Разработка метода оценки работоспособности нефтегазопроводов по твердости с малой нагрузкой

Смирнов, Олег Викторович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка метода оценки работоспособности нефтегазопроводов по твердости с малой нагрузкой
ВАК РФ 25.00.19, Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ

Автореферат диссертации по теме "Разработка метода оценки работоспособности нефтегазопроводов по твердости с малой нагрузкой"

СМИРНОВ ОЛЕГ ВИКТОРОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ ПО ТВЕРДОСТИ С МАЛОЙ НАГРУЗКОЙ

Специальность 25 00 19 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□ □□44 7 146

Ухта-2008

003447146

Диссертация выполнена в Ухтинском государственном техническом университете и ООО «Газпром трансгаз Ухта»

Научный руководитель- кандидат технических наук

Александр Сергеевич Кузьбожев

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Василий Иванович Кучерявый

кандидат технических наук Владимир Тимофеевич Фёдоров

Ведущая организация- филиал ООО «Лукойл-Коми» -

«Печорнипинефть»

Защита состоится 17 октября 2008 г в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.291.02 в Ухтинском государственном техническом университете по адресу 169300, г.Ухта, Республика Коми, ул. Первомайская, 13

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГТУ Автореферат разослан 15 сентября 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

НМ Уляшева

Общая характеристика работы Актуальность темы. Обеспечение надежной и безопасной эксплуатации газопроводов является важнейшей задачей нефтегазотранспортных предприятий. Решение этой задачи связано, преимущественно, со снижением коррозионной повреждаемости труб, однако, аварийные разрушения трубопроводов связаны не только с коррозией

Так, для материала, вырезанного из аварийно разрушившихся труб магистрального газопровода ООО «Севергазпром», характерно изменение механических свойств, что доказывают результаты испытаний на статическое растяжение снижены показатели относительного удлинения после разрыва и увеличено отношение условного предела текучести к пределу прочности

Следовательно, надежность трубопроводов обусловлена текущим функциональным состоянием металла труб, при этом для обеспечения работоспособности необходимо выполнение как минимум двух условий. Во-первых, необходимо выполнение условия прочности металла в каждой точке трубопровода, проверяемое путем сравнения механических свойств металла с величиной действующих нагрузок с помощью известных теорий прочности Во-вторых, пластические характеристики металла должны соответствовать нормативу для случая спонтанного непрогнозируемого изменения нагрузки Последнее условие проверяется только статическими или динамическими испытаниями с разрушением образцов.

Вместе с тем, в достаточной степени методы оценки работоспособности металла нефтегазопроводных труб без их разрушения не разработаны

Это означает, что разработка неразрушающего метода оценки работоспособности металла нефтегазопроводов по твердости с малой нагрузкой, позволяющего локализовать участки трубопроводов с повышенными напряжениями или неприемлемыми механическими свойствами, является весьма актуальной научно-технической задачей

Работа базируется на результатах научных работ многих ученых и исследователей, среди которых В К. Бабич, М П. Берштейн, В В Болотов, П П Бородавкин, В Н Вигдорович, В М Глазов, Д Б Гогоберидзе, В К Григорович, В Н Давиденков, Г Д Дель, О М Иванцов, А А Ильюшин, Д Коллинз, Д Коттрел, В В Клюев, М П Марковец, Б В Мотт, Ю Н Работнов, А М Семин, А Т Туманов, М Н Щербинин и др

Цель работы. Разработать метод оценки работоспособности металла действующих нефтегазопроводов путем измерения твердости с малой нагрузкой (ТМН)

Задачи исследования:

1 Разработать методику измерения ТМН и расчета статистических характеристик распределений ТМН

2 Определить зависимость изменения статистических характеристик ТМН от механических напряжений, возникающих в металле при приложении статической нагрузки

3 Установить критерии достижения металлом предела текучести по ТМН

4 Определить зависимость пластических свойств стали от статистических характеристик распределений ТМН

5 Установить зависимость статистических характеристик распределений ТМН от плосконапряженного состояния и циклической нагрузки путем проведения стендовых испытаний

6 Оценить экономическую эффективность разработанных решений

Научная новизна:

- Впервые экспериментально установлено, что в упругой области нагружения образцов стали 17Г1С зависимость дисперсии вариационного ряда ТМН от напряжений описывается моделями общего вида : сг=К Б2 - N. где N и К показатели, зависящие от предела прочности образцов

К=-2 10"4 ств2+0,232 а,- 66,99; N=10,27 ст„- 6409,5

- Впервые зафиксировано, что при достижении физического предела текучести, определяемого по началу появления полос скольжения в металле, происходит увеличение дисперсии ТМН на величину более чем 95%

- Впервые экспериментально установлена зависимость среднего коэффициента асимметрии вариационного ряда ТМН от относительного удлинения после разрыва, определяемого при пошаговом одноосном растяжении металла % =-0,078+1,56

- Стендовыми испытаниями установлено, что действие циклирования внутреннего давления с его подъемом и сбросом может изменять состояние металла аналогично действию высоких статических нагрузок, что определяется по резкому увеличению дисперсии ТМН

- Результатами полевых и стендовых испытаний доказано, что зависимость дисперсии ТМН от величины двухосных напряжений, возникающих в металле труб

от внутреннего давления и изгиба, аналогична зависимостям, полученным в лабораторных условиях при одноосном растяжении Основные защищаемые положения:

- методика оценки состояния металла трубопроводов измерением ТМН,

- критерии оценки состояния металла, определяемые по статистическим показателям вариационного ряда ТМН,

- результаты лабораторных испытаний образцов труб на ТМН в условиях деформирования растяжением,

- результаты испытания металла на ТМН, полученные на промышленном стенде и на действующих объектах газотранспортной системы

Практическая ценность заключается в разработке неразрушающего метода оценки состояния металла нефтегазопроводов в процессе эксплуатации, при этом определяются механические свойства металла, а также адекватность восприятия металлом существующих внешних нагрузок Метод также позволяет оценить динамику изменения свойств металла во время эксплуатации, что позволяет спрогнозировать ресурс его работоспособности

Метод внедрен на надземной трубопроводной обвязке газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций КС-14 и КС-15 ООО «Севергазпром» По результатам внедрения получен экономический эффект - 2,67 млн руб, при использовании метода на двенадцати компрессорных станциях ООО «Севергазпром» ожидаемый экономический эффект за 7 лет составит более 11 млн руб с учетом дисконтирования денежных потоков

По материалам исследований получены положительные решения о выдаче патентов на изобретения РФ по двум заявкам, что свидетельствует о новизне и промышленной применимости полученных в работе результатов

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались- на Всероссийской конференции «Большая нефть реалии, перспективы Нефть и газ Европейского Северо-Востока» (УГТУ, г. Ухта, 2003 г),

- Ш Международной научно-технической конференции «Новые материалы, неразрушающий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении» (г Тюмень, 2005 г),

- 7-й Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (РГУНиГ им И М Губкина, г. Москва, 2007 г),

- 4-й и 6-й Международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении» (БГИТА, г Брянск, 2004 и 2006 гг),

- 14-й Международной конференции «Современные средства и методы не-разрушающего контроля и технической диагностики» (г. Ялта, 2006 г),

- Конференциях сотрудников и преподавателей УГТУ (г Ухта, 2005, 2006, 2007 гг),

- Всероссийской научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири» (г Тюмень, 2007 г),

- Международной конференции «Целостность и прогноз технического состояния газопроводов» (Р1Т80-2007) (ООО «ВНИИГАЗ», г. Москва, 2007 г)

Материалы диссертации включены в учебный процесс кафедры «Проектирование и эксплуатация магистральных газонефтепроводов» Ухтинского государственного технического университета по дисциплине «Технология металлов и трубо-проводостроительных материалов»

Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 работы, из них 7 в ведущих рецензируемых изданиях, включенных в перечень ВАК России

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения Содержит 183 страницы текста, 87 рисунков, 32 таблицы, список литературы из 136 наименований и приложение

Содержание работы

Во введении обоснованы актуальность и значимость выбранной темы, степень ее разработанности, охарактеризованы научно-методические пути ее решения

В первой главе «Анализ состояния средств и методов оценки состояния металла нефтегазопроводов» рассмотрен пример разрушения магистрального газопровода, в котором разрушение связано не с действием коррозионных процессов, а со снижением функциональных свойств металла из-за длительной эксплуатации в условиях высоких нагрузок Установлено, что для материала, вырезанного из аварийно разрушившихся труб, характерно снижение пластических свойств.

Наиболее точно характеристики материала определяются по результатам механических испытаний, в т.ч методом релаксации напряжений Однако основным

недостатком, ограничивающим применение данных методов в эксплуатационных условиях, является разрушающий характер испытаний

Существуют методы оптического микроанализа и электронной микроскопии Практическими недостатками методов является необходимость использования дорогостоящего оптического оборудования, не приспособленного к работе на действующих трубопроводах, а также техническая сложность операций по подготовке поверхности в полевых условиях металлографическому анализу Кроме этого, оптический метод позволяет фиксировать лишь критическое состояние металла, связанное с образование первичных деструктивных систем, например, полос скольжения Электронная микроскопия дает информацию о подготовке материала к разрушению, однако метод еще более сложен и локален

Разработаны магнитные методы структурного анализа металла трубопроводов Однако, имеется большое количество факторов, влияющих на магнитные параметры, учет которых необходимо производить при измерениях макродефекты металла, напряженное состояние, состав стали, неметаллические включения, размер зерен, режим термообработки и др

Наконец, для оценки механических свойств металла нефтегазопроводов наиболее приемлемы методы определения твердости и микротвердости Определение макротвердости широко применяют для оценки характеристик механических свойств металла нефтегазопроводов, используя при этом различные регрессионные модели. Однако макротвердость очень косвенно отражает пластические свойства металла, а также его способность противостоять развитию трещин В этом случае наиболее подходит метод определения микротвердости, который применяют для оценки характеристик механических свойств отдельных структурных составляющих многофазных сплавов, в тч сталей По микротвердости можно проследить механизмы преобразований в структуре стали, которые ведут к старению или усталости, и в итоге, к разрушению трубопроводов Однако применительно к наиболее широко используемым трубным сталям такие критерии разработаны недостаточно К тому, же метод микротвердости, как и методы микроанализа, достаточно сложен и требует доработки стандартного оборудования, которое годится для использования его только на образцах-шлифах Для исследований на стенде и промышленных объектах стандартное оборудование не подходит

Это предопределяет необходимость разработки метода оценки работоспособности металла действующих нефтегазопроводов путем измерения твердости с малой

нагрузкой, базирующейся на основе результатов лабораторных, стендовых и промышленных испытаний, что и является целью настоящей работы

