Экспериментальные исследования разрушения труб нефтепроводов с коррозионными дефектами на внутренней поверхности
Представлены результаты экспериментальных исследований разрушения труб нефтепровода с коррозионными дефектами на внутренних поверхностях стенок. Установлено, что при прогнозировании остаточной долговечности трубы нефтепровода необходимо использовать критерии коррозионно-механического и коррозионно-э...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2009
|
| Назва видання: | Проблемы прочности |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/48432 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Экспериментальные исследования разрушения труб нефтепроводов с коррозионными дефектами на внутренней поверхности / А.А. Костюченко, А.М. Бордовский, А.Н. Козик, В.В. Воробьев, Л.А. Сосновский // Проблемы прочности. — 2009. — № 5. — С.101-108. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-48432 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-484322013-08-19T17:32:14Z Экспериментальные исследования разрушения труб нефтепроводов с коррозионными дефектами на внутренней поверхности Костюченко, A.A. Бордовский, А.М. Козик, А.Н. Воробьев, В.В. Сосновский, Л.А. Научно-технический раздел Представлены результаты экспериментальных исследований разрушения труб нефтепровода с коррозионными дефектами на внутренних поверхностях стенок. Установлено, что при прогнозировании остаточной долговечности трубы нефтепровода необходимо использовать критерии коррозионно-механического и коррозионно-эрозионного износа. Представлено результати експериментальних досліджень руйнування труб нафтопроводу з корозійними дефектами на внутрішніх поверхнях стінок. Установлено, що при прогнозуванні залишкової довговічності труби нафтопроводу необхідно використовувати критерії корозійно-механічного та корозійно-ерозійного зносу. We present the results of our experimental studies of fracture oil pipelines with corrosion defects on their internal surface. It is shown that prediction of the residual durability of a linear part of oil pipelines should take into account corrosion-mechanical and corrosion-erosive wear criteria. 2009 Article Экспериментальные исследования разрушения труб нефтепроводов с коррозионными дефектами на внутренней поверхности / А.А. Костюченко, А.М. Бордовский, А.Н. Козик, В.В. Воробьев, Л.А. Сосновский // Проблемы прочности. — 2009. — № 5. — С.101-108. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/48432 539.3+539.4 ru Проблемы прочности Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Костюченко, A.A. Бордовский, А.М. Козик, А.Н. Воробьев, В.В. Сосновский, Л.А. Экспериментальные исследования разрушения труб нефтепроводов с коррозионными дефектами на внутренней поверхности Проблемы прочности |
| description |
Представлены результаты экспериментальных исследований разрушения труб нефтепровода с коррозионными дефектами на внутренних поверхностях стенок. Установлено, что при прогнозировании остаточной долговечности трубы нефтепровода необходимо использовать критерии коррозионно-механического и коррозионно-эрозионного износа. |
| format |
Article |
| author |
Костюченко, A.A. Бордовский, А.М. Козик, А.Н. Воробьев, В.В. Сосновский, Л.А. |
| author_facet |
Костюченко, A.A. Бордовский, А.М. Козик, А.Н. Воробьев, В.В. Сосновский, Л.А. |
| author_sort |
Костюченко, A.A. |
| title |
Экспериментальные исследования разрушения труб нефтепроводов с коррозионными дефектами на внутренней поверхности |
| title_short |
Экспериментальные исследования разрушения труб нефтепроводов с коррозионными дефектами на внутренней поверхности |
| title_full |
Экспериментальные исследования разрушения труб нефтепроводов с коррозионными дефектами на внутренней поверхности |
| title_fullStr |
Экспериментальные исследования разрушения труб нефтепроводов с коррозионными дефектами на внутренней поверхности |
| title_full_unstemmed |
