Главная -> Словарь

Растягивающих напряжений

Отказы отмечались на магистральных газопроводах, имеющих температуру перекачиваемого продукта 10-60° С и номинальные расчетные кольцевые растягивающие напряжения в стенке трубы 0,45-0,65 предела текучести . Причем, как правило, отсутствовала явная зависимость времени до разрушения от величины напряжения в стенке трубы. Минимальное время до разрушения составляет около пяти лет.

возникает сжимающее напряжение, которое создает напряжение сжатия во внутренней обечайке и плотное прилегание слоев друг к другу. После подачи в аппарат рабочего давления возникающие растягивающие напряжения складываются с имеющимися напряжениями сжатия, в результате напряжения не превышают предела текучести материала.

Сплошность оксидных пленок, характеризующая их прочность, определяется коэффициентом А — отношением объема оксида VOK к объему металла Viie : Д= Von/Vine . Если ДА1, то образуются плотные пленки, обладающие хорошими защитными свойствами. При ЗД2,3 пленка вновь теряет свои защитные свойства за счет возникающих в ней высоких напряжений, вызывающих разрушение.

Сопоставляя величины ak и аи (((см. формулы и 1, можно видеть, что значение аи практически мало по сравнению с величиной кольцевого напряжения а,, возникшие в результате термообработки, сварки или механической обработки. Источником напряжений могут быть также продукты коррозии, собирающиеся в зазорах и щелях конструкции, где они по мере увеличения своего объема расклинивают металл, вызывая локальный рост напряжений до величины, близкой к пределу пластичности

Так как мастики состоят на 75-90% из битумов, то свойства мастик определяются в основном качеством битумов. Влияние различных климатических факторов вызывает структурные изменения битумов и растягивающие напряжения в слоях водоизоляциснного ковра. В то яе время кровельные битумы должна обеспечивать в течение длительного времени водонепроницаемость кровель и поэтому их свойства должны быть стабильными во времени.

например, растягивающие кольцевые остаточные напряжения ^«я». металлургического происхождения в стенке трубы диаметром Д = 0,72 м с толщиной стенки 8 = 0,01 м, определенные расчётным лутём по величине раскрытия стыка после разреааиия отрезка труоы влоль ооразующей, диаметрально противоположной канавке, составили 60 Шг

Изучение характера распространения трещин показало, что они развиваются хрупко от внешней поверхности трубы с вязким доломом на ее внутренней поверхности . В сечении стенки трубы часто наблюдалось ветвление трещин. Следует отметить, что они развиваются в направлении, перпендикулярном плоскости действия кольцевых растягивающих напряжений, являющихся максимальными в сложном напряженном состоянии трубы под действием внутреннего давления. Микроструктурные исследования характера распространения трещин показывают, что зарождающаяся микротрещина имеет меж- или транскристаллитный характер развития. То же самое наблюдается и в местах их ветвлений. В процессе своего развития характер распространения трещин трансформируется. Фрактографическими исследованиями установлено, что трещина развивается в три этапа: 1) меж- или транскристаллитно на стадии зарождения и дискретного подрастания; 2) коррозионное растворение металла в полости зародившейся

В США, Австралии, Иране, Пакистане и Канаде КР явилось причиной отказов линейной части магистральных газопроводов на трубах диаметром 200-1420 мм, изготовленных из сталей групп прочности А, В, Х42, Х45, Х50, Х52, Х60, Х65 поставок различных заводов-изготовителей. Трубопроводы были проложены в грунтах различной активности с рН 4,7-12,3 . На момент отказа температура стенки трубы некоторых газопроводов достигала 92° С, а расчетное значение кольцевых растягивающих напряжений при этом составляло 0,38-0,77 условного предела текучести трубной стали .

В Австралии КР подвержены газопроводы системы сбора и транспорта природного газа, сосредоточенные в основном в районе газового месторождения "Мумба" . Расветные значения кольцевых растягивающих напряжений составляли около 0,4 стт .