Во второй главе «Разработка методики исследования свойств металла по статистическим параметрам твердости» на основе сравнительного анализа установлено, что из трех известных видов измерения твердости, отличающихся по величине нагрузки, прилагаемой к индентору, твердость с малой нагрузкой является наиболее оптимальной для оценки состояния металла нефтегазопроводов в условиях эксплуатации С одной стороны, метод дает возможность измерять твердость отдельных структурных составляющих стали, с другой - некритичен к условиям измерения, отличающимся от лабораторных, вибрации, некачественной подготовке поверхности, высоким или низким температурам, кривизне поверхности и т д Кроме этого, метод измерения ТМН реализуется с помощью портативных ультразвуковых твердомеров, достоинством которых является простота, высокая скорость и точность измерения, обусловленная тем, что величина отпечатка измеряется под нагрузкой, а не после извлечения индентора

В работах В И Кучерявого, Е Е Зорина, Н Г Макаровой показано, что структурные изменения, происходящие в металле под действием нагрузки, можно оценить по результатам многократных измерений микротвердости При этом определяют состояние металла в сравнении с исходным состоянием, объединяя статистические показатели в едином показателе поврежденности металла Вместе с тем, такой подход разработан недостаточно. Во-первых, исходное распределение микротвердости в конкретном месте измерения на трубопроводе установить не возможно, во-вторых, определение микротвердости, как уже упоминалось, достаточно сложно практически В третьих, самое важное, микротвердость существенно реагирует на приложение внешних сил, что не учитывается В общем, увеличение интервала, стандартной ошибки, среднеквадратического отклонения, дисперсии свидетельствует об увеличении разброса показаний, что может быть связано со снижением твердости наименее прочных фаз, увеличением твердости прочных участков или совместным действием обоих явлений Анализ изменения моды, медианы, коэффициента асимметрии и эксцесса рассеяния, может указать какие процессы упрочнения или разупрочнения металла доминируют в металле при его нагружении

Для испытаний образцов на твердость с малой нагрузкой в условиях статического деформирования растяжением разработана методика, предусматривающая подготовку поверхности образца механическим полированием, пошаговое растяже-

ние образцов с измерением в трех областях образца (в центре и по краям) ТМН в количестве 100 раз, расчет статистических показателей измеренных значений ТМН, анализ результатов испытания, в том числе сравнение полученных данных с механическими характеристиками, полученными при испытании материала до разрушения По результатам анализа устанавливают критерии функционального состояния металла на основе статистических показателей ТМН.

В третьей главе «Лабораторные испытания образцов в условиях растягивающей нагрузки» для исследования были отобраны образцы трубной стали 17Г1С различных заводов-производителей Четыре серии образцов вырезались из фрагментов аварийных труб и труб аварийного запаса по следующим признакам, сроку эксплуатации, различным заводам - изготовителям, различным условиям эксплуатации, особенностям термообработки листа

Испытание образцов показало, что по прочностным свойствам металл соответствует установленным требованиям (таблица) У образца №4 завышены показатели предела прочности и предела текучести на 25-30% по сравнению с аналогичными показателями других образцов Большая часть испытанных образцов, в частности образцы №2,3, 4 не соответствуют требованиям ГОСТ 19282-73 по критерию «относительное удлинение» В качестве эталона по механическим свойствам и соответственно с отсутствием какой-либо поврежденности принят образец №1, отобранный из труб резервного запаса, не бывших в эксплуатации, который имеет высокие прочностные показатели при достаточной пластичности

Таблица

Механические свойства металла труб по результатам испытаний на растяжение _ и их регламентируемые значения __

Номер образца (срок эксплуатации трубы) Предел прочности, а,, МПа Уел предел текучести, сто.2, МПа сто г/с. Отн удлинение, 5,% Отн сужение, Модуль упругости, Е, ГПа

1 (не эксплуатировалась) 660 570 0,87 24 57 2,00

640 540 0,84 23 58 2,15

2 (22 года) 580 390 0,68 22 51 1,56

580 390 0,68 20 47 1,73

3 (24 года) 630 470 0,75 17 56 2,36

670 470 0,70 19 62 2,04

4 (26 лег) 860 630 0,73 19 59 2,12

850 600 0,7 17 56 1,84

Данные ГОСТ 19282-73, не менее 510 345 - 23 - -

Данные ТУ 1104-138100-357-02-96, не менее 588 441 не более 0,9 20 - -

Наиболее поврежден образец №4, который характеризуется самой высокой прочностью и недостаточными пластическими свойствами, что при отсутствии данных об исходных свойствах этот факт трактуется, в том числе, и как упрочнение при длительном воздействии на газопровод деформирующей нагрузки.

На первом этапе испытания определяли ТМН на ненагруженных образцах. По каждому образцу построены полигоны распределения ТМН (рис. I).

Установлено, что измеренные значения ТМН зависят от свойств материала: с увеличением прочности образцов положение интервалов ТМН на числовой оси твердости смещается в область больших значений.

Частота

Интервалы чисел ТМН, НВ Рисунок 1 - Полигоны распределения частоты по интервалам чисел твердости

По форме кривых статистических распределений, характеризуемых эксцессом и асимметрией, прослеживается следующая зависимость от степени пластических свойств образцов. Образцы №1 и 2 имеют положительные эксцессы, принимающие значения 0,45 и 0,57, соответственно, а образцы №3, 4 - отрицательные. Это говорит о том, что достаточная пластичность образцов характеризуется распределением ТМН более островершинным в сравнении с нормальным, а малая пластичность - наоборот- плосковершинным графиком. Эта закономерность объясняется следующим образом. Номинальная пластичность обусловлена равномерной мелкодисперсной структурой материала, при этом разброс ТМН невелик, а преимущественная часть

выборки группируется вокруг математического ожидания ТМН, которое, контролирует фактическую прочность данного материала Уменьшение пластичности может быть связано с появлением в структуре неравномерности, то есть структурных составляющих, отличающихся по механическим свойствам, в том числе и по ТМН. За счет этого на границах зерен образуется существенный градиент свойств, который приводит к появлению внутренних напряжений и при приложении внешней нагрузки - нарушениям сплошности, которые существенно ограничивают пластичность и ускоряют хрупкое разрушение

В ходе ступенчатого нагружения образцов определено, что средние значения чисел ТМН образцов, рассчитанные по выборкам на каждой ступени нагружения, слабо зависят от приложенного усилия для всех трех размеченных областей измерения ТМН (рис 2)

ТМН,НВ

ТМН, НВ

а, МПа

Рисунок 2 - Зависимость средних значений ТМН от механических напряжений в образце №1-а), 2-6), 3-в) и 4-г) в условиях одноосного растяжения

Тем не менее, установлен факт подобия кривых, зафиксированных по краям от центра образца (области 1 и 3). Области 1 и 3, симметричные относительно центра образца, находятся в одинаковых условиях нагружения Следовательно, изменение свойств в данных областях под действием нагрузки будет идентично Таким образом, измеренные значения носят неслучайный характер Те, изменение среднего значения связано в большей степени с внутренними факторами, например, перестройкой внутренней структуры стали, в меньшей - с внешними, такими как систематическая ошибка измерения, погрешность прибора и т д

Так, коэффициенты корреляции между средними значениями ТМН областей 1 и 2 для различных образцов составляют от 0,91 до 0,94, то есть, в данном случае мы наблюдаем практически функциональную связь между показателями

В тоже время, вычисленные коэффициенты корреляции между значениями ТМН областей 1 и 2, а также 2 и 3 варьируются от минус 0,48 до +0,53.

После расчета статистических показателей вариационного ряда ТМН установлено, что наибольшую корреляционную зависимость с величиной приложенных нагрузок имеет дисперсия S2 выборки ТНМ. На рисунке 3 представлены графики зависимости дисперсии от напряжений в образце.

Обнаружено, что при достижении физического предела текучести происходит увеличение дисперсии ТМН на величину более чем 95% Истинным пределом текучести данного образца считали напряжение в металле, при котором происходило появление полос скольжения, выявляемых металлографическим методом с помощью микроскопа МПБ-3.

В результате получены физические (истинные) пределы текучести, составляющие для образца №1 - 430 МПа, №2 - 380 МПа, №3 - 440 МПа, №4 - 480 МПа Данные величины несколько меньше условного предела текучести металла образцов стод, установленного в результате испытания стандартных образцов на растяжение

Таким образом установлено, что дисперсия выборки твердости при малых нагрузках на начальном этапе нагруженияувеличивается с ростом одноосных растягивающих нагрузок на неповрежденных образцах и уменьшается на поврежденных При достижении напряжений в металле, соответствующих порогу появления полос скольжения, происходит скачкообразное увеличение дисперсии ТМН

В области упругих деформаций зависимость изменения средней дисперсии аппроксимирована линейными уравнениями Для образца №1 о=0,8 S2-121,7, №2 о= S2 - 229,8, №3 сг= - 0,8 S2 + 577,4, №4 ст= - 13,8-S2 + 2489,2

ст.МПа

Б2 а) 82 б)

в) г)

Рисунок 3 - Зависимость дисперсии выборки ТМН от механических напряжений в образце №1 - а), 2 - б), 3 - в), 4 - г)

Пунктирной линией показано напряжение, соответствующее появлению полос скольжения

Общий вид зависимости описывается выражением ст=К Б2 - N. где К и N -коэффициенты, зависящие от прочностных свойств металла

Если связать коэффициенты К и N с пределом прочности каждого образца (рис 4), то, общая зависимость одноосных растягивающих напряжений от дисперсии выборки ТМН для исследуемой стали, описывается уравнением

ст=82(-2 КГ4 ст„2 + 0,2ст„ - 67)+ 10,3 ств- 6409,5

Коэффициент К Коэффициент N

Рисунок 4 - Зависимость коэффициентов К (а) и N (б) от временного сопротивления разрыву

Механизм изменения ТМН металла под действием нагрузки заключается в следующем При механическом нагружении материала происходят сложные процессы изменения дислокационной структуры В силу того, что структура поликристаллических конструкционных сталей гетерогенна, разные элементы (участки) трубопровода имеют различные характеристики механических свойств, разную сопротивляемость деформациям Поэтому, в ходе нагружения конструкция деформируется неоднородно, что приводит к неоднородности распределения дислокационных систем и нарушений. В одном месте с наибольшей концентрацией дислокаций материал разупрочняется, что приводит к уменьшению ТМН В другом -может упрочняться за счет блокирования дислокаций различными границами, что, напротив, приводит к увеличению ТМН

Таким образом, на каждом шаге нагружения возможно чередование процессов упрочнения-разупрочнения, которые можно идентифицировать по величине коэффициента асимметрии вариационного ряда измеренных значений ТМН

Среднее значение коэффициента асимметрии показывает, какой процесс доминирует при нагружении материала если разупрочнение, то пластические свойства высокие, если упрочняется, то низкие, тк упрочненные структуры не позволят развиваться пластической деформации

Следовательно, исследуя асимметрию плотности распределения ТМН относительно нормального распределения в ходе нагружения, можно без разрушения

установить преимущественный потенциальный механизм разрушения металла и, соответственно, его пластические свойства.