Экспериментальные исследования разрушения труб нефтепроводов с коррозионными дефектами на внутренней поверхности |
| title_sort |
экспериментальные исследования разрушения труб нефтепроводов с коррозионными дефектами на внутренней поверхности |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/48432 |
| citation_txt |
Экспериментальные исследования разрушения труб нефтепроводов с коррозионными дефектами на внутренней поверхности / А.А. Костюченко, А.М. Бордовский, А.Н. Козик, В.В. Воробьев, Л.А. Сосновский // Проблемы прочности. — 2009. — № 5. — С.101-108. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. |
| series |
Проблемы прочности |
| work_keys_str_mv |
AT kostûčenkoaa éksperimentalʹnyeissledovaniârazrušeniâtrubnefteprovodovskorrozionnymidefektaminavnutrennejpoverhnosti AT bordovskijam éksperimentalʹnyeissledovaniârazrušeniâtrubnefteprovodovskorrozionnymidefektaminavnutrennejpoverhnosti AT kozikan éksperimentalʹnyeissledovaniârazrušeniâtrubnefteprovodovskorrozionnymidefektaminavnutrennejpoverhnosti AT vorobʹevvv éksperimentalʹnyeissledovaniârazrušeniâtrubnefteprovodovskorrozionnymidefektaminavnutrennejpoverhnosti AT sosnovskijla éksperimentalʹnyeissledovaniârazrušeniâtrubnefteprovodovskorrozionnymidefektaminavnutrennejpoverhnosti |
| first_indexed |
2025-07-04T08:56:13Z |
| last_indexed |
2025-07-04T08:56:13Z |
| _version_ |
1836706039015145472 |
| fulltext |
УДК 539.3+539.4
Экспериментальные исследования разрушения труб нефтепроводов
с коррозионными дефектами на внутренней поверхности
А. А. Костю ченкоа, А. М. Бордовскийа, А. Н. Козика, В. В. Воробьева,
Л. А. Сосновский6
а РУП “Гомельтранснефть Дружба”, Гомель, Беларусь
6 ООО “НПО Трибофатика”, Гомель, Беларусь
Представлены результаты экспериментальных исследований разрушения труб нефтепровода
с коррозионными дефектами на внутренних поверхностях стенок. Установлено, что при
прогнозировании остаточной долговечности трубы нефтепровода необходимо использовать
критерии коррозионно-механического и коррозионно-эрозионного износа.
К л ю ч е в ы е с л о в а : разрушение, коррозионные дефекты, износ.
Введение. Наиболее опасными участками магистральных нефтепродукто-
проводов являются подводные переходы, поскольку их разрушение связано с
выбросом нефтепродуктов в водную акваторию. Аварийные разрушения под
водных переходов магистральных продуктопроводов “Унеча-Вентспилс” (в мар
те 2007 г. на р. Ула) и “М озырь-Гомель” (в феврале 2008 г. в пойме р. Днепр)
вызвали общ ественный резонанс и придали проблеме международный ста
тус.
В течение длительного времени возможность протекания коррозионных
процессов во внутренней полости труб магистральных нефтепроводов не
рассматривалась, хотя такая проблема имеет место на промысловых трубо
проводах, транспортирующих сырую нефть.
Изначальная недооценка опасности возникновения внутренней коррозии
привела к медленному, но непрекращающемуся развитию коррозионных по
вреждений на внутренней поверхности труб.
М етодами дефектоскопического контроля* установлено, что после эксп
луатации в течение более 3 5 -4 0 лет в резервных нитках подводных пере
ходов нефтепровода обнаруживаются два характерных типа локальных корро
зионных повреждений (ЛКП) - в виде овала (рис. 1) и протяженной полоски
(рис. 2). Их образование обусловлено скоплением коррозионных компонентов
в пониженных малопроточных зонах труб. При этом ЛКП типа протяженной
полоски преимущ ественно развиваются на наклонных участках подводного
перехода, тогда как овального типа - на самых низких (донных) участках.
Показано, что для ЛКП овального типа характерна так называемая ручей-
ковая коррозия, сосредоточенная на дне овала. Для ЛКП типа протяженной
полоски характерно скопление линейных цепочек осповидных повреждений
* Костюченко А. А., Воробьев В. В. Особенности коррозионного повреждения труб нефте
провода после длительной эксплуатации // Динамика, прочность и ресурс машин и конст
рукций: Тез. докл. междунар. науч.-техн. конф. - Киев, 2005. - Т. 1. - С. 162 - 163.
© А. А. КОСТЮ ЧЕНКО, А. М. БОРДОВСКИЙ, А. Н. КОЗИК, В. В. ВО РО БЬЕВ, Л. А. СОСНОВСКИЙ,
2009
Й Х # 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 5 101
по берегам полоски. И ручейковые и осповидные коррозионные повреждения
представляются как местные концентраторы напряжений, в зоне которых
появляется и растет разрушающая магистральная трещина (МТ).
А. А. Костюченко, А. М. Бордовский, А. Н. Козик и др.
а
б
Рис. 1. Локальные коррозионные повреждения овального типа: а - характерная картина
ручейковой коррозии; б - магистральная трещина по дну одного из ручейков.
Л/' ТГ ■ ;А, /Жадя
■ ® я ■ • ' *т.- п и > :т-л у,; ■ 'Т . ч
М Т
Рис. 2. Локальные коррозионные повреждения типа протяженной полоски: а - характерная
общая картина повреждения; б - фрагмент берега полоски: линейная цепочка осповидных
повреждений; в - развитие магистральной трещины по цепочке осповидных повреждений.
а
б
в
102 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 5
Экспериментальные исследования разрушения труб
М етодика исследований. Для оценки влияния ЛКП на процессы разру
шения разработана методика испытаний натурных длинноразмерных плетей
нефтепроводных труб большого диаметра с повреждениями и без них, вклю
чающая: контрольно-измерительные процедуры для определения зон располо
жения, характера и протяженности областей коррозионного повреждения
(толщинометрия металла, ультразвуковой контроль сварных швов и т.д.);
технологию подготовки отрезков трубы к испытанию (сварка элементов, мон
таж системы нагружения внутренним давлением, выбор точек для измерения
деформаций, технология наклейки тензорезисторов, монтаж и проверка изме
рительной системы и т.д.); порядок работы с нагружающими устройствами с
обеспечением требований техники безопасности; технологию испытаний; ме
тодики измерений, обработки и представления данных. М етодика предусмат
ривает испытания труб до разрушения.
О 100 200 300 400 500 600 Длина. мм
Рис. 3. И спы туемы е плети (а, б, г) с Л К П овального типа (в) и типа протяж енной полоски (<3).
а
б
в
г
д
ISSN 0556-171Х. Проблемыг прочности, 2009, № 5 103
А. А. Костюченко, А. М. Бордовский, А. Н. Козик и др.
Для проведения гидравлических испытаний изготовляли плети длиной
7 м из труб диаметром 630 мм, демонтированных с подводных переходов со
сроком эксплуатации 40 и более лет (рис. 3). Отобранные плети после
дефектоскопического контроля визуально-измерительным, ультразвуковым и
рентгенографическим методами, монтажа к торцам эллиптических днищ по
мещали на специально оборудованный полигон (рис. 4).
Рис. 4. Схема испытательного полигона: 1, 2 - напорные водоводы; 3 - кабель; 4 - мобильная
гидравлическая насосная станция; 5 - пневматическая насосная станция ПНС-1-24; 6 -
манометр; 7 - испытуемая плеть; 8 - кран для воздуха; 9 - автомобиль с гидроманипулятором,
сварочным постом и ремонтной мастерской; 10 - пожарный автомобиль.
При определении напряжений в металле, в том числе и в зоне корро
зионного дефекта, использовали метод тензометрирования.
Методика испытаний имеет следующ ие особенности:
используются 10-кратные плети, для которых отношение длины трубы Ь
к диаметру В больше 10, что гарантирует разрушение в рабочей зоне,
достаточно удаленной от приваренных днищ ;
реализуется ступенчатое повышение испытательного давления, что обес
печивает стабилизацию измеряемой деформации при выдержке на каждой
ступени и позволяет “уловить” текучесть материала;
предусматривается двухэтапное нагружение испытуемой трубы внутрен
ним давлением (рис. 5): 1-й этап - контрольное нагружение до давления на
15...20% ниже рабочего и полная разгрузка трубы, при этом используется
пневматическая насосная станция, обеспечивающая повышенную точность
измерения малых давлений, что позволяет надежно оценить стабильность
работы и погрешность показаний тензодатчиков; 2-й этап - нагружение до
разрушения.
