WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 


Обеспечение безопасности эксплуатации разнородных соединений сильфонных компенсаторов с трубопроводами

УДК 622.692.4:621.193/197

На правах рукописи

Худяков Дмитрий Сергеевич

ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ

ЭКСПЛУАТАЦИИ РАЗНОРОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

СИЛЬФОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ С ТРУБОПРОВОДАМИ

Специальность 05.26.03 Пожарная и промышленная безопасность

(нефтегазовый комплекс)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа 2009

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии

«Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР»)

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Халимов Айрат Андалисович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Султанов Марат Хатмуллинович
доктор технических наук, профессор Кузеев Искандер Рустемович
Ведущее предприятие Открытое акционерное общество «Институт «Нефтегазпроект»

Защита диссертации состоится 30 апреля 2009 г. в 1100 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР».

Автореферат разослан 30 марта 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук Л.П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Техническое усовершенствование трубопроводов в нефтегазовой отрасли с целью повышения их надежности и снижения расходов на строительство и эксплуатацию и в настоящее время не потеряло своей актуальности.

Важным резервом снижения капитальных затрат, повышения надежности работы трубопроводов и оборудования является применение в них специальных устройств для компенсации температурных деформаций. В последние годы для этих целей стали применяться металлорукава и сильфонные компенсаторы, имеющие значительные технико-экономические преимущества перед компенсирующими устройствами других типов. Простота изготовления, большая надежность (минимальное число сварных швов), высокие эксплуатационные и технико-экономические показатели создали возможность их широкого использования в различных отраслях промышленности. Они не только компенсируют изменения длин трубопроводов из-за перепада температур, но и выполняют другие важные функции: обеспечивают эластичность соединений в трубопроводах, подверженных опасности разрушения вследствие оседания почвы или перемещения зданий, аппаратов и машин; выполняют роли прижимного (силового) элемента; компенсационного элемента в трубопроводах с защитным кожухом; устройства для снижения вибрационных нагрузок и т.д.

Сильфонные компенсаторы герметичны и температуростойки, обладают антикоррозионными свойствами. Кроме того, их конструкции позволяют компенсировать нагрузки для каждого отдельного случая в зависимости от величины и частоты воспринимаемых движений и в соответствии с требуемым сроком службы.

Осевые, поперечные и угловые компенсаторы выпускаются в стандартном исполнении с диаметрами условных проходов от 20 до 3000 мм.

Основным гибким элементом компенсатора является металлический сильфон, который изготавливается из высококачественных нержавеющих сталей и материалов, выбор которых зависит от условий эксплуатации. Чаще всего применяются компенсаторы с многослойными сильфонами. Возможность варьирования общей толщиной и числом слоев определяет их применение, прежде всего, при высоком давлении, причем в результате их многослойности сохраняется высокая эластичность при небольшой изгибной жесткости.

Несмотря на ряд неоспоримых преимуществ, применение сильфонных компенсаторов осуществляется не в полном объеме в силу их недостаточного предложения на рынке услуг, а также традиционного подхода проектных организаций к разработке трубопроводных систем. Это связано, в частности, и с тем, что до настоящего времени отсутствуют единые принципы проектирования новых конструкций компенсаторов, наблюдается большой разброс в инженерных расчетах конструктивных и эксплуатационных характеристик, недостаточно изучены факторы, влияющие на работоспособность компенсаторов в различных условиях эксплуатации и т.д.

Особый интерес представляют вопросы обеспечения безопасности эксплуатации разнородных соединений сильфонных компенсаторов с трубопроводами, изготовленных из различных сталей. Для таких соединений характерна выраженная неоднородность свойств, обусловленная диффузионными и закалочными процессами при сварке и эксплуатации.

В этом направлении известны фундаментальные работы научных школ профессоров В.Н. Земзина, Н.О. Окерблома, О.А. Бакши, Р.З. Шрона, М.Х. Шоршорова, Ю.Н. Готальского, А.В. Бакиева и др.





Тем не менее, остаются нерешенными ряд проблем, связанных с технологическим обеспечением безопасности разнородных соединений, а также оценкой и повышением их ресурса при эксплуатации.

Цель работы – обеспечение безопасности эксплуатации разнородных соединений патрубков сильфонных компенсаторов с трубопроводами.

Для решения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:

  • анализ характеристик работоспособности и безопасности эксплуатации разнородных соединений сильфонных компенсаторов с трубопроводами;
  • исследование напряженного состояния в окрестности линии сплавления разнородных соединений патрубков сильфонного компенсатора с трубопроводом;
  • обоснование технологического обеспечения безопасности эксплуатации разнородных соединений сильфонных компенсаторов с трубопроводами;
  • разработка методических рекомендаций по оценке остаточного ресурса разнородных соединений сильфонных компенсаторов с трубопроводами по критериям длительной прочности.