Далее было рассчитано среднее значение коэффициента асимметрии ^ за полное время поэтапного нагружения и получена зависимость 4 от относительного удлинения 5 для исследуемых образцов: ^ =- 0,075+1,56.

В четвертой главе «Промышленное опробование метода ТМН» представлены результаты его применения на различных натурных объектах.

Первый объект - комбинированный узел, сваренный из элементов трубопроводной обвязки газоперекачивающих агрегатов (ГПА) диаметром 720 мм, включая тройниковые соединения (рис. 5)

Рисунок 5 - Эскиз комбинированного узла (вынесены номера тензорезисторов, в пределах узла - номера точек измерения ТМН)

Узел нагружали внутренним давлением. Напряжения в различных участках узла определялись тензорезисторами. Наибольшие напряжения возникали в местах тройникового соединения в точках 3 и 6. Установлено, что с увеличением давления и напряжений в металле узла, дисперсия ТМН также увеличивается (рис. 6).

При воздействии циклического подъема-сброса давления до 8,8 МПа (500 циклов) в точках 3 и 6, узла, дисперсия ТМН скачкообразно увеличивалась с 100-200 до 1500-2000 и не возвращалась в исходное состояние после снятия нагрузки. Также была выявлена чувствительность дисперсии ТМН к действию перегрузочного давления 15,8 МПа.

400 350 300 250 200 150 100 50 0

0 30 60 90 120 150 180 210

СЬкв, МПа

Рисунок 6 - Зависимость дисперсии ТМН от эквивалентных напряжений Установлено, что после сброса давления дисперсии ТМН в точках 2, 5 и 8 показали изменение состояния металла, несмотря на то, что только в точке 2 расчетные напряжения превысили минимальный условный предел текучести стали 20К, что подтверждает выводы полученные в лабораторных условиях

Второй объект — действующий надземный длительно эксплуатируемый газопровод Ухта-Войвож Измерения ТМН выполнялись с шагом 3 м на двух участках длиной 60 м, один из которых находился в проектном положении, и напряжения в нем отсутствовали, второй участок имел разрушенные опоры, визуально различимый прогиб, то есть характеризовался наличием изгибных напряжений Установлено, что значения ТМН на первом участке более стабильны, чем на участке с изгибом На основе нивелирования упругой линии трубопровода рассчитаны изгибные напряжения в металле труб и установлена зависимость дисперсии ТМН от напряжений, подтверждающая лабораторные зависимости

Третий объект - трубная плеть длиной 162 м, составленная из труб диаметром 1420 мм и толщиной стенки 21,6 мм Плеть располагалась на двух земляных опорах и прогибалась под собственным весом На верхней образующей плети были отмечены семь точек контроля: пять в месте сжатия металла, две в месте растяжения (рис. 7)

Рисунок 7 - Эпюра изгибных напряжений (пунктирными линиями показано положение мест измерений ТМН)

Далее опоры удалялись, плеть занимала прямолинейное положение, и изгиб-ные напряжения снимались В результате установлено, что напряжения сжатия также вызывают увеличение дисперсии ТМН, аналогичное напряжениям растяжения (рис 8)

Изменение дисперсии, ДБ2

Изгибные напряжения, МПа

Рисунок 8 - Зависимость изменения дисперсии ТМН от величины изгибных напряжений в трубной плети

Четвертый объект - действующие надземные трубопроводы обвязки ГПА компрессорных станций КС-14 и КС-15 ООО Севергазпром, сроком эксплуатации более 30 лет

Анализ показал, что отдельные участки трубопроводов имеют прогибы и уклоны, которые превышают предельные величины, установленные действующими нормативными документами, при этом часть опор трубопроводов неработоспособна и имеется зазор между трубой и контактной поверхностью опоры

Магнитным методом измерения анизотропии коэрцитивной силы (АКС) установлено, что недопустимые напряжения в металле труб отсутствуют, на отдельных участках зафиксированы напряжения 150-180 МПа Цель применения метода ТМН на данном объекте - оценить свойства металла в местах с максимальными напряжениями Установлено, что обследованные точки характеризуются повышенными величинами дисперсии ТМН, величиной более 400, что связано с влиянием механических напряжений Недопустимых величин напряжений, а также фактов перегрузки металла в ходе эксплуатации не установлено Сравнение зависимостей дисперсии ТМН и АКС от напряжений (рис 9) показало, что между ними существует корреляционная связь, с коэффициентом корреляции 0,856

20 40 60 80 100 120 140 160 180 ст МПа

500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

8 АКС, А/см

Рисунок 9 - Зависимости дисперсии ТМН от АКС и напряжений в металле трубопроводов обвязки нагнетателя Н36 КС-15

В пятой главе «Расчет эффективности инвестиционного проекта внедрения методики измерения ТМН» проведена оценка инвестиционной привлекательности проекта внедрения разработанного метода на двенадцати компрессорных станциях ООО «Севергазпром» в период с 2008 по 2014 гг Эффект достигается за счет снижения объема плановой реконструкции трубопроводов, находящихся в непроектном положении Расчет показал, что чистый дисконтированный доход за время реализации проекта составит более 11 млн руб , внутренняя норма прибыли -138 % при ставке дисконта 12%, срок окупаемости - на уровне одного года с момента начала реализации проекта

Основные выводы:

1 На основе анализа средств и методов оценки текущего функционального состояния нефтегазопроводов, установлено, что наиболее приемлемым является метод определения микротвердости, который используют для оценки механических свойств отдельных фаз сплавов Выявлено, что критерии работоспособности металла труб по микротвердости достаточно не разработаны, а стандартное оборудование не подходит для использования на промышленных объектах

2 Обосновано, что измерение твердости с малой нагрузкой дает возможность измерять твердость отдельных структурных составляющих металла и обладает малой критичностью к условиям измерения, отличающимся от лабораторных, таких как вибрации, некачественная подготовка поверхности, высокие или низкие температуры и т д

3 Выявлено, что структурные изменения, происходящие в металле под действием нагрузки, можно оценить по статистическим показателям вариационного ряда, являющегося результатом многократных измерений ТМН в локальных областях металла Увеличение интервала, стандартной ошибки, среднеквадратического отклонения, дисперсии связано со снижением твердости наименее прочных фаз, увеличением твердости прочных участков или совместным действием этих явлений Анализ изменения моды, медианы, коэффициента асимметрии и эксцесса рассеяния позволяет характеризовать процессы, доминирующие в металле при нагружении металла -упрочнение или разупрочнение

4 Разработана методика лабораторных испытаний на твердость с малой нагрузкой образцов в условиях статического деформирования растяжением, предусматривающая пошаговое растяжение образцов с измерением ТМН 100 раз, расчет

статистических показателей ТМН, анализ результатов испытания, в том числе сравнение полученных данных с механическими характеристиками, полученными при испытании материала до разрушения

5. В результате анализа изменения статистических показателей установлено, что наибольшую корреляционную зависимость с величиной приложенных нагрузок имеет дисперсия выборки ТНМ Установлено, что в упругой области нагружения образцов стали 17Г1С зависимость дисперсии вариационного ряда ТМН от напряжений, описывается моделями общего вида <т=К-82 - И, где N и К показатели, зависящие от предела прочности образцов

6 Обнаружено, что при достижении физического предела текучести происходит увеличение дисперсии ТМН на величину более чем 95% Истинным пределом текучести данного образца считали напряжение в металле, при котором происходило появление полос скольжения, выявляемых металлографическим методом с помощью микроскопа МПБ-3

7 Установлена зависимость среднего коэффициента асимметрии вариационного ряда ТМН, определяемого при нагружении металла, от относительного удлинения после разрыва, определяемого по результатам механических испытаний

8 Доказана достоверность полученных в лабораторных условиях выводов опробованием метода ТМН на четырех промышленных объектах Проведены полномасштабные испытания на промышленных стендах, собранных из соединительных элементов трубопроводов диаметром 720 мм и трубной плети из новых спирально-шовных труб диаметром 1420 мм Волжского трубного завода, на уникальном длительно эксплуатирующемся газопроводе Ухта-Войвож, на обвязке ГПА КС-14, КС-15

9. Метод измерения ТМН внедрен на действующем объекте - трубопроводной обвязке ГПА КС-14, КС-15 ООО «Севергазпром» В результате установлены напряженные элементы трубопроводов Проведена оценка их механических свойств, определена предыстория металла по механической перегрузке, разработаны рекомендации по дальнейшей безопасной эксплуатации трубопроводов

10 Рассчитана экономическая эффективность проекта внедрения метода ТМН на компрессорных станциях ООО «Севергазпром» в период с 2007 по 2013 гг. Прогнозируемый чистый дисконтированный доход составит более 11,0 млн. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Смирнов О В , Кузьбожев А С, Агиней Р В Исследование вариации твердости трубной стали 17Г1С в ходе статического нагружения // Заводская лаборатория Диагностика материалов - 2007 -№12 - С 38-42

2 Смирнов О В , Кузьбожев А С, Агиней Р В Применение электронной микроскопии в исследованиях деформационного старения материала трубопроводов // Заводская лаборатория Диагностика материалов - 2007 -№10 -С 37-41

3 Кузьбожев А С, Агиней Р В , Попов В А , Смирнов О В Положительное решение по заявке на изобретение РФ № 2007122600, приоритет от 15 07 2007 г Способ определения пластических свойств металла трубопровода

4 Кузьбожев А С , Агиней Р В , Смирнов О В Обоснование необходимости реконструкции опор надземных технологических трубопроводов компрессорных станций//Ремонт, восстановление, модернизация - 2007 - №2 - С 34-37

5 Агиней Р В , Кузьбожев А С, Смирнов О В , Петров С В Методы измерения твердости Определение механических свойств металла газонефтепроводных труб по твердости метод указания - Ухта УГТУ, 2007 - 52 с

6 Смирнов О В , Князев Н В , Полубоярцев Е Л, Петровская М Н К проектированию систем сбора и транспорта продукции нефтегазоконденсатных скважин // Сборник научных трудов- материалы научно-технической конференции (20-23 апреля 2004 г) в 2 ч , ч. 1 / под ред Н Д Цхадая - Ухта УГТУ, 2005 - С 75-78

7 Кузьбожев А С, Агиней Р В , Попов В А , Смирнов О В. Положительное решение по заявке на изобретение РФ № 2007105648, приоритет от 14 02 2007 г Способ определения предела текучести материала

8 Смирнов О В, Предеин О И, Князев Н В , Коптяева Г Б Влияние агрессивной среды на структурные превращения в металле трубопровода // Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки материалы 8-й международной практической конференции-выставки 11-14 апреля 2006 г в 2 ч , ч 1. - СПб Изд-во Политехи ун-та, 2006 - С 278-280

9 Смирнов О В , Кузьбожев А С, Агиней Р В Опыт применения рентгеност-руктурного анализа в исследованиях металла трубопроводов // Заводская лаборатория Диагностика материалов - 2007 -№11 -С 41-42

10. Кузьбожев А.С, Бирилло И Н, Агиней Р В , Смирнов О В Обоснование необходимых объемов реконструкции надземных технологических трубопроводов на основе диагностики // Ремонт, восстановление, модернизация - 2007 - № 6 -С 21-24.

