^ - средние напряжения; Я и Т - универсальная газовая постоянная и абсолютная температура. При этом установлено, что в первом приближении (при отсутствии экспериментальных данных) механохимический параметр ко можно рассчитывать по формуле:

где т., = ст2/оь 0| и <Т2 - окружные и продольные напряжения в конструктивных элементах трубопровода.

Увеличение т<, способствует росту у„. С повышением температуры рабочей среды механохимические параметры к<, и Км», снижаются. При ст, > от, по Э.М. Гутману и др., степень механохимической повреждаемости Киш линейно возрастает с увеличением предварительной пластической

(1)

деформации Ео: Кю* = 1 + кв-Б0. Заменяя Ео на величину интенсивности деформаций е, получаем: к^ц, = 1+ к.е.О). Здесь ке - механохимический параметр, определяемый по экспериментальной зависимости и(е,). Для низкоуглеродистых сталей к, = 5,0, а для низколегированных ке - 7,0.

Полученные результаты могут быть использованы для оценки скорости распространения реакционной границы «рабочая среда - металл» для наиболее распространенных случаев равномерной и локализованной коррозии (рисунок 1).

V.__

г'"

в)-

<ШШ=и <Ш!<Ь=и

М1&=и

Рисунок 2 - Схемы распространения реакционной границы «металл - среда»

Таким образом, кинетическое уравнение механохимической повреждаемости конструктивных элементов в условиях хрупкого и вязкого разрушения имеет вид

ёб Л

= -и0 [1 + к0 • (г)][1 + кЕ • e¡ (1)],

(2)

где 5 - толщина стенки конструктивного элемента. В условиях локализованной механохимической повреждаемости,

обусловленной наличием исходной поврежденности (дефектности), уравнение (2) имеет вид:

^ = -и0[1 + ко -К0 -а;(1)][1 + к6 -КЕ .8,(1)], (3)

где Я - глубина повреждения; Ка и К, - коэффициенты концентраций упруго-пластических напряжений и деформаций.

Скорость распространения трещин в трубопроводах может быть оценена на основании следующего уравнения:

^ = -о0[1 + ко ^(К1о1)][1 + ке бДК160], (4)

где К1а и Ки - коэффициенты интенсивности упруго-пластических напряжений и деформаций, определяемые методами механики упруго-пластического разрушения (Е.М. Морозов, НА. Махутов). Здесь Н интерпретируется как глубина трещины.

На базе полученных кинетических уравнений (2) - (4) предложены методы расчетов ресурса конструктивных элементов промысловых трубопроводов с наиболее характерными видами коррозионных повреждений.

В третьей главе выполнен анализ кинетики изменения напряженного состояния и скорости механохимической повреждаемости наиболее характерных базовых конструктивных элементов промысловых трубопроводов в условиях общей коррозии при упругих и пластических деформациях. Предложены методы расчета долговечности конструктивных элементов трубопроводов в условиях хрупкого и вязкого разрушения.

В работе рассматриваются наиболее адекватные модели конструктивных элементов трубопроводов, работающих в общем случае под действием комбинированных нагрузок (рисунок 2)

М,

Рисунок 2 - Расчетная схема трубы под действием коррозионной среды и комбинированных нагрузок (наружного Р. и внутреннего Р, давлений, изгибающего М„ и крутящего М«р моментов, продольной растягивающей (сжимающей) силы ()).

Коррозия может происходить во внутренней (со скоростью V») и наружной (У„) поверхностях в соответствии с предложенным уравнением (2).

Задача об оценке долговечности конструктивных элементов решается в следующей последовательности. Вначале методами теории упругости и существующих норм на расчеты прочности определяются необходимые характеристики напряженного состояния и параметры геометрии до начала коррозионного процесса. Затем устанавливается основное уравнение взаимосвязи механических и геометрических параметров конструктивных элементов при эксплуатации с учетом формулы (2). Далее, на основании выбранного критерия прочности (например, ст; = ат, где а, - предел текучести), определяются все необходимые предельные параметры геометрии и внешних нагрузок. На конечном этапе, путем интегрирования полученного основного уравнения, описывающего динамику изменения интенсивности напряжений о, при эксплуатации трубопроводов, определяется время до наступления текучести ^ (долговечность) или хрупкого разрушения.

К примеру, для тонкостенной трубы при упругих деформациях

(а, < ат), под действием внутреннего давления коррозионной рабочей среды:

0(/оПр = 8пр/5о, (5)

где о0 и 5о - начальные окружное напряжение и толщина стенки; <гщ и -предельные окружное напряжение и толщина стенки. Дифференцируя уравнение (5) по времени и учитывая формулу (2),получаем:

<1а,/Л=а2-и0( 1 +к<, о,)/ аю- 50 , (6)

При а, = ат на основании этого уравнения получаем время до наступления текучести конструктивного элемента ^

®1ПР

t _о.о-8о Г

»0 Ь + к.-в, • (7)

Приложение к трубе изгибающих и продольных напряжений повышает уровень начальной напряженности и отношение тп„ что соответствующим образом приводит к снижению её долговечности /т. Приложение крутящего момента приводит к увеличению степени напряженности металла в соответствии с формулой ст, =а,^1-т„+т1 , где т„ = т«р/ог, т«р = М«рЛУр - касательные напряжения от крутящего момента, АУР - полярный момент сопротивления сечения кручению. При чистом кручении (сдвиге) механохимический эффект при упругих деформациях отсутствует, поэтому долговечность трубы определяется по запасу на толщину Л8Т и скорости коррозии ненапряженного металла: Ъ = Дй/ио- Установлено, что механохимический эффект в толстостенных трубах уменьшается, что способствует соответствующему росту долговечности. Это объясняется тем, что в толстостенных цилиндрах действуют сжимающее радиальное на-пряженияе наличие которого снижает коэффициент жесткости напряженного состояния \|г„ и механохимический параметр к„. Результаты численно-

го расчета по формуле (7) с погрешностью не более 5 % аппроксимируются следующей аналитической зависимостью:

1+Эо

где ^ - долговечность без учета механохимического эффекта; к^ -среднеинтегральное значение коэффициента механохимической повреждаемости; Ро = г„/ г, - коэффициент толстостенности.

Если коррозионная среда действует с внутренней и наружной поверхностей, то за величину и0 необходимо принимать сумму : и0 = ио« + «о. - скорости коррозии ненапряженного металла с наружной и внутренней поверхностями цилиндрического элемента.

В случаях реализации в конструктивных элементах сжимающих напряжений нарушение их работоспособности возможно в результате потери устойчивости. Для этого случая работы труб средний коэффициент механохимической повреждаемости к^ определяется по формуле:

где Пу - коэффициент запаса устойчивости по критическим напряжениям Оц, (обычно < ат). Расчеты по формуле (9) согласуются с экспериментальными данными других авторов.

Для сферических заглушек V* ^к^, где к^ определяется на основании формул (7) и (8) при та = 1,0. Следовательно, из всех конструктивных элементов наиболее интенсивному коррозионному износу подвергаются сферические заглушки.

Установлено, что значение к^ для конических переходов и гнутых отводов может рассчитываться по формуле (8) с соответствующей расшифровкой значений ш,.

(9)

Особенностью расчетов долговечности и кмхп для накладных усилительных элементов промысловых трубопроводов является тот факт, что в формуле для оценки долговечности элементов без учета механохимиче-ской повреждаемости относительное начальное напряжение 1/пт и 1/пу находится не в первой степени, а под квадратным корнем. При этом величина Шо рассчитывается по формуле:

где ц =0,3 - коэффициент Пуассона; к - отношение полуосей эллиптических накладных элементов.

При к = 1,0 имеем nv, = 1 - круглые накладные элементы. Для вытянутых эллиптических накладных элементов кт совпадает с таковыми для тонкостенных труб с приварными днищами. Долговечность tT и для накладных элементов рассчитываются по формулам (7) и (8) с учетом (10). В работе получены формулы для определения t, и к^ для прямоугольных и цилиндрических накладных элементов. Установлена заметная зависимость долговечности tT и кт от относительной ширины цилиндрических накладных элементов B/D (D - диаметр трубы). В области 2,2 < В < 3,0 отмечается рост tr и усиление кт. При B/D < 2,2 долговечность цилиндрических элементов сохраняется постоянной.

В условиях вязкого разрушения долговечность конструктивных элементов во многом определяется отношением предела текучести о, к временному сопротивлению о, (к„ = а^о,), параметрам деформационного упрочнения и анизотропии металла. Решение задачи об оценке долговечности конструктивных элементов в условиях вязкого разрушения значительно усложняется в связи с нелинейностью взаимосвязи <т, и е,. Кроме того, в данном случае скорость уменьшения толщины стенок конструктивных элементов трубопроводов при эксплуатации определяется суммой:

(Ю)

где (йб/Л^ - скорость уменьшения толщины стенок элементов в результате коррозии, определяемая с учетом (2); (сй/А)^ - уменьшение толщины стенок элементов в результате мгновенной интенсивности пластической деформации е,. При этом значение е, определяется в соответствии со степенным законом деформационного упрочнения: е, =ч]<т,/с, где с и п - константы прочности и деформационного упрочнения. Для большинства трубных сталей: с = 800 + 1000 МПа; п = 0,1 + 0,25.

Наряду с этим для некоторых трубных сталей отмечается явление анизотропии характеристик деформационного упрочнения. В связи с этим, анализ кинетики напряженного деформационного состояния и долговечности конструктивных элементов в условиях вязкого разрушения выполнен с учетом трансверсальной анизотропии, характеризующейся различием отношения поперечных деформаций ге, которое обычно принимается равным единице (ге= 1,0).

Выполненные в работе расчеты подтвердили ранее установленные в работах Э.М. Гутмана и др. общие закономерности механохнмической повреждаемости и долговечности труб. В частности, повышение прочностных характеристик и начальной напряженности труб способствует снижению их долговечности. Необходимо отметить, что соответствующими дополнениями, обоснованиями и математическими преобразованиями удалось устранить в имеющихся кривых долговечности элементов при упруго-пластических деформациях разрывы второго рода, отмечаемые в ранее известных работах. Предложенная зависимость (2) справедлива как при упругой работе труб, так и при пластических деформациях. При упругом нагружении вместо е^ необходимо подставлять значения деформации текучести Ег (е, = с/Е, где Е - модуль упругости). При этом сомножитель (/+*,-£.) в формуле следует принимать единице. Например, для стали

17ГС от = 360 МПа и Е = 2,М05МПа величина ^ = 0,0017. Даже при ке =10 деформационный коэффициент механохимической повреждаемости кт, = (/ + *, •£-,)= 1,017 »1,0. Следовательно, степень механохимической повреждаемости труб будет определяться только напряжениями, поскольку хрупким разрушениям характерны упругие деформации. Рост параметра Шд приводит к снижению долговечности конструктивных элементов. При фиксированных значениях т<, (т<, = 0,5) с увеличением параметра нормальной анизотропии гЕ относительная долговечность снижается. Это связано с тем, что рост параметра гЕ приводит к повышению прочности трубы, а, следовательно, степени механохимической повреждаемости.

При а, > ат степень механохимической повреждаемости контролируется не только напряжениями, но и пластическими деформациями. В частности, с увеличением ке и п среднеинтегральное значение коэффициента механохимической повреждаемости кт возрастает.

На основании выполненного анализа особенностей взаимосвязи скоростей упруго-пластических деформаций и механохимической повреждаемости металла и численных расчетов долговечности конструктивных элементов при эксплуатации промысловых трубопроводов для выполнения инженерных расчетов времени до вязкого разрушения ^ получена следующая аналитическая зависимость:

=1во/кмхп=1/(1 + к 0ствЛ/^ЧГХ1 + кеЧ'.лД7п7). <12>

где ^ - долговечность в условиях вязкого разрушения, определяемая без учета механохимической повреждаемости (по Оо); п, = о»/ ор - коэффициент запаса прочности по о,; у. - равномерное сужение металла (у, = п).

Эта формула справедлива для любых конструктивных элементов трубопроводов с соответствующей расшифровкой к„, о., у„ п,.

Таким образом, на основании предложенного кинетического уравнения (2) выполнен анализ кинетики скорости механохимической повреж-

даем ости конструктивных элементов промысловых трубопроводов в условию хрупкого и вязкого разрушения.

Получены аналитические зависимости для описания основных закономерностей изменения ресурса конструктивных элементов промысловых трубопроводов в зависимости от их геометрической формы и размеров, исходных механических характеристик и напряженности металла при различных предельных состояниях, включая стадию разрушения (потери устойчивости формы и пластических деформаций).

