WWW.DISS.SELUK.RU

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

 


Разработка методов расчета конструктивной прочности базовых элементов нефтегазовых объектов

УДК 622.692.4

На правах рукописи

Лунев Вячеслав Владимирович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА КОНСТРУКТИВНОЙ

ПРОЧНОСТИ БАЗОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

НЕФТЕГАЗОВЫХ ОБЪЕКТОВ

Специальности: 05.26.03 – Пожарная и промышленная

безопасность (нефтегазовый комплекс);

25.00.19 – Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа 2011

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии

«Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР»), г. Уфа

Научный руководитель Научный консультант – доктор технических наук, профессор Гумеров Асгат Галимьянович – кандидат технических наук Фаритов Айрат Табрисович
Официальные оппоненты: – доктор технических наук, профессор Султанов Марат Хатмуллинович – кандидат технических наук, доцент Галлямов Мурат Ахметович
Ведущее предприятие – Открытое акционерное общество «Нефтегазпроект», г. Тюмень

Защита диссертации состоится 11 марта 2011 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 11 февраля 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Л.П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Создание нефтегазовых объектов (НГО) с высокими эксплуатационными показателями, снижение их металлоемкости, оценка и повышение конструктивной прочности и долговечности всегда были и будут актуальными проблемами жизнедеятельности. При этом особое внимание придается разработкам НГО, работающих в экстремальных условиях как по параметрам нагружения, так и по параметрам рабочих сред. Применение для изготовления таких НГО высокопрочных сталей в сочетании с локализованными термомеханическими воздействиями на металл их базовых элементов обуславливает большую вероятность возникновения в последних технологических и эксплуатационных повреждений, в том числе и трещиноподобных. Высокая стоимость, масштабность и уникальность большинства НГО, а также несомненные достижения в области механики разрушения предопределяют использование новых подходов к их проектированию и эксплуатации, базирующихся на допущении в их конструктивных элементах безопасных повреждений. Все это позволяет в ряде случаев во много раз повышать прогнозируемый ресурс, а также обеспечивать маневренность регулирования режимами и параметрами безопасной эксплуатации базовых элементов НГО.

В этом направлении сотрудниками ВНИИСПТнефть (ныне ГУП «ИПТЭР»), ИМАШ им. А.А. Благонравова РАН и МИФИ (г. Москва), а также рядом других научных организаций созданы научные основы нормирования степени поврежденности металла базовых элементов НГО.

Значительный вклад в развитие различных сторон рассматриваемой проблемы внесли работы ученых ВНИИГаза, Института проблем транспорта энергоресурсов, ВНИИСТа, РГУНГ им. И.М. Губкина, проектных организаций: «Гипротрубопровод», «ВНИПИтрансгаз», «Нефтегазпроект», а также работы ряда ученых: Х.А. Азметова, А.Б. Айнбиндера, В.Л. Березина, П.П. Бородавкина, Л.И. Быкова, Г.Г. Васильева, А.Г. Гумерова, К.М. Гумерова, Р.С. Гумерова, Р.С. Зайнуллина, М.Х. Султанова, К.М. Ямалеева и др.

Диагностическое обследование линейной части нефтепроводов страны, проведенное за последние годы внутритрубными снарядами, позволяет на базе полученной информации оценить фактическую поврежденность металла труб и определить пути обеспечения безопасности НГО в условиях ограниченности финансовых и материальных ресурсов для проведения реконструкции и ремонта отдельных участков.

Таким образом, теоретические и экспериментальные исследования и решение комплексной народнохозяйственной задачи, направленной на обеспечение безопасности и эффективности эксплуатации стареющих и вновь создаваемых НГО, продолжают оставаться актуальными задачами страны.

Цель работы – обеспечение безопасности эксплуатации НГО регламентацией конструктивной прочности и ресурса их базовых элементов с различными повреждениями и концентраторами напряжений.

