Главная -> Словарь

Механических параметров

Одной из наиболее важных задач трубопроводного транспорта углеводородов является сокращение риска возникновения аварийных ситуаций. Ее решение позволит снизить безвозвратные потери транспортируемых продуктов, улучшить экологическую обстановку, предотвратить разрушения инженерных сооружений и обеспечить таким образом оптимальное функционирование трубопроводных систем. Актуальность данной проблемы связана с высокой частотой отказов магистральных трубопроводов, приводящих в ряде случаев к катастрофическим последствиям. Надежность трубопроводных систем снижается в процессе эксплуатации вследствие накопления внутренних и внешних повреждений, усиливающихся при одновременном взаимосопряженном воздействии на металл механических напряжений и коррозионных сред и проявляющихся на действующих объектах в виде коррозионно-механич-еских разрушений , и естественного старения трубопроводных коммуникаций.

Наиболее опасными видами КМР для линейной части трубопроводных систем, обеспечивающих магистральную транспортировку углеводородов, являются коррозионное растрескивание металла, зарождающееся на внешней, катодно-защищенной поверхности труб, коррозионная усталость и общая коррозия, усиленная воздействием механических напряжений . Причем первый вид коррозионно-механических разрушений характерен для магистральных газопроводов, второй - магистральных нефтепродуктопроводов. Проявление третьего вида разрушений наблюдается при контакте напряженного металла с агрессивной средой, в частности, в системах сбора, транспортирующих сырые неподготовленные углеводороды.

ны возможен только на стадии механического долома. Наиболее реалистичным являются значения параметра роста не более 0,5, так как процессу разрушения предшествует достаточно длительный инкубационный период. Однако анализ при г менее 0,5 показывает, что интенсивность развития трещины затухает, стремясь к нулю. Это можно связать с пассивацией стали в растворах солей угольной кислоты , при которой образуется защитная пассивирующая пленка. При этом дальнейшее развитие трещины возможно только при их разрушении под воздействием, например, растягивающих .механических напряжений. Подробнее эти процессы рассмотрены в третьей главе.

например, наблюдалось в пойменных частях рек, при пересечении других водных преград. Разрушения наблюдались также на участках поворотов, спусков, подъемов и при пересечении оврагов магистральными газопроводами вследствие повышенного уровня остаточных механических напряжений в стенках труб строительно-монтажного происхождения.

На втором этапе, при растворении металла, трещина развивается в основном перпендикулярно поверхности трубы. Причем в предыдущих исследованиях осталось без должного внимания обратимое чередование первого и второго этапов в процессе развития КР. При этом происходит подготовка основы для их попеременного проявления. Такой тип коррозионно-механического разрушения требует наличия невысоких уровней механических напряжений. Это подтверждается отмеченными выше имеющимися отечественными и зарубежными литературными данными, согласно которым развитие КР проявлялось в интервале кольцевых растягивающих напряжений порядка 0,4 -0,7 от.

Коррозионное растрескивание, как и другие виды КМР, представляет собой особо опасный вид разрушения конструкционных материалов, находящихся под одновременным воздействием коррозионной среды и растягивающих механических напряжений, зачастую существенно более низких, чем предел текучести конструкционного материала. Воздействие коррозионной среды в случае КР сводится к следующему. В обычный баланс энергий, имеющий место при чисто механическом разрушении , вносится поправка на выделение энер-пп1 в процессе электрохимической реакции. Это находит отражение в работе пластической деформации конструкционных материалов. Например, в ряде случаев для пластичных материалов, таких как трубные стали, она может уменьшиться за счет охруп-ш'вающего влияния среды, увеличения их предела текучести, ускоренного упрочнения металла в вершине трещины. При этом зажпую роль играет специфика коррозионной среды. Если среда кислая, то происходит наводороживание металла непосредственно перед вершиной трещины, что облегчает его разрушение. Нейтральные среды могут оказывать пластифицирующее действие и связанное с ним ускоренное упрочнение с исчерпанием пластичности металла в вершине трещины. Другие с^еды, даже, казалось бы, самые безобидные, в определенных условиях могут вызвать растрескивание . Таким образом, в присутствии коррозионной среды сопротивление растрескиванию всегда будет падать. Интенсивность же падения, очевидно, является функцией активности коррозионной среды, химического состава сплава и величины его электродного потенциала.

