«Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса»

Оценка уровня остаточных и локальных напряжений в зоне коррозионного повреждения газопровода

УДК: 662.691.4.004
DOI: -

Авторы:

¹ ЭКСИКОМ, Москва, Россия
² Центральный аэрогидродинамический институт имени Н.Е. Жуковского, Жуковский, Россия

Ключевые слова: газопровод, коэффициент концентрации напряжений, метод конечных элементов, локальные напряжения, остаточные напряжения

Аннотация:

В статье представлены результаты анализа локального напряженно-деформированного состояния газопровода с коррозионными дефектами и экспериментального определения остаточных технологических напряжений в катушках труб диаметром 1420 мм (производства завода Mannessmann и Харцызского трубопрокатного завода) и в катушке трубы диаметром 402 мм (производства завода Mannessmann), а также на газопроводе диаметром 530 мм, расположенного на оползневом участке. Расчетные исследования локального напряженно-деформированного состояния были выполнены методом конечных элементов на трубе диаметром 1420 мм с коррозионными дефектами различной длины, ширины и глубины. Расчеты показали, что в зоне концентрации напряжений допускаемое давление даже при коррозионном дефекте с относительной глубиной 17,2 % от толщины стенки трубы ниже нормативного давления. Экспериментальные исследования остаточных технологических напряжений методом тензометрии с зондированием несквозного отверстия показали, что они имеют высокий уровень. Так, в трубе производства завода Mannessmann максимальные растягивающие кольцевые остаточные напряжения равны 258 МПа, а в трубе производства Харцызского трубопрокатного завода – 162 МПа. Сравнение максимальных кольцевых остаточных напряжений, действующих в трубах диаметром 1420 мм, с остаточными максимальными напряжениями, зафиксированными в трубе производства завода Mannessmann диаметром 402 мм, показало, что остаточные напряжения в трубе диаметром 402 мм значительно меньше и не превышают 65 МПа. Так как на трубах малого диаметра трещины стресс-коррозии практически не образуются, то этот результат косвенно указывает, что значительное влияние на процесс образования трещины стресс-коррозии имеют остаточные напряжения. Для газопровода диаметром 530 мм, расположенного на оползневом участке, методом тензометрии с зондированием несквозного отверстия было установлено, что продольные и кольцевые напряжения составляют 88 % от уровня допускаемых напряжений, что с большой вероятностью может привести к аварийной ситуации.

Список литературы:

1. Варламов Д.П., Баренбойм И.И., Стеклов О.И. Коррозионное растрескивание под напряжением как фактор риска при эксплуатации системы магистральных газопроводов России // Территория Нефтегаз. – 2012. – № 6. – С. 36–45.
2. Стеклов О.И., Варламов Д.П. Безопасная эксплуатация системы магистральных газопроводов при наличии дефектов КРН // Газовая пром-сть. – 2013. – № 1(685). – С. 46–49.
3. Велиюлин И.И., Городниченко В.И. Системный анализ проблемы стресс-коррозионного растрескивания газопроводов // Обслуживание и ремонт основных фондов ПАО "Газпром" – 2016: материалы 8-й Междунар. конф., Сочи, 09–14 окт. 2016 г. – М.: МАКС Пресс, 2017. – С. 115–124.
4. Методика наземного комплексного технического диагностирования пересечений газопроводов / В.И. Городниченко, В.Е. Грязин, М.Ю. Митрохин, А.В. Молоканов // Газотранспортные системы: настоящее и будущее: сб. докл. IV Междунар. конф. и выставки GTS-2011, М., 26–27 окт. 2011 г.: в 2 ч. Ч. 1. – М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2012. – С. 374–377.
5. Прогнозирование стресс-коррозионной поврежденности труб на участках магистральных газопроводов с применением вероятностно-статистических методов и технологий машинного обучения как элемент СУТСЦ ГТС ПАО "Газпром" / С.В. Нефедов, И.В. Ряховских, Р.И. Богданов [и др.] // Обслуживание и ремонт основных фондов ПАО "Газпром" – 2016: материалы 8-й Междунар. конф., Сочи, 09–14 окт. 2016 г. – М.: МАКС Пресс, 2017. – С. 163–186.
6. ГОСТ Р 55999-2014. Внутритрубное техническое диагностирование газопроводов. Общие требования. – Введ. 2015–02–01. – М.: Стандартинформ, 2019. – IV, 20 с.
7. Leis B.N., Bubenik T.A., Nestleroth J.B. Stress-corrosion cracking in pipelines // Pipeline and Gas J. – 1996. – Vol. 223, Issue 8. – P. 42–49.
8. Raju I.S., Newman J.C. Stress-intensity factors for a wide range of semi-elliptical surface cracks in finite-thickness plates // Engineering Fracture Mechanics. – 1979. – Vol. 11, Issue 4. – P. 817–829. – DOI: 10.1016/0013-7944(79)90139-5
9. Ряховских И.В. Безопасная эксплуатация газопроводов на основе модели управления коррозионным растрескиванием под напряжением // Науч.-техн. сб. Вести газовой науки. – 2022. – № 1(50). – С. 17–30.
10. Проектирование, расчеты и статические испытания металлокомпозитных конструкций / В.И. Голован, В.И. Гришин, А.С. Дзюба [и др.]. – М.: ТЕХНОСФЕРА, 2022. – 408 с.
11. СТО Газпром 2-2.3-112-2007. Методические указания по оценке работоспособности участков магистральных газопроводов с коррозионными дефектами. – Введ. 2007–08–27. – М.: ИРЦ Газпром, 2007. – 63 с.
12. Митрохин А.М., Чубунов М.В. Определение предельно допустимых значений овальности трубы по условию недопустимости пластических деформаций // Трубопроводный транспорт: теория и практика. – 2012. – № 1(29). – С. 34–36.
13. Велиюлин И.И., Городниченко В.И., Харионовский В.В. Анализ прочности труб газопровода с дефектами овальности // Газовая пром-сть. – 2023. – № 11(856). – С. 100–106.
14. Measurement of Residual Stress by the Blind Hole Drilling Method. – Technical Data Bulletin T-403. – Photolastic Inc., 1977.
15. ASTM E837. Standard Test Method for Determining Residual Stresses by the Hole-Drilling Strain-Gage Method. – Annual Book of ASTM Standards. – Philadelphia, PA: ASTM, 1989.
16. Городниченко В.И., Хасанов Р.Р., Широков М.А. Применение метода сверления отверстия для контроля напряжений в газопроводных конструкциях // Обслуживание и ремонт основных фондов ПАО "Газпром" – 2016: материалы 8-й Междунар. конф., Сочи, 09–14 окт. 2016 г. – М.: МАКС Пресс, 2017. – С. 207–216.
17. Измерение продольных и кольцевых напряжений в трубопроводах методом зондирования несквозного отверстия / В.И. Городниченко, И.Н. Курганова, В.П. Черний, Ф.И. Захаркин // Надежность и ресурс газопроводных конструкций: сб. науч. тр. – М.: ППП "Типография "Наука", 2003. – С. 157–167.
18. Определение фибровых напряжений на наружной поверхности газопроводов, расположенных на оползневых участках / М.А. Широков, В.И. Городниченко, Т.К. Бегеев, Ф.И. Захаркин // Надежность и ресурс газопроводных конструкций: сб. науч. тр. – М.: ППП "Типография "Наука", 2003. – С. 168–175.
19. Погуляев С.И., Максютин И.В., Попков А.С. Влияние неравномерности распределения остаточных и эксплуатационных напряжений в трубах на возникновение в них дефектов коррозионного растрескивания под напряжением // Науч.-техн. сб. Вести газовой науки. – 2022. – № 1(50). – С. 120–132.
20. Никулина Д.П. Расчетная методика определения мест установки датчиков при мониторинге деформаций трубопровода // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. – 2022. – № 1(127). – С. 91–95. – DOI: 10.33285/1999-6934-2022-1(127)-91-95