11 Смирнов О В., Предеин О И , Князев Н В , Коптяева Г Б, Мальцева Ю В Химико-термическая обработка рабочих органов запорной арматуры как один из методов повышения сопротивления коррозионно-механическому разрушению материала // Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки материалы 8-й международной практической конференции-выставки 11-14 апреля 2006 г в 2 ч , ч 2 - СПб Изд-во Политехи ун-та, 2006. - С. 236-238.

12 Смирнов О В , Предеин О И , Полубоярцев Е Л , Князев Н В Влияние неметаллических включений на процесс коррозии металла трубопровода // Материалы научно-технической конференции (18-21 апреля 2006 г.). в 3 ч., ч 1.1 под ред. Н Д. Цхадая - Ухта УГТУ, 2006 - С 222-224.

13 Смирнов О В , Предеин О И, Полубоярцев Е Л , Князев Н В Механизм образования трещин при коррозионном растрескивании металла // Материалы научно-технической конференции (18-21 апреля 2006 г) в 3 ч; ч 1 / под ред Н Д Цхадая -Ухта УГТУ, 2006. - С 225-227

14 Смирнов О В , Коптяева Г Б, Князев Н В , Предеин О И Влияние термической обработки на свойства низкоуглеродистых микролегированных сталей 10Г2ФБ и 09Г2С // Сборник научных трудов материалы научно-технической конференции (18-21 апреля 2006 г) в 3 ч , ч 2. / под ред Н Д Цхадая - Ухта УГТУ, 2006 -С 126-129

15. Смирнов О.В., Князев Н.В., Предеин О И, Мальцева Ю В К вопросу оценки запаса прочности и надежности материала труб при коррозионном износе // Новые материалы и технологии в машиностроении Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции Выпуск 5 - Брянск БГИТА, 2006 - С. 71-74.

16 Кузьбожев А С , Агиней Р В , Смирнов О В. Расчетное обоснование и способ монтажа опоры для технологических трубопроводов компрессорных станций // Ремонт, восстановление, модернизация - 2007 - № 3 - С 22-26

17 Смирнов О В, Кузьбожев А.С Оценка изменения механических свойств металла труб длительно эксплуатируемых надземных газопроводов // Актуальные

проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России Тезисы 7-й Всероссийской научно-технической конференции 29-30 января 2007 г - М РГУНиГ им И М Губкина, 2007 - С 57

18 Кузьбожев А С, Смирнов О.В Разработка критериев оценки функционального состояния металла труб по твердости с малой нагрузкой / Целостность и прогноз технического состояния газопроводов. Тезисы докладов Международной научно-технической конференции 10-11 октября 2007 г - М ВНИИГАЗ, 2007 - С 93

19 Воронин В Н , Алиев Т Т , Смирнов О В. и др Исследование металла трой-никовых соединений в ходе циклического нагружения внутренним давлением // Прил к журн Наука и техника в газовой промышленности Сер Транспорт и подземное хранение газа - 2007 - №3 - С 65-77

20 Смирнов О В , Кузьбожев А С, Бирилло И Н и др Исследование металла тройниковых соединений в ходе циклического нагружения внутренним давлением // Прил к журн Наука и техника в газовой промышленности Сер Транспорт и подземное хранение газа - 2007 - №1 - С 69-74

21 Алиев Т Т, Пронин А И, Смирнов О В и др Методы диагностирования надземных технологических трубопроводов компрессорных станций // Прил. к журн. Наука и техника в газовой промышленности Сер Транспорт и подземное хранение газа-2007 - №1 - С 69-74.

22 Кузьбожев А С, Агиней Р В , Бирилло И Н , Смирнов О В Уточнение необходимости реконструкции трубопроводов компрессорных станций по напряженному состоянию // Ремонт, восстановление, модернизация - 2007 - № 11 - С 34-38.

23 Воронин В Н, Смирнов О В , Кузьбожев А С, Агиней Р В Определение характеристик металла газопроводов на основе статистики твердости с малой нагрузкой / Обзорная информация Серия «Транспорт и подземное хранение газа» -М ИРЦ Газпром, 2008 - 99 с

Подписано в печать 20 08 2008 г Формат А5 Уч изд л 1,6 Тираж 100 экз Заказ № <Р О/ Отпечатано в отделе механизации и выпуска НТД Севернипигаза Лицензия КР №0043 от 9 июня 1998г 169300, Республика Коми, г Ухта,ул Севастопольская, 1а

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Смирнов, Олег Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛА НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ.

1.1. Актуальность темы исследования.

1.2. Методы оценки функционального состояния металла.

1.2.1. Определение механических свойств.

1.2.2. Металлографический анализ.

1.2.3. Электронная микроскопия.

1.2.4. Метод испытания на релаксацию напряжений.

1.2.5. Магнитные методы структурного анализа.

1.2.6. Испытания на твердость.

1.2.7. Метод определения микротвердости.

1.3. Выводы по главе 1. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА ПО СТАТИСТИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ ТВЕРДОСТИ.

2.1. Выбор прибора для измерения твердости.

2.1.1. Приборы для измерения макротвердости.

2.1.2. Приборы для определения микротвердости.

2.1.3. Приборы для определения твердости при малых нагрузках.

2.2. Статистические методы обработки результатов измерения твердости.

2.2.1. Случайные величины и законы их распределения.

2.2.2. Числовые характеристики распределения непрерывных случайных величин.

2.2.3. Законы распределения вероятностей чисел твердости.

2.2.4. График функций распределения на вероятностной сетке.

2.2.5. Понятие о генеральной совокупности и выборке.

2.2.6. Оценка числовых характеристик при малых объемах выборки.

2.2.7. Оценка числовых характеристик при большом объеме выборки.

2.2.8. Графическое представление экспериментальных данных.

2.3. Методика проведения лабораторных испытаний.

2.3.1. Назначение.

2.3.2. Сущность методов испытания.

2.3.3. Оборудование и приборы.

2.3.4. Образцы для испытания.

2.3.5. Подготовка к испытаниям.

2.3.6. Проведение испытания.

2.3.7. Обработка результатов.

2.3.8. Анализ результатов.

2.4. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ В УСЛОВИЯХ ' РАСТЯГИВАЮЩЕЙ НАГРУЗКИ.

3.1. Выбор фрагментов материала для испытаний.

3.2. Определение механических свойств материала.

3.3. Металлографический анализ.

3.4. Результаты лабораторных испытаний.

3.4.1. Испытания на твердость без приложения нагрузки.

3.4.2. Испытания на твердость под действием нагрузки.

3.5. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ПРОМЫШЛЕННОЕ ОПРОБОВАНИЕ МЕТОДА ТМН.

4.1. Оценка свойств металла соединительных деталей для трубопроводов на стенде.

4.1.1. Методика проведения испытаний.

4.1.2. Результаты исследования физико-химических свойств металла трубного узла

4.1.3. Анализ результатов тензоизмерений.

4.1.4. Анализ результатов ТМН, полученных в ходе испытаний.

4.2. Исследования твердости металла на надземном газопроводе «Ухта-Войвож».

4.2.1. Объект и методы обследования.

4.2.2. Выбор участков обследования.

4.2.3. Методы оценки напряженного состояния трубопроводов.

4.2.4. Результаты полевых испытаний.

4.3. Исследование изменения ТМН при испытании новых спиральношовных труб Волжского трубного завода.

4.3.1. Материал для испытаний.

4.3.2. Методика испытаний.

4.3.3. Результаты испытаний.

4.4. Промышленное опробование метода ТМН на компрессорных станциях ООО «Севергазпром».

4.4.1. Общие сведения об объектах.

4.4.2. Методы исследований.

4.4.3. Выбор объектов на основе анализа пространственного положения трубопроводов

4.4.4. Результаты контроля НДС трубопроводов и их анализ.

4.4.5. Анализ состояния металла трубопроводов по ТМН.

4.5. Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНВЕСТИЦИОННОГО ПРОЕКТА ВНЕДРЕНИЯ МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ТМН.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка метода оценки работоспособности нефтегазопроводов по твердости с малой нагрузкой"

По данным Ростехнадзора, только за период с 1996 по 2006 годы на магистральных газопроводах произошло около 1200 аварий, повлекших за собой человеческие жертвы, загрязнение окружающей среды и причинивших ущерб на сумму 200 млрд. руб. Остановка на сутки газопровода диаметром 1420 мм с давлением 7,5 МПа приводит к недопоставкам народному хозяйству до 100 млн. м3 природного газа. Следовательно, обеспечение надежной и безопасной эксплуатации газопроводов является важнейшей задачей газотранспортных предприятий [44].

В основном, решение этой задачи связано со снижением коррозионной повреждаемости труб, однако, чаще обычного аварийные разрушения трубопроводов связаны не только с коррозией.

В частности, в ООО «Севергазпром» в Синдорском управлении произошла авария на магистральном газопроводе. Было выяснено, что газопровод находился в изгибно-напряженном состоянии. За время эксплуатации вверху образовались гофры, внизу - трещины, перпендикулярные горизонтальной оси трубы, не относящиеся к трещинам коррозионного растрескивания под напряжением. Вследствие высоких нагрузок материал трубы потерял пластические свойства, произошло растрескивание и разрушение.

Известно, что для материала, вырезанного из аварийно-разрушившихся труб, характерно снижение пластических свойств, что доказывают результаты механических испытаний - снижены показатели относительного удлинения после разрыва и увеличено отношение условного предела текучести к пределу прочности [57, 78, 87].

Следовательно, надежность трубопроводов обусловлена текущим функциональным состоянием металла труб, при этом для обеспечения их работоспособности необходимы как минимум два условия:

1. Выполнение условия прочности металла в каждой точке элемента трубопровода [17].

2. Пластические характеристики металла должны соответствовать нормативу для случая спонтанного непрогнозируемого изменения нагрузки [21, 34].