данных, для сталей с группой прочности ниже Х70 время наработки до отказа t в карбонат-бикарбонатных средах может быть оценено с помощью линейного соотношения, включающего V.^ -~ параметр коррозионного растрескивания, определяемый температурой стенки трубы, грунтовыми условиями и маркой стали. Для сталей контролируемой прокатки группы прочности Х70 значение У,фф намного выше, чем для умеренно упрочненных сталей, несмотря на меньшую температуру перекачиваемого продукта, а в ряде случаев — относительную величину расчетных кольцевых растягивающих напряжений. Последний факт, по-видимому, связан с изменением механизма разрушения высокопрочных сталей, приводящего к их ускоренному разрушению вследствие превалирования в них, как отмечалось выше, механического фактора.

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.

Изучение диапазона растягивающих напряжений, при котором наблюдается максимальная механохимическая активность металла в карбонат-бикарбонатной среде, проводилось с помощью однопо-лярной поляризации. В результате исследований было выяснено, что до напряжений ниже предела текучести значение электродного потенциала стали не изменялось . При превышении предела текучести отмечалось разблагороживание электродного потенциала, являющегося функцией термодинамического состояния системы, что, соответственно, свидетельствовало об активации коррозионных процессов, по-видимому, вследствие повреждения защитной пассивирующей пленки и взаимодействия коррозионной среды с ювенильной поверхностью металла. Максимальное смещение потенциала в отрицательном направлении составляло 150 мВ. При этом постоянное повреждение защитной пленки, происходящее в результате растяжения образца, нивелирует ингибирующее действие карбонат-бикарбонатной среды.

катодной поляризации, включающие вариацию таких параметров как величина наложенного потенциала, значение растягивающих напряжений, температура. В процессе проведения эксперимента и анализа полной потенциодинамической поляризационной кривой • было обнаружено, что при смещении наложенного потенциала в положительном направлении после предварительной активации поверхности стали при потенциале, соответствующем области регламентированных значений потенциалов катодной защиты - минус 0,9 В , действительно возникают анодные токи. Однако по прошествии определенного времени эти токи меняются на катодные, очевидно, вследствие образования защитной пленки. Причем изменения величин растягивающих напряжений от нуля до предела текучести и температуры от 20° С до температуры кипения электролита не вызывали изменения катодного направления тока . При навязывании наложенных потенциалов в обратном направлении до регламентированных величин потенциалов катодной защиты) анодные токи не возникают. В связи с этим становится очевидной опасность нарушения режимов катодной защиты, приводящего к смещению ее потенциалов в положительном направлении. Однако даже путем смещения наложенного потенциала в положительном направлении в силу отмеченных выше причин удавалось получить только кратковременный анодный ток, величина которого уменьшается во времени. Вместе с тем существующие в настоящее время методы количественной оценки скорости роста трещин КР не учитывают этого факта. В частности, в модели, предложенной Р.Н. Паркинсом , используется зависимость, основанная на законе Фарадея, в которой предполагается постоянство во времени величины плотности максимального анодного тока при неизменности геометрии трещины

Отмеченную выше локализацию отказов вблизи компрессорных станций , обычно связывают с высокими величинами температуры и давления на таких участках . В связи с этим в технической литературе,встречаются гипотезы о существовании пороговых значений этих величин , ниже которых КР не развивается . Однако изучение статистики отказов отечественных и зарубежных магистральных газопроводов показало, что растрескивание протекает и при значениях, более низких, чем указанные "пороговые".

Уменьшение давления перекачиваемого продукта приводит к снижению кольцевых растягивающих напряжений в стенке трубы. Несмотря на то, что вопрос о пороговых напряжениях КР в настоящее время открыт, эффективность данного метода очевидна для стадии механического долома и слияния трещин в очаге разрушения.

Увеличение толщины стенки трубы также приводит к уменьшению растягивающих напряжений. При этом время до разрушения увеличивается за счет большего расстояния, которое необходимо преодолеть трещине для достижения критического размера. На основании результатов исследований, описанных выше, могут быть даны рекомендации по оптимальному выбору толщины стенки трубы, эксплуатирующейся в условиях КР.

При М, = 1 и стт = атек » а уравнение сводится к известному из линейной механики разрушения критерию развития разрушения под воздействием растягивающих напряжений ст для плоских полнотолщинных образцов, изготовленных из хрупких материалов, с трещиной длиной 1