Методы решения поставленных задач

Проблемы оценки напряженного состояния и несущей способности разнородных соединений сильфонных компенсаторов решались с применением широко используемых подходов теории пластичности неоднородных тел.

Остаточный ресурс определялся на базе полученных автором результатов по несущей способности и напряженному состоянию с использованием известных критериев длительной прочности, развиваемых в Институте машиноведения РАН им. А.А. Благонравова, ИПТЭР, УГНТУ и др.

Научная новизна результатов работы

1. Установлены и описаны основные закономерности напряженного состояния металлов в окрестности линии сплавления разнородных соединений патрубков сильфонного компенсатора с трубопроводом. Установлено, что разнородность соединения обуславливает различную деформационную способность металла в окрестности соединения вследствие реализации диффузионных прослоек с отличающимися по величине коэффициентами жесткости напряженного состояния.

2. Получены формулы для определения допускаемых параметров диффузионных мягких (ДМП) и твердых (ДТП) прослоек, образующихся в окрестности линии сплавления разнородных соединений, при которых их наличие не оказывает заметного влияния на характеристики работоспособности и безопасности эксплуатации участка трубопровода с компенсатором.

3. Разработаны методические рекомендации по расчетной оценке ресурса безопасной эксплуатации участка трубопровода с сильфонным компенсатором с использованием критериев длительной прочности.

На защиту выносятся результаты исследований, имеющие научную и практическую ценность, а именно:

  • закономерности напряженного состояния в окрестности линии сплавления разнородных соединений сильфонного компенсатора с трубопроводом;
  • аналитические формулы для определения допускаемых параметров диффузионных мягких и твердых прослоек в разнородных соединениях;
  • методы обеспечения технологической безопасности и определения остаточного ресурса разнородных соединений патрубков сильфонного компенсатора с трубопроводом.

Практическая ценность результатов работы





  1. Предложенный комплекс технических решений по выполнению соединений патрубков сильфонного компенсатора с трубопроводом позволяет обеспечивать их технологическую безопасность.
  2. Разработанные методические рекомендации по оценке остаточного ресурса позволяют устанавливать научно обоснованные сроки безопасной эксплуатации участка трубопровода с сильфонным компенсатором.
  3. Разработанные стандарты предприятий и методические рекомендации по оценке остаточного ресурса согласованы компетентными органами и рекомендованы ведущими институтами для использования в расчетной практике.

Достоверность результатов исследований

Решение основных задач базируется на современных апробированных подходах теории оболочек, теории пластичности и упругости. В работе учитываются современные достижения в области промышленной безопасности и оценки остаточного ресурса.

Большинство полученных результатов согласуются с общими представлениями теории пластичности неоднородных тел и данными других авторов.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на научно-практических конференциях и научно-технических семинарах по вопросам обеспечения надежности и безопасности нефтегазопромыслового оборудования и трубопроводов в ГУП «ИПТЭР» (г. Уфа, 20072009 гг.) и на секции «Безопасность нефтегазового оборудования и трубопроводов» Ученого Совета ГУП «ИПТЭР» (протокол № 2 от 21.01.09 г.)

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 8 научных трудах (два в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ), в том числе разработаны Методические рекомендации (1) и стандарт предприятия.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из пяти глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка использованной литературы, включающего 116 наименований. Работа изложена на 139 страницах машинописного текста, содержит 60 рисунков, 7 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы её цель и основные задачи, обозначены основные положения, выносимые на защиту, показаны научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В первой главе освещены сравнительные характеристики сильфонных компенсаторов, применяемых в нефтегазовой отрасли. Рассмотрены особенности их производства, основные технические требования к ним.

Показана значительная роль разнородных соединений сильфонных компенсаторов с трубопроводом в обеспечении их безопасной эксплуатации.

Вторая глава посвящена анализу характеристик работоспособности разнородных соединений сильфонных компенсаторов с трубопроводами.

Во многих случаях патрубки сильфонных компенсаторов привариваются к трубопроводам, изготовленным из феррито-перлитных сталей типа 20, 20К, Ст3 и др. При этом патрубки сильфонных компенсаторов изготавливаются из аустенитных сталей типа 08Х18Н10Т.

Различие содержания углерода в металлах патрубков и трубопровода в процессе сварки и последующей эксплуатации в окрестности линии сплавления приводит к образованию науглероженных и обезуглероженных участков (диффузионных прослоек). Схематично этот факт изображен на рисунке 1.

б)

Рисунок 1 Схемы разнородного соединения (а) и распределения твердости (б) в окрестности его линии сплавления

Очевидно, что обезуглероженные участки разнородного соединения имеют более низкие прочностные характеристики, и их будем обозначать символом ДМП (диффузионные мягкие прослойки), а науглероженные участки, имеющие повышенную твердость (прочность), – ДТП (диффузионные твердые прослойки).

В плане работоспособности таких соединений наибольшую опасность представляют диффузионные твердые прослойки, предопределяющие их деформационную способность.