Результаты исследований и их обсуж дение. Объектом испытаний слу
жили три плети из труб подводных переходов нефтепровода “М озы рь-Брест”
диаметром 630 мм (таблица), рабочее давление составляло 6,4 МПа. Плеть
№ 1 (сталь 18Г2А) не имела ЛКП, № 2 (та же сталь) - с овальными ЛКП на
внутренней поверхности трубы вдоль нижней образующей площадью ~ 0,25 м
и № 3 (сталь 14ХГС) - с ЛКП типа полоски шириной 530 мм по всей длине
плети вдоль нижней образующей.
104 ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, N 5
Экспериментальные исследования разрушения труб
Характеристика испытуемых плетей и параметры разрыва
Характеристика № плети
1 2 3
Толщина стенки, мм 9 10 8
Срок эксплуатации, лет 43 43 40
Давление разрушения, МПа 12,2 14,1 11,2
Зона и параметры Вдоль ЛКП ЛКП
(длинах ширина, мм) сварного шва овального типа типа полоски
разрыва (1780Х 212) (1340 Х 174) (1470 Х 154)
Напряжение
при разрушении а в, МПа:
по сертификату 520 520 520
по результатам испытаний 466 428 427
Коэффициент запаса прочности 2,2 2,2 1,8
^ уб а в/ а раб
Рис. 5. Характер и зона разрушения плетей: а - плеть № 1, МТ вдоль сварного шва; б - плеть
№ 2, МТ через дно ЛКП овального типа по коррозионным ручейкам; в - плеть № 3, МТ по
линейному скоплению оспообразных повреждений на одном из берегов ЛКП типа полоски.
Й Х # 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 5 105
Данные таблицы свидетельствуют о следующем.
1. Несущая способность (прочность) труб с ЛКП лимитируется именно
ими, а не сварными соединениями. Снижение предела прочности металла
труб с ЛКП составляет по данным эксперимента 8...12%.
2. Исследованные ЛКП хотя и привели к снижению несущ ей сп особ
ности труб подводных переходов после 35 лет эксплуатации, но не исчерпали
ее: коэффициенты запаса прочности для них равны 1,8...2,2.
Испытания проводили по разработанной методике. Общий вид разруш е
ния (рис. 5) - вдоль образующ ей, что типично для нефтепроводов (более 90%
отказов). Однако разрушение плетей с ЛКП произошло нетипично: не вдоль
сварного шва, что наблюдалось при разрушении плети без ЛКП, а по корро
зионным повреждениям.
Анализ процессов деформирования труб диаметром 630 мм с ЛКП и без
них при испытаниях внутренним давлением позволяет установить следу
ющие особенности развития малых упругопластических деформаций, пред
ш ествующих разрушению (рис. 6).
А. А. Костюченко, А. М. Бордовский, А. Н. Козик и др.
а
и х К Г 3/ ' « , г , 1.3х1<Г5/Э,3 --'1
106 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 5
Экспериментальные исследования разрушения труб
Рис. 6. Распределение относительных окружных деформаций е по сечению трубы: а, б, в -
плети № 1, 2, 3 соответственно. (Цифрами обозначены: измеренная окружная деформация
е/толщина стенки трубы к, мм; Т - зоны наклейки тензодатчиков, мм; штрихом показано
давление 10 МПа, штрихпунктиром - 6 МПа.)
в
1. При нагружении плети № 1 без ЛКП ее деформирование оказывается
несимметричным: возникло местное выпучивание (окружные деформации
увеличены в три раза), это может быть обусловлено тем, что сварной шов вы
_3
полнен с нарушениями: деформации на одной его стороне (8 ,2-10 ) отли-
_3
чаются от деформаций на другой (1,9 -10 ) более чем в три раза (рис. 6,а).
2. При деформировании плети № 2 с ЛКП овального типа установлено
резкое местное повышение окружных напряжений (деформаций) в девять раз,
что сопровождается значительным выпучиванием трубы в смежной зоне. В
_3
данном случае деформации (~ 4 ,8 -1 0 ) в 3,5 раза больше, чем обычно
_3
(~ 1,2 -10 ). Отметим, что состояние сварного шва качественное (деформа
ции по обеим сторонам одинаковы).
3. При деформировании плети № 3 в зоне ЛКП типа полоски наблю
дается примерно такое же резкое повышение напряжений (деформаций) в
зоне повреждения (~ в пять раз), обнаруживается местное выпучивание
трубы, в зоне которого окружные деформации возрастают до значений поряд-
_3ка 2,5 -10 , т.е. в ~ 2,6 раза больше общей деформации. Расхождение в дефор-
_3
мациях по обеим сторонам сварного шва составляет ~ 2 ,5 раза (0 ,3-10 и
0 ,8 - 10_3).
Таким образом, упругопластическое деформирование испытанных труб
оказывается сущ ественно неравномерным при осесимметричном нагружении
внутренним давлением. Это и приводит к образованию магистральной разру
шающей трещины. Установлено также, что в ограниченной области ЛКП
наблюдается локализация напряженно-деформированного состояния в наи
более слабых точках: деформации возрастают в несколько раз по сравнению с
общ ей деформацией.
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 5 107
А. А. Костюченко, А. М. Бордовский, А. Н. Козик и др.
Заклю чение. Установлены особенности коррозионного повреждения труб
подводных переходов после длительной (более 3 5 -4 0 лет) эксплуатации по
сравнению с общ ей (сплошной) коррозией труб линейной части нефтепро
вода; обнаружены два типа ЛКП - в виде овала и протяженной полоски. Их
образование обусловлено скоплением коррозионных компонентов в понижен
ных малопроточных зонах труб. При этом ЛКП типа полоски преимущ ест
венно развиваются на наклонных участках подводного перехода, тогда как
овального типа - на самых низких (донных) участках. В зонах ЛКП наблю
даются локализация и местная концентрация напряжений, что приводит к
образованию разрушающей трещины.
Результаты испытаний внутренним давлением до разрушения с приме
нением разработанных методики и технологии испытаний впервые показали,
что несущая способность (прочность) труб с ЛКП лимитируется указанными
выше дефектами, тогда как несущая способность трубы без ЛКП - прочнос
тью сварных соединений. Проведенные экспериментальные исследования
напряженно-деформированного состояния труб с ЛКП и без подтвердили, что
в дефектных зонах при повышении внутреннего давления повреждаемость
металла резко интенсифицируется: деформации (напряжения) в три-пять и
более раз выше, чем в зонах без дефектов (при одинаковом давлении). При
этом предельное напряжение для труб с ЛКП на 8...12% ниже, чем для труб
без них (в условиях опыта).
Таким образом, установлено, что после длительной (более 35 лет) экс
плуатации опасными являются не околошовные зоны продольных сварных
соединений, а зоны с ЛКП. П оэтому при прогнозировании остаточного ре
сурса труб подводных переходов необходимо использовать не критерий проч
ности сварных соединений, а критерий коррозионно-механической прочнос
ти, в том числе и коррозионно-механической усталости, поскольку известно,
что эксплуатация нефтепроводных труб обусловливает повторно-переменный
процесс их нагруженности.
Р е з ю м е
Представлено результати експериментальних досліджень руйнування труб
нафтопроводу з корозійними дефектами на внутрішніх поверхнях стінок.
Установлено, що при прогнозуванні залишкової довговічності труби нафто
проводу необхідно використовувати критерії корозійно-механічного та коро
зійно-ерозійного зносу.
Поступила 05. 01. 2009
108 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2009, № 5
|