На основании полученных результатов разработаны методические рекомендации по определению безопасности трубопроводов МР ОБТ 3-03, согласованные Госгортехнадзором России.

Четвертая глава диссертации посвящена исследованию закономерностей снижения несущей способности фр и коррозионной долговечности <р, конструктивных элементов промысловых трубопроводов с наиболее характерными повреждениями, обнаруженными при диагностике технического состояния.

В процессе эксплуатации промысловых трубопроводов в их конструктивных элементах возникают различные коррозионные повреждения, вызывающие общее (равномерное или неравномерное) и локализованное (в результате язвенной, канавочной и питтинговой коррозии, коррозионного растрескивания и др.) снижение их рабочего сечения, несущей способности и долговечности трубопроводов. В связи с этим возникают две взаимосвязанные и сложные проблемы установления степени снижения несущей способности и долговечности конструктивных элементов с различными коррозионными повреждениями. Такие сведения необходимы для принятия обоснованных технических решений по дальнейшей эксплуатации трубопроводов с соблюдением всех требований промышленной и экологической безопасности.

Решению указанных проблем посвящено большое количество опубликованных работ. Здесь необходимо отметить большие достижения совре-

менных научных школ профессоров В Л. Березина, О.И. Стеклова, А.Г. Гу-мерова, Н.А. Махутова, Е.М. Морозова и др. Однако, большинство известных работ посвящено решению, в основном, первой проблемы - оценки несущей способности конструктивных элементов трубопроводов с различными дефектами и, в частности, с коррозионными повреждениями. Имеющиеся в литературе данные по второй проблеме, в основном, касаются вопросов влияния различных дефектов на малоцикловую долговечность трубопроводов. Значительно меньше опубликованных работ по расчетному определению долговечности трубопроводов с коррозионными повреждениями, вызывающими локализованную механохимическую повреждаемость. Рекомендуемые в литературе аналитические зависимости для расчетов долговечности элементов в условиях механохимической повреждаемости в ряде случаев даются без соответствующих выводов и обоснований и охватывают частные задачи, касающиеся сосудов давления. При этом большинство из них неудобны и неприменимы для практического использования. Необходимо также сказать, что и по первой проблеме далеко не все практически важные задачи решены. В частности, до сих пор нет четких зависимостей по расчетам несущей способности конструктивных элементов с коррозионными язвами и трещинами различной ориентации и размеров и др. На наш взгляд, это является одной из причин отсутствия в современных нормативных документах рекомендаций по оценке предельных параметров коррозионных повреждений в промысловых трубопроводах. Между тем, такие данные являются базовыми для выполнения расчетов долговечности и безопасного срока эксплуатации трубопроводов.

В связи с этим, следующим этапом работы явилось исследование и оценка предельных параметров коррозионных повреждений с целью определения коэффициента снижения несущей способности конструктивных элементов <рр, представляющего собой отношение разрушающих давлений конструктивного элемента с данным коррозионным повреждением Р* и без него Р,: фр = Я."*/ Р..

В работе установлены основные закономерности напряженного состояния и разрушения конструктивных элементов с локальными утонениями стенок труб, вызванными общей, язвенной, канавочной и питтин-говой коррозиями и др. На основании результатов исследования установлены значения коэффициентов снижения несущей способности труб Фр-

Установлено, что в средах, не вызывающих растрескивания, разрушающее давление труб с характерными коррозионными повреждениями определяется степенью снижения их рабочего сечения, которая оценивается относительно их глубины п^ (т*, = Ь^бо, где и 80- средняя глубина повреждения и толщина стенки трубы) и длины ш, (т^ = ( Д), где средняя длина повреждения и диаметр трубы). При т( >1,0 параметр <рр линейно снижается по мере увеличения щ,. Снижение протяженности повреждения (ш^ < 1,0) приводит к росту <рр.

Острые коррозионные повреждения в сочетании с охрупчивающим действием рабочих сред могут дополнительно снижать коэффициент фр. В этом случае, во всем диапазоне изменения шь установлено, что:

Фр4-ть(1-ть)(1-кЛ1-ть4/^7), (13)

где Кц, - коэффициент трещиностойкости, определяемый на малогабаритных (8ох5о) образцах с острым надрезом при тъ - 0,5.

При отсутствии данных по консервативную оценку фр (в запас прочности) можно производить по формуле: фр =1-т11(1-Ш|,Х1_Ктр)-Заметим, что во многих случаях 1^1,0, поэтому величина фр снижается прямо пропорционально увеличению относительной глубины повреждения. Такой факт отмечается на практике даже в условиях стресс • коррозионного разрушения газопроводов. Уменьшение щ, приводит к значительному повышению фр.

В работе получены аналитические зависимости для оценки <Рр для конструктивных элементов промысловых трубопроводов с повреждениями различной формы и размеров, в частности с петтингами, коррозионными трещинами и др.

Сведения о предельном состоянии конструктивных элементов с исходными повреждениями необходимы для установления их предельных параметров, которые являются верхними пределами интегрирования уравнений (3) и (4) при оценке ресурса трубопроводов. Поэтому в работе наряду с Фр определены критические параметры повреждений, соответствующие различным значениям рабочего давления в трубопроводе.

На следующем этапе работы произведена оценка влияния начальной поврежденности конструктивных элементов на ресурс промысловых трубопроводов. Показано, что наличие исходных повреждений значительно снижает период эксплуатации, в течение которого металл находится в упругом состоянии. При этом указанный факт проявляется тем в большей степени, чем выше степень локальной перенапряженности, реализуемой в окрестности вершины повреждений. Металл в зоне острых повреждений с радиусом кривизны р —► 0 может сразу же после нагружения переходить в пластическую стадию работы с реализацией предельных напряжений Ещ,,. В этом случае, по уравнению (4) в пределах интегрирования от 0 до Ц и от Но до Н„р (где Но и Нлр - начальная и предельная глубины повреждения) можно получить время до разрушения конструктивного элемента Ц:

-1

-»оро/кмш- (14>

При соответствующей интерпретации параметров а!пр и ё\щ, формулу (14) можно использовать для выполнения расчетов долговечности конструктивных элементов промысловых трубопроводов с обнаруженными при диагностике коррозионными питтингами и трещинами.

_ нпр -Нр

1 + к0°шр IV + ^еешр)

В случае, когда в повреждениях возможно установление коэффициента концентрации упругих с^ и пластических напряжений К„, время до разрушения конструктивного элемента t„p определяется по формуле: = tnpo/*«,, где

*МХП — V кОи |Пр KEeinp-^Ka/nB - Фр ) - (15)

При упругих деформациях k,„ = 1+к0стгЛ/а<,/пг.

Анализ полученных зависимостей показывает, что коррозионные повреждения существенно повышают уровень напряженности и коэффициент механохимической повреждаемости к^ металла. Например, коррозионные язвы глубиной Н, = 6 мм и радиусом закругления р = 2 мм повышают уровень напряженности металла до двух раз, и снижают ресурс почти в три раза (при и0 = 0,1 мм/год и запас на коррозионный износ &д-2 мм).

На основе полученных результатов показано, что средний интегральный коэффициент механохимической повреждаемости к^, для конструктивных элементов из низкоуглеродистых и низколегированных сталей может достигать следующих значений: =13,8+21,0, что соответствует экспериментальным данным М.М. Загирова.

Соответствующие рассматриваемым конструктивным элементам коэффициенты снижения долговечности <р, определены делением значений Ц, на t., определенных на основании формул (14H1S) и (12): (р, = Ц/1,.

В частности, для конструктивных элементов с коррозионными трещинами и питтингами величина р, определяется по формуле:

Ф{ _ (l + к„ • a,+ к£ц1„УуЧ) ()6)

Фю ~ (l + kaoinp)(l + kEeinp)

Здесь фю - коэффициент снижения долговечности конструктивного элемента, определяемый без учета механохимической повреждаемости (по скорости ненапряженного металла Uo).

Аналогичные зависимости для оценки <р» получены для конструктивных элементов с другими повреждениями различного происхождения. На основании полученных зависимостей устанавливается степень опасности, того или иного повреждения по критерию долговечности. По заданному [ф,] или [фр] определяется безопасный срок эксплуатации. Для облегчения расчетов в работе приведены соответствующие графики и номограммы.

Таким образом, базируясь на известных положениях механики разрушения, теории упругости и прочности, установлены основные закономерности снижения несущей способности конструктивных элементов промысловых трубопроводов в зависимости от геометрических параметров повреждений и степени изменения свойств металла. Предложена аналитическая зависимость для описания полной диаграммы трещиностойкоспи трубных сталей.

Получены формулы для выполнения расчетов коэффициентов снижения несущей способности конструктивных элементов промысловых трубопроводов с типичными повреждениями, установленными в результате диагностики их технического состояния.

На основании предложенных во второй главе кинетических уравнений (3) и (4) и подходов механики разрушения выполнен анализ влияния исходных повреждений в металле конструктивных элементов на скорость механохимической повреждаемости и долговечность промысловых трубопроводов.

Произведена оценка коэффициентов снижения долговечности конструктивных элементов промысловых трубопроводов с обнаруженными при диагностике различными повреждениями.

Пятая глава посвящена разработке требований и критериев для изготовления конструктивных элементов повышенной коррозионной трещи-ностойкости и долговечности, предназначенных для ремонта потенциально опасных участков промысловых трубопроводов.

Практика трубопроводного транспорта показала целесообразность проведения выборочного ремонта трубопровода по данным диагностического обследования разрушающими и неразрушающими средствами и методами контроля. Поэтому одним из направлений обеспечения и повышения безопасности эксплуатации промысловых трубопроводов является ремонт с заменой их поврежденных участков трубами и конструктивными элементами повышенной надежности и безопасности. Как было показано в предыдущих разделах, наиболее важными характеристиками металла конструктивных элементов промысловых трубопроводов являются коррозионная трещиностойкость и долговечность. Поэтому в данном разделе была поставлена цель разработки требований и критериев к технологии изготовления конструктивных элементов повышенной коррозионной трещино-стойкости и долговечности, обеспечиваемых соответствующим выбором режимов термической обработки и составом низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Соответствующие исследования по разработке требований к режимам термообработки выполнены на распространенной трубной стали марки 20.

При разработке режимов термической обработки необходимо было выяснить причину, не позволяющую получить вязко-хрупкого перехода для стали марки 20 даже после нормализации низкой температуры, необходимой для труб, эксплуатируемых в регионах Западной Сибири. Было установлено, что низкая хладостойкость стали 20 связана с повышенной концентрацией растворенного в твердом растворе феррита кислорода. Это объясняется особенностью диаграммы состояния Ре-О, согласно которой растворимость кислорода при температуре аустениза-ции в феррите выше, чем в аустените. Применение термической обработки (закалки), предотвращающей растворение выделившихся в ау-стенитном состоянии оксидов, для малоуглеродистой стали 20 даже в условиях ускоренного спрейерного охлаждения водой, не позволяет получить мартенситную структуру по всей толщине стенки трубы. Обра-

зующаяся в этих условиях структура верхнего бейнита с ферритной оторочкой по границам бывших аустенитных зерен даже после высокотемпературного отпуска не позволяет получить требуемых коррозионных свойств и хладостойкости.

Для достижения поставленной цели было решено применять закалку из межкритического интервала температур, что параллельно приводит: к закалке аустенитных зерен, частичной очистке твердого раствора феррита от вредных примесей кислорода и азота; измельчение феррито-перлитных зерен до 5-10 мкм. При этом этом возникали вопросы снижения ликвационной неоднородности, выяснения механизма аустенизации при выдержке в межкритическом интервале температур, влияния температуры выдержки на количество и размеры зерен аусте-нита, выбора вида термообработки перед закалкой из межкритического интервала температур для получения однородной мелкозернистой фер-рито-перлитной структуры с зернистой формой карбидов, уменьшения негативного влияния повышенной концентрации кислорода в твердом растворе феррита и др.

Анализ литературных данных о природе а —> ^ превращения показал, что нет единой точки зрения о кинетике процесса аустенизации. В научной литературе обсуждаются два принципиально отличающихся механизма: диффузионный и бездиффузионной( сдвиговый).

Известно, что диффузионный механизм предусматривает образование зародыша аустенита критического размера с равномерным в соответствии с диаграммой Ре-С (в основном на границе раздела «цементит-феррит») содержанием углерода за счет локальной флуктуации.

