УДК 622.691.4.053:539

А.И. Айнабеков., Сулейменов У.С., Омашова Г.Ш., Алдашева Л.С.

Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауезова,

г. Шымкент, Казахстан, e-mai: dinamika- nauka@rambler.ru

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛА ТРУБ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ С УЧЕТОМ ВОЗМОЖНОГО ЛОКАЛЬНОГО СНИЖЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ЗОНЕ РАЗРУШЕНИЯ

В условиях, когда по объективным причинам полностью исключить разрушения магистральных газопроводов невозможно, большое значение приобретают исследования, направленные на разработку научно обоснованной методики оценки сопротивляемости металла труб разрушению, предупреждение распространения или управление протяженностью разрушения.

В связи с этим рассмотрим вопросы методической постановки задачи оценки сопротивляемости металла труб газопроводов с учетом возможного локального снижения температуры металла в зоне сквозного дефекта и распространения разрушения.

Воспользуемся известными соотношениями для образца с трещиной, в соответствии с ГОСТ 25.506.-85:

(1)

(2)

где -критический коэффициент интенсивности напряжений для образца данной толщины при максимальной нагрузке ; –толщина и ширина образца; -разрушающее номинальное напряжение; –поправочная функция, учитывающая геометрию образца и длину трещины.

Представляя разрушающее номинальное напряжение через коэффициент запаса по напряжениям в виде:

, (3)

и, учитывая (1) и (2), получим:

(4)

где – временное сопротивление стали.

Левая часть уравнения (4) отражает трещиностойкость материала трубопровода, а правая часть -характеризует конструкционную трещиностойкость.

Следует отметить, что при выполнении условия вязкости разрушения в виде

(5)

Наиболее опасные хрупкие и квазихрупкие разрушения исключаются.

При невыполнение условия (5) необходимо рассмотреть условие нераспространения хрупкой трещины в соответствии с формулой (4).

Тогда оценку сопротивляемости труб разрушению необходимо производить по критерию, состоящему из двух неравенств:

(6)

(7)

Неравенство (6) устанавливает толщину труб при которой протяжные разрушения трубопроводов невозможны, т.е. устанавливается область вязкого состояния трубной стали. Неравенство (7) ограничивает область нераспространения трещины в трубопроводе, если толщина его стенки не удовлетворяет условию (6), в зависимости от размера трещины по направлению ее роста, а также уровня действующих напряжений.

На основе неравенств (6) и (7) предлагается усовершенствованная методика оценки трещиностойкости металла труб газопроводов с учетом температурных условий работы, которая в виде алгоритма представлена на рисунке 1.

Согласно алгоритма методика оценки трещиностойкости металла труб магистральных газопроводов с учетом локального изменения температуры в зоне дефекта или разрушения включает в себе следующие этапы:

1. Устанавливаются температурные условия работы трубопровода. Так как температурные условия на концах линейной части трубопровода разные, определяется средняя температура транспортируемого газа по формуле :

(8)

где - температура окружающей среды; - коэффициент Джоуля-Томсона; - температура газа в начале и конце трубопровода; - давление в газопровде в начале и конце трубы; - средняя температура транспортируемого газа.

Рисунок 1-Алгоритм оценки трещиностойкости металла труб с учетом локального изменения температуры.

В случае рассмотрения металла труб в зоне сквозного дефекта для определения расчетной температуры используются основные положения расчета по эффекту Джоуля-Томсона, а при случае быстроразвивающейся трещины – нижеследующая формула [1]:

(9)

где - скорость развития трещины разрушения, -начальная скорость потока газа, -начальная температура транспортируемого газа.

2. По установленным температурам работы металла газопроводов стандартными испытаниями образцов Шарпи согласно ГОСТ 9454-78, определяется ударная вязкость металла труб.

3. По экспериментально установленным значениям ударной вязкости металла труб при эксплуатационных температурах по нижеследующим формулам определяются нижние и верхние границы возможных значений критического коэффициента интенсивности напряжений [2]:

, (10)

где -модуль упругости и коэффициент Пуассона, - ударная вязкость металла труб.

4. Определяются соответсвующие данным температурным условиям значения характеристик трещиностойкости

5. Назначается или рассчитывается коэффициент запаса прочности . При известных значениях разрушающих номинальных напряжений коэффициент запаса прочности устанавливается по формуле (3).

6. Задаваясь допустимым размером трещины и используя соответсвующие формулы ГОСТ 25.506-85 определяются значения поправочной функции .

7. Значения характеристики трещиностойкости сравниваются с конструкционными характеристиками трубопровода по критериям (6) и (7).

8. Если условия (6) и (7) не выполняются, то предлагается выбрать трубную сталь с большей ударной вязкостью или изменить толщину стенки трубопровода, а также пересмотреть коэффициент запаса.

Предложенная методика позволяет с достаточной для инженерных целей точностью оценить трещиностойкость металла труб с учетом локального изменения температуры, учесть конструктивные и технологические изменения без проведения сложных и трудоемних испытаний на трещиностойкость.

Литература

1. Джумабаев А.А. Оценка влияния рабочих параметров магистрального трубопровода на скорость развития трещины разрушения // Вестник МКТУ им. А. Ясауи. 2009.-№2(65).-С.40-44

2. Айнабеков А.И., Сулейменов У.С., Джумабаев А.А. Исследование зависимости между трещиностойкостью и ударной вязкостью конструкционных трубных сталей // Вестник КазАТК им. М. Тынышпаева.-2009.- №3 (58).-С.140-143

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ

Ф.И.О. – Айнабеков А.И.

Научная степень – д.т.н.

Должность – профессор

Организация – ЮКГУ им. Ауезова

Адрес – пр. Тауке хана -5

Страна – Республика Казахстан

Телефон - 30-09-70

e-mai: dinamika- nauka@rambler.ru

Ф.И.О. - Сулейменов У.С.

Научная степень – д.т.н.

Должность – доцент

Организация – ЮКГУ им. Ауезова

Адрес – пр. Тауке хана -5

Страна – Республика Казахстан

Телефон - 30-09-70

e-mai: dinamika- nauka@rambler.ru

Ф.И.О. – Омашова Г.Ш.

Научная степень – к.ф.-м.н.

Должность – доцент

Организация – ЮКГУ им. Ауезова

Адрес – пр. Тауке хана -5

Страна – Республика Казахстан

Телефон - 21-01-30

e-mai: dinamika- nauka@rambler.ru

Ф.И.О. – Алдашева Л.С.

Научная степень –

Должность – инженер

Организация – ЮКГУ им. Ауезова

Адрес – пр. Тауке хана -5

Страна – Республика Казахстан

Телефон - 21-01-30

e-mai: dinamika- nauka@rambler.ru