Для решения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:

  • анализ современных подходов по оценке влияния коэффициентов концентрации напряжений на конструктивную прочность базовых элементов НГО;
  • исследование и оценка коэффициентов концентрации напряжений в базовых элементах НГО с различными повреждениями;
  • оценка взаимосвязи теоретических и эффективных коэффициентов концентрации напряжений, вызванных различными повреждениями в базовых элементах НГО;
  • оценка конструктивной прочности базовых элементов НГО в различных структурно-механических состояниях, обусловленных термообработкой.

Методы решения поставленных задач





Теоретические исследования выполнены с использованием современных подходов механики разрушения и надежности и безопасности трубопроводных систем, теорий упругости и пластичности, а также на основе полученных экспериментальных результатов.

Научная новизна результатов работы:

- впервые установлены и описаны основные закономерности влияния коэффициентов концентрации напряжений на несущую способность базовых элементов объектов нефтепроводного транспорта с учетом исходных механических характеристик металла, а также геометрических параметров, характеризующих степень ослабления и напряженность их рабочих сечений во всем диапазоне их изменения, включая предельные;

- научно обоснована взаимосвязь несущей способности труб (обечаек) и коэффициента трещиностойкости в различных структурно-прочностных состояниях металла, обусловленных термообработкой (закалка + отпуск).

На защиту выносятся:

комплекс результатов исследований, имеющих научно-практическую значимость, в частности методы расчетного определения степени напряженности и поврежденности конструктивной прочности базовых элементов объектов нефтепроводного транспорта с учетом предыстории нагружения, концентраторов напряжений, исходных механических характеристик металла и др.;

методические рекомендации по оценке и повышению конструктивной прочности базовых элементов НГО с различными повреждениями и концентраторами напряжений.

Практическая ценность результатов работы:

  • результаты проведенных исследований позволяют научно обоснованно устанавливать нормируемые параметры и их допустимость в базовых элементах нефтегазовых объектов;
  • предложенные аналитические зависимости позволяют оперативно устанавливать коэффициенты прочности и ресурс базовых элементов нефтегазовых объектов НГО без проведения дорогостоящих и сложных лабораторных и натурных испытаний.

Достоверность результатов исследования

Разработанные методы и рекомендации по оценке и повышению конструктивной прочности базовых элементов НГО основываются на представлениях о процессах разрушения, развиваемых в работах ученых ИМАШ РАН им. А.А. Благонравова, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, ИПТЭР, УГНТУ и др. Полученные автором результаты согласуются с известными подходами механики деформирования геометрически неоднородных твердых тел, а также теории упругости и пластичности, а установленные новые закономерности и аналитические зависимости адекватно отвечают экспериментальным данным других исследователей.

Апробация результатов работы

Основные положения и результаты работы докладывались на научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» в рамках
XIII международной специализированной выставки «Газ. Нефть. Технологии – 2010» (Уфа, 2010 г.); Десятой Всероссийской научно-практической конференции «Энергоэффективность. Проблемы и решения» (Уфа, 2010 г.).

Диссертация заслушана и рекомендована к защите на заседании секции Ученого совета ГУП «ИПТЭР» (протокол № 1 от 11 января 2011 г.).

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 7 научных трудах, в том числе в 2 монографиях и 2 рецензируемых научно-технических журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.





Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 131 наименование, 1 приложения. Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, содержит 54 рисунка, 8 таблиц.

Автор выражает глубокую благодарность проф. Р.С. Зайнуллину и доценту И.Ф. Кантемирову за консультации и ценные замечания при выполнении и оформлении работы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

Первая глава посвящена анализу литературных данных о природе возникновения, методах оценки и влияния на характеристики безопасности базовых элементов объектов нефтепроводного транспорта известного феномена – концентрации напряжений. Показано, что концентрация напряжений является следствием неоднородности физико-механических свойств металла, геометрических параметров и внешних силовых воздействий в окрестности аномальных зон конструктивных элементов. При этом степень напряженности металла, оцениваемая теоретическим коэффициентом концентрации напряжений, может изменяться в невероятно широких диапазонах. В связи с этим в литературе имеется достаточно большое количество работ по оценке и влиянию параметра на эксплуатационные характеристики различных конструктивных элементов. Тем не менее, в литературе недостаточно сведений о количественной оценке характеристик прочности и долговечности базовых элементов НГО с различными концентраторами напряжений. Ясно лишь одно – чем больше, тем должны быть ниже прочность и долговечность элемента.

В работе показано, что одним из перспективных подходов к оценке влияния на характеристики безопасности базовых элементов НГО является анализ неустойчивости локализованных (в окрестности концентраторов напряжений) пластических деформаций, развиваемый в работах
А.Г. Гумерова, К.М. Гумерова, Р.С. Зайнуллина, Н.А. Махутова, Е.М. Морозова и др. Однако при этом возникают сложности определения полей упруго-пластических деформаций и их кинетики изменения с ростом внешних нагрузок вплоть до разрушения. В связи с этим приобретают высокую значимость разработки простых и адекватных моделей расчетного определения конструктивной прочности базовых элементов НГО с различными концентраторами напряжений, охватывающими указанный диапазон изменения.

Во второй главе приведены данные по усовершенствованию методов расчетного определения коэффициентов концентрации напряжений применительно к базовым элементам НГО (рисунок 1).

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 – линии пересечения базовых оболочковых элементов (сварные стыки)

Рисунок 1 – Концентраторы напряжений в конструктивных элементах

нефтепромыслового оборудования и трубопроводов

В отличие от общего машиностроения, большая доля базовых элементов НГО представляют собой оболочки вращения и их комбинации, работающие под действием внутреннего (наружного) давления. Концентрация напряжений в базовых элементах НГО может вызываться резкими изменениями радиусов кривизны поверхностей (рисунок 1, а, б, в), упругих характеристик металла и температуры (рисунок 1, г). Вторая группа концентраторов напряжений обуславливается резкими изменениями рабочего сечения (рисунок 1, д, е, ж, з). При этом необходимо различать концентраторы напряжений, снижающие (рисунок 1, е, ж) и не снижающие (рисунок 1, д, з) рабочие сечения (толщину стенок ) базовых элементов НГО.

Такое деление концентраторов напряжений, несмотря на определенную условность, целесообразно с точки зрения подходов к оценке коэффициентов концентрации напряжений, где и номинальные и максимальные напряжения). Для первой группы концентраторов напряжений оценка производится решением краевых задач теории тонких оболочек вращения. Напряженное состояние в окрестности концентраторов второй группы определяется методами механики разрушения и теорий упругости и пластичности.

Чаще всего в конструктивных элементах возникают концентраторы напряжений, которые представляют комбинацию отмеченных видов (рисунок 1, а-е).

Общим для всех концентраторов напряжений является сравнительно быстрый характер затухания максимальных напряжений по мере удаления от их вершин. Например, для большинства концентраторов напряжений, показанных на рисунке 1, а, б, в, г, на основании решения краевой задачи теории тонких оболочек можно показать, что напряжения убывают до номинальных или мембранных напряжений на относительном расстоянии (, где диаметр цилиндра), определенном по формуле:,

где – коэффициент тонкостенности элемента,.

Для концентраторов, показанных на рисунке 1, д, е, ж, з, отмечается еще более высокая степень затухания максимальных напряжений. Например, для несплавлений и непроваров в сварных швах, базируясь на основных положениях механики разрушения, а также данных проф. Л.М. Копельмана и др., легко показать, что, где геометрический параметр повреждения ; относительное (к толщине S) расстояние от вершины повреждения; ; глубина повреждения; толщина стенки базового элемента.

Отсюда следует, что напряжения в таких концентраторах выравниваются на расстоянии. При этом показано, что величина определяется формулой:

, (1)

где относительный (к числу ) угол раскрытия повреждения или соответствующего концентратора напряжений (царапины, надреза, выступа и др.); ; радиус кривизны в вершине повреждения;. Влияние некоторых параметров повреждений показано на рисунке 2.

Рисунок 2 – Зависимости от mh (а) и (б)

Третья глава диссертационной работы посвящена выявлению и описанию закономерностей взаимосвязи конструктивной прочности базовых элементов НГО и коэффициентов концентрации напряжений ().

В общем машиностроении для оценки влияния на прочность деталей вводится понятие эффективного коэффициента концентрации напряжений Кэф, представляющего собой отношение пределов прочности гладкого образца и образца с концентратором напряжений :. Анализ литературных данных показывает, что величина может изменяться в таких же пределах, как и. Причем для некоторых концентраторов напряжений Кэф < 1,0. Это говорит о том, что концентраторы напряжений могут повышать конструктивную прочность элементов. Заметим, что в литературе недостаточно сведений по количественной оценке влияния на характеристики прочности образцов при общепринятых условиях нагружения, и в частности, базовых элементов НГО, работающих под действием внутреннего давления.

Здесь уместно отметить результаты крупномасштабных испытаний (МГУ им. М.В. Ломоносова, 1970 г.) образцов с различными концентраторами напряжений, в результате которых установлено, что. Это дает основание полагать, что для пластичных сталей. Несколько позже такое же значение было получено при испытаниях сосудов из труб с продольными трещиноподобными повреждениями (проф. Р.С. Зайнуллин) из сталей марок 10, 20, Ст3, 16ГС и 17ГС. Как известно, указанные стали относятся к категории пластичных, с высокой сопротивляемостью трещинообразованию (трещиностойкостью). Этот факт, во всяком случае, отмечается для сталей с отношением пределов текучести и прочности, составляющем не более 0,7.

В ГУП «ИПТЭР» (под руководством проф. А.Г. Гумерова и проф. Р.С. Зайнуллина) обоснован коэффициент трещиностойкости труб, который связан с известным пределом трещиностойкости Е.М. Морозова. В принципе, величина представляет собой величину, обратную эффективному коэффициенту концентрации напряжений:.

Базируясь на многочисленных литературных и полученных в работе экспериментальных данных для оценки взаимосвязи, геометрических характеристик повреждений и исходных механических свойств (Ктв, Птр) металла, обоснована следующая аналитическая зависимость:

, (2)

где относительное удлинение; ; Ктв = т/в (т, в – пределы текучести и прочности).

Зависимость kтр(mh) показана на рисунке 3. Эта зависимость имеет минимум при и kтр = Птр.

Рисунок 3 – Зависимость коэффициента трещиностойкости kтр

от относительной глубины mh

В работе показана возможность использования kтр при оценке несущей способности базовых элементов НГО, для которых невозможно и нецелесообразно определять радиус кривизны в областях с максимальной концентрацией напряжений (вершины угловых переходов на рисунках 4 и 5).

Базируясь на подходе, развиваемом в ГУП «ИПТЭР» (проф. Р.С. Зайнуллин и проф. К.М. Гумеров), базовые элементы с острыми угловыми переходами заменены на эквивалентные модели с трещинами (рисунки 4 и 5). Главным условием при такой замене является соблюдение равенства площадей нетто-сечений элемента и модели. Для рассматриваемых моделей для консервативной оценки ресурса (в запас прочности) можно принимать: и принимать модель с односторонней трещиной (рисунок 4, б). За величину необходимо брать сумму:, где максимальное значение выступа в элементе.

При возможности определения угла перехода величину следует заменять величиной с использованием формулы:, где. К примеру, если, то величина.

В дальнейшем на основании формулы (1) определяется величина kтр при заданном. При оценке следует иметь в виду, что его величину необходимо относить к сумме.

Более сложной является задача по оценке несущей способности элементов с угловыми переходами, когда их вершина имеет конечную величину радиуса кривизны. Ориентировочную оценку прочности элементов с различными (или то же самое при изменении ) можно производить по критерию локальной потери устойчивости пластических деформаций. Для этого по известному значению с использованием формулы Нейбера находят величину коэффициента концентрации пластических деформаций, где коэффициент деформационного упрочнения стали, который примерно равен относительным равномерным удлинению и сужению.

В дальнейшем с использованием критерия локальной неустойчивости пластических деформаций можно показать, что для концентраторов, не снижающих рабочее сечение базовых элементов, коэффициент прочности будет определяться формулой:

, (3)

где – разрушающее окружное напряжение трубы (обечайки) с повреждением; предельное значение (предел прочности); ; полное относительное сужение. Если концентратор напряжений (повреждение) снижает толщину стенок, то

. (4)

Анализ формулы (3) показывает, что при величина с для стали 17ГС ( и ) равна единице (с= 1,0). При с снижается с ростом (рисунок 6). Между тем, для труб из стали 17ГС:.

Рисунок 6 – Взаимосвязь с (), рассчитанная по формуле (3)

В работе доказано, что параметр с связан с пластическими характеристиками и в соответствии с формулами:

. (5)

Здесь показатель степени изменяется от 0,125 до 0,5. Уменьшение пластичности стали приводит к снижению параметра (рисунок 7, а). Рост снижает с, но в ограниченном интервале. В области с kтр (рисунок 7, б).

Отмеченные закономерности согласуются с общими положениями механики разрушения и опытными данными других авторов.

– по формуле (5); – эксперимент [ГУП «ИПТЭР»]

Рисунок 7 – Зависимости с (а) и с (б)

1 и 2 – данные других авторов (Р.С. Зайнуллин); 1 и 3 – по формуле (6)

Рисунок 8 – К оценке с (ml)

Формулы (2) и (5) адекватно отвечают базовым элементам НГО с протяженными кольцевыми и продольными концентраторами напряжений (например сварными швами) и повреждениями. Если их протяженность меньше диаметра труб (обечаек), то при оценке возникает необходимость введения поправок, оцениваемых параметром :

, (6)

где коэффициент прочности базового элемента с протяженным повреждением (рисунок 8). Видно, что предлагаемый подход адекватнее отражает известные закономерности механики трещин и разрушения.

В четвертой главе произведена оценка конструктивной прочности базовых элементов НГО из низколегированных сталей в различных структурно-прочностных состояниях.

Эффективность нефтегазового оборудования и трубопроводов во многом предопределяется их производительностью и уровнем безопасности эксплуатации. Решение этих проблем непосредственно связано с рациональным применением для их производства сталей повышенной и высокой прочности. В ряде случаев наиболее эффективным направлением повышения прочности низколегированных сталей является термическое упрочнение (улучшение). В связи с этим возникает задача оценки взаимосвязи характеристик безопасности оборудования из низколегированных сталей после соответствующей термической обработки (или в различных структурных состояниях).

Исследованию подлежали низколегированные стали типа 16ГС (17ГС, 17Г1С, 16ГН, 14ГН и др.), для которых эквивалент углерода. При этом содержание углерода в сталях изменялось в пределах. Толщина листового проката во всех образцах составляла.

Большинство испытаний проводились на образцах в горячекатаном (Г), нормализованном (Н) и термически улучшенном (У) состояниях металла. В ряде образцов изменяли температуру отпуска после закалки. В частности, на рисунке 9, а показаны зависимости изменения твердости по Виккерсу от образцов с различным содержанием углерода. Эти зависимости аппроксимируются следующими линейными функциями соответственно для сталей марок 16ГС и 14ГН: и. В нормализованном и горячекатаном состояниях структура и механические характеристики сталей изменяются незначительно (рисунок 9, б, в, г).

Диаграммы растяжения исследуемых сталей достаточно хорошо описываются степенными функциями следующего вида:, где и истинные напряжения и деформации; и n – константы сталей ( константа прочности, МПа, а n – константа упрочнения, не имеющая размерности). Основные механические характеристики, в том числе параметра, приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристики безопасности эксплуатации низколегированных сталей в нормализованном (Н) и термически улучшенном (У) состояниях

№ п/п С, % Сэ, % т, МПа Ктв = т/в С, МПа n 5, % , % iв/т
Н У Н У Н У Н У Н У Н У Н У
1 0,11 0,290 325 425 0,70 0,77 840 920 0,28 0,130 35 22 64 60 1,82 1,55
2 0,11 0,324 325 445 0,68 0,78 820 860 0,215 0,135 34 21 62 58 1,82 1,46
3 0,17 0,313 400 635 0,70 0,83 930 1010 0,245 0,117 25 16 53 47 1,70 1,24
4 0,15 0,320 335 495 0,69 0,82 870 885 0,200 0,125 28 18 62 57 1,88 1,40
5 0,17 0,340 365 555 0,68 0,79 910 1020 0,200 0,121 27 17 56 49 1,82 1,43

б) в)

Рисунок 9 – Зависимости твердости HV (сплошные линии)

и относительного сужения (пунктир) от температуры отпуска (а), микроструктуры сталей 16ГС (б) и 14ГН (в)

и диаграммы растяжения стали 16ГС (г)

Установлено, что для низколегированных сталей независимо от их структурного состояния отношения их твердости к пределу текучести и временному сопротивлению составляют: и. При этом отношение к :. Термическое упрочнение несколько изменяет это отношение (таблица 1) в сторону увеличения.

Для нормализованных низколегированных сталей отмечается четкое постоянство отношения истинного предела прочности к пределу текучести. Здесь предельная интенсивность напряжений, соответствующая достижению в образце максимальной нагрузки. Этот момент () характеризуется переходом из равномерного (устойчивого) пластического деформирования образца в неустойчивое состояние (шейкообразование). При этом предельные равномерные интенсивности деформаций и напряжений определяются по формулам:. Отсюда следует, что равномерные удлинение и сужение примерно равны величине.

В дальнейшем путем введения понятия среднеинтегрального сужения металла в шейке круглого стержня при растяжении в работе доказано, что основные деформационные характеристики большинства сталей: относительные удлинение, равномерное и полное сужения – находятся в следующей взаимосвязи:

, (7)

где постоянная, определяемая экспериментально. Величина в большей мере зависит от геометрических размеров и формы образцов. Для пятикратных круглых образцов величину можно принимать равной.

По известным значениям и по формуле (7) достаточно адекватно определяются все основные механические характеристики сталей, в частности.

На основании данных таблицы 1 обнаруживается, что в нормализованном состоянии для низколегированных сталей. Однако термическое упрочнение приводит к заметному снижению этого отношения. Очевидно, что величина не зависит от кратности образца.

Анализ результатов испытаний показывает, что в целом термическое упрочнение низколегированных сталей приводит к повышению прочностных и снижению деформационных характеристик (

таблица 1 и рисунок 10). Однако степень снижения деформационных характеристик по конкретным величинам, например по и, существенно отличается. Например, для стали 17ГС (позиция 5 в таблице 1) в сравнении с нормализованным состоянием термическое упрочнение снизило коэффициент деформационного упрочнения и относительное удлинение почти на 40 %. При этом относительное сужение сохранилось практически на прежнем, достаточно высоком уровне. Как известно, величина во многом предопределяет характеристики безопасности эксплуатации конструктивных элементов с концентраторами напряжений, в особенности в условиях повторно-статического нагружения и коррозионного воздействия рабочих сред.

Механические характеристики низколегированных сталей во многом зависят от температуры отпуска, что подтверждается данными рисунка 9, а. При этом в области отмечается аномально резкое снижение относительного сужения. Остальные характеристики, например и, изменяются монотонно от отп (рисунок 10). Возможно, что оптимальной является температура отпуска, при которой кривые и пересекаются, как это отмечается на рисунках 10-12.

Наряду с гладкими образцами были проведены испытания по оценке влияния трещин на несущую способность прямоугольных образцов из стали 17ГС в зависимости от. Образцы изготовлялись и испытывались согласно требованиям соответствующих нормативных материалов. Во всех образцах глубина трещин h составляла половину толщины образцов. Трещиностойкость сталей оценивалась по относительному пределу трещиностойкости kтр, представляющему отношение среднеинтегральных напряжений в нетто-сечении образцов. При температурах отпуска параметр kтр имел постоянное значение, близкое единице. При параметр kтр уменьшается примерно на 20 % (рисунок 11).

Рисунок 10 – Зависимости и от

– эксперимент; – по формуле (2)

Рисунок 11 – Зависимость и kтр от Рисунок 12 – Взаимосвязь и

Анализ данных рисунка 12 показывает, что предложенная формула (2) достаточно адекватно отвечает экспериментальным данным.

Таким образом, установлены новые количественные взаимосвязи между характеристиками безопасности эксплуатации базовых элементов объектов нефтепроводного транспорта в различных структурно-прочностных состояниях, обусловленных термообработкой.

Полученные результаты использованы как базовые при разработке в
ГУП «ИПТЭР» методов определения прочности образцов и труб
при испытаниях до разрушения в сероводородсодержащих средах типа
NACE TM 0177-96.

ОНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что в отличие от общего машиностроения, большая доля базовых элементов нефтегазовых объектов представляет собой оболочки вращения и их комбинации, что вызывает необходимость оценки напряженности металла с использованием краевых задач теории оболочек в сочетании с подходами механики трещин и разрушения.

2. Базируясь на решениях краевых задач теории оболочек и механики трещин и разрушения, предложена и обоснована аналитическая зависимость для расчетов степени напряженности металла в окрестности наиболее характерных концентраторов напряжений и повреждений в базовых элементах объектов нефтепроводного транспорта.

3. Предложена и обоснована аналитическая взаимосвязь конструктивной прочности базовых элементов НГО с концентраторами напряжений и повреждениями с учетом исходных механических характеристик металла, а также геометрических параметров, характеризующих степень ослабления и напряженности их рабочих сечений в достаточно широком диапазоне их изменения, включая предельные.

Выявлена физическая сущность коэффициента трещиностойкости kтр и установлена его взаимосвязь с известными пластическими характеристиками сталей.

Полученные результаты исследования явились базовыми для выполнения расчетов прогнозируемого и остаточного ресурсов базовых элементов НГО.

4. Произведена оценка характеристик безопасности и конструктивной прочности базовых элементов объектов НГО из низколегированных сталей в различных структурно-прочностных состояниях.

5. Разработаны методические рекомендации по расчетному определению конструктивной прочности базовых элементов НГО с концентраторами напряжений различного происхождения, вызывающих произвольную степень напряженности метала.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы
в следующих научных трудах:

1. Методические рекомендации. Расчеты конструктивной прочности и ресурса базовых элементов нефтегазовых объектов / И.Ф. Кантемиров, А.Т. Фаритов, В.В. Лунев, А.Р. Зайнуллина. – Уфа, 2011. – 19 с.

2. Лунев В.В., Сазонов К.А., Анфиногенов А.А. Современные подходы и методы оценки прочности базовых элементов нефтегазовых объектов с эксплуатационными трещинами. – Уфа: БЭСТС, 2009. – 27 с.

3. Гумеров А.Г., Фаритов А.Т., Лунев В.В., Сазонов К.А., Анфиногенов А.А. Особенности диаграмм растяжения нефтегазопроводных сталей в сероводородсодержащих средах // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. – Уфа, 2010. – Вып. 4 (82). – С. 85-88.

4. Гумеров А.Г., Фаритов А.Т., Лунев В.В., Анфиногенов А.А. Оценка и повышение конструктивной прочности базовых элементов нефтегазовых объектов // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. – Уфа, 2010. – Вып. 4 (82). – С. 116-121.

5. Рождественский Ю.Г., Фаритов А.Т., Худякова Л.П., Лунев В.В. Анализ моделей, прогнозирующих коррозионные разрушения при движении многофазных потоков // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Проблемы и методы рационального использования нефтяного попутного газа. Матер. научн.-практ. конф. 26 мая 2010 в рамках XIII междунар. специализ. выставки «Газ. Нефть. Технологии – 2010». – Уфа, 2010. – С. 246-248.

6. Лунев В.В. Расчетная оценка конструктивной прочности базовых элементов объектов нефтепроводного транспорта // Энергоэффективность. Проблемы и решения. Матер. Десятой Всеросс. научн.-практ. конф. 20 октября 2010 г. – Уфа, 2010. – С. 158-160.

7. Кантемиров И.Ф., Лунев В.В. Оценка степени перенапряженности металла разнотолщинных стыков методами теории тонких оболочек // Энергоэффективность. Проблемы и решения. Матер. Десятой Всеросс. научн.-практ. конф. 20 октября 2010 г. – Уфа, 2010. – С.149-151.

Фонд содействия развитию научных исследований.

Подписано к печати 09.02.2011 г. Бумага писчая.

Заказ № 35. Тираж 100 экз.

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



 


Похожие работы:

«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:...»

«К О Ш Е Л Е В Виктор Петрович СИСТЕМА ПОСЛЕДИПЛОМНОЙ ПОДГОТОВКИ ВРАЧЕБНЫХ КАДРОВ СЛУЖБЫ МЕДИЦИНЫ КАТАСТРОФ (СОСТОЯНИЕ И НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ) 05.26.02 – Безопасность в чрезвычайных ситуациях (медицина катастроф) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук Москва-2008 Работа выполнена в Федеральном государственном учреждении Всероссийский центр медицины катастроф Защита Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию...»

«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...»

«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...»

«СОДЕРЖАНИЕ НОВЫЕ ПОСТУПЛЕНИЯ 2 Сельское хозяйство 2 Общие вопросы сельского хозяйства 2 Почвоведение 2 Земледелие 2 Растениеводство 2 Защита растений 3 Животноводство 3 Ветеринария 4 Охота и охотничье хозяйство 4 Механизация и электрификация сельского хозяйства 4 Экономика сельского хозяйства 5 Охрана окружающей среды в сельском хозяйстве 6 Лесное хозяйство 6 Пищевая...»

«ЧИРКОВ ЮРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Специальность 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовая отрасль) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Уфа – 2010 Работа выполнена в ГОУ ВПО Оренбургский государственный университет. Научный консультант - доктор технических наук, профессор Кушнаренко Владимир Михайлович Официальные оппоненты:...»

«кАрначев Игорь Павлович НАУЧНОЕ обоснование метод ОВ анализа производственного травм а тизма и профессиональной заболеваемости при подземной добыче полезных ископа е мых Специальность 05.26.01 – Охрана труда (в горноперерабатывающей промышленности) Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Тула 2013 Диссертация подготовлена в ФГБОУ ВПО Тульский государственный университет на кафедре геотехнологий и строительства подземных сооружений. Научный...»

«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

«Кондратьева Ольга Евгеньевна РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ОХРАНЫ ТРУДА НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ Специальность - 05.26.01 Охрана труда (энергетика, электроэнергетика) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2008 Работа выполнена на кафедре инженерной экологии и охраны труда Московского энергетического института (Технического университета) Научный руководитель: доктор биологических наук, кандидат технических наук...»

«АЛЕКСАНЬЯН АРТУР АРАМОВИЧ Управление промышленной безопасностью эксплуатации морских гидротехнических сооружений шельфа юга Вьетнама (на примере месторождения Дракон СП Вьетсовпетро) Специальность 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовый комплекс) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа 2011 Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии Институт проблем транспорта...»

«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...»

«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...»

«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...»

«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...»

«Бояров Антон Николаевич МЕХАНИЗМ ФОРМИРОВАНИЯ И ЗАЩИТА ОТ САМОВОЗГОРАНИЯ ПИРОФОРНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ В ВЕРТИКАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРАХ (на примере ОАО Самаранефтегаз) Специальность 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовый комплекс) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа 2010 Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии Институт проблем транспорта энергоресурсов (ГУП ИПТЭР) Научный руководитель доктор...»

«Байтурина Сария Рустэмовна совершенствование методов обеспечения безопасности производственных объектов нефтедобывающих предприятий Специальность 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовый комплекс) автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук...»

«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,...»

«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...»

«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...»







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.