Степень превышения твердости ДТП для рассматриваемых соединений (– твердость основного металла) в значительной мере зависит от содержания углерода в стали (В.Н. Земзин). Чем ниже содержание углерода в стали, тем меньше степень неоднородности ДМП. В разнородных соединениях с малоуглеродистой сталью (армко-железо) ДМП практически отсутствуют. Анализ литературных данных показывает, что для рассматриваемых в работе разнородных сочетаний

, (1)

где – содержание углерода в стали, %.

Наибольший рост от С отмечается в области С = 0… 0,3. При С > 0,3 величина изменяется незначительно, например для инструментальной стали (С = 0,69 %) 2,25.

Особый интерес представляет оценка ширины ДТП и ДМП.

После выполнения присоединения компенсатора к трубопроводу значения ширины ДТП и ДМП достаточно малы. Например, для сталей с содержанием углерода от 0,06 до 0,32 % значение ширины ДТП (ДТП) составляет около 0,1 … 0,2 мм (В.Н. Земзин). При толщине трубы около  = 10 мм относительная ширина ДТП (ДТП= ДТП/ ) изменяется в пределах  = 0,01 … 0,02. Необходимо отметить, что после длительной эксплуатации при повышенных температурах величина hДТП может увеличиваться примерно на порядок.

На основании выполненного анализа литературных данных сделан вывод о том, что существующие методы оценки допускаемых ширин ДМП и ДТП дают завышенные значения. Поэтому возникает необходимость проведения дополнительных исследований по оценке допускаемых величин [ДМП] и [ДТП].

В третьей главе представлены результаты исследований напряженного состояния в окрестности линии сплавления разнородных кольцевых соединений патрубков сильфонного компенсатора с трубопроводом.

В результате исследования получены соответствующие аналитические зависимости для описания характеристик тензора напряжений, в частности основных компонентов девиаторной и шаровой составляющих, коэффициента жесткости напряженного состояния и др. Показано, что различная деформационная способность составляющих разнородного соединения приводит к реализации в окрестности линии сплавления участков с различной жесткостью напряженного состояния. Со стороны более прочной составляющей в окрестности линии сплавления реализуется более «мягкое» напряженное состояние с меньшим коэффициентом жесткости напряженного состояния :  = ср / i, где ср – среднее напряжение (шаровой тензор напряжений); i – интенсивность напряжений (девиатор тензора напряжений). Заметим, что величина предопределяет скорости диффузии примесных атомов, коррозии, водородного и деформационного охрупчивания, старения металла и др. Чем меньше, тем меньше интенсивность указанных процессов. В работе получены соответствующие формулы для оценки этого факта от параметра. Со стороны более мягкой составляющей разнородного соединения в окрестности линии сплавления реализуется напряженное состояние с более высоким значением. Этот факт способствует упрочнению металла в окрестности линии сплавления.

В работе установлены и описаны основные закономерности процессов разупрочнения и упрочнения зоны в окрестности линии сплавления разнородных соединений.

Как известно, характеристики работоспособности и безопасности разнородных соединений существенно зависят от геометрических и механических параметров ДМП и ДТП. При этом основными геометрическими параметрами ДТП и ДМП являются их относительные толщины ДМП (ДМП = hДМП / ) и ДТП (ДТП = hДТП / ). Здесь hДМП и hДТП – толщины соответственно ДМП и ДТП; – толщина соединения труб (обечаек). Другим геометрическим параметром является отношение внутреннего радиуса соединяемых труб rB к наружному rН (kТН=rB/rН).

Основными механическими параметрами ДМП и ДТП являются: =/; =/; и – временные сопротивления металла ДМП и ДТП, – временное сопротивление металла, примыкающего к ДМП и ДТП. Чаще всего = (временному сопротивлению основного металла) или =  (временному сопротивлению металла шва).

Полученные результаты справедливы для упрощенных схем разнородных соединений с ДМП и ДТП (рисунок 2), часто принимаемых в расчетной практике.

В работе дан подробный анализ полученных результатов исследования закономерностей распределения основных компонентов напряжений в объеме кольцевых ДМП и ДТП, которые проиллюстрированы соответствующими графическими материалами. Приведены сравнительные данные, полученные другими авторами.

Рисунок 2 – Схемы разнородных соединений с ДМП и ДТП

В частности, для оценки коэффициентов упрочнения (КУП) ДМП и разупрочнения (КРЗ) ДТП получены следующие формулы:

; (2)

, (3)

где ; параметр с1,00 … 1,25.

Анализ формул (2) и (3) показывает, что при уменьшении величин ДМП и ДТП коэффициент КУП значительно возрастает, а КРЗ уменьшается.

Это означает, что при деформации элементов с ДМП их прочностные характеристики увеличиваются со снижением ДМП. В конструктивных элементах с ДТП с уменьшением ДТП прочностные характеристики сохраняются постоянными, но повышается степень вовлечения в пластическую деформацию металла ДТП.