Вторая точка зрения предполагает возможность образования ^фазы путем сдвиговой перестройки решетки а -> у. Причем этот зародыш аустенита является малоуглеродистым. Термодинамически этот процесс является выгодным, так как свободная энергия системы понижается. Превращения сдвигового типа характеризуются кооперативным упорядочен-

ным смещением атомов. Такие превращения возможны, если между фазами существуют скользящие когерентные и полукогерентные границы. Движение границы не требует переноса вещества, а связано только с изменением относительного расположения атомов на границе превращения. В тоже время упорядоченная граница между фазами является источником собственных напряжений, так как а- и рфазы отличаются удельными объемами. При этом может происходить упругая деформация матрицы, что предопределяет преимущественное образование зародышей аустенита на свободных поверхностях границ зерен, субзерен, межфазных границ раздела, скоплениях дислокаций, локальных искажений решетки за счет внедренных атомов и т.д. Следует отметить, что участок металла, где образуется зародыш ^фазы по сдвиговому механизму должен иметь устойчивые сегрегации атомов углерода, кислорода, азота.

В зависимости от того, какой механизм образования зародышей аустенита будет реализовываться, зависит выбор термической обработки, предшествующий закалке из межкритического интервала температур.

Важным фактором для термической обработки труб в потоке в газопламенных печах является скорость образования аустентных зерен в межкритическом интервале температур. Однозначной информации по этому вопросу в литературе нет.

Рассмотрим особенности процесса аустенизации при нагреве в межкритическом интервале температур сталей с различной исходной структурой: закаленной и отожженной. Установлено, что в зависимости от структуры меняется скорость протекания превращения, кинетика а у превращения и количество /-фазы, образующейся в межкритическом интервале температур. Наиболее равновесным состоянием является структура с зернистым перлитом. Для нее регистрируется максимальный инкубационный период, и затем превращение развивается сравнительно медленно. В структуре с пластинчатым перлитом превращение начинается несколько раньше и развивается быстрее. В закаленном образце инкубационный период со-

од сокращается в 2,5-3 раза и завершается ~ 2 раза быстрее, чем в структуре с зернистым перлитом. В зависимости от исходного состояния изменяется и количество образующегося при данной температуре аустенита. Так, при 750° С для закаленного образца количество ^фазы составляет 40 % вместо 25 % в равновесных условиях. Увеличение времени выдержки приводит к распаду метастабильного аустенита. Однако, для достижения равновесия, в соответствии с диаграммой состояния Ре-С, требуется более длительное время выдержки (более 2 часов).

В работе рассмотрен вопрос структурной наследственности образующегося аустенита при выдержке в межкритическом интервале температур. Для сталей 06ХГМ и 06ХГСР доказывается, что при нагреве в межкритическом интервале температур исходно закаленной стали образующийся ау-стенит повторяет ориентацию игл исходного мартенсита. Если этот механизм структурной наследственности будет иметь место в практике термической обработки трубы, то не удастся получить высокую коррозионную стойкость. Если нагреву в межкритическом интервале температур подвергается предварительно закаленная и отпущенная сталь со сферическими мелкодисперсными карбидами, то будет образовываться большое количество центров зарождения аустенита.

Рассмотрим процесс а -> у перехода для предварительно закаленной структуры. При очень медленном нагреве (У„ = 1-2°С/мин) в закаленной стали к моменту а -* р превращения структура мартенсита превратится в сор-битную с равномерно распределенной карбидной фазой. В этом случае зародыши аустенита образуются равномерно по всему объему, преимущественно на границах «феррит - зернистый перлит». Аустенит образуется не в виде равномерной каймы вокруг карбидной частицы, а лишь в отдельных местах поверхности раздела. При увеличении выдержки карбидные частицы растворяются, и в структуре регистрируется лишь а- и /-фазы. Причем образование и рост аустенита происходит ориентировано, по пластинам мартенсита. Концентрация углерода в ^фазе при этом определяется диа-

граммой Fe-C. Повышение скорости нагрева до 100 °С /мин вызывает существенное изменение морфологии а у превращения. Зародыши аустенита образуются по границам зерен и мартенситных пластин. С повышением температуры и продолжительности выдержки участки ^фазы образуются и внутри зерен. При этом количество образующегося аустенита превышает то, которое соответствует диаграмме Fe-C для рассматриваемой температуры. Дальнейшее увеличение времени изотермической выдержки приводит к образованию белого ободка вокруг аустенитных зерен. Это объясняется особенностями растворения карбидов в окружающем зерне аустенита феррите и диффузией углерода в у-фазу. Схематически можно выделить четыре зоны на границе раздела а-^фаз: I - исходная феррито-карбидная матрица; II - феррита ая область с растворившимися карбидами; Ш - кайма высокоуглеродистого аустенита; IV - срдцевина аустенитного зерна (малоуглеродистая).

Вокруг аустенитных участков происходит растворение карбидных частиц, в результате чего граничащие с ¿¿фазой области освобождаются от карбидов. Эти ферритные области постепенно сливаются с феррито-карбидной исходной структурой, сформировавшейся в результате распада мартенсита. Поскольку растворимость углерода в а-фазе незначительна, то растворение карбидов будет иметь место при условии отвода атомов углерода в аустенитное зерно, что и приведет к образованию в аустените каймы на границе раздела с а-фазой (зона III).

При нагреве исходной феррито-перлитной стали наблюдаются «зернистые» образования аустенита. Изотермический рост аустенита в этом случае протекает в несколько стадий. Наибольшая скорость наблюдается в первоначальный момент, когда на месте бывшего перлитного зерна образуется аустенит. В дальнейшем скорость превращения резко сокращается, поскольку она контролируется диффузией углерода и других легирующих элементов в аустенит. При этом возможно зарождение аустенитных зерен на границах зерен феррита и перлита. Имеется ряд работ, в которых рас-

сматривается механизм образования аустенитных зерен при выдержке в межкритическом интервале температур отожженной или нормализованной феррито-перлитной структуры. В начальный момент а—у у превращения аустенитные зерна образуются по границам ферритных зерен, на границах перлитных колоний, а также на границах зерен, обогащенных третичным цементитом. Возможно также образование центров р-фазы внутри ферритного зерна в случае, если имеет место локальное превышение концентрации углерода. В этом случае углерод переносится к возникшему зародышу ^-фазы от перлитного зерна или растворяющегося третичного цементита. С увеличением времени выдержки активность а —> ^превращения в перлитных зернах возрастает, и, в конечном итоге, образование у-фазы завершается в перлитных участках. В зависимости от места образования ау-стенита его называют «ферритным» или «перлитным». Причем концентрация углерода в последнем может примерно в 2 раза превышать концентрацию в «ферритном» зерне.

В работе приведены данные по скорости зарождения центров аустенитных зерен (С) и скорости их роста (в) в зависимости от вида термической обработки и марки стали.

Доказано, что в закаленной структуре скорость зарождения С значительно превышает значения для отожженной стали. Однако, скорость их роста О, наоборот, ниже. Эту закономерность а у превращения необходимо использовать для измельчения зерен. Представляет интерес выявленный эффект независимости параметров С и С от содержания углерода в стали. Это свидетельствует о том, что для механизма а -> у превращения решающая роль принадлежит не величине протяженности границы раздела между ферритной матрицей и карбидными частицами, а энергетическому состоянию самой матрицы.

Следует также учесть, что на ускорение роста зерен ^фазы каталитическое действие оказывают внутренние напряжения, возникающие при

образовании зерна ^фазы с удельным объемом, отличающемся от аг-фазы. Для неравновесных структур (мартенсит, бейнит) роль этого фактора возрастает, поскольку искажения решетки, содержащиеся в исходной структуре, могут ускорить процессы диффузии.

Таким образом, в литературе нет единой концепции закономерностей зарождения и роста аустенитных зерен при выдержке в межкритическом интервале температур, что не позволяет применить их при разработке технологии термической обработки труб. Тем более, что физико-химические процессы, протекающие при термической обработке труб в потоке, трудно воспроизвести в лабораторных условиях. В этой связи весь эксперимент по выбору режимов термической обработки проводился на трубах в цеховых условиях.

В результате проведенных исследований доказано, что наиболее оптимальным вид см термообработки, предшествующим закалке из межкритического интервала температур, является полная закалка. Зарождение аустенитных зерен происходит по границам бывших аустенитных зерен и бейнитных кристаллов. В результате образуется большое количество центров кристаллизации аустенита, по-видимому, по сдвиговому механизму. При этой структурной наследственности, проявляющейся как повторение новыми аустенитными зернами формы бейнитных кристаллов, не наблюдается. Наоборот, образующиеся зерна аустенита имеют относительно равноосную форму. Важно также, что при изотермической выдержке в межкритическом интервале температур исходно закаленной стали происходит зарождение и рост новых ферритных зерен, возможно, по механизму рекристаллизации. При этом вновь образованное ферритное зерно имеет минимальное количество дефектов. При выдержке в межкритическом интервале температур протекают сложные процессы взаимной многокомпонентной диффузии, оказывающей большое влияние на конечные свойства металла термообработанной трубы. После высокотемпературного отпуска

микроструктура металла трубы представлена мелкими равноосными фер-рито-перлитными зернами с преимущественно округлой формой карбидов.

Структура, получаемая по выбранным режимам термической обработки, характеризуется однородностью по сечению и длине трубы, слабо выраженной полосчатостью и мелкозеренностью. Металл трубы обладает высоким сопротивлением разрушению при ударном изгибе, как при комнатных, так и при пониженных температурах испытания, независимо от направления вырезки образцов. Кроме того, он имеет повышенное сопротивление к общей коррозии и водородному растрескиванию при испытаниях по стандарту ЫАСЕТМ 02-84.

Установлено, что пороговое напряжение сульфидного коррозионного растрескивания ат составляет около 0,75 оу, что является достаточно высоким показателем сопротивления коррозионному воздействию.

В целом, предложенные решения по режимам термообработки позволяют повысить сопротивляемость хрупкому разрушению и прочностные характеристики трубной стали 20 не менее, чем на 50 %. При этом стойкости к общей коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением оказываются не ниже таковых для специально легированных сталей.

Проведен комплекс исследований по обоснованию требований к составу сталей для изготовления конструктивных элементов для ремонта потенциально опасных участков промысловых трубопроводов. Опытно-промышленные испытания (соответствующие акты прилагаются) предложенных технических решений показали, что разработанные требования к технологии изготовления конструктивных элементов обеспечивают достаточно высокие показатели сопротивления коррозионному воздействию промысловых рабочих сред.

Общие выводы и рекомендации по работе

1. Предложены и обоснованы кинетические уравнения для оценки скорости общей и локализованной механохимической повреждаемости конструктивных элементов промысловых трубопроводов в условиях одновременного механического и коррозионного воздействия, позволяющие устанавливать степень изменения геометрических параметров их характерных зон в линейной зависимости от интенсивности местных напряжений и деформаций. Установлены основные геометрические и механические параметры, контролирующие процесс механохимической повреждаемости металла конструктивных элементов промысловых трубопроводов.

2. На основе выполненного анализа кинетики механохимической повреждаемости разработаны методы расчетного определения ресурса конструктивных элементов в условиях хрупкого и вязкого разрушения конструктивных элементов (труб, отводов, переходников, накладных элементов, тройников, заглушек и др.) с учетом особенностей упрочнения и анизотропии металла. Доказано, что ресурс характерных конструктивных элементов поддается регулированию варьированием их исходных характеристик рабочей среды, прочности и напряженности металла, их формы и размеров. При этом наиболее интенсивному коррозионному износу подвержены такие участки конструктивных элементов, в которых реализуются более жесткие напряженные состояния.

3. Базируясь, на предложенных кинетических уравнениях локализованной механохимической повреждаемости и выполненном анализе взаимосвязанных процессов изменения напряженного состояния и коррозии получены аналитические зависимости, описывающие закономерности формирования ресурса конструктивных элементов от геометрических и механических параметров различных исходных повреждений в металле.

Предложены и обоснованы расчетные методы определения коэффициентов снижения ресурса конструктивных элементов с наиболее характерными коррозионными повреждениями в зависимости от их геометрической формы и размеров, степени остроты их вершины и охрупченно-сти металла. Получены формулы для оценки полной диаграммы трещи-ностойкости элементов.

4. На основании проведенного комплекса теоретических и экспериментальных исследований взаимосвязи характеристик ресурса, состава трубной стали и режимов термообработки разработаны требования к изготовлению конструктивных элементов с повышенными эксплуатационными показателями, предназначенными для ремонта промысловых трубопроводов потенциально опасных их участков.