Наиболее точно характеристики материала определяются по результатам механических испытаний [1, 14, 24]. Достоинством данных методов является непосредственная оценка механических свойств в ходе или после приложения механической нагрузки, то есть методы являются прямыми. Вместе с тем, главным недостатком, ограничивающим применение методов в эксплуатационных условиях, является разрушающий характер испытаний. Кроме того, методы мало чувствительны к изменеi ' нию структуры металла в процессе эксплуатации. Изменения в структуре металла нефтегазопроводов и, как следствие образование трещин, происходит в 100% случаев на внешней поверхности трубопровода, а при механических испытаниях определяются некоторые средние характеристики всего объема металла испытываемого образца без учета его гетерогенности. Более локальным методом механических испытаний является метод испытаний на релаксацию напряжений, в котором исследуются характеристики механических свойств малых объемов металла путем испытания микрообразцов. Однако данный метод также весьма трудоемок и носит разрушающий характер [71].

Существуют методы оптического микроанализа и электронной микроскопии [109, 118, 130, 131]. Первый позволяет фиксировать лишь критическое состояние металла, связанное с образование первичных деструктивных систем типа уже развитых нарушений сплошности (трещин, полос скольжения), которые наступают, например, при достижении физического предела текучести материала. Практическими недостатками метода являются необходимость использования дорогостоящего оптического оборудования, не приспособленного к работе на действующих трубопроводах, а также техническая сложность операций по подготовке поверхности в полевых условиях металлографическому анализу (шлифовка, полировка, травление). Электронная микроскопия дает информацию о подготовке материала к разрушению, однако метод еще более сложен и локален, что требует для оценки свойств металла в месте отбора пробы провести испытания серии из не менее 50-100 образцов.

Существуют магнитные методы структурного анализа металла трубопроводов [28, 76]. Основным достоинством магнитных методов является неразрушающий характер контроля, оперативность измерения, возможность измерения на неподготовленной поверхности, в том числе через слой покрытия, нанесенного на трубопровод. К недостаткам следует отнести наличие большого количества факторов, влияющих на магнитные параметры, учет которых необходимо производить при измерениях: макродефекты металла (неметаллические включения, трещиноподобные дефекты), напряженное состояние (в т.ч. остаточные напряжения), марка стали (для точного определения марки металла необходимо проводить спектральный анализ) и др.

Наконец, для оценки механических свойств металла нефтегазопроводов наиболее широко распространены методы определения твердости [32] и микротвердости [22, 23]. Определение макротвердости широко применяют для оценки характеристик механических свойств металла нефтегазопроводов, используя при этом различные регрессионные модели [63]. Макротвердость характеризует, преимущественно, характеристики прочности стали, то есть ее способность сопротивляться медленно возрастающей статической нагрузке, что вполне достаточно, например, для выбора марки стали, соответствующей данной величине и виду нагрузки. Однако, макротвердость очень косвенно отражает способность металла трубопроводов противостоять развитию трещин, что определяется на уровне структурных составляющих стали. В этом случае наиболее подходит метод определения микротвердости, который применяют для оценки характеристик механических свойств отдельных структурных составляющих многофазных сплавов. По микротвердости можно проследить механизмы преобразований в структуре стали, которые ведут к старению [9] или усталости [114], и в итоге, к разрушению трубопроводов. Однако применительно к наиболее широко используемым трубным сталям такие критерии не разработаны. К тому, же метод микротвердости, как и оптический микроанализ, достаточно сложен и требует доработки стандартного оборудования [121], которое годится для использования его только на образцах-шлифах. Для исследований на стенде и промышленных объектах стандартное оборудование не подходит.

Поэтому, наиболее перспективно направление исследований по оценке структурного состояния металла действующих нефтегазопроводов методом твердости с малой нагрузкой. Данный метод'по величине прилагаемой к индентору нагрузки занимает промежуточное положение между методами макротвердости и микротвердости, а по своим задачам наиболее соответствует микротвердости.

Цель работы. Разработать метод оценки структурного состояния металла действующих нефтегазопроводов путем измерения твердости с малой нагрузкой.

В работе решаются следующие задачи:

1. Разработка методики измерения твердости с малой нагрузкой и расчета статистических характеристик распределений твердости с малой нагрузкой.

2. Исследование зависимости изменения статистических характеристик твердости с малой нагрузкой от механических напряжений, возникающих в металле при приложении статической нагрузки.

3. Установление критериев достижения металлом предела текучести по твердости с малой нагрузкой.

4. Исследование зависимости пластических свойств стали от статистических характеристик распределений твердости с малой нагрузкой.

5. Установление зависимости статистических характеристик-распределений твердости с малой нагрузкой от'плосконапряженного состояния и циклической нагрузки путем проведения стендовых испытаний.

Научная новизна:

1) Впервые экспериментально установлено, что в упругой области нагружения образцов стали 17Г1С зависимость механических напряжений от дисперсии вариационного ряда твердости с малой нагрузкой описывается моделями общего вида : a=KS2 - N, где N и К показатели зависящие от предела прочности образцов: К=-2-1(Г* ств2+0,232 св- 66,99; N=10,27 ств- 6409,5.

2) Впервые зафиксировано, что при достижении физического предела текучести, определяемого по началу появления полос скольжения в металле, происходит увеличение дисперсии твердости измеренной при малой нагрузке на величину более чем 95%.

3) Экспериментально в ходе механических испытаний, установлена зависимость среднего коэффициента асимметрии вариационного ряда микротвердости, определяемого при пошаговом нагружении металла от относительного удлинения после разрыва: ^ = - 0,075+1,56.

4) Стендовыми испытаниями установлено, что циклирование внутренним давлением с подъемом и сбросом, изменяет состояние металла аналогично действию высоких статических нагрузок, что определяется по резкому увеличению дисперсии ТМН.

5) Результатами полевых и стендовых испытаний доказано, что зависимость дисперсии микротвердости от величины двухосных напряжений, возникающих в металле от труб внутреннего давления и изгиба, аналогична зависимостям, полученным в лабораторных условиях при одноосном растяжении.

Основные защищаемые положения диссертации:

- методика оценки состояния металла трубопроводов по ТМН;

- критерии оценки состояния металла по статистическим показателям вариационного ряда ТМН;

- результаты лабораторных испытаний образцов в условиях деформирования растяжением;

- результаты испытания, полученные на промышленном стенде и на,действующих объектах газотранспортной системы.

Практическая ценность работы заключается в разработке неразрушающего метода оценки состояния металла нефтегазопроводов в процессе эксплуатации, при этом определяются механические свойства металла, а также адекватность восприятия металлом существующих внешних нагрузок. Метод также позволяет оценить динамику изменения свойств металла во время эксплуатации, что позволяет спрогнозировать ресурс его работоспособности.

Метод внедрен на трубопроводной обвязке компрессорных станций КС-15 и КС-16 ООО «Севергазпром». По результатам внедрения получен экономический эффект - 2,67 млн. руб., при использовании метода на двенадцати компрессорных станциях ООО «Севергазпром» ожидаемый экономический эффект за 7 лет составит более 11000 тыс. руб. с учетом дисконтирования денежных потоков.

По материалам исследований поданы две заявки на изобретения РФ, что свидетельствует об абсолютной новизне полученных в работе результатов.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 7-й Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» РГУНиГ им. И.М . Губкина, г Москва, 2007 г.; 4-й, 5-й и 6-й Международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении», БГИТА, г. Брянск, 2004, 2005 и 2006 гг.; 14-й Международной конференции «Современные средства и методы не-разрушающего контроля и технической диагностики», г. Ялта, 2006 г.; Конференции сотрудников и преподавателей УГТУ, г. Ухта, 2005, 2006, 2007 гг.; Всероссийской научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири», г. Тюмень, 2007 г.; Международной конференции «Целостность и прогноз технического "состояния газопроводов» (PITSO-2007), г. Москва, 2007 г.; Il-ой Международной конференции «Газотранспортные системы: настоящее и будущее» (GTS-2007), г. Москва, 2007 г.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 22 работы, из них 7 в ведущих рецензируемых изданиях, включенных в перечень ВАК России.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, содержит 183 страниц текста, 87 рисунков, 32 таблицы и список литературы из 136 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ", Смирнов, Олег Викторович

4.5. Выводы по главе 4

1. Испытаниями на промышленном стенде, собранном из соединительных элементов трубопроводов, установлено следующее:

- Полигоны накопленных частостей ТМН для каждой пары точек, разнесенных на некоторое расстояние друг от друга в пределах одной трубной детали подобны, что свидетельствует, во-первых, о достоверности воспроизведения кинетики изменения ТМН и, во-вторых, уникальности этого закона для каждой трубной детали в ходе циклического нагружения внутренним давлением.

- Определено наличие влияния величины внутреннего давления в испытуемом узле на вариацию ТМН, величину которой можно установить по дисперсии. Номинальная исходная ТМН характеризуется равномерной структурой материала, и, соответственно, минимальной дисперсией распределения твердости, повышение дисперсии распределения характеризует увеличение разброса значений, что связано с изменениями и перестройкой, происходящими в материале под действием внешних сил, появлением в структуре неравномерности разных уровней.

- Тензоизмерениями были зафиксированы пластические деформации элементов узла в процессе циклических испытаний, а также при воздействии перегрузочного давления. Наличие остаточной деформации было зарегистрировано также по показаниям ТМН. В частности дисперсия, определяемая по показаниям ТМН, измеренным без избыточного давления в узле, в двух точках увеличивалась с ростом количества циклов испытания от 100-200 до 2500-3500 единиц. Это свидетельствует о том, что метод чувствителен к остаточным деформациям трубопроводов вызванным «сбросом-подъемом» внутреннего давления. Мероприятия, связанные со стравливанием газа на обвязке ГПА могут проводиться до 12-15 раз в год, что со временем, в отдельных точках трубы, может изменить свойства металла.

2. По результатам опробования метода на двух участках уникального длительно эксплуатирующегося газопровода Ухта-Войвож, подтверждена зависимость дисперсии ТМН от напряжений в металле труб. В результате получена линейная зависимость S2=f(a), описываемая уравнением: S2=1,5888а + 30,697. Величина начальной дисперсии ТМН при отсутствии напряжений в обоих случаях равна 100-200 единиц. С ростом напряжений в упругой области дисперсия ТМН увеличивается и в первом приближении подчиняется линейному закону, подобному тому, который установлен при лабораторных испытаниях образцов.

3. Опробованием - метода на трубной плети из новых труб диаметром 1420 мм Волжского трубного завода установлено:

- Имеется значительная вариация дисперсии ТМН, обусловленная вероятно различными механическими свойствами металла в местах измерения ТМН (часть труб была спиральношовной конструкции, часть - прямошовной).

- Отмечается не случайность характера изменения ТМН: в обоих положениях трубной плети ТМН измерена одним прибором в один день с интервалом 4 часа. Изменения температуры, наличия осадков и других, приводящих к погрешностям факторов, не наблюдалось. Полученные гистограммы, несмотря на их в отдельных случаях сложную форму, подобны. В частности, для некоторых точек измерения коэффициент корреляции приближается к единице, т.е. мы наблюдаем функциональную связь между показателями ТМН.