Уменьшение ДТП в целом повышает деформационную способность разнородного кольцевого соединения.

Указанные закономерности справедливы для расчетных схем, представленных на рисунке 2.

Во многих случаях линии сплавления разнородных труб оказываются под определенным углом, например при электродуговой ручной и полуавтоматической сварке в среде защитных газов с симметричной разделкой кромок. В этом случае за расчетную схему ДМП и ДТП целесообразно принимать такую, которая изображена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема наклонных ДМП и ДТП

В этом случае коэффициенты КУП и КРЗ резко изменяются с увеличением угла, и при 45о КУП1,0 и КРЗ1,0.

Для оценки влияния угла наклона на величины КУП и КРЗ получены следующие формулы:

; (4)

; (5)

где ;  = 3,14.

Графики зависимостей КУП() и КРЗ() от показаны на рисунке 4.

Рисунок 4 – Графики зависимостей КУП и КРЗ от

Четвертая глава посвящена вопросам технологического обеспечения безопасности эксплуатации разнородных соединений сильфонных компенсаторов с трубопроводами.

На начальных этапах работы на основании результатов исследований, полученных в третьей главе, произведена оценка допускаемых размеров [ДМП] и [ДТП]. При соблюдении в соединениях условий ДМП<[ДМП] и ДТП[ДТП] обеспечиваются достаточно высокие прочностные характеристики разнородных соединений.

В работе получена следующая формула для определения допускаемого параметра [ДМП]:

, (6)

где ; kTH = rВ /rН – коэффициент тонкостенности.

На практике величину ДМП определяют по площади ДМП (FДМП): ДМП = FДМП / 2.

Величину КВ удобно определять по измерениям твердости:
КВ = HVT / HVДМП.

Аналогично определяются величины и КВ для ДТП.

Для ориентировочной оценки [ДМП] может быть использована следующая формула:

. (7)

Формула (7) справедлива в области КВ = 1,25 … 2,50.

Для определения [ДТП] получена следующая аналитическая зависимость:

[ДТП], (8)

где.

Приближенно величина [ДТП] может быть определена на основании измерений твердости:

[ДТП], (9)

где HVT – как и ранее, твердость металла, прилегающего к ДТП (основного металла). Формула (9) справедлива при =1,2 … 2,2.

Анализ полученных формул для определения [ДМП] и [ДТП] показывает, что они наиболее адекватно отвечают экспериментальным данным, полученным сотрудниками ИПТЭР и УГНТУ в результате натурных испытаний и методом муаровых полос для схем, представленных на рисунке 2.

Основными направлениями технологического обеспечения характеристик безопасности разнородных соединений сильфонных компенсаторов являются: а) достижение условий ДМП<[ДМП] и ДТП[ДТП];
б) обеспечение аустенитно-ферритной (А+Ф) структуры шва разнородных соединений, обладающей высокой трещиностойкостью и коррозионной стойкостью.

Для разнородных труб, образующих соединения из сталей аустенитного (08Х18Н10Т) и феррито-перлитных (20, 22, 20К, 22К, Ст3, 16ГС, 17ГС и др.) классов, первое требование выполняется при условии, что схемы ДМП и ДТП соответствуют рисунку 2, когда их угол наклона 0. Поэтому предлагается односторонняя разделка кромок (рисунок 5) с уменьшенным притуплением кромки в и увеличенным зазором с.

Второе условие можно обеспечить соответствующим выбором присадочного материала (электродов и сварочной проволоки).

Рисунок 5 – Схема разделки кромок патрубка сильфонного компенсатора

Как известно, при электродуговой сварке важную роль в обеспечении трещиностойкости играет процесс разбавления двух разных сталей и присадочного материала. Другими словами, сталь, более легированная, разбавляется сталью, менее легированной. При этом степень разбавления зависит от доли участия каждого из составляющих в разнородном сварном соединении.

Для оценки структурного класса сталей вводят эквиваленты хрома CrЭ и никеля NiЭ.

В зависимости от величин эквивалентов хрома CrЭ, никеля NiЭ и доли участия каждого из металлов, образующих сварной шов (i), в нем реализуется та или иная структура с меньшими значениями CrЭ и NiЭ. При этом эквиваленты хрома CrЭсв и никеля NiЭсв в сварном шве будут определяться по известному закону аддитивности:

CrЭсв=CrЭii; NiЭсв= NiЭii, (10)

где CrЭi – эквивалент хрома i-ого металла, составляющего сварной шов; NiЭi – соответствующий эквивалент никеля; i – доля участия i-ого металла в образовании сварного шва.

В работе определены значения допускаемых долей участия составляющих в разнородном соединении, а также обоснованы типы и марки электродов с использованием структурно-фазовой диаграммы Шеффлера. С целью уменьшения процессов разбавления более легированных составляющих менее легированными в работе предложены рекомендации по изменению размеров формы подготовки кромок под сварку. Установлено, что наиболее эффективной является многослойная сварка с послойным охлаждением.

Произведена оценка изменения структуры и доли участия присадочного материала по высоте разнородного соединения.

В работе обоснованы величины сварочного тока при многослойной электродуговой сварке.

Предложен новый технологический способ выполнения разнородных соединений комбинированными швами, заключающийся в том, что корневые швы завариваются электродами с повышенным содержанием NiЭ и CrЭ, а остальные – с пониженным.

Особую сложность представляет выполнение разнородных соединений патрубка сильфонного компенсатора с трубопроводами из хромистых жаропрочных сталей типа 15Х5М. Особенностью этой группы жаропрочных сталей является их склонность к образованию при сварке закалочных структур в зоне термического влияния с 2,0. В этом случае значение ширины зоны подкалки hЗП при обычной сварке аустенитными электродами и с предварительным подогревом получается достаточно высоким (hЗП 4 … 5 мм при толщине сварочных элементов  = 10 мм). При этом значение относительной толщины достигает 0,4 … 0,5.

В этом случае первое условие обеспечения высокого качества разнородного соединения не соблюдается, наряду с другими отрицательными последствиями предварительного подогрева при сварке. С целью снижения величины ЗП необходимо проводить сварку с ограничением тепловложения, например многослойную сварку с послойным охлаждением на воздухе. В этом случае значение величины Т можно снизить до ЗП0,2.

Перспективным способом выполнения таких разнородных соединений является сварка в среде защитных газов с ускоренным охлаждением (А.В. Бакиев, А.Г. Халимов). При этом значение величины ЗП можно снизить до 0,15. Эффективность этой технологии обоснована комплексом натурных испытаний труб при различных схемах нагружения и действия агрессивных сред.

Кроме того, в работе предлагается производить приварку сильфона к патрубку из той же стали, что и трубопровод (рисунок 6), с использованием наплавки с высоким содержанием эквивалента хрома и никеля (в заводских условиях).

1 – сильфон; 2 – патрубок; 3 – наплавка; 4 – сварные швы

Рисунок 6 – Схема присоединения сильфона к патрубку

В пятой главе разработаны методические рекомендации по оценке ресурса нефтегазового и нефтехимического оборудования по критериям длительной прочности (коррозионной, циклической и термической повреждаемости) с учетом исходной дефектности и без нее.

Методические рекомендации базируются на фундаментальных и широко апробированных положениях теории длительной прочности, а также на существующих нормативных материалах. Кроме того, большинство использованных подходов согласованы Госгортехнадзором РФ для использования в трубопроводном транспорте.

Методические рекомендации состоят из восьми разделов.

Первый раздел включает общие положения.

Во втором разделе на базе теории упругости и пластичности произведена оценка предельного давления (несущей способности) различных конструктивных элементов оборудования с концентраторами напряжений и повреждениями.

Далее предложены методы определения безопасного срока эксплуатации оборудования, работающего при длительном статическом нагружении и механохимической повреждаемости (при усилении скорости коррозии от действия приложенных механических напряжений).

В четвертом разделе даны рекомендации по учету малоцикловой усталости при оценке ресурса оборудования на базе основных уравнений, предложенных известными учеными Института машиноведения РАН им. А.А. Благонравова.

В пятом разделе рассмотрены особенности определения долговечности (ресурса) сварных элементов оборудования.

Далее предложены методы оценки ресурса конструктивных элементов оборудования по известным критериям статической и циклической трещиностойкости (Международный институт безопасности сложных технических систем «МИБ СТС», МИФИ, ВНИИНефтемаш и др.).

В седьмом разделе произведена оценка ресурса конструктивных элементов оборудования с учетом деформационного старения.

Последний раздел посвящен разработке ресурса конструктивных элементов оборудования, работающего при высоких температурах. Большинство расчетов базируются на экспериментальных данных ВНИИНефтемаша [Дьяков В.Г. и др. Легированные стали для нефтехимического оборудования. – М.: Машиностроение, 1971. – 184 с.].

Более подробно остановимся на последнем разделе.

Для оценки ресурса разнородных соединений типа 08Х18Н10Т+15Х5М при высоких температурах предложена следующая формула:

, (11)

где tP – время до разрушения при заданной температуре испытаний; Р – действующее напряжение; А и m – константы.

На основании анализа большого массива литературных данных установлено, что для стали типа 15Х5М и её сварных соединений параметр А в приведенном выше кинетическом уравнении высокотемпературной повреждаемости можно определять по следующей формуле:

, (12)

где kTP – коэффициент температурного разупрочнения стали при кратковременных испытаниях на растяжение; – временное сопротивление стали при нормальной температуре испытаний (20 °С). В отожженном состоянии для стали 15Х5М 473…480 МПа.