Проведены промысловые испытания, подтвердившие целесообразность предложенных технических решений (соответствующие акты испытаний и приемки прилагаются).

5. Разработаны и согласованы Госгортехнадзором России методика и две методические рекомендации по расчетному определению безопасного срока эксплуатации конструктивных элементов промысловых трубопроводов.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Сухнат Ю.В., Медведев А.П., Завьялов В.В. и др. Разработка методики прогнозирования коррозии газлифтных скважин // Проблемы защиты от коррозии нефтепромыслового оборудования на месторождениях Западной Сибири. Тез. докл. науч.-техн. конф.. - Тюмень, 1989. - С.4-5.

2. Маркин А.Н., Медведев А.П., Сизая Г.К. Опыт ингибиторной защиты системы нефтесбора НГДУ «Белозернефть» // Нефтяное хозяйство. 1992. - №7. - С. 23-24.

3. Медведев А.П., Маркин А.Н. Об усиленной коррозии трубопроводов систем сбора нефти НГДУ «Белозернефть» // Нефтяное хозяйство. -1995. -№11.-С.56-59.

4. Пат. 2086670 (RU). Способ термической обработки труб / E.H. Гали-ченко, А.П. Медведев, Т.В. Тетюева и др. Опубл. 10.06.96.

5. Пат. 2085596 (RU). Способ термической обработки труб / А.И. Бриг-ман, А.И. Грехов, А.П. Медведев и др. Опубл. 17.05.96.

6. Пат. 2096495 (RU). Способ термической обработки труб / H.H. Прохоров, E.H. Галиченко, А.П. Медведев и др. Опубл. 15.12.96.

7. Медведев А.П., Тетюева Т.В., Астафьев В.И. и др. Разработка требований к качеству металла труб и технологических решений, обеспечивающих повышение коррозионной стойкости труб для нефтесборных систем Самотлорского месторождения Н Передовые методы и средства защиты трубопроводных систем от коррозии. Тез. докл. межотрасл. конф. - Москва, 1996. - С.13.

8. Трубы бесшовные горячедеформированные нефтегазопроводные повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости. Технические условия ТУ 14-162-14-96 / Давыдов В.Я., Галиченко E.H., Медведев А.П., Тетюева Т.В. (Держатель подлинника ОАО «Северный трубный завод»).

9. Пат. № 97118120 Сталь 08 X МЧА / Медведев А.П., Стародворский B.C., Клейнер МЛ. и др. Опубл. 11.11.97.

Ю.Пат. 2110588 (RU). Способ изготовления труб / Бодров Ю.В., Бриг-ман А.И., Медведев А.П. и др. Опубл. 12.03.97.

11.Свидетельство на показную модель 7174. Трубопровод для транспортировки жидких смесей с абразивными включениями / А.О. Малашен-ко, Ю.Ф. Углов, А.П. Медведев и др. Опубл. 24.06.97.

12.Пат. 2112049 (RU). Способ производства бесшовных труб из малоуглеродистой стали. / А.Ф. Шулежко, В.А. Шинилов, А.П. Медведев и др. Опубл. 12.03.97.

13.Пат.2112176 (RU). Трубное соединение. / JI.H. Баландин, А.И. Бриг-ман, А.П. Медведев и др. Опубл. 12.03.97.

14.Пат. 2112050 (RU). Способ термической обработки труб // А.И. Бриг-ман, А.И. Грехов, А.П. Медведев и др. Опубл. 12.03.97.

15.Пат. 2122045 (RU). Сталь / A.C. Дегай, А.Г. Григорьев, А.П. Медведев и др. Опубл. 23.10.97.

16.Медведев А.П. Увеличение сроков безаварийной эксплуатации внут-рипромысловых трубопроводных систем Западной Сибири // Безопасность труда в промышленности. -1997. - № 12. - С. 4-9.

17.Астафьев В.И., Медведев А.П., Тетюева Т.В. Разработка требований к качеству металла труб и технологических решений, обеспечивающих повышение их коррозионной стойкости для нефтесборных систем Са-мотлорского месторождения. - Самара: изд-во СамГУ, 1998.

18.Пат. 2142091 (RU). Труба комбинированная для изготовления трубопроводов транспортировки агрессивных сред. / И.И. Франтов, И.Г. Родионова, А.П. Медведев и др. Опубл. 06.03.98.

19.Пат. 2137010 (RU). Способ монтажа трубопроводов для транспортировки агрессивных сред / И.И. Франтов, И.Г. Родионова, А.П. Медведев и др. Опубл. 06.03.98.

20.Пат. 2155655 (RU). Способ сварки труб из сталей с антикоррозийным покрытием в трубопроводе / E.H. Галиченко, А.П. Медведев, H.H. Прохоров и др. Опубл. 09.09.98.

21.Макаров О.Д., Полит Р.В., Прохоров H.H., Медведев А.П. и др. Критерии оценки эксплутационных свойств трубных сталей промысловых нефтепроводов. - Нижневартовск: Изд-во «Приобье», 2001. - 96 с.

22.Гумеров А.Г., Гумеров P.C., Росляков A.B., Медведев А.П. Система обеспечения безопасности магистральных трубопроводов // Перспективы развития трубопроводного транспорта России. Матер, конф. в рамках, десятой международной специализированной выставки «Газ. Нефть - 2002». - Уфа, ИПТЭР, 2002. - С. - 3-12.

23.Гумеров А.Г., Медведев А.П., Фаритов А.Т. и др. Методы, средства и программное обеспечение для систем коррозионного мониторинга трубопроводов // Нефтяное хозяйство. 2002. - №10. - С. 130-138.

24.3айнуллин P.C., Вахитов А.Г., Тарабарин О.И., Медведев А.П. и др. Способы оценки ресурса конструкций при механохимической повреждаемости труб // Обеспечение работоспособности трубопроводов. Сб. науч. тр. - М: Недра, 2002. - С. 10-12.

25.3айнуллин P.C., Медведев А.П., Тарабарин О.И. Способ оценки тре-щиностойкости труб. // Обеспечение работоспособности трубопроводов. Сб. науч. тр.. - М: Недра, 2002. - С. 13.

26.Медведев А.П., Никитин Ю.Г., Макаров Ю.В. Кинетика развития коррозионных повреждений в трубах // Обеспечение работоспособности трубопроводов. Сб. науч. тр. - М: Недра, 2002. - С. 23-29.

27.3айнуллин P.C., Вахитов А.Г., Тарабарин О.И., Щепин Л.С., Медведев А.П. и др. Расчеты ресурса оборудования и трубопроводов с учетом фактора времени. - М: Недра, 2003. - 50 с.

28.3айнуллин P.C., Мокроусов С.Н., Вахитов А.Г., Щепин JI.C., Медведев А.П. и др. Определение максимального разрешенного давления трубопроводов с учетом дефектности металла: Методика. - М: Недра, 2003. - 68 с.

29.3айнуллин P.C., Мокроусов С.Н., Вахитов А.Г., Хажиев Р.Х., Медведев А.П. и др. Оценка остаточного ресурса конструктивных элементов трубопроводов по параметрам испытаний. Методические рекомендации - М: Недра, 2003. - 15 с.

ЗО.Медведев А.П., Гумеров А.Г., Фаритов А.Т. и др. Автоматизация систем коррозионного мониторинга и воздействия на коррозионную агрессивность нефтепромысловых сред // Мат. IV Конг. нефтегазопро-мышленников России. 20-23 мая 2003 г. - г. Уфа. - Уфа:, 2003. - С. 7073.

31.Брезицкий С.В., Гумеров А.Г., Медведев А.П. и др. Ретроспективный анализ состава и коррозионной активности сред Самотлорского месторождения // Нефтяное хозяйство. - 2003. - №6. - С. 96-100.

32.3айнуллин P.C., Надршин A.C., Медведев А.П. Расчеты ресурса элементов конструкций в условиях механохимической коррозии. // Безопасность сосудов и трубопроводов. Сб. науч. тр. - М: Недра, 2003. -С. 3-13.

33.Медведев А.П. Основные механизмы отказов нефтепромыслового оборудования Самотлорского месторождения. // Прикладная механика ме-ханохимического разрушения. - 2003. -№3. - С. - 5-6.

34.Медведев А.П. Проблемы обеспечения безопасности промысловых трубопроводов в многокомпонентных средах. // Прикладная механика механохимического разрушения - Уфа: МНТЦ «БЭСТС» - 2003. -№3. -С. 11-13.

35.Тарабарин О.И., Медведев А.П. Оценка изменения свойств металла после выполнения операций формоизмерения. // Прикладная механика механохимического разрушения - Уфа: МНТЦ «БЭСТС» - 2003. -№3. - С 14-17.

36.Медведев А.П. Оценка коррозионно-механических характеристик нефтепромысловых труб. // Прикладная механика механохимического разрушения - Уфа: МНТЦ «БЭСТС» - 2003. - №4. - С 9-11.

37.Медведев А.П. Влияние режимов термической обработки на характеристики работоспособности труб из стали 20. // Прикладная механика механохимического разрушения - Уфа: МНТЦ «БЭСТС» - 2003. - №4. -С 11-13.

38.Медведев А.П. Трубы с повышенными характеристиками сопротивления коррозионному и хрупкому разрушению // Прикладная механика механохимического разрушения - Уфа: МНТЦ «БЭСТС» - 2003. - №4. -С 14-15.

39.3айнуллин P.C., Медведев А.П., Кузнецов Д.Б. и др. Методические рекомендации по оценке остаточного ресурса трубопроводов по параметрам испытаний // Прикладная механика механохимического разрушения - Уфа: МНТЦ «БЭСТС» - 2003. - №4. - С. 21-26.

40.Медведев А.П., Никитин Ю.Г., Макаров Ю.В. Расчет ресурса цилиндрических элементов в условиях общей механохимической коррозии // Прикладная механика механохимического разрушения - Уфа: МНТЦ «БЭСТС» - 2003. - № 4. - С. 30-35.

41.Медведев А.П., Никитин Ю.Г., Макаров Ю.В. Основы расчета долговечности трубопроводов в условиях механохимической повреждаемости. Мат. IV Конгресса нефтегазопромышленников России. 21 мая 2003 г. - Уфа: РИО РУНМЦ МО РБ, 2004. - С. 71-77.

42.Медведев А.П., Макаров Ю.В., Велиев М.М. Оценка ресурса промысловых трубопроводов на основе диагностической информации // Материалы IV Конгресса нефтегазопромышленников России. 21 мая 2003г. - Уфа: РИО РУНМЦ МО РБ, 2004. - С. 109-110.

43.3айнуллин P.C., Гумеров А.Г., Вахитов А.Г., Медведев А.П. и др. Расчеты ресурса оборудования и трубопроводов с учетом механохимической коррозии и неоднородности. - М.: Недра, 2004. - 195 с.

44. Зайнуллин P.C., Мокроусов С.Н., Медведев А.П. и др. Определение безопасного срока эксплуатации действующих трубопроводов в условиях коррозионного износа. Методические рекомендации (МР ОБТ 3-03). - СПб.: Недра, 2004, - 12 с.

Фонд содействия развитию научных исследований. Подписано к печати 16- 06 2004 г. Бумага писчая. Заказ № 642 Тираж 120 экз. Ротапринт ГУП «ИПТЭР». 450055, г. Уфа, проспект Октября, 144/3.

25.00

РНБ Русский фонд

2006-4 16453

^ ш пи

Содержание диссертации, доктора технических наук, Медведев, Александр Павлович

Введение.

1 Проблемы обеспечения безопасности промысловых трубопроводов Западной Сибири.

1.1 Особенности состава и коррозионная активность рабочих сред Самотлорского месторождения.

1.2 Система коррозионного мониторинга для обеспечения безопасности эксплуатации промысловых трубопроводов.

1.3 Повышение работоспособности промысловых трубопроводов совершенствованием технологии производства труб.

1.4 Основные мероприятия по обеспечению безопасности промысловых трубопроводов.

Выводы по разделу.

2 Научные основы прогнозирования безопасности промысловых трубопроводов с учетом механического и коррозионного воздействия рабочих сред.

2.1 Основные механизмы отказов трубопроводов систем сбора нефти на Самотлорском месторождении.

2.2 Скорость механохимической повреждаемости в условиях хрупкого разрушения трубопроводов.

2.3 Обобщенное кинетическое уравнение механохимической повреждаемости в условиях хрупкого и вязкого разрушения.

2.4 Испытания образцов для оценки механохимической повреждаемости элементов трубопроводов.

Выводы по разделу

3 Исследование коррозионной долговечности конструктивных элементов трубопроводов в условиях хрупкого и вязкого разрушений.

3.1 Трубы под действием комбинированных нагрузок и коррозионных рабочих сред.

3.2 Прочность и долговечность заглушек, переходников, отводов и накладных элементов.

3.3 Оценка коррозионной долговечности конструктивных элементов промысловых трубопроводов в условиях вязкого разрушения.

Выводы по разделу

4 Обеспечение безопасности действующих промысловых трубопроводов регламентацией безопасного срока их эксплуатации.

4.1 Оценка степени опасности повреждений промысловых трубопроводов по коэффициентам снижения несущей способности.

4.2 Определение коэффициентов снижения долговечности конструктивных элементов промысловых трубопроводов с повреждениями в условиях одновременного механического и коррозионного воздействий.

4.3 Методические рекомендации по оценке степени опасности повреждений промысловых трубопроводов по коэффициентам снижения несущей способности и долговечности.

Выводы по разделу.

5 Обеспечение безопасности эксплуатации промышленных трубопроводов повышением трещиностойкости и коррозионной долговечности их конструктивных элементов при ремонте.

5.1 Критерии выбора режимов термической обработки конструктивных элементов при ремонте промысловых трубопроводов.

5.2 Разработка требований по применению при ремонте промысловых трубопроводов конструктивных элементов из сталей повышенной коррозионной трещиностойкости и коррозионной долговечности.

Выводы по разделу.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Комплексная система обеспечения безопасности промысловых трубопроводов Западной Сибири"

В нефтяной и газовой промышленности СНГ эксплуатируются 206 тыс. км магистральных газопроводов, 65 тыс. км магистральных нефтепроводов, более 6 тыс. км продуктопроводов и более 30 тыс. км промысловых трубопроводов различного назначения; 2/3 магистральных трубопроводов имеют возраст более 15 лет. На трубопроводном транспорте нефти и газа ежегодно происходит более 100 крупных аварий и, к сожалению, ожидается дальнейшее ухудшение ситуации.

Другую группу объектов, где аварийность, потери нефти и экологический ущерб особенно велики, составляют внутрипромысловые системы сбора нефти, газа и продуктопроводов, здесь ежегодно происходит около 75 тыс. аварий.

Старение и увеличение общей протяженности трубопроводов, усложнение природно-технических и социальных условий эксплуатации большинства техногенно-опасных объектов, таких как атомные и тепловые электростанции, химические и микробиологические производства, ракетно-космические комплексы," гидротехнические сооружения, все виды транспорта и т.д., требуют максимально возможного применения систем.

Своевременная диагностика и качественный ремонт являются основными направлениями обеспечения работоспособности и безопасности эксплуатации технических систем, в том числе оборудования и трубопроводов.

В результате диагностики технического состояния оборудования и трубопроводов устанавливаются параметры их фактического состояния:

1) уровень напряженности, дефектность и качество металла и сварных соединений;

2) стойкость и состояние изоляционных материалов;

3) наличие и состояние катодной защиты;

4) стабильность грунта и способность кольцевых стыков воспринимать горизонтальные перемещения грунта и др.

Указанные параметры и факторы дополняются сведениями о разрушениях и утесках, гидравлических (пневматических) испытаниях и др. Указанные данные являются исходными для принятия соответствующего решения (дальнейшая эксплуатация, соответствующий ремонт или реконструкция). Важным и своевременным является вопрос об установлении очередности ремонта того или иного дефекта или неисправности, что вызывает необходимость установления степени их опасности. Причем в зависимости от типа дефекта или неисправности могут быть использованы различные критерии степени их опасности. Например, для элементов с дефектами основного металла и сварных соединений в качестве критериев опасности дефектов могут быть использованы коэффициенты снижения прочности фр и долговечности (pt элементов с тем или иным дефектом, обнаруженном при диагностике. Очевидно, что фр < 1,0 и ф( < 1. Значение фр = (pt = 1,0 соответствует бездефектным трубам. Элементы с меньшими значениями фр и ф1 должны ремонтироваться раньше. При определенных значениях фр и ф( трубы могут эксплуатироваться без ремонта.

Необходимо отметить, что оценка значений фр и ф( представляет достаточно сложную задачу как в теоретическом, так и в экспериментальном отношениях. Это объясняется, прежде всего, сложностью определения напряженно-деформированного состояния в окрестности дефектов, имеющих различные размеры, конфигурацию, ориентации и местоположения и др. Большую роль при оценке фр и фс играют критерии наступления предельного состояния. При оценке прочности труб с дефектами необходимо применение локальных критериев разрушения.

Требуют совершенствования базовые кинетические уравнения для описания процессов накопления повреждений в металле труб при эксплуатации.

Проблеме оценки ресурса трубопроводов с учетом одновременного действия коррозии и механических напряжений посвящено достаточно большое количество опубликованных работ.

Большинство существующих расчетных методов оценки ресурса элементов конструкций в условиях коррозионного действия рабочих сред базируются на экспериментальных кривых коррозионно-механической прочности металла в координатах «приложенное напряжение - время до разрушения», которые аппроксимируются соответствующими аналитическими функциями. По кривым коррозионно - механической прочности устанавливают величину допускаемого напряжения, не вызывающего разрушения в назначенный срок службы элемента. Этот подход практикуется в расчете трубопроводов, работающих в средах, вызывающих коррозионное растрескивание. В условиях общей коррозии по заданному сроку эксплуатации трубопровода [t] и скорости коррозии Vo устанавливается определенный запас на толщину стенки труб А8 (AS = 8ср - 8пр, где Sep и бщ, - фактическая и предельная толщина стенки): Д8ср = u0 [tj. Может решаться и обратная задача. По установленным значениям и0 и А8 определяется ресурс трубопровода: tp = AS/uo- Обычно, на практике величина и0 устанавливается стандартными методами в заданной рабочей среде ненапряженного металла.

Известно влияние механических напряжений на коррозионную стойкость металлов. Однако в существующих методах расчета на прочность трубопроводов этот фактор учитывается лишь при выборе материала. При этом запас на коррозионный износ устанавливается преимущественно по коррозионной стойкости ненапряженного металла. Одна из причин этого - отсутствие надежной расчетной зависимости между величиной действующего напряжения и скоростью коррозии, особенно в условиях, когда металл испытывает плоское и объемное напряженное состояние, характерное для работы трубопроводов. С другой стороны, коррозионное воздействие на металл способствует возрастанию степени напряженности стенок труб и дальнейшему интенсифицированию коррозионных процессов (подобно автокаталитическому процессу), что приводит к резкой потере ресурса трубопроводов. Особенно этот факт характерен для работы нефтегазопромысловых объектов.

Анализ условий эксплуатации и работоспособности нефтегазопромы-словых трубопроводов ставит задачу расчета их геометрических и эксплуатационных параметров на основе учета кинетики механохимической повреждаемости.

Путем выбора соответствующих марок сталей и термической обработки при определенных ограничениях уровня действующих напряжений удается избежать коррозионного (сульфидного) растрескивания труб, но при этом сохраняется общее коррозионное воздействие агрессивных сред, вызывающих более или менее равномерный коррозионный износ стенок труб. Теоретически обоснованное назначение запаса на коррозионный износ в одних случаях позволяет повысить ресурс трубопровода, в других - уменьшить их металлоемкость.

В последнее время получили развитие расчетные методы оценки ресурса труб, базирующиеся на учете влияния механических напряжений и деформаций на коррозию металла. Однако, в виду сложности этих методов они не получили широкого применения в расчетной практике. Кроме того, существующие методы расчета ресурса труб относятся, в основном, к случаям их общей (равномерной) коррозии.

Базируясь на известных закономерностях металлохимии металлов и механики твердого деформируемого тела, в работе предложено и обосновано одностириметрическое кинетическое уравнение механохимической повреждаемости металлов, связывающее степень изменения геометрических параметров конструктивных элементов в линейной зависимости с их обобщенными инвариантными характеристиками поврежденного и деформированного состояния на всех этапах упругого и упругопластического деформирования.

На основе выполненного анализа кинетики механохимической повреждаемости базовых элементов трубопроводов показаны аналитические зависимости для определения долговечности и ресурса трубопроводов в условиях длительного и статического нагружения на всех этапах деформирования, включая стадию спонтанного неконтролируемого разрушения.

Даны практические рекомендации по расчетной оценке безопасности срока эксплуатации конкретных трубопроводов, согласованные компетентными институтами и органами Госгортехнадзора России.

Личный вклад автора

Постановка задач данного исследования, формулировка и разработка всех положений, определяющих научную новизну и практическую значимость работы, руководство всеми этапами исследования, участие в их проведении, публикации и внедрении полученных результатов. Часть экспериментальных и расчетных результатов базы данных по отказам оборудования получены при участии сотрудников Государственного унитарного предприятия «Институт проблем транспорта энергоресурсов».

Заключение Диссертация по теме "Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ", Медведев, Александр Павлович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ

2. На основе выполненного анализа кинетики механохимической повреждаемости разработаны методы расчетного определения ресурса конструктивных элементов в условиях хрупкого и вязкого разрушения конструктивных элементов (труб, отводов, переходников, накладных элементов, тройников, заглушек и др.) с учетом особенностей упрочнения и анизотропии металла. Доказано, что ресурс характерных конструктивных элементов поддается регулированию варьированием исходных характеристик рабочей среды, прочности и напряженности металла, их формы и размеров. При этом наиболее интенсивному коррозионному износу подвержены такие участки конструктивных элементов, в которых возникают более жесткие напряженные состояния.

3. Базируясь на предложенных кинетических уравнениях локализованной механохимической повреждаемости и выполненном анализе взаимосвязанных процессов изменеия напряженного состояния и коррозии, получены аналитические зависимости, обосновывающие закономерности ресурса конструктивных элементов от геометрических и механических параметров различных исходных повреждений в металле.

Предложены и обоснованы расчетные методы определения коэффициентов снижения ресурса конструктивных элементов с наиболее характерными коррозионными повреждениями в зависимости от их геометрической формы и размеров, степени остроты их вершины и охрупченности металла. Даны формулы для оценки полной диаграммы трещиностойкости элементов.

4. На основании проведенного комплекса теоретических и экспериментальных исследований взаимосвязи характеристик ресурса, состава трубной стали и режимов термообработки разработаны требования к изготовлению конструктивных элементов для ремонта промысловых трубопроводов их наиболее потенциально опасных участков.

Проведены промысловые исследования, подтвердившие целесообразность предложенных технических решений (соответствующие акты испытаний и приемки прилагаются).

5. Разработаны и согласованы Госгортехнадзором России методика и три методических рекомендации по определению безопасного срока эксплуатации трубопроводов.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Медведев, Александр Павлович, Уфа

1. Ажогин Ф.Ф. Коррозионное растрескивание и защита высокопрочных сталей. М.: Металлургия, 1974.

2. Артамошкин С.В., Астафьев В.И., Тетюева Т.М. Влияние микроструктуры и неметаллических включений на склонность низколегированных сталей к сульфидному разрушению под напряжением // Физико-химическая механика материалов. 1991. - Т.27. - № 6. - С. 60-66.

3. Астафьев В.И., Рагузин Д.Ю., Тетюева Т.В., Шмелев П.С. Оценка склонности сталей к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением // Заводская лаборатория. 1994. - № 1. - С. 37-40.

4. Агапкин В.М., Борисов С.Н., Кривошеий Б.Л. Справочное пособие по расчетам трубопроводов. М.: Недра, 1987. - 102 с.

5. Абдуллин И.Г., Гареев А.Г, Мостовой А.В. Коррозионно-механическая стойкость нефтегазопроводных систем (Диагностика и прогнозирование долговечности) Уфа: Гилем, 1997. - 220 с.

6. Абдуллин И.Г., Гареев А.Г., Худяков М.А. Анализ стадий зарождения и развития малоцикловой коррозионной усталости металла магистральных нефтепроводов // Трубопроводный транспорт нефти. 1999. - № 6. - С. 31-34.

7. Анучкин М.П., Горицкий В.Н., Мирошниченко П.Н. Трубы для магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1986. - 231 с.

8. Атомистика разрушения / под ред. А.Ю. Ишлинского. М.: Мир, 1987.-248 с.

9. Бакиев А.В., Притула В.В., Надршин А.С., Покровская Н.В., Мус-тафин У.М. Концепция обеспечения надежности городских подземных газопроводов в коррозионных условиях эксплуатации // Наукоемкие технологии в машиностроении Уфа: Гилем, 2000. - С. 178-184.

10. Бабин JI.A., Быков Л.И., Волохов В.Я. Типовые расчеты по сооружению трубопроводов. М.: Недра, 1979. - 176 с.

11. Биргер И.А, Шорр Б.Ф, Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. М.: Машиностроение, 1993. - 640 с.

12. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1990.-448 с.

13. Бородавкин П.П. Подземные магистральные трубопроводы. М.: Недра, 1982.-324 с.

14. Бернштейн М.А., Займовский В.А. Механические свойства металлов. М.: Металлургия, 1979. - С. 314-325.

15. Броек Д. Основа механики разрушения. М.: Высшая школа, 1980. -368 с.

16. Бэкмен В., Швенк В. Катодная защита от коррозии. М.: Металлургия, 1984.-496 с.

17. Белоглазов С.М. Наводораживание стали при электрохимических процессах. JL: Изд-во ЛГУ, 1975. - 412 с.

18. Бабич В.К., Гуль Ю.П., Долженков И.Е. Деформационное старение сталей. М.: Металлургия, 1972. - 320 с.

19. Браун У., Строулли Дж. Испытания высокопрочных металлов на вязкость разрушения при плоской деформации. -М.: Мир, 1972. 246 с.

20. Василенко И.И., Мелехов Р.К. Коррозионное растрескивание сталей. Киев: Наукова Думка, 1977.

21. Волгина Н.И., Насибов А.Г. и др. Оценка трещиностойкости углеродистых и низколегированных конструкционных сталей в условиях наводо-раживания // МиТОМ. 1997. - № 5. - С. 14-19.

22. ВСН 154-83. Инструкция по технологии сварки, термической обработке и контролю стыков трубопроводов сероводородсодержащего нефтяного месторождения Жанажол. М.: ВНИИСТ, 1983. - 47 с.

23. Васютин А.Н. Критерий упругопластического разрушения применительно к коротким трещинам // Заводская лаборатория. 1985. - № 4. -С. 71-73.

24. Василенко И.И., Мелихов Р.К. Коррозионное растрескивание сталей. Киев: Наукова Думка, 1977. - 197 с.

25. Волновые процессы и перенапряжения в подземных линиях / В.М. Костенко, Н.И. Гумерова, А.Н. Данилин и др. Л.: Энергоатомиздат, 1991.-232 с.

26. ВСН 066-89. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Сварка. -М.: Миннефтегазстрой, 1989.

27. Вайсберг П.М., Канайкин В.А. Комплексная система диагностики и технической инспекции газопроводов России // Безопасность трубопроводов Тез. докл. Междунар. конф. Москва, 1995. - С. 12-24.

28. Винокуров В.А. Сварочные деформации и напряжения. Методы их устранения. М.: Машиностроение, 1968. - 236 с.

29. Винокуров В.А. Использование положений механики разрушения для оценки свойств сварных соединений // Сварочное производство. 1977. -№5.-С. 2-4.

30. Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов. М.: Металлургия, 1984. - 280 с.

31. Гафаров Н.А., Гочаров А.А. и др. Коррозионные среды Оренбургского ГМК и их влияние на состояние металлоконструкций // Химическое и нефтяное машиностроение. 1996. - № 6. - с. 59-62.

32. Гольденблат И.И., Бажанов В.Л., Копнов В.А. Критерии прочности и пластичности конструкционных материалов. М.: Машиностроение, 1968. - 248 с.

33. Гладштейн JI.И., Литвиенко Д.А. Высокопрочная строительная сталь. М.: Металлургия, 1972. - 240 с.

34. Гладштейн Л.И. Влияние величины зерна на сопротивление пластическому деформированию и нахладностойкость строительной стали // Прочность металлов и сварных конструкций. Якутск, 1974. - С. 178-190.

35. Гиренко B.C., Дядин В.П. Зависимости между ударной вязкостью и критериями механики разрушения конструкционных сталей и их сварных соединений // Автоматическая сварка. 1985. - № 9. - С. 13-20.

36. Гусенко А.П. Прочность при изотермическом нагружении. М.: Наука, 1979. - 295 с.

37. ГОСТ 10785-80. Трубы электросварные. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1981. - 30 с.

38. ГОСТ 1497-84 / СТ СЭВ 471-77. Металлы. Методы испытаний на растяжение. М.: Изд-во стандартов, 1985. - 17 с.

39. ГОСТ 10006-80 /СТ 476277. Трубы металлические. Методы испытаний на растяжение. М.: Изд-во стандартов, 1981. - 31 с.

40. ГОСТ 6996-66. Сварные соединения. Методы определения механических свойств. М.: Изд-во стандартов, 1978. - 29 с.

41. ГОСТ 9454-78 /62 СЭВ 472-77. Металлы. Методы испытания на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенной температурах. -М.: Изд-во стандартов, 1980.-41 с.

42. ГОСТ 14782-86. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые. М.: Изд-во стандартов. 1987. - 12 с.

43. ГОСТ 7512-82. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод. М.: Изд-во стандартов, 1983. - 14 с.

44. ГОСТ 23855-78. Контроль неразрушающий. Сварка металлов плавлением. Классификация сварных соединений по результатам радиографического контроля. М.: Изд-во стандартов, 1985. - 8 с.

45. ГОСТ 25-506-85. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. М.: Изд-во стандартов, 1985.-61 с.

46. ГОСТ 20911-75. Техническая диагностика. Основные термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1978. - 14 с.

47. ГОСТ 25.504-82. Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристики сопротивления усталости. М.: Изд-во стандартов, 1982. -80 с.

48. ГОСТ 2095-85. Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов. М.: Изд-во стандартов, 1986. - 27 с.

49. Горицкий В.М., Терентьев В.Ф. Структура и усталостное разрушение. М.: Металлургия, 1980. - С. 19-57.

50. Гниденко Б.В., Хингин Ф.Я. Элементарное введение в теорию вероятностей. М.: Наука, 1982. - 157 с.

51. Габдюшев Р.И., Галяутдинов А.Б. и др. Обеспечение промышленной безопасности эксплуатируемых систем магистрального транспорта // Безопасность труда в промышленности. 2000. - № 6. - С. 9-10.

52. Глазков В.И., Стрижевский ИВ. и др. Защита металлических сооружений от подземной коррозии. М.: Недра, 1981. - 296 с.

53. Гордюхин А.И. Газовые сети и установки. М.: Стандарт, 1978. -С. 72-98.

54. Гутман Э.М. Механохимия металлов и защита от коррозии. М.: Металлургия, 1981.-271 с.

55. Гутман Э.М., Зайнуллин Р.С. Определение прибавки к толщине стенок сосудов и трубопроводов на коррозионный износ // Химическое и нефтяное машиностроение 1983. - № 11. - С. 38-40.

56. Гутман Э.М., Зайнуллин Р.С. Оценка скорости коррозии нагруженных элементов трубопроводов и сосудов давления // Физико-химическая механика материалов. 1984. - № 4. - С. 95-97.

57. Гутман Э.М., Зайнуллин Р.С., Зарипов Р.А. Кинетика механохими-ческого разрушения и долговечность растянутых конструктивных элементов при упруго-пластических деформациях // Физико-химическая механика материалов. 1984. - № 2. - С. 14-17.

58. Гутман Э.М., Зайнуллин Р.С. К методике длительных коррозионно-механических испытаний металла газопромысловых труб // Заводская лаборатория. 1987. - № 4. - С. 63-65.

59. Гутман Э.М., Зайнуллин Р.С., Шаталов А.Г., Зарипов Р.А. Прочность газопромысловых труб в условиях коррозионного износа. М.: Недра, 1984. - 75 с.

60. Гумеров К.М. Обеспечение безопасности длительно эксплуатируемых нефтепроводов регламентацией периодичности диагностики и совершенствованием технологии их ремонта: Автореф. д-ра техн. наук. Уфа, 2001.-49 с.

61. Гумеров К.М., Надршин А.С., Сабиров У.Н. Оценка циклической долговечности труб с дефектами // Вопросы безопасности эксплуатации сосудов и трубопроводов системы газо- и водоснабжения. Уфа: УГНТУ, 1995. - С. 32-52.

62. Гумеров А.Г., Зайнуллин Р.С., Ямалеев К.М. и др. Старение труб нефтепроводов. М.: Недра, 1995. - 218 с.

63. Гумеров А.Г., Зайнуллин Р.С., Гумеров Р.С. и др. Восстановление работоспособности труб нефтепроводов. Уфа: Башк. кн. изд-во, 1992 - 236с.

64. Гумеров А.Г., Зайнуллин Р.С. Безопасность нефтепроводов. М.: Недра, 2000. - 308 с.

65. Дорофеев А.Г., Лившиц Л.С., Медведева М.Л. Обработка стали для защиты от сульфидного растрескивания // Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. 1977. - № 10. - С. 25-26.

66. Дьяченко С.С. Образование аустенита в железоуглеродистых сплавах. М.: Металлургия, 1982. - 171 с.

67. Дьяченко С.С. Влияние особенностей строения исходной структуры на фазовые превращения и свойства стали при термической обработке / МиТОМ. 1987. - № 10. - С. 2-4.

68. Долинский В.М. Изгиб тонких пластин, подверженных коррозионному износу // Динамика и прочность машин. Харьков, 1975. - Вып. 21 -С. 16-19.

69. Дорофеев А.Г., Медведева М.Л., Лившиц Л.С., Зубкова Л.Ф. Исследование влияния механических свойств стали на ее стойкость сульфидному растрескиванию // Коррозия и защита в нефтяной и газовой промышленности. 1983. - № 5. - С. 2-3.

70. Достижения науки о коррозии и технологии защиты от нее. Коррозионное растрескивание металлов // Под ред. М. Фонтана, Р. Стейла; Пер. с англ./ Под ред. B.C. Синявского. М.: Металлургия, 1985. - 488 с.

71. Доклад о фактической надежности действующих магистральных нефтепроводов Главтранснефти (по результатам анализа 1985 г.), Уфа, ВНИИСПТнефть 1986. - 108 е., ил.

72. Егоров Е.А., Фоменко Д.С., Лайков О.Н. Влияние напряжений на коррозию нефтяных резервуаров // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. 1985. - № 5. - С. 9-13.

73. Золотаревский B.C. Механические свойства металлов. Изд. 2-е изд.- М.: Металлургия, 1983. - 350 с.

74. Зайцев К.И. Межотраслевой семинар «Старение трубопроводов, технология, техника их диагностики и ремонта» // Трубопроводный транспорт нефти. 1996. -№11.- 15-18 с.

75. Зорин Е.Е. Некоторые направления развития методов и средств диагностики конструкций в процессе эксплуатации // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. 1995. - № 3. - С. 27-30.

76. Зайнуллин Р.С., Шарафиев Р.Г., Надршин А.С. и др. Методика оценки ресурса оборудования по параметрам испытаний и эксплуатации. -М.: Металлургия, 1996. 110 с.

77. Зайнуллин Р.С., Ермолаев В.Н., Надршин А.С. и др. Методика расчетной оценки ресурса элементов оборудования объектов котлонадзора. М.: МИБСТС, 1996.-21 с.

78. Зайнуллин Р.С., Чабуркин В.Ф., Надршин А.С. и др. Методика контроля и оценки пригодности труб, бывших в эксплуатации. М.: Металлургия, 1996. - 112 с.

79. Зайнуллин Р.С., Гумеров Р.С., Вахитов А.Г. и др. Методика (руководящий документ) оценки качества демонтированных труб, тройников, отводов и переходников Уфа: МНТЦ «БЭСТС», 1997. - 44 с.

80. Зайнуллин Р.С. Механика катастроф. Обеспечение работоспособности оборудования в условиях механохимической повреждаемости. Уфа; МНТЦ «БЭСТС», 1997. - 426 с.

81. Зайнуллин Р.С. Гумеров А.Г. Повышение ресурса нефтепроводов. М.: Недра, 2002. - 493 с.

82. Зайнуллин Р.С., Мокроусов С.Н., Медведев А.П. и др. Методика. Определение максимального разрешенного давления трубопроводов с учетом дефектности металла. -М.: Недра, 2003. -54 с.

83. Иванова B.C., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов. М.:1. Металлургия, 1975. 456 с.