При изменении пространственного положения плети установлено, что на изменение дисперсии ТМН одинаково влияют как растягивающие нагрузки, так и сжимающие.

4. Резюмировать результаты испытаний на обвязке газоперекачивающих агрегатов КС-15, КС-16 можно следующим:

- Установлено, что в трубопроводе, имеющем максимальный удельный прогиб по результатам коэрцитиметрии, выявлены изгибные напряжения в металле труб 150-180 МПа (обвязка нагнетателя №36), при этом контрольные точки нагнетателя 36 характеризуются повышенными величинами дисперсии ТМН, составляющими более 400 ед.

- Установлено, что распределение магнитных свойств металла в различных точках контроля и дисперсии ТМН, практически повторяют друг друга, коэффициент корреляции 0,856.

- В результате работы установлена экспериментальная зависимость дисперсии ТМН от анизотропии коэрцитивной силы и от напряженного состояния труб.

Глава 5. РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНВЕСТИЦИОННОГО ПРОЕКТА ВНЕДРЕНИЯ МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ТМН

В настоящей главе представлены результаты расчета экономической эффективности проекта внедрения методики измерения ТМН на обвязке ГПА двенадцати компрессорных станций ООО «Севергазпром». Расчет выполнен в соответствии с современными методиками расчета эффективности инвестиционных проектов, в т.ч. одобренными в ОАО «Газпром» и учитывают такие показатели как срок окупаемости, чистый дисконтированный доход, индекс доходности и др.

Оценка технического состояния надземных трубопроводов обвязки КС, включающая нивелирование упругой поверхности трубопроводов и расчет напряженно-деформированного состояния показала, что отдельные участки трубопроводов могут находиться под воздействием недопустимых напряжений, регламентируемых [61]. Переход уровня напряжений из упругой области деформаций в пластическую опасен, прежде всего, необратимыми изменениями, происходящими в структуре металла труб. Такое явление известно под названием деформационного старения. Металл упрочняется и теряет пластические свойства, характеризующиеся относительным удлинением после разрыва при испытаниях на растяжение и ударной вязкостью. При этом во время дальнейшей эксплуатации высока вероятность спонтанного хрупкого разрушения трубопровода даже при незначительном варьировании его напряженного состояния.

Анализ результатов оценки технического состояния проведенной ДАО "ОРГ-ЭНЕРГОГАЗ" на компрессорных станциях ООО "Севергазпром" показал, что в среднем каждая КС имеет 45 участков, требующих реконструкции вследствие наличия предполагаемых зон упругопластической деформации.

Реконструкция включает в себя следующие операции:

- остановку газоперекачивающего агрегата, перекрытие участка и стравливание из него газа,

- снятие изоляционного покрытия, вырезка фрагмента трубопровода,

- регулирование опор с целью обеспечения горизонтальности участка (при необходимости установка дополнительных опор), вварка фрагмента трубопровода (катушки),

- дефектоскопия сварных стыков;

- восстановление виброшумоизоляционного покрытия.

По результатам измерения методом ТМН установлено, что в среднем только в двух случаях на одной компрессорной станции напряжения в стенке трубопровода превышают регламентируемые величины не выходя при этом за область упругих значений. Применение метода оценки функционального состояния металла трубопровода, позволит неразрушающим способом (требуется вырезка технологического отверстия в изоляции размерами 150x150 мм) определять механические свойства металла, его напряженное состояние и назначать план предупредительных мероприятий для возможности дальнейшей безопасной эксплуатации трубопровода.

Внедрение данного проекта предполагается в ООО "Севергазпром" на двенадцати действующих компрессорных станциях. Предполагается применение пяти твердомеров на различных линейно-производственных управлениях. Изменение издержек, оценка вероятности наличия участков газопровода с ненормативными напряжениями производилась по данным Приводинского ЛПУ МГ ООО «Севергазпром».

Основные характеристики проекта внедрения методики для оценки функционального состояния ТПО компрессорных станций следующие:

• годовой норматив (протяженность) обследования - технологические трубопроводы одной КС (четыре цеха);

• коэффициент достоверности выявления зон с высоким НДС - 0,95;

Условия реализации инвестиционного проекта:

• срок службы прибора 4 года (полевые условия работы);

• период расчета 7 лет (с учетом НИР по созданию методики оценки функциональных свойств металла в трубопроводах компрессорных станций путем измерений твердости с малой нагрузкой);

• шаг расчета 1 год;

• ставка дисконта 12%;

• ставка налога на прибыль 24%;

• уровень инфляции -10% годовых.

Выручка. Проведение диагностических мероприятий непосредственно не влияет на увеличение выручки от оказания услуг по транспорту и реализации газа газотранспортными предприятиями.

Инвестиции. В 2008 г. потребуются инвестиции в 900 тыс. руб. на проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ- с разработкой методики и проведение лабораторных испытаний 250 тыс. руб.

Начиная с 2009 г. по 2012 г. они составят порядка 195 тыс. руб. ежегодно на закупку серийных образцов прибора и обучение персонала.

Всего планируется закупить пять приборов УЗИТ-2М или аналогичных.

Издержки. Оценка издержек эксплуатации коэрцитиметра дана на основании примерной структуры для затрат на проведение технической диагностики.

Стоимость пяти серийных образцов прибора УЗИТ-2М (или аналогичных) 165 тыс. руб., срок службы прибора 3 года. Величина амортизационных отчислений составляет 55 тыс. руб. в год. Одновременно с закупкой приборов должно происходить обучение специалистов по данному виду контроля. Стоимость обучения специалиста 30 тыс. руб., включая все расходы.

Издержки при проведении диагностики включают затраты на следующие операции и мероприятия:

- Разметка и вырезка технологических окон в вибро- шумоизоляционном покрытии для проведения контроля ТМН;

- Непосредственно проведение измерения;

- Интерпретация результатов контроля;

- Реализация предупредительных мероприятий (регулирование опор и т.д.);

- Герметизация окон изоляционного покрытия или восстановление фрагмента покрытия.

В таблице 5.1 представлены результаты расчета издержек на реализацию метода. Данные для расчетов использованы следующие данные: количество окон для проведения измерения ТМН на одной КС - 200; количество участков трубопроводов КС, требующих ремонта (регулирования) - 2; часовая заработная плата рабочих, соответствующего разряда, равна фактической средней з/п в 2006 г. Таблица 5.1

Наименование операции Стоимость работ (тыс. руб.), в т.ч.

Материалы Топливо и энергия Заработная плата рабочих

1 Вырезка окон - - 5,68

2 Измерение - - 5,42

3 Интерпретация результатов - - 1,88

4 Регулирование опор - - 2,64

5 Герметизация окон 2,6 - 5,2

6 ИТОГО 2,6 20,82

В таблице 5.2 переведены результаты расчеты издержек на реконструкцию участков трубопроводов обвязки нагнетателей одной КС в условиях «без проекта». Исходные данные следующие: количество участков требующих проведения реконструкции - 45; реконструкция включает замену одной трубы на каждом из участков (10 м) и вибро- шумоизоляционного покрытия (12 м); объем стравливаемого газа - 3000 м3. Трубопровод установлен на регулируемых опорах Таблица 5.2

Наименование операции Стоимость работ (тыс. руб.), в т.ч.

Материалы Топливо и энергия Заработная плата рабочих

1 Стравливание газа из напряженного участка 0,91 -

2 Снятие изоляционного покрытия - - 15,75

3 Вырезка и удаление трубы - 44,5 21,6

4 Регулирование опор - - 22,84

5 Вварка новой трубы 2025 44,5 21,6

6 Дефектоскопия кольцевых сварных швов - - 16,2

7 Восстановление изоляционного покрытия 182,0 - 24,5

8 ИТОГО 2210,51 89,0 122,49

Оценка эффективности проекта выполнена с учетом предложенных во "Внутрикорпоративных правилах оценки." показателей и представлена в таблицах 5.3, 5.4, 5.5, 5.6:

- внутренняя норма прибыли 138 % при ставке дисконта 15%;

- срок окупаемости - на уровне одного года с начала проекта (рисунки 5.1, 5.2). Учитывая высокие показатели эффективности, проект рекомендуется к внедрению на компрессорных станциях общества «Севергазпром».

Годы

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Рисунок 5.1 - График изменения накопленной суммы чистого дохода для определения срока окупаемости проекта

Тыс. руб. 10000

8000 6000 4000

I I I

I I I ----

I 1 -О I

I / I

I ^^^^

-1-

-2000 б)

1 - без учета дисконтирования; 2-е учетом дисконтирования Рисунок 5.2 - Чистая прибыль от реализации проекта (а) и чистый доход (б)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе анализа средств и методов оценки текущего функционального состояния нефтегазопроводов, установлено, что наиболее приемлемым является метод определения микротвердости, который используют для оценки характеристик механических свойств отдельных структурных составляющих многофазных сплавов. По микротвердости прослеживают механизмы преобразований в структуре стали, которые ведут к старению или усталости, и в итоге, к разрушению трубопроводов. Выявлено, что применительно к наиболее широко используемым трубным сталям критерии работоспособности металла труб не разработаны, а стандартное оборудование для определения микротвердости не подходит для использования на промышленных объектах.

2. На основе анализа известных методов измерения твердости, отличающихся по величине нагрузки, прилагаемой к индентору, выбран оптимальный метод для оценки состояния металла нефтегазопроводов в условиях эксплуатации. Определение твердости с малой нагрузкой (ТМН) дает возможность, с одной стороны, измерять твердость отдельных структурных составляющих стали, с другой обладает малой критичностью к условиям измерения, отличающимся от лабораторных, таких как вибрации, некачественная подготовка поверхности, высокие или низкие температуры и т.д.

3. Выбраны наиболее подходящие для реализации метода ТМН портативные ультразвуковые твердомеры, достоинством которых является малый вес, высокая скорость измерения, высокая точность измерения, вследствие определения величины отпечатка под нагрузкой, а не после извлечения индентора.

4. Показано, что структурные изменения, происходящие в металле под действием нагрузки, можно оценить по статистическим показателям вариационного ряда, являющегося результатом многократных измерений ТМН в локальных областях металла. Установлено, что увеличение интервала, стандартной ошибки, среднеквадра-тического отклонения, дисперсии свидетельствует об увеличении разброса показаний, что может быть связано со снижением твердости наименее прочных фаз, увеличением твердости прочных участков или совместным действием этих явлений. Анализ изменения моды, медианы, коэффициента асимметрии и эксцесса рассеяния, может сказать какие процессы упрочнения или разупрочнения металла доминируют в металле при нагружении металла.

5. Разработана методика лабораторных испытаний на твердость с малой нагрузкой образцов в условиях статического деформирования растяжением. Методика предусматривает пошаговое растяжение образцов с измерением в трех различных областях образца твердости с малой нагрузкой в количестве 100 раз, расчет статистических показателей измеренных значений ТМН, анализ результатов испытания, в том числе сравнение полученных данных с механическими характеристиками, полученными при испытании материала до разрушения. Метод дает возможность установить критерии функционального состояния металла на основе статистических показателей ТМН.

6. Определено, что полученное в результате многократного измерения распределение твердости носит неслучайный характер, в частности выявлена сильная корреляционная связь между средними показаниями ТМН, измеренными в областях, сходных по характеру нагружения образца в процессе лабораторных испытаний.

7. В результате анализа изменения статистических показателей установлено, что наибольшую корреляционную зависимость с величиной приложенных нагрузок имеет дисперсия выборки ТНМ. Установлено, что в упругой области нагружения образцов стали 17Г1С зависимость дисперсии вариационного ряда микротвердости от напряжений описывается моделями общего вида: a=KS2 - N, где N и К - показатели, зависящие от предела прочности образцов.

8. Впервые доказано, что при достижении физического предела текучести происходит увеличение дисперсии ТМН на величину более чем 95%. Истинным пределом текучести данного образца считали напряжение в металле, при котором происходило начало появления полос скольжения, выявляемых металлографическим обследованием поверхности металла с помощью микроскопа МПБ-3.

9. Установлена при статическом растяжении металла зависимость среднего коэффициента асимметрии вариационного ряда ТМН от относительного удлинения после разрыва.

10. Метод ТМН опробован на четырех промышленных объектах, а именно: на стенде, собранном из соединительных элементов трубопроводов диаметром 720 мм, на двух участках уникального длительно эксплуатирующегося газопровода Ухта-Войвож, на трубной плети из новых труб диаметром 1420 мм Волжского трубного завода, на обвязке газоперекачивающих агрегатов двух компрессорных станций КС-15, КС-16. Доказана достоверность полученных в лабораторных условиях выводов.

11. Метод внедрен на действующем объекте - трубопроводной обвязке ГПА КС-15, КС-16 ООО «Севергазпром». В результате установлены напряженные элементы трубопроводов. Проведена оценка их механических свойств, определена предыстория металла по механической перегрузке, разработаны рекомендации по дальнейшей безопасной эксплуатации трубопроводов.

12. Рассчитана экономическая эффективность проекта внедрения методики на компрессорных станциях ООО «Севергазпром» в период с 2007 по 2013 гг. Прогнозируемый чистый дисконтированный доход составляет более 11,0 млн. руб.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Смирнов, Олег Викторович, Ухта

1. Авдеев Б.А. Современные машины и приборы для механических испытаний материалов. М.: Стандартгиз, 1960.

2. Авдеев Б.А. Техника определения механических свойств материалов. -М.: Машиностроение, 1965. -488 с.

3. Айнбиндер А.Б., Камерштейн Л.Г. Расчет магистральных трубопроводов на прочность и устойчивость. М.: Недра, 1982. - 341 с.

4. Алехин В.П., Булычев С.И., Калмакова А.В., Узинцев О.Е. Кинетическое индентирование в проблеме неразрушающего контроля и диагностики материалов Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2004. - Том 70. - № 6 - С. 46-51.

5. Ангалев A.M., Демков А.Ю. и др. Области применимости методов неразрушающего контроля напряжений в металлоконструкциях // В сб. докл. межд. дел. встр. Диагностика 2002. Т 1. - М.: ИРЦ ГАЗПРОМ, 1999. - С. 143-146.

6. Анисимов В.А., Куценко А.Н. Современное состояние исследований в области НДС элементов конструкций // Дефектоскопия, 1988. №9. - С. 34-37.

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

8. Бабич В.К., Гуль Ю.П., Долженов И.Е. Деформационное старение стали. М.: Металлургия, 1972. - 320 с.

9. Бекпаганбетов А.У., Матюнин В.М., Немытов Д.С. Определение твердости при переходе от упругой к упругопластической деформации // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2004. - Том 70. - № - С. 42-46.

10. Березин В.Л., Бобрицкий Н.В. Сооружение насосных и компрессорных станций: Учебник для вузов. М.: Недра, 1985. - 288 с.

11. Бида Г. В., Ничипурук А.П. Коэрцитиметрия в неразрушающем контроле //Дефектоскопия, 2000. № 10. - С. 3-28.

12. Бида Г.В., Сажина Е.Ю. Исследование возможности контроля механических свойств труб нефтяного сортамента неразрушающим методом // Дефектоскопия. 1995. - № 2. - С. 82 - 88.

13. Бобылев А.В. Механические и технологические свойства металлов: Справочник. М.: Металлургия, 1980. - 296 с.

14. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1990.- 447 с.

15. Бородавкин В.В., Березин B.J1. Сооружение магистральных трубопроводов: Учебник для вузов. М.: Недра, 1987 - 471 с.

16. Бородавкин П.П., Синюков A.M. Прочность магистральных трубопроводов.-М.: Недра, 1984. -245 с.

17. Бородавкин П.П., Таран А.Д. Трубопроводы в сложных условиях. М.: Недра, 1968.-303 с.

18. Булычев С.И. Достижения и перспективы испытания материалов непрерывным вдавливанием индентора // Заводская лаборатория. 1992. - № 3. - С. 29 -36.

19. Булычев С.И., Алехин В.П. Испытание материалов непрерывным вдавливанием индентора. М.: Машиностроение, 1990. -224 с.

20. Гапченко М.Н. Хрупкое разрушение сварных соединений и конструкций.- М.: Машгиз, 1963. 356 с.

21. Глазов В.М., Вигдорович В.Н. Микротвердость металлов. М.: Метал-лургиздат, 1962. - 343 с.

22. Глазов В.М., Вигдорович В.Н. Микротвердость металлов и полупроводников. М.: Металлургия, 1969. -248 с.

23. Глингер Б.М. Определение механических и технологических свойств металлов. М.: Машгиз, 1959. - 276 с.

24. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука, 1982. - 524 с.

25. Гогоберидзе Д.Б. Твердость и методы ее измерения. М.: Машгиз, 1952.- 285 с.

26. Горицкий В.М., Терентьев В.Ф., Орлов В.Г. Усталость и вязкость разрушения металлов. М.: Наука, 1974. - 289 с.

27. Горкунов Э.С. Магнитные приборы контроля структуры и механических свойств стальных и чугунных изделий (обзор) // Дефектоскопия, 1992. №10. - С. 335.

28. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытания на растяжение. М.: Изд-во стандартов, 1984. - 17 с.

29. ГОСТ 8731-58. Трубы стальные бесшовные горячекатаные. Общие технические требования.

30. Граф М.Э. Испытания на усталость применительно к задачам оптимизации конструкций. Киев: Наукова думка, 1984. - 176 с.

31. Григорович В.К. Твердость и микротвердость металлов. М.: Наука, 1976.-230 с.

32. Гудков А.А. Стандартизация методов определения твердости металлов //Технология металлов 2004. - №3. - С. 35-39.

33. Гусев А.С. Сопротивление усталости и живучесть конструкций при случайных нагрузках. М.: Машиностроение, 1989. - 248 с.

34. Гусев А.С., Светлицкий В.А. Расчет конструкций при случайных воздействиях. М.: Машиностроение, 1984. - 240 с.

35. Давиденков Н.Н. Динамические испытания металлов. М.: Изд-во ОН-ТИ, 1936.-394 с.

36. Давиденков Н.Н., Беляев С.Е., Марковец М.П. Получение основных механических характеристик стали с помощью измерений твердости. Заводская лаборатория, 1945, №10. - С. 964-973.

37. Данко П.Е., Попов А.Г., Кожевникова Т.Я. Высшая математика в упражнениях и задачах: Учеб. пособие . М.: Высш. шк., 1986. -415 с.

38. Дегтярев В.Н. Исследование диаграмм твердости и их связи с механическими свойствами металлов. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. тех. наук. -М.: МЭИ, 1974.-24 с.

39. Дель Г.Д. Определение напряжений в пластической области по распределению твердости. М.: Машиностроение, 1971. - 200 с.

40. Дрозд М.С. Определение механических свойств металла без разрушения. М.: Металлургия, 1965. - 170 с.

41. Золотаревский B.C. Механические свойства металлов. М.: Металлургия, 1983.-351 с.

42. Иванова B.C. Циклическое разрушение металлов и сплавов. М.: Наука, 1981.-200 с.

43. Иванцов О.М., Харитонов В.И. Надежность магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1978. - 166 с.

44. Избранные методы исследования в металловедении: Пер с нем. М.: Металлургия, 1985. -225 с.

45. Ильюшин А.А. Пластичность. М.: ОГИЗ, 1948. - 376 с.

46. Испытание материалов: Справочник / Пер. с. нем. М.: Металлургия, 1979.-447 с.

47. Исследование и расчет напряжений в деталях машин и конструкциях / Под ред. Н.И. Пригоровского. М.: наука, 1966. - 192 с.

48. Исследование температурных напряжений / Под ред. Касаткина Б.С. -М.: Наука, 1972.-228 с.

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

50. Коган P.J1. Циклическая прочность металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1962,-255 с.

51. Коллинз Д. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение. М.: Мир, 1984. - 624 с.

52. Колмаков А.Г., Терентьев В.Ф., Бакиров М.Б. Методы измерения твердости. М.: Интермет Инжиниринг, 2005. 250 с.

53. Коттрел А.Х. Структура металлов и свойства. М.: Металлургиздат, 1957.-134 с.

54. Коттрелл А.Х. Дислокации и пластическое течение в кристаллах. М.: Металлургиздат, 1958. - 328 с.

55. Кочаев В.П., Махутов Н.А., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: Справочник. М.: Машиностроение, 1985. -223 с.

56. Кузьбожев А.С. Обоснование материаловедческих критериев повреждаемости металла труб магистральных газопроводов и прогнозирование остаточного ресурса / Автореф. дисс. канд. тех. наук. М.: МГВМИ, 2003. - 21 с.

57. Кузнецов Н.С., Кузнецов А.Н. Оценка напряженного состояния стальных конструкций по магнитным характеристикам ферромагнетикам // Дефектоскопия, 2001,- №1, С. 23-32.

58. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для ВТУЗ. -М.: Машиностроение, 1990. 528 с.

59. Лебедев А.А., Ковальчук Б.И., Ламашевский В.П. Расчеты при сложном напряженном состоянии (определение эквивалентных напряжений). Киев: ИПП АН УССР, 1979.-63 с.

60. Магистральные трубопроводы: СНиП 2.05.06.85. М.: Изд-во станд., 1985.-52 с.62 . Мак-Мастер Р. Неразрушающие испытания: Справочник. Кн. 2. М.: . Энергия, 1965.-274 с.