Величина kTP определяется по формуле:

kTP = 1,614 – 1,365, (13)

где  = Т/700 оС; Т – текущая температура испытаний.

Показатель степени m в кинетическом уравнении высокотемпературной повреждаемости имеет отрицательный знак, поэтому, для удобства чтения, его значение будем брать по абсолютному значению.

Величина определяется по формулам:

  • для основного металла

 = 0,085 + 0,315 ( – 0,7); (14)

  • для сварных соединений

 = 0,09 + 0,4 ( – 0,7). (15)

Особо важную практическую ценность в расчётной практике имеют данные по определению предельной прочности.

Для оценки могут быть использованы следующие формулы:

  • для основного металла

при  = 0,70 …0,86; (16)

  • для сварных соединений

при  = 0,70 … 0,86. (17)

Аналогичные данные получены для других сочетаний разнородных соединений сильфонных компенсаторов с трубопроводами.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. На основе обобщения литературных данных произведена оценка характеристик работоспособности и безопасности эксплуатации разнородных соединений патрубков сильфонных компенсаторов с трубопроводом.

Установлено, что для разнородных соединений патрубков сильфонных компенсаторов (08Х18Н10Т) и трубопроводов (20, 20К, Ст3, 16ГС, 17ГС и др.) характерным является реализация в окрестности зоны сплавления диффузионных мягких и твердых прослоек. В разнородных соединениях патрубков сильфонных компенсаторов (08Х18Н10Т) и трубопроводов из жаропрочных сталей типа 15Х5М их несущая способность и ресурс предопределяются участками подкалки в окрестности линии сплавления. Показано, что значение коэффициента механической неоднородности КВ в большинстве разнородных соединений составляет около двух (КВ2).

2. Базируясь на основных положениях теории пластичности, получено новое решение о напряженном состоянии в окрестности линии сплавления разнородных кольцевых соединений патрубков сильфонных компенсаторов с трубопроводами. Показано, что со стороны более прочного металла в окрестности линии сплавления кольцевого соединения реализуется объемное напряженное состояние с более низкими величинами шарового тензора напряжений, чем со стороны менее прочного металла.

Получены аналитические зависимости для оценки наиболее важных характеристик напряженного состояния в окрестностях линии сплавления кольцевого разнородного соединения, определяющие их несущую способность и ресурс при эксплуатации.

3. Выведены аналитические зависимости для определения допускаемых параметров диффузионных мягких и твердых прослоек в разнородных кольцевых соединениях патрубков сильфонного компенсатора и трубопровода. Установлено, что при определенных условиях наличие ДМП и ДТП в разнородных соединениях патрубков сильфонных компенсаторов (08Х18Н10Т) и трубопроводах (20, 20К, Ст3, 16ГС, 17ГС и др.) реализуются такие параметры механической неоднородности, которые не оказывают существенного влияния на их прочность и долговечность. Показано, что при обычных технологиях присоединения патрубков сильфонного компенсатора (08Х18Н10Т) к трубопроводу из жаропрочных хромистых сталей типа 15Х5М образуется довольно широкая зона подкалки, что не обеспечивает достаточных характеристик работоспособности разнородных соединений. С целью повышения характеристик работоспособности таких разнородных соединений предложено выполнять их с ограничением тепловложения (сварочного тока при ручной электродуговой сварке) без предварительного подогрева, а с послойным охлаждением на воздухе выполненных слоев шва. При этом корневой слой выполняется электродами с повышенным содержанием эквивалентов хрома и никеля, а последующие – с более низкими значениями CrЭ и NiЭ.

С целью более полной реализации степени упрочнения ДМП и разупрочнения ДТП и закалочных прослоек предложено выполнять разнородные соединения с односторонней разделкой кромок.

4. Показано, что в ряде случаев с целью исключения ДМП, ДТП и закалочных прослоек целесообразно патрубки сильфонного компенсатора изготавливать из того же металла, что и трубопровод. Однако в этом случае присоединение сильфона к патрубку необходимо производить после соответствующей наплавки (рисунок 6).

5. Разработаны методические рекомендации по оценке ресурса нефтегазохимического оборудования по критериям длительной прочности, согласованные компетентными организациями.

Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах:

  1. Стандарт предприятия СТП 3 – 07. Повышение безопасности эксплуатации нефтегазового оборудования и трубопроводов регулированием параметров механической неоднородности их конструктивных элементов (Салаватнефтемаш) / Д.С. Худяков, А.А. Халимов. – Салават, 2007. – 7 с.
  2. Халимов А.А., Худяков Д.С. Методика определения безопасного срока эксплуатации нефтегазохимического оборудования по данным периодических испытаний. – Уфа: МНТЦ «БЭСТС», 2007. – 8 с.
  3. Халимов А.А., Худяков Д.С. Оценка длительной прочности сварных конструктивных элементов оборудования из жаропрочных хромистых сталей // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. – 2008. – Вып. 4 (74). – С. 67-70.
  4. Халимов А.А., Худяков Д.С., Тазетдинов Р.М. Оценка ресурса нефтегазохимического оборудования по критериям длительной прочности: Методические рекомендации. – Уфа, 2008. – 37 с.
  5. Худяков Д.С. Определение параметров кинетического уравнения повреждаемости элементов сильфонных компенсаторов при высоких температурах // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. – 2009. – Вып. 1 (75). – С. 8-10.
  6. Халимов А.А., Худяков Д.С. Особенности напряженного и предельного состояний соединений патрубков сильфонного компенсатора и трубопровода. – Уфа, 2009. – 40 с.
  7. Халимов А.А., Худяков Д.С., Тазетдинов Р.М. К оценке ресурса нефтегазохимического оборудования по критериям длительной прочности // Актуальные вопросы нефтегазовой отрасли в области добычи и трубопроводного транспорта углеводородного сырья. Матер. научн.-техн. семинара 19 января 2009 г.– Уфа, 2009. – С. 50-51.
  8. Худяков Д.С. Оценка ресурса сварных элементов сильфонных компенсаторов с учетом механохимической коррозии // Актуальные вопросы нефтегазовой отрасли в области добычи и трубопроводного транспорта углеводородного сырья. Матер. научн.-техн. семинара 19 января 2009 г.– Уфа, 2009. – С. 55-56.

Фонд содействия развитию научных исследований.

Подписано к печати 20.03.2009 г. Бумага писчая.

Заказ № 126. Тираж 100 экз.

Ротапринт ГУП «ИПТЭР», 450055, г. Уфа, проспект Октября, 144/3.



 


Похожие работы:

«Бондарук Анатолий Моисеевич ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НА ЭТАПАХ СТРОИТЕЛЬСТВА И ОСВОЕНИЯ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА Специальность 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовый комплекс) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа 2011 Работа выполнена в Башкирском государственном университете (БашГУ) Научный руководитель доктор технических наук Ямалетдинова Клара Шаиховна

«Демидова Ольга Анатольевна РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ЭКОСИСТЕМНЫХ РИСКОВ В ЗОНАХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫБРОСОВ НА ОБЪЕКТАХ ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 05.26.02 – Безопасность в чрезвычайных ситуациях в нефтяной и газовой промышленности АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2007 Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий – ВНИИГАЗ и в Некоммерческом...»

«КОВШОВ Станислав Вячеславович ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ БИОГЕННОГО СПОСОБА СНИЖЕНИЯ АЭРОТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВНЕШНИХ ОТВАЛОВ НА РАБОЧЕЕ ПРОСТРАНСТВО КАРЬЕРОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Специальность 05.26.01 - Охрана труда (в горной промышленности) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2010 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском...»

«Сытдыков Максим Равильевич МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОРОШКОВОГО ОГНЕТУШИТЕЛЯ СО ВСТРОЕННОЙ ПОРИСТОЙ ЕМКОСТЬЮ (применительно к пожароопасным производственным объектам нефтебаз) 05.26.03 пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовая отрасль) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт- Петербург – 2013 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России Научный руководитель – доктор технических наук,...»

«Копылов Сергей Александрович УЛУЧШЕНИЕ ОХРАНЫ ТРУДА ВОДИТЕЛЕЙ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ В АПК ЗА СЧЁТ СНИЖЕНИЯ РИСКА ТРАВМИРОВАНИЯ ПРИ ТОРМОЖЕНИИ Специальность 05.26.01 - Охрана труда (отрасль АПК) А в т о р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт – Петербург – Пушкин – 2011 Работа выполнена в ГОУ ВПО Орловский государственный университет Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Загородних Анатолий Николаевич Официальные...»

«Дроговоз Виктор Анатольевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБСЛУЖИВАНИЯ ПОСТРАДАВШИХ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ С ПОМОЩЬЮ МОБИЛЬНЫХ ТЕЛЕМЕДИЦИНСКИХ КОМПЛЕКСОВ Специальность 05.26.02 – Безопасность в чрезвычайных ситуациях (авиационная и ракетно-космическая техника) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2009 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Государственном научном центре Российской Федерации- Институте...»

«Клаптюк Ирина Викторовна Ультразвуковая и твердофазная экстракци я в исследовании светлых нефтепродуктов при мониторинге чрезвычайных ситуаци й 05.26.02 – безопасность в чрезвычайных ситуациях (нефтегазовая отрасль) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2012 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский университет...»

«ГРЕБЕНЮК Борис Васильевич ОРГАНИЗАЦИОННАЯ СТРУКТУРА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ШТАБА ВСЕРОССИЙСКОЙ СЛУЖБЫ МЕДИЦИНЫ КАТАСТРОФ 05.26.02 – Безопасность в чрезвычайных ситуациях (медицина катастроф) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Москва – 2009 Работа выполнена в ФГУ Всероссийский центр медицины катастроф Защита Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации Научный руководитель: доктор медицинских...»

«ПОЛУНИН ИГОРЬ АЛЕКСАНДРОВИЧ УЛУЧШЕНИЕ УСЛОВИЙ И БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА ОПЕРАТОРОВ МОБИЛЬНЫХ КОЛЕСНЫХ МАШИН В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ЗА СЧЕТ АВТОМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ 05.26.01 – ОХРАНА ТРУДА (отрасль АПК) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург - Пушкин –2009 Работа выполнена на кафедре Безопасность жизнедеятельности ФГОУ ВПО Челябинский государственный агроинженерный университет Научный руководитель: доктор...»

«Джумаев Сергей Джалилович Совершенствование системы безопасности персонала АЭС на основе информационно-измерительной системы Скала-микро Специальность 05.26.01 Охрана труда (энергетика и электротехника) АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2009 Работа выполнена на кафедре инженерной экологии и охраны труда Московского энергетического института (технический университет) Научный руководитель Заслуженный деятель науки РФ, доктор...»

«АКУЛОВ АРТЕМ ЮРЬЕВИЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОГНЕЗАЩИТЫ НА ОСНОВЕ ТЕРМОСТОЙКИХ МИНЕРАЛЬНЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ ДЛЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА Специальность 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовый комплекс) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа 2012 Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии Институт проблем транспорта энергоресурсов (ГУП ИПТЭР). Научный...»

«Гостева Анна Владимировна ОЦЕНКА ЧАСТОТЫ АВАРИЙНОЙ РАЗГЕРМЕТИЗАЦИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ (для вновь вводимых в эксплуатацию ) Специальность 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовый комплекс) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа 2010 Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Глебова...»

«Горбачева ОЛЬГА анатольевна Разработка и внедрение методов контроля и исследований скважин с межколонными давлениями на Астраханском ГКМ Специальности: 25.00.17 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений; 05.26.03 Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовый комплекс) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа 2012 Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии Институт проблем...»

«РЫБНИКОВА АННА ВИКТОРОВНА ПСИХОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПРИГОДНОСТИ СПЕЦИАЛИСТОВ ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ К ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ 05.26.03 – пожарная и промышленная безопасность Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата психологических наук Санкт-Петербург 2013 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России Научный руководитель: доктор психологических наук, доцент Иванова...»

«Аграфенин Сергей Иванович Совершенствование методов проектирования не ф тегазопроводов на основе нормативного вероятностного подхода Специальности 25.00.19 Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ; 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовый комплекс) А в т о р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа 2009 Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии Институт проблем...»

«Лопухин Борис Михайлович ОЦЕНКА И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЛИЧНОСТНЫХ РЕСУРСОВ СТРЕСС-ПРЕОДОЛЕВАЮЩЕГО ПОВЕДЕНИЯ СОТРУДНИКОВ ГПС МЧС РОССИИ В ПЕРИОД АДАПТАЦИИ К ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 05.26.03 – пожарная и промышленная безопасность Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата психологических наук Санкт-Петербург – 2013 Работа выполнена в Автономной некоммерческой образовательной организации высшего профессионального образования Институт экономики бизнеса Научный...»

«БОГДАНОВ Андрей Владимирович ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОЦЕНКИ УСЛОВИЙ ТРУДА ОПЕРАТОРОВ МОБИЛЬНЫХ КОЛЕСНЫХ МАШИН В АГРОПРОМЫШЛЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ Специальность 05.26.01 – Охрана труда (в агропромышленном комплексе) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Санкт-Петербург – Пушкин – 2010 Работа выполнена на кафедре Безопасность жизнедеятельности ФГОУ ВПО Челябинская государственная агроинженерная академия Научный консультант:...»

«Бараковских Сергей Александрович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ЗАЩИТЫ НЕФТЕГАЗОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ПОЖАРАХ Специальность 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовый комплекс) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа 2012 Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии Институт проблем транспорта энергоресурсов (ГУП ИПТЭР). Научный руководитель – Иванов Вадим Андреевич, доктор технических наук,...»

«Ширшов Александр Борисович СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ВРЕДНОГО И ОПАСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ТЯГОВОЙ СЕТИ специальность 05.26.01 – Охрана труда (электроэнергетика) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Челябинск – 2006 Работа выполнена на кафедре Безопасность жизнедеятельности ГОУ ВПО Уральского государственного университета путей сообщения. Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Кузнецов К.Б. Официальные...»

«ЧАБАЕВ ЛЕЧА УСМАНОВИЧ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ И ЛИКВИДАЦИИ ГАЗОВЫХ ФОНТАНОВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТЕ СКВАЖИН Специальность 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовый комплекс) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Уфа 2009 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Тюменский государственный нефтегазовый...»







Загрузка...



 
2014 www.avtoreferat.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.