ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Исследование статической и повторно-статической прочности труб магистральных трубопроводов из "Прочность при изотермическом и неизотермическом малоцикловом нагружении " Результаты испытаний труб при статическом нагружении внутренним давлением до разрушения. С целью исследования причин разрушения труб большого диаметра магистральных нефте-и продуктопроводов в работе [1] были поставлены по изложенной выше методике натурные испытания штатных труб, предназначенных для использования в трубопроводах. [c.158] Все трубы удовлетворяли техническим условиям на изготовление труб большого диаметра, причем в ряде случаев наблюдалась исходная овальность поперечного сечения в пределах 2% и смещение кромок сварного шва до 3 мм. [c.158] При воздействии внутреннего гидростатического давления статический разрыв в виде трещины длиной более 1000 мм с раскрытием кромок на 150—200 мм происходит вдоль образующей трубы по основному металлу или в околошовной зоне продольного сварного шва, что по характеру соответствует разрывам в эксплуатационных условиях (рис. 3.3.1). Более детальное исследование, однако, показывает существенное различие условий разрушения труб в экспериментах и при работе в трубопроводах. Как упоминалось выше, для эксплуатационных разрывов характерным является отсутствие значительных пластических деформаций как в месте разрыва, так и по периметру трубы [10]. Напротив, в наших испытаниях наблюдались выраженные пластические деформации, причем остаточное увеличение диаметра трубы составляло 2,5—7,5%, а местное сужение толщины стенки в средней части по длине трещины — 10—15%. [c.159] Испытания труб показали, что статический разрыв происходит при напряжениях порядка 43,6—62,5 кге/мм , соответствующих величине 0,84—1,2 предела прочности (временного сопротивления) для марок сталей данных труб (нв = 52 кге/мм , ГОСТ 5058—65). Разрушающие давления для испытанных труб (см. табл. 3.3.1) составляли 125—160 кгс/см . [c.159] Характерным является отсутствие влияния местной неоднородности напряженного состояния на несущую способность труб при однократном нагружении внутренним давлением. Так, в результате развития пластических деформаций при статическом разрушении устраняется овализация сечения, сглаживается концентрация и изгибные эффекты в зоне сварного шва из-за наличия усиления, смещения кромок и угловатости. [c.160] Полученный результат подтверждает содержащиеся в ряде других работ данные [11, 16, 19, 89] о величинах разрушающих напряжений при статическом разрыве труб. В табл. 3.3.2 приведена сводка литературных данных, отражаюищх то обстоятельство, что прочность труб на разрыв определяется величиной предела прочности (временного сопротивления) материала. [c.160] Важным обстоятельством, вытекающим из особенностей статического разрушения труб, оказывается экспериментально установленное превышение давления разрыва в 2—2,5 раза по сравнению с уровнем рабочего давления, при котором трубопровод эксплуатируется. При этом наличие системы защиты трубопровода по давлению практически исключает возможность поднятия давления в рабочих условиях до разрушающих величин. В силу отмеченного следует предположить, что существуют дополнительные факторы, вызывающие разрушения труб при эксплуатации и определяющие несущую способность трубопроводов. [c.161] Для проверки возможности малоциклового разрушения труб магистральных нефте- и продуктопроводов выполнены [1] натурные эксперименты на трубах большого диаметра при их нагружении внутренним давлением рабочих величин в малоцикловой области чисел циклов. [c.162] Следует отметить, что испытания малоцикловой прочности труб большого диаметра по трудоемкости и сложности значительно превосходят статические испытания. В работе [1] была исследована малоцикловая прочность четырех труб, включая две трубы из стали 17ГС и две — из стали 14ХГС. [c.162] К испытаниям были приняты трубы диаметром 720 и 820 мм из аварийного резерва, прошедшие заводские опрессовочные и контрольные испытания и предназначенные для эксплуатации на магистральных трубопроводах. [c.162] Указанная партия труб была специально отобрана. Трубы, принятые к малоцикловым испытаниям, содержали характерные отключения (в интервале допуска) в геометрии поперечного сечения по овализации и форме сварного соединения (усиление сварного шва, нестыковка кромок, угловатость сварного соединения). [c.162] Испытания проводились пульсирующим внутренним давлением с частотой нагружения 1—0,75 цикла в минуту. Нагружение выполнялось с помощью установки, описанной выше. Максимальное внутреннее давление принималось из расчета в соответствии с нормами проектирования [216] и было равно рабочему давлению, которое вдвое ниже разрушающего статического давления. [c.162] Результаты испытаний малоцикловой прочности труб при повторном нагружении их внутренним давлением приведены в табл. 3.3.3. Таблица содержит экспериментальные данные о размерах труб, величинах давления, номинальных (мембранных) тангенциальных напряжений и номинальных размахов деформаций в трубах, а также значения чисел циклов Nf до разрушения труб при повторно-статическом воздействии рабочего давления. [c.162] Как видно из табл. 3.3.3, уровень номинальной напряженности труб достаточно высок и соответствует даже в безмоментной зоне вдали от мест концентрации величинам, близким значению предела пропорциональности материала. [c.163] Полученные разрушения испытанных труб находятся в диапазоне от 1600 до 25()00 циклов. Характер разрушения точно соответствовал эксплуатационному, и во всех случаях трещина возникала в зоне сварного шва. Регистрация разрушения производилась по появлению течи в результате сквозного прорастания трещины. [c.163] Разрушение труб происходило с образованием трещин от накопления повреждений. Трещина возникала в самой напряженной зоне, а именно — в зоне перехода от шва к основному металлу на внутренней поверхности трубы (рис. 3.3.2). Продвижение трещины от цикла к циклу проходило перпендикулярно к поверхности трубы по толщине стенки и вдоль образующей. [c.163] Другой случай разрушения характерен тем, что трещина из очага зарождения с увеличением числа циклов нагружения интенсивно распространяется по толщине стенки, что приводит к образованию сквозной трещины (свища) длиной 20—70 мм. При давлении свыше 20 кгс/см через такую трещину начинается фонтанирование. Это приводит к утечке жидкой среды и падению давления в системе нагнетания. В данном случае за счет падения внутреннего давления и низкой производительности гидросистемы испытательного стенда разрушение не приобрело динамического характера (рис. 3.3.3, б), который может иметь место в эксплуатации при несвоевременном обнаружении повреждения. Такой характер разрушения имели трубы, разрушившиеся через 4445 и 9265 циклов. [c.166] Примерами последних разрушений в эксплуатации являются 7 разрушений на трубопроводах Туймазы — Омск — Новосибирск и Альметьевск — Горький. В большинстве же случаев в условиях эксплуатации после начальной стадии разрушения (после образования очага разрушения) за счет запаса упругой потенциальной энергии) аккумулированной системой труба—рабочая среда, развитие разрушения приобретало динамический характер с образованием трещины разрыва длиной 500—1500 мм. [c.166] Общим для всех этих случаев разрушений при повторном нагружении, включая разрушения в эксплуатационных условиях [10], является отсутствие заметного изменения толщины стенки трубы у кромок разрыва и остаточной деформации по периметру трубы. Поверхность стенки в изломе в каждом случае разрушения имеет характерные зоны усталостного разрушения и ускоренного развития трещины (дорыва) (рис. 3.3.5). Последняя свойственна разрушениям с разрывами значительной протяженности. На рис. 3.3.5 видны особенности прорастания трещин в продольном направлении и по сечению трубы в случае интенсивного распространения трещины по толщине стенки и отсутствия дорыва (а), а также при распространении трещины на большую длину (б). [c.166] Вернуться к основной статье