61. Марковец М.П. Определение механических свойств по твердости. М.: Машиностроение, 1979. - 191 с.

62. Марковец М.П., Матюнин В.М., Шабанов В.М. Переносные приборы для измерения твердости и механических свойств // Заводская лаборатория, 1989. Т. 55.-№ 12.-С. 73-76.

63. Марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вят-кин и др.; под. общ. ред. В.Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. - 640 с.

64. Матюнин В.М. Методы твердости в диагностике материалов. Состояние, проблемы, перспективы // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2004. - Том 70. - № - С. 37-42.

65. Махутов Н.А. Деформационные критерии и расчет элементов конструкций на прочность. М.: Машиностроение, 1981. - 272 с.

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

67. Металловедение и термическая обработка стали: Справ, изд. В 3-х т. / Под ред. Бернштейна М.Л., Рахштадта А.Г. -4-е изд., перераб. и доп. Т. 1 / Методы испытаний и исследования. В 2-х кн. Кн. 2 М.: Металлургия, 1991. С. 357-360.

68. Методы и средства оценки трещиностойкости конструкционных материалов / Под ред. Панасюк В.В. Киев: Наукова думка, 1981.

69. Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов: Справ, пособие. Т.2. - Методы исследование механических свойств металлов / Под. ред. А.Т. Туманова. - М.: Машиностроение, 1971. - 320 с.

70. Методы исследования напряжений в конструкциях энергетического оборудования / Отв. Ред. Н.И. Пригоровский. М.: Наука, 1966. - 192 с.

71. Механическая усталость в статистическом аспекте / Под ред. Серенсена С.В. М.: Наука, 1969. - 174 с.

72. Механические свойства конструкционных материалов при сложном напряженном состоянии: Справочник / Лебедев А.А., Ковальчук В.И., Гигиняк Ф.Ф. -Киев: Наукова думка, 1983. 366 с.

73. Миллер К.Ж. Усталость металлов прошлое, настоящее и будущее // Заводская лаборатория. - 1994. - № 3. - С. 31 -44.

74. Михеев М.Н., Горкунов Э.С. Магнитные методы структурного анализа и неразрушающего контроля. М.: Наука, 1993. - 252 с.

75. Мотт Б.В. Испытание на твердость микровдавливанием. М.: Метал-лургиздат, 1960. - 274 с.

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

77. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / В.В. Клюев, Ф.Р. Соснин, А.В. Ковалев и др. М.: Машиностроение, 2005. - 656 с.

78. Неразрушающий контроль материалов и изделий: Справочник / Под ред. Самойловича Р.П. М.: Машиностроение, 1976. -456 с.

79. Ничипурук А.П., Дегтярев М.В., Горкунов Э.С. Микроструктура, механические и магнитные свойства стали Ст 3 и стали У 8 после циклического деформирования растяжением // Дефектоскопия. 2001. - № 1. - С. 32 - 37.

80. Новиков В.Ф., Яценко Т.А., Бахарев М.С. Зависимость коэрцитивной силы от одноосных напряжений // Дефектоскопия, 2001. №11. - С. 51-57.

81. Одинг И.А. Структурные признаки усталости металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1949.-245 с.

82. Панасюк В.В. Методы оценки трещиностойкости конструкционных материалов. Киев: Наукова думка, 1977. - 277 с.

83. Панасюк В.В. Методы оценки трещиностойкости конструкционных материалов. Киев: Наукова думка, 1977. - 277 с.

84. Партон В.З., Морозов Е.М. Механика упругопластического разрушения. М.: Наука, 1985.-502 с.

85. Пиласевич А.В., Новоселов В.В. Старение сталей подземных трубопроводов // Нефть и газ. 1999. - № 5. - С. 56 - 59.

86. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий: Справочник в 2-х кн. / Под ред. В.В. Клюева М.: Машиностроение, 1986. 352 с.

87. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1979.-744 с.

88. Ратнер С.И. Усталость металлов. . М.: Изд-во АН СССР, 1960, - 223с.

89. Ренский А.Б., Баранов Д.С., Макаров Р.А. Тензометрирование строительных конструкций и материалов. М: Стройиздат, 1977. -240 с.

90. Рети П. Неразрушающие методы контроля металлов. М.: Машиностроение, 1972.-208 с.

91. Розов Н.В. Производство труб: Справочник. М.: Металлургия, 1974.598 с.

92. Рудницкий В.А. Метод динамического идентирования для оценки механических характеристик металлических материалов // Дефектоскопия. 1997. - № 4.- с. 79 82.

93. Семин A.M. Определение механических свойств металлов по характеристикам твердости. М.: Современный гуманитарный университет, 2000. - 152 с.

94. Сервисен С.В. Избранные труды: т.2 Усталость материалов и элементов конструкций. Киев: Наукова Думка, 1985. - 256 с.

95. Скугорова Л.П. Материалы для сооружения газонефтепроводов и хранилищ. М.: Недра, 1975. - 320 с.

96. Степнов М.Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний: Справочник. М.: Машиностроение, 1985. - 1989с.

97. Строительство и монтаж насосных и компрессорных станций / В.Л. Бе-резин, П.П. Бородавкин, С.Я. Куриц, Е.И. Трушин. М.: Недра, 1974.

98. Тарлинский В.Д., Головин С.В. Экспериментальная оценка свойств длительно эксплуатируемых газопроводов // Строительство трубопроводов, 1997. № 1 -2.-С. 29-32.

99. Тензометрия в машиностроении / Под ред. Р.А. Макарова. М.: Машиностроение, 1975. - 288 с.

100. Технологические трубопроводы в промышленном строительстве / Е.Я. Николаевский, Р.И. Тавастшерна, А.Л. Зильберберг, А.Г., Рузанов. М.: Стройиздат, 1979.-800 с.

101. Технология конструкционных материалов / Дальский A.M., Арутюнова И.А., Барсукова А.В. и др. М.: Машиностроение, 1985. -448 с.

102. Технология металлов и материаловедение / Кнозоров Б.В., Усова Л.Ф., Третьяков А.В., и др. М.: Металлургия, 1987. - 800 с.

103. Технология термической обработки стали: Пер. с нем. / Под ред. Бер-штейна М.Л. М.: Металлургия, 1981. - 606 с.

104. Третьяченко Г.Н. Моделирование при изучении прочности конструкций.- Киев: Наукова думка, 1981. 341 с.

105. Трощенко В.Т. Деформирование и разрушение металлов при многоцикловом нагружении. Киев: Наукова думка, 1981. - 341 с.

106. Труфяков В.И. Прочность сварных соединений при переменных нагрузках. Киев: Наукова думка, 1990. - 256 с.

107. Усманский Я.С., Скаков Ю.А., Иванов А.Н. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. М.: Металлургия, 1982. -632 с.

108. Усталость металлов / Под. ред. Ужийа Г.В. М.: Машиностроение, 1968.- 296 с.

109. Федосьев В.Н. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1979. -560 с.

110. Финкель В.М. Портрет трещины. М.: Металлургия, 1980.-160 с.

111. Финкель В.М. Физика разрушения. М.: Металлургия, 1970. - 376 с.

112. Форрест П. Усталость металлов. М.: Машиностроение, 1968. - 296 с.

113. Фридель Ж. Дислокации. М.: Мир, 1967. - 465 с.

114. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. М.: Машиностроение, 1974.-472 с.

115. Халл Д. Введение в дислокации. М.: Атомиздат, 1968.-274 с.

116. Хейденрайх Р. Основы просвечивающей электронной микроскопии в металловедении. М.: Металлургия, 1973. - 584 с.

117. Херцберг Р.В. Деформация и механика разрушения конструкционных материалов. Пер. с англ. / Под ред. Бернштейна М.Л., Ефишенко С.П. М.: Металлургия, 1989.-254 с.

118. Хоникомб Р. Пластическая деформация металлов. М.: Мир, 1972.423 с.

119. Хрущов М.М., Беркович Е.С. Приборы ПМТ-2 и ПМТ-3 для испытания на микротвердость. М.: Изд-во АН СССР, 1950. - 79 с.

120. Хэнли Э.Дж. Кумамото X. Надежность технических систем и анализ риска. М.: Машиностроение, 1984. - 528 с.

121. Цаплин В.А., Бациевский А.Ф. Приборы для измерения твердости металлов. М.: Машгиз, 1964. -187 с.

122. Червяков А.Н., Киселева С.А., Рыльникова А.Г. Металлографическое определение включений в стали. М.: Металлургиздат, 1962.

123. Шевандин Е.М., Решетникова Р.Е., Рубинштейн Л.М. Усталость металлов. . М.: Изд-во АН СССР, 1960, - 194 с.

124. Школьник Л.М. Методика усталостных испытаний: Справочник. М.: Металлургия, 1978. - 304 с.

125. Щербединский Г.В. Механические свойства металлов в проблемах продления ресурса безопасной эксплуатации высоко рисковых объектов // Заводская лаборатория. 2000. - № 1. - С. 8 - 11.

126. Экспериментальные методы и расчет напряжений в конструкциях /Под ред. Пригоровского Н.И. М.: Наука, 1975. - 164 с.

127. Экспериментальные методы исследования сварочных напряжений / Касаткин Б.С., Лобанов Л.М и др. М.: Наука, 1977. - 149 с.

128. Электронная микроскопия в металловедении: Справочник / Под ред. Смирновой А.В. М.: Металлургия, 1985. - 191 с.

129. Электронномикроскопическое изображение дислокаций и дефектов упаковки. Справочное руководство / По ред. Косевича В.М. и Палаткина Л.С. М.: Наука, 1976.-223 с.

130. Buchor J., Knese Z., Bileh Z. The influence of steel microstructure on dynamic fracture-toughness, in: Fract. and Role microstruct. Proc. 4th Eur. Conf. Fract., Leoben, 22—24 Sept. 1982 v. I, Warley: 1982, p. 280—287.

131. Chen Z., Denive V., Jiles D. Measurements of magnetic circuit characteristics for comprehension of intrinsic magnetic properties of material from surface inspection // J. Appl. Phys., 1993, 73, №10, P. 620-622.

132. Langman R. Measurement of stress by a hardness method. NDT Prog. 4-th Eur. Conf,—London, 13—17 Sept., 1987, 3, p. 1783—1799.

133. Robinson J. N., Tuck C, W. The relationship between microstructures and fracture toughness for a low-alloy steel. — Eng. Fract. Mech., 1972, v. 4, № 2, p. 377— 392.

Информация о работе

Смирнов, Олег Викторович
кандидата технических наук
Ухта, 2008
ВАК 25.00.19

Диссертация

Разработка метода оценки работоспособности нефтегазопроводов по твердости с малой нагрузкой - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы