Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 [ 37 ] 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101

тального ремонта, при капитальном ремонте (подъем трубы из траншеи), при гидроударах, при повреждении трубопровода в процессе эксплуатации (сторонними организациями).

Квазистатическим разрушением называется разрушение после нескольких (не более десяти) циклов изменения давления или внешней нагрузки. Такое разрушение трубопровода, как правило, происходит при испытаниях или в начальный период эксплуатации (в течение первых месяцев). Давление, приводящее к квазистатическому разрушению, несколько ниже давления, определяющего статическую прочность. Причинами квазистатического разрушения могут быть дефекты, повреждения или другие концентраторы напряжений.

Малоцикловое разрушение происходит при значительном количестве перепадов давления или внешней нагрузки (от ста до десятков тысяч). Такое разрушение весьма характерно для длительно эксплуатируемых магистральных нефтепроводов. Причинами малоцикловых разрушений являются перепады давления, наличие дефектов и повреждений, конструктивных концентраторов напряжений (тройников и отводов полевого изготовления, накладных заплат прямоугольной формы с угловыми швами). При циклическом или нерегулярном изменении давления на дефектных участках развиваются трещины усталостного характера. Точно предсказать место и время малоциклового разрушения трубопровода практически невозможно из-за имеющейся неопределенности всех исходных параметров - неоднородности механических свойств металла, разнообразия дефектов и разброса их параметров, случайности нагрузок и внешних факторов. Кроме того, разрешающая способность дефектоскопических и диагностических приборов в настоящее время недостаточна для выполнения точных расчетов, особенно остаточного ресурса дефектных участков трубопроводов. Поэтому оценку прочности и ресурса труб и участков нефтепроводов выполняют с некоторыми установленными запасами или с некоторой вероятностью.

М алоцикловое разрушение происходит при давлениях, значительно ниже испытательных. Гидроиспытания при давлениях выше рабочего не гарантируют надежную эксплуатацию трубопровода длительное время. Но в течение определенного (ограниченного) времени после гидроиспытаний можно добиться определенной вероятности безаварийной эксплуатации трубопровода. Оценка этого времени в зависимости от режима гидроиспытаний является одной из важнейших научно-технических проблем.

Усталостное разрушение происходит при большом количестве циклов (более ста тысяч). Такое разрушение на линейных участках нефтепроводов происходит редко. Усталостное разрушение может наблюдаться на подводных переходах от воздействия потока воды, на переходах под автодорогами (если нет защитного футляра), на сложных наземных участках в зоне постоянных ветров. Резонансная вибрация иногда наблюдается от внутреннего потока нефти на наземных участках трубопроводов. Для появления усталостного разрушения недостаточны перепады рабочего давления, а необходимы вибрации или частые изменения внешней нагрузки.

Все разрушения перечисленных видов без участия коррозии имеют различную физическую природу, но их удается математически описать с единой позиции. Такой подход использован в работе [70] для оценки работоспособности и остаточного ресурса трубопровода.

Также с единой позиции удается рассмотреть вопросы прочности и ресурса при действии фактора коррозии металла от воздействия перекачиваемого продукта и агрессивного грунта.

3.2. ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ ДЕФЕКТНЫХ УЧАСТКОВ ТРУБ

Характеристика труб, допускаемых для строительства магистральных нефтепроводов, регламентируется специальными нормативными документами (СНиП 2.05.06-85, ГОСТ 20295-85, СНиП III-42-80, СП 34-101-98). Эти документы определяют диаметры труб, толщину стенок, допуски размеров, параметры сварных швов, допустимые сварочные дефекты, механические свойства металла труб, в том числе отношение пределов прочности и текучести, относительное удлинение, вязкость разрушения. Документы также определяют допустимые рабочие и испытательные давления.

Как показывает практика эксплуатации магистральных нефтепроводов, трубы, удовлетворяющие требованиям указанных выше нормативных документов, действительно обеспечивают необходимую работоспособность нефтепроводов длительное время при условии, что все регламентированные параметры в процессе эксплуатации не выходят за пределы допусков. Однако обеспечить неизменность всех этих важнейших параметров в процессе длительной эксплуатации не

удается. И зменения претерпевают практически все указанные выше параметры - геометрические и механические. Наиболее существенные изменения заключаются в том, что появляются всевозможные дефекты, и металл стареет.

Дефекты появляются при транспортировки труб, строительстве и эксплуатации нефтепровода. Дефекты наносятся сторонними организациями, а также ремонтно-строительными управлениями во время ремонтных и профилактических работ на трассе. При длительной эксплуатации сказывается химическая и тектоническая активность почвы. Большое количество дефектов имеет коррозионное происхождение, особенно в южных регионах страны и на участках, где блуждающие токи в грунте значительны.

В то же время необходимо отметить следующие моменты.

Во-первых, основные нормативно-технические документы по магистральным нефтепроводам практически не учитывают тот факт, что трубы работают в нерегулярном циклическом режиме. Перепады давления, происходящие по различным причинам, приводят к усталостному разрушению трубы на дефектах. Трубы с дефектами имеют определенный ресурс, выраженный в количестве перепадов давления. По исчерпании ресурса усталостные трещины приводят к разрыву трубы и аварии на нефтепроводе. Большинство аварий имеют именно такую природу.

Во-вторых, при циклических режимах нагружения металл труб подвергается заметному деформационному старению. П ри этом изменяется дислокационная структура металла и перераспределяются примесные атомы в кристаллах. В результате старения металла повышаются пределы прочности и текучести, значительно снижаются пластические характеристики (относительное растяжение 5 и сужение Т). Металл становится более хрупким, и это приводит к ускорению усталостного разрушения дефектных труб. Поскольку в вершине дефектов всегда наблюдается концентрация деформаций, там и старение протекает быстрее.

Таким образом, при оценке работоспособности труб нефтепроводов необходимо опираться на данные о реальной дефектности этих труб и о реальных механических характеристиках металла труб с учетом эффектов старения. Диагностическое оборудование должно давать возможность производить измерения всех основных параметров, определяющих работоспособность труб нефтепроводов и линейной части в целом. В таком случае разработанные расчетные методики