Рис. 25. Изменение электродного потенциала стали 17Г1С в зависимости от величины действующих механических напряжений

Таким образом, обнаружено, что испытания образцов с постоянной скоростью деформации эффективны для изучения механо-химического поведения стали в нейтральных и кислых средах и менее эффективны в щелочных средах. Для щелочных сред результаты, пригодные для практического использования, могут быть получены только при повышенных температурах испытаний, что подтверждается данными зарубежных исследователей . Последнее может служить серьезным недостатком метода в связи с невозможностью получения достоверных результатов для их реализации на магистральных газопроводах Западной Сибири и Урала. Кроме того, максимальная механохимическая активность наблюдается при растягивающих напряжениях, превышающих предел текучести. Поэтому результаты, получаемые с помощью данной методики, можно переносить на реальные объекты с определенной степенью осторожности вследствие эксплуатации инженерных сооружений, таких как магистральные газопроводы в области механических напряжений, не превышающих предел теку-

Таким образом, КР может быть описано в рамках модели, основанной на специфическом воздействии на металл труб карбонат-бикарбонатной среды, образующейся при катодной поляризации, локализации токов анодного растворения при одновременном воздействии растягивающих механических напряжений . При этом кар-бонат-бикарбонатная среда в присутствии кислорода, с одной стороны, пассивирует поверхность стали, тем самым защищая ее от коррозии, с другой — при определенных режимах катодной поляризации инициирует возникновение анодного тока, приводящего к протеканию локальных коррозионных процессов. При этом коррозионному воздействию, в первую очередь, подвергаются границы зерен сталей, которые, во-первых, являются концентраторами напряжений, a, Bo-BTOpHXj еще до приложения механических нагрузок служат очагами активного развития коррозии за счет обогащения какими-либо элементами, а также в связи с их повышенной дефектонасыщенностью. Поэтому в УГНТУ были проведены лабораторные электрохимические исследования причин возникновения анодного тока с количественной оценкой его величины. Исследования выполнялись путем снятия потенциодинамических поляризационных кривых и показали, что действительно в определенных областях наложенных потенциалов поляризации возникают анодные токи, вызывающие электрохимическое растворение металла в полости трещины.

Магистральные нефте- и продуктопроводы в соответствии со СНиП 2.05-06-85 имеют комплексную защиту от коррозии, которая, наряду с противокоррозионным покрытием, включает в себя катодную поляризацию внешней поверхности трубы. Поэтому при проведении МКУ испытаний приложение механических напряжений к образцам трубной стали сопровождалось катодной поляризацией их поверхности в потенциостатических условиях в течение всего времени проведения исследования.

Наряду с заданием определенного уровня циклически меняющихся механических напряжений и проведением экспериментов в модельных электролитах, необходимо обеспечить длительную поляризацию образцов. Отключение катодной поляризации, как это показано в главе 3, приводит к изменению свойств электролита и, как следствие, может изменить механоэлектрохимические условия зарождения и развития трещин МКУ.

Зависимости основных механических параметров от коэффициента деформационного упрочнения даны на рис. 2. 8.

где: У - п-мерный вектор контролируемых механических параметров;

По результатам измерений механических параметров и информационных параметров гармонических составляющих электромагнитного поля строится эталонная математическая модель - образ исходного, т.е. исправного, состояния оборудования, представляющая собой многомерный вектор VO. Затем по результатам механических испытаний в этом же пространстве определяется поверхность предельного состояния оборудования, формируемая векторами Vln, V2n, ..., Vpn, соответствующими предельным механическим параметрам. В соответствии с теорией распознавания образов техническое состояние оборудования и остаточный ресурс идентифицируются как функции отклонения вектора текущего состояния от вектора эталонной модели и расстояния до поверхности предельного состояния.

Для описания зависимости интенсивности перемешивания от физических и механических параметров процесса предложены уравнения, в которых искомой величиной является число оборотов мешалки.

где У - n-мерный вектор контролируемых механических параметров;

Выбор класса функциональной зависимости, аппроксимирующей матрицу данных, осуществляется из соображений сохранения физического соответствия математической модели реальному объекту. Таким образом, механические параметры объекта могут быть определены по совокупности измеренных электрофизических параметров и, наоборот, электрофизические параметры могут быть определены по известным значениям механических параметров. На рисунке 3.5.2 изображена топография распределения магнитной проницаемости в металле испытательного образна в области упругих деформаций, полученная расчетным путем по эмпирической линейной зависимости типа

По результатам измерений механических параметров и информационных параметров гармонических составляющих электромагнитного поля строится эталонная математическая модель — образ исходного, т. е. исправного состояния оборудования, представляющая собой многомерный вектор К0. Затем по результатам механических испытаний в этом же пространстве определяется поверхность предельного состояния оборудования Sn, формируемая векторами Ищ, УТЛ, ••-, УРП, соответствующими предельным механическим параметрам. В соответствии с теорией распознавания образов техническое состояние оборудования и остаточный ресурс идентифицируются как функции отклонения вектора текущего состояния от вектора эталонной модели УО и расстояния до поверхности предельного состояния 5п.

5.4 Электромагнитные датчики для измерения электрофизических и механических параметров испытательных образцов

26 Аронов А.Я., Попов А.Н., Морозова В.М., Ничипурук А.П. Экспериментальное исследование статистической взаимосвязи магнитных и механических параметров конструкционных сталей // Дефектоскопия. -1988.-№3.-С. 25-31.

и механических параметров испытательных образцов 252

где Y — n-мерный вектор контролируемых механических параметров;