84. Исследование коррозии металлов под напряжением / Под ред. Чл.-кор. АН СССР Г.В. Акимова. М.: Гос. научно-техн. изд-во машиностроит. литературы, 1953.-257 е.; ил.

85. Иванова B.C. Механика и синергетика усталостного разрушения // Физико-химическая механика материалов. 1986. - № 1. - С. 62-68.

86. Испытания сталей и сварных соединений в наводороживающих средах / Стеклов О.И., Бодрихин Н.Г., Кушнаренко В.М. и др. М.: Металлургия, 1992.-143 с.

87. Иванов О.М., Болотов А.С. О требованиях к вязкости разрушения металла труб для магистральных нефтепродуктопроводов // Проблемы прочности. 1983. - № 5. - С. 49-52.

88. Иванцов О.М. Надежность строительных конструкций магистральных нефтепродуктопроводов. М.: Недра, 1985. - 231 с.

89. Иванцов О.М., Харитонов В.И. Надежность магистральных нефтепродуктопроводов. -М.: Недра, 1987. 195 с.

90. Ито Ю., Мураками Ю., Хасэбэ Н. и др. Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений. М.: Мир, 1989 -Т. 1-2.

91. Карпенко Г.В., Василенко И.И. Коррозионное растяжение сталей. -Киев.: Техника, 1971.

92. Крестовников А.А. и др. Справочник по расчетам равновесных металлургических реакций. М.: Металлургия, 1963.

93. Кузнецов В.П. Механизм углекислой коррозии газопромыслового оборудования // Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. 1976. - № П. - С. 6-10.

94. Кузнецов В.П. Некоторые особенности углекислотной коррозии оборудования газоконденсатных и газовых скважин в жесткой пластовой воде // Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. 1979. - № 1. -с. 19-24.

95. Когаев В.П., Махутов Н.А., Гусенко А.П. Расчеты деталей машини конструкций на прочность и долговечность. — М.: Машиностроение. 1985. -224 с.

96. Коцаньда С. Усталостное растрескивание металлов / Пер. с польск.- М.: Металлургия, 1990. 621 с.

97. Кудряшов В.Г., Смоленцов В.И. Вязкость разрушения алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1976. - 296 с.

98. Коттрелл А.Х. Дислокация и пластическое течение в кристаллах. -М.: Металлургиздат, 1958. 273 с.

99. Красовский А .Я. Хрупкость металлов при низких температурах. -Киев: Наукова Думка, 1980. 338 с.

100. Кузеев И.Р., Куликов Д.В. и др. Физическая природа разрушения.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 1997. 168 с.

101. Коффин Л.Ф. О закономерностях малоцикловой усталости / ВЦП.- № Ц-16265 «а». Пер. статьи из журн. «Journal of Materials». - 1971. -,Т. 6. №2. -С. 388-402.

102. Когаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях переменных во времени. М.: Машиностроение, 1977. - 232 с.

103. Коцаньда С. Усталостное разрушение металлов. М.: Металлургия, 1976.-456 с.

104. Куркин С.А. Прочность сварных тонкостенных сосудов, работающих под давлением. М.: Машиностроение, 1976. — 184 с.

105. Качанов Л.М. Основы механики разрушения. М.: Наука, 1974.311 с.

106. Кудряшов В.Г., Смоленцев В.И. Вязкость разрушения алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1976. - 296 с.

107. Колмогоров В.Л., Богатов А.А., Мигачев Б.А. и др. Пластичность и разрушение. М.: Металлургия, 1977. - 336 с.

108. Лубенский С.А. Водородопроницаемость и характер коррозионного процесса // Защита от коррозии и охрана окружающей среды. 1993. -№ 1. С. 1-5.

109. Ланчаков Г. А. Степаненко А.И., Недосека А .Я., Яременко М.А. Диагностика технического состояния трубопроводов и сосудов под давлением методом акустической эмиссии // Техническая диагностика и неразру-шающий контроль. 1995. - № 3. - С. 23-26.

110. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. 3-е. изд. М.: Металлургия, 1984. - 359 с.

111. Лебедев А.А., Чаусов Н.Г. К оценке трещиностойкости пластических материалов // Проблема прочности. 1982. - № 2. - с. 11-13.

112. Лютцау В.Г. Современные представления о структурном механизме деформационного старения и его роли в развитии малоцикловой усталости // Структурные факторы малоциклового разрушения. М.: Наука, 1977. -С. 5-19.

113. Москвитин В.В. Циклическое нагружение элементов конструкций. -М.: Наука, 1961.-344 с.

114. Махутов Н.А. Сопротивление элементов конструкции хрупкому разрушению. М.: Машиностроение, 1973. - 201 с.

115. Махутов Н.А. Деформационные критерии разрушения. М.: Машиностроение, 1981. - 272 с.

116. Механика катастроф. Определение оптимального ресурса нефте-проводных труб. М.: МИБ СТС, 1996. - 126 с.

117. Мешков Ю.Я. Физические основы разрушения стальных конструкций. Киев: Наукова Думка, 1981. - 238 с.

118. Мешков Ю.Я., Пархоменко Г.А. Структура металла и хрупкость стальных изделий. Киев: Наукова Думка, 1985. - С. 89-120.

119. Макрочев В.М. К вопросу расчета на прочность при наличии трещины // Физика и механика деформации и разрушения. 1979. - № 7. - С. 6775.

120. Малов Е.А., Карнаух Н.Н., Котельников B.C. и др. Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, подконтрольных Госгортехнадзору России // Безопасность в промышленности. 1996. - № 3. - С. 45-51.

121. Методика определения опасности дефектов труб по данным обследования внутритрубными профилемерами.- М.: АК «Транснефть», 1994. -20 с.

122. Механические свойства конструкционных материалов при низких температурах / Сб. научн. трудов: Пер. с англ. / Под ред. Фридляндера М.Н. / М.: Металлургия, 1983. 432 с.

123. Механика разрушения и прочность материалов. Справочное пособие. Киев.: Наукова Думка, 1988. - Т. 2.- 619 с.

124. Миланчев B.C. Методы расчета ресурса эксплуатации сварной нефтеаппаратуры // Эксплуатация, модернизация и ремонт оборудования.- 1983.-№2.- С. 7-13.

125. Муханов К.К., Ларионов В.В., Ханухов Х.М. Методы оценки несущей способности сварных стальных конструкций при малоцикловом на-гружении // Расчеты на прочность. М.: Машиностроение, 1976. - Вып. 17. — С. 259-284.

126. Микляев П.Г., Нешпор Г.С., Кудряшов В.Г. Кинетика разрушения.- М.: Машиностроение, 1979. 279 с.

127. Методика определения опасности повреждений стенки труб магистральных нефтепроводов по данным обследования внутритрубными дефектоскопами. М.: АК «Транснефть», 1994. - 32 с.

128. Методика определения остаточного ресурса трубопроводов с дефектами, определяемыми внутритрубными инспекционными снарядами. -М.: АК «Транснефть», 1994. 36 с.

129. Мочернюк Н.П., Красневский С.М., Лазаревич Г.И. и др. Влияние времени эксплуатации МГ и рабочего давления газа на физико-механические характеристики трубной стали 19Г // Газовая промышленность. 1991. - № 3.- С. 34-36.

130. Методика оценки работоспособности труб линейной части нефтепроводов на основе диагностической информации. РД 39-00147105-001-91. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1992. 120 с.

131. Методика по выбору параметров труб и поверочного расчета линейной части магистральных нефтепроводов. РД 39-00147103-361-86. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1987. - 38 с.

132. Морозов Е.М. Техническая механика разрушения. Уфа.: МНТЦ «БЭСТС», 1997.-429 с.

133. Мэнсон С. Температурные напряжения и малоцикловая усталость. М.: Машиностроение, 1974. - 344 с.

134. Методика проведения акустико-эмиссионой диагностики и контроля состояния материала в изделиях и технических конструкциях. М.: ДИЭКС, 1994. - 15 с.

135. Механика разрушения и прочность материалов. Справочное пособие. Киев: Наукова Думка, 1988. - Т. 2. - 619 с.

136. Маннапов Р.Г., Воликова И.Г. Оценка погрешности результатов коррозионных испытаний образцов // Химическое и нефтяное машиностроение. 1994. - № 1. - С. 27-30.

137. Маркин А.Н., Легезин Н.Е. Исследование углекислотной коррозии стали в условиях осаждения солей // Защита металлов. 1993. - Т.29. - № 3. С. 452-459.

138. Маркин А.Н., Медведев А.П., Сизая Г.К. Опыт ингибиторной защиты системы нефтесбора НГДУ «Белозернефть» // Нефтяное хозяйство. -1992.- №7.-С. 23-24.

139. Медведев А.П., Маркин А.Н. Об усиленной коррозии трубопроводов систем сбора нефти НГДУ «Белозернефть» // Нефтяное хозяйство. -1995.- № 11.- С. 23-24.

140. Медведев А.П. Увеличение сроков безаварийной эксплуатации внутрипромысловых трубопроводных систем Западной Сибири // Безопасность труда в промышленности. 1997. - № 12. - С. 4-9.

141. Медведев А.П. Основные механизмы отказов нефтепромыслового оборудования Самотлорского месторождения // Механика механического разрушения. № 3. - 2003. - С. 5-6.

142. Медведев А.П. Проблемы обеспечения безопасности промысловых трубопроводов в многослойных средах // Механика механического разрушения. 2003.- № 3. - с. 11-13.

143. Медведев А.П., Никитин Ю.Г., Макаров Ю.В. Кинетика развития коррозионных повреждений в трубопроводах / Обеспечение работоспособности трубопроводов. М.: Недра, 2002. - С. 23-29.

144. Медведев А.П., Гумеров А.Г., Фаритов А.Т. Автоматизация систем коррозионного мониторинга и воздействия на коррозионную агрессивность нефтепродуктопромысловых сред // IV Конгресс нефтегазопромышленников России: Тез. Докл. Уфа, 2003. - С. 70-73.

145. Медведев А.П., Никитин Ю.Г., Макаров Ю.В. Расчет ресурса цилиндрических элементов в условиях общей механохимической коррозии // Механика механохимического разрушения, 2003. - № 4. - С. 30-35.

146. Медведев А.П., Никитин Ю.Г., Макаров Ю.В. Основы расчета долговечности трубопроводов в условиях механохимической повреждаемости // IV Конгресс нефтегазопромышленников России: Тез. Докл. Уфа, -2003.-С. 71-77.

147. Медведев А.П., Никитин Ю.Г., Велиев М.М. Оценка расчета промысловых трубопроводов на основе рассчитываемой информации // IV Конгресс нефтегазопромышленников России: Тез. Докл. Уфа, 2003. - С. 109110.

148. Медведев А.П. Оценка коррозионно-механических характеристикнефтепромысловых труб // Механика механохимического разрушения. -2003.- № 4-С. 9-11.

149. Медведев А.П. Влияние ремонтов технической обработки на характеристики работоспособности труб их стали 20. // Механика механохимического разрушения. 2003. - № 4. - С. 11-13.

150. Медведев А.П. Трубы с повышенными характеристика сопротивления коррозионному и хрупкому разрушению // Механика механохимического разрушения. 2003. - № 4.- С. 14-15.

151. Обеспечение работоспособности сосудов и трубопроводов / Под ред. проф. Р.С. Зайнуллина. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1991. - 44 с.

152. Овчаренко Ю.Д. V-образные вырезки в линейной механике разрушения. М.: Деп. в ВИНИТИ, 1977. - № 4359-77. - 16 с.

153. Окерблом И., Демянцевич В.П., Байкова И.П. Проектирование технологий изготовления сварных конструкций. Л.: Судпромгиз, 1963 - 602 с.

154. Пластичность и разрушение / Под ред. В.Л. Колмогорова М.: Металлургия, 1977. - 336 с.

155. Попов Ю.В. Единая нормативно-техническая база по диагностированию и прогнозированию ресурса оборудования // Безопасность в промышленности. 1996. - № 6. - С. 14-18.

156. Поведение стали при циклических нагрузках / Под ред. проф. В. Даля. М.: Металлургия, 1983. - 568 с.

157. Правила капитального ремонта магистральных нефтепродуктопроводов 0 100-720 мм без остановки перекачки. Уфа: ИПТЭР, 1991.182 с.

158. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. М.: ПИО ОБТ, 1996. - 232 с.

159. Правила и нормы в атомной энергетике. М.: Энергоатомиздат, 1989.-514 с.

160. Панасюк В. В. Предельное равновесие хрупких тел с трещинами. -Киев: Наукова Думка, 1968. 246 с.

161. Павлов В.А. Физические основы холодной деформации ОЦК металлов. М.: Наука, 1978. - 206 с.

162. Притула В.А. Катодная защита от коррозии. М.: Госэнергоиздат, 1962.-255 с.

163. Притула В.В. Механизм и кинетика стресс-коррозии подземных газопроводов. М.: ИРЦ Газпром, 1997. - 57 с.

164. Панасюк Н.В, Лавренко Н.А, Талалай Г.П., Тоцкая О.С. Влияние режимов термообработки на стойкость труб нефтяного сортамента к сероводородному растрескиванию // Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. 1979. - № 6. - С. 18-19.

165. Пат. 97118120. Сталь 08ХМЧА / Медведев А.П., Стародвор-ский B.C., Клейнер М.Я. и др. Опуб. 11.11.97.

166. Петров Л.Н. Коррозия под напряжением. Киев: Вища школа, 1986.-210 с.

167. Полянский Р.П., Пастернак В.И. Трубы нефтяной и газовой промышленности за рубежом. М.: Металлургия, 1979. - 214 с.

168. Петерсон Р. Коэффициенты концентрации напряжений. М.: Мир, 1997.-302 с.

169. Порядок разработки декларации безопасности промышленного объекта Российской Федерации. М.: Госгортехнадзор РФ, 1996. - 22 с.

170. Правила и нормы в атомной энергетике. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 524 с.

171. Ризванов Р.Г., Зайнуллин Р.С., Вахитов А.Г. Оценка напряженного состояния цилиндрических корпусов, аппаратов и труб с угловатостью в продольном шве // Заводская лаборатория. 1997. - № 5. - С. 31-37.

172. РД 0385-95. Правила сертификации поднадзорной продукции для потенциально опасных промышленных производств, объектов и работ. М.: Госгортехнадзор России, 1995. - 8 с.

173. РД 39-014103-334-86. Инструкция по отбраковке труб при капитальном ремонте нефтепроводов. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1986. - 9 с.

174. РД 50-345-82. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при циклическом нагружении. М.: Изд-во стандартов, 1986. - 95 с.

175. РД 39-0147103-387-87. Методика определения трещиностойкости материала труб нефтепроводов. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1987. - 43 с.

176. СНиП Ш-42-80. Правила производства и приемки работ. Магистральные трубопроводы. М.: Стройиздат, 1981.-61 с.

177. РД 39-0147103-361-86. Методика по выбору параметров труб и проверочного расчета линейной части магистральных нефтепроводов на мАлоцикловую прчность. Уфа: ВНИСПТнефть, 1987. - 43 с.

178. Романов О.Н., Никифорчин Г.Н. Механика коррозионного разрушения конструкционных сплавов. М.: Металлургия, 1986. - 294 с.

179. Романов О.Н. Вязкость разрушения конструкционных сталей. М.: Металлургия, 1989. - 176 с.

180. РД 50-5551-85. Методические указания. Расчеты и испытания на прочность. Расчетно-экспериментальные методы оценки сопротивления усталости сварных соединений. -М.: Изд-во стандартов, 1986.-52 с. (Гос. стандарты СССР).

181. Саакиян J1.C., Ефремов А.П. Защита нефтепромыслового оборудования от коррозии. М.: Недра, 1982. - С. 4-35.

182. Стеклов О.И. Прочность сварных конструкций в агрессивных средах. М.: Машиностроение, 1976. - 200 с.

183. Сурков Ю.П. и др. Анализ причин разрушения и механизмов повреждения магистрального газопровода из стали 17ГС // Физико-химическая механика материалов. -1989. № 5. - С. 21-25.

184. СНиП 2.05.06-85. Магистральные трубопроводы. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. - 53 с.

185. Садовский В. Д. Структурная наследственность в стали. М.: Металлургия, 1973. - 132 с.

186. Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович P.M. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность. М.: Машиностроение, 1975. -488 с.

187. Стеклов О.И. Стойкость материалов и конструкций к коррозии под напряжением. М.: Машиностроение, 1990. - 375 с.

188. Стеклов О.И., Басиев К.Д., Есиев Т.С. Прочность трубопроводов в коррозионных средах. Владикавказ: РИПП, 1995. — 75 с.

189. Смолянец Е.Ф., Рагулин В.В., Дадышков А.А. и др. Анализ микробиологической зараженности поверхностного оборудования месторождений Западной Сибири // Нефтяное хозяйство. 1985.- № 10.- С. 17-23.

190. Структура и коррозия металлов и сплавов: Атлас. Справ, изд. / Сост. И .Я. Сокол, Е.А. Ульянин, Э.Г. Фельдгандлер и др. М.: Металлургия, 1989.-391с.

191. ТУ 14-162-14-96. Трубы бесшовные горячедеформированные неф-тегазопроводные повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости /

192. Давыдов В.Я., Галиченко Е.Н., Медведев А.П., Тетюева Т.В. (Держатель подлинника «Северский трубный завод»).

193. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: Наука. 1975.- 576 с.

194. Черняев В.Д. Состояние и перспективы развития системы магистральных нефтепроводов России // Трубопроводный транспорт нефти. 1995.- № 1. С. 2-8.

195. Черняев К.В. Оценка прочности и остаточного ресурса магистрального нефтепровода с дефектами, обнаруживаемыми внутритрубными инспекционными снарядами // Трубопроводный транспорт нефти. 1995. -№2.-С. 8-12.

196. Черняев К.В. Технология проведения работ по диагностированию действующих магистральных трубопроводов внутритрубными инспекционными снарядами // Трубопроводный транспорт нефти. 1995. - № 1. -С. 21-31.

197. Черняев К.В., Васин Е.С. Применение прочностных расчетов для оценки на основе внутритрубной дефектоскопии технического состояния магистральных нефтепроводов с дефектами // Трубопроводный транспорт нефти. 1996.-№ 1. - С. 11-15.

198. Черняев К.В., Васин Е.С., Трубицын В.А., Фокин М.Ф. Оценка прочности труб с вмятинами по данным внутритрубных профилемеров // Трубопроводный транспорт нефти. 1996. - № 4. - С. 8-12.

199. Черепанов Т.П. Механика хрупкого разрушения. М.: Наука, 1974.- 640 с.

200. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М.: Энергия, 1970. - 570 с.

201. Школьник JI.M. Скорость роста трещин и живучесть металла. М.: Металлургия, 1973. - 215 с.

202. Шлугер М.А., Ажогин Ф.Ф., Ефимов К.А. Коррозия и защита металлов. М.: Металлургия, 1981. - 216 с.

203. Шрейдер А.В., Шпарбер И.С., Арчаков Ю.И. Влияние водорода на химическое и нефтяное оборудование. М.: Машиностроение, 1976. - 144 с.

204. Фрактография и атлас фрактограмм: Справочник / Пер. с англ. / Под ред. M.JI. Бернштейна. М.: Металлургия, 1982. - 489 с.

205. Форазасси Дж. Медленное усталостное разрушение при двухосном напряженном состоянии / № Ц-11247. Пер. с ит. ст. из жури. «Ricerca Scien-tifica» - 1970. - № 69. - С. 81-119.

206. Фаткуллин Р.А. Эксплуатационная надежность стальных вертикальных резервуаров для хранения нефтехимических продуктов: Автореф. канд. техн. наук. М., 1984. - 16 с.

207. Фомин В.Н., Головин В.П. Влияние смещения кромок на прочность сварных соединений тонкостенной высокопрочной стали // Сварочное производство. 1976. - № 6. - С. 31-32.

208. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. Деформация и разрушение. М.: Машиностроение, 1974. - Ч. 1 - 472 с.

209. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» № 116-ФЗ.

210. Фидель В.М. Физические основы торможения разрушения. М.: Металлургия, 1977. - 156 с.

211. Фокин М.Ф., Трубицын В.А., Черняев К.В., Васин Е.С. Экспериментальное исследование с целью определения остаточного ресурса труб с дефектами геометрии // Трубопроводный транспорт нефти. 1996. - № 4. -С. 13-16.

212. Фокин М.Ф., Трубицын В.А., Никитина Е.А. Оценка эксплуатационной долговечности магистральных нефтепроводов в зоне дефектов. М.: ВНИИОЭНГ, 1986.-50 с.

213. Херцберг Р.В. Деформация и механика разрушения конструкционных материалов. М.: Металлургия, 1989. - 576 с.

214. Хажинский Г.М., Сухарев Н.Н. Расчет коэффициентов интенсивности напряжений для угловых сварных швов фланцевых соединений трубопроводов // Монтаж и сварка резервуаров и технологических трубопроводов. -М., 1983.-С. 58-70.

215. Ульянин Е.А. Структура и Коррозия металлов. М.: Металлургия, 1989.-221 с.

216. Хуршудов А.Г., Сивоконь И.С., Маркин А.Н. Прогнозирование уг-лекислотной коррозии нефтепроводов // Нефтяное хозяйство. 1989. -№ 11.- С. 59-61.

217. Шпарбер И.С. Сульфидное растрескивание стали и борьба с ним в нефтегазодобывающей промышленности (обзор зарубежной литературы). -М: ВНИИОЭНГ, 1970.-212 с.

218. Шрейдер А.В., Шпарбер И.С., Арчаков Ю.И. Влияние водорода на нефтяное и химическое оборудование. М.: Машиностроение, 1976. -241 с.

219. Astafiev V.I., Artamoshkin S.V., Tetjueva T.V. Influence of micro-structure and nonmetallic inclusions on sulfide stress corrosion cracking in low-alloy steels // Int. J. Pressure Vessels and Piping. 1993. - V.55. - No. 1. -P. 243-250.

220. Astafiev V.L, Kazakov V.A., Tetjueva T.V. Mechanisms of sulfide stress cracking in low-alloy steels // Mechanical Bechaviour of Materials-VII. Abstr. 7th Int. Conf. (ICM-7). The Hague, 1995. - P. 711-712.

221. Astafiev V.L, Shmelev P.S., Tetjueva T.V. Modified double-cantilever beam test for sulfide stress cracking of tubular steels // Corrosion. 1994. - V.50. No.12.-P. 947-952.

222. Duncan G. Enhanced recovery engineering including well design, completion and production practices // World Oil. 1994. - V.215. - No.ll. - P. 6366.

223. Fischer W., Siedlarek W. Wasserstoffentwicklung aus C02-haltigen wassrigen Elektrolyten // Werkst. und Korros. 1977. - V.28. - No.12. -S. 822-827.

224. Grobner P.J., Sponseller D.L., Cias W.W. Development of higher strength H2S-resistant steels for oil field applications // Mater. Perform. 1975. -V.14.-No.6.-P. 35-43.

225. Hill M., Kowasaki E.P., Kronbach G.E. Oil well casing: evidence of the sensitivity to rapid failure in an H2S environment // Mater. Prot. and Perform. -1972.- V. 11.- No. 1.-P. 19-22.

226. Dceda A., Ueda M., Mukai S. // Proc. Int. Corrosion Forum. (Corrosion-85) Massachysets, 1985. - Pap. 29.

227. Мао X., Liu X., Revie R.W. Pitting corrosion of pipeline steel in dilute bicarbonate solution with chloride ions // Corrosion. 1994. - V.50. - No.9. -P. 651-657.

228. NACE Standard MR 01-75. Sulfide Stress Cracing Resistant Metallic Materials for Oilfield Equipment. Houston, TX: NACE, 1980.

229. NACE Standard TM 01-77(90). Laboratory Testing of Metals for Resistance to Specific Forms of Environmental Gracing in H2S Environments. -Houston, TX: NACE, 1990.

230. NACE Standard TM 02-84. Standard Test Method. Laboratory Testing of Pipelines for Resistance to Hydrogen Induced Cracking. Houston, TX: NACE, 1984.

231. Saudisco I.B., Pitts R.E. // Mater. Protect 1966. - V.5. - No.9.1. P. 81.

232. Sardisco J.B., Pitts R.E. Corrosion of iron in an H2S-C02-H20-system. Composition and protectiveness of the sulphide film as a function of pH // Corrosion. 1965. V.2. No. 1. - P. 350-354.

233. Snape R. Sulfide stress corrosion of some medium and low-alloy steels // Corrosion. 1967. - V.23 -. No.6. - P. 154-172.

Информация о работе

Медведев, Александр Павлович
доктора технических наук
Уфа, 2004
ВАК 25.00.19

Диссертация

Комплексная система обеспечения безопасности промысловых трубопроводов Западной Сибири - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы