автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Обеспечение безопасной эксплуатации и долговечности длительно эксплуатируемых нефте- и нефтепродуктопроводов

На правах рукописи

ШАРНИНА ГУЛЬНАРА САДДВАТОВНА ¿//^^

ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЛИТЕЛЬНО ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ НЕФТЕ- И НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДОВ

Специальность 05.26.03 - «Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовая отрасль)»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа - 2003

Работа выполнена на кафедре «Машины и аппараты химических производств» Уфимского государственного нефтяного технического университета

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Кузеев Искандер Рустемович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Халимов Андалис Гарифович

(

кандидат технических наук Журавлев Герман Валентинович

Ведущее предприятие: Открытое акционерное общество

«Уралтранснефтепродукт»

Защита состоится « 2 » июля 2003 г. в 10^° на заседании диссертационного совета Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан « » июня 2003 года.

Ученый секретарь диссертационного советИбрагимов И.Г.

•2<=>оЗ-Д

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

з

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

В соответствии с Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97 г. № 116-ФЗ нефтепроводы и нефтепродукте проводы относятся к категории опасных производственных объектов. Госгортехнадзор России приводит данные о том, что в Российской Федерации эксплуатируются 49,8 тыс. км нефтепроводов и 19,5 тыс. кь! ПгфтепГО" дуктопроводов, из которых соответственно 66 я 65 % эксплуатируются свыше 20 лет.

Анализ авариикости, выполненный Госгортелнадлиром России, показывает, что основными причинами аварий, случившихся в 1992 - 2000 гг., являются внешние физические воздействия на трубопроводы (34,7 %), нарушения норм и правил производства работ при строительстве и ремонте, отступления от проектных решений (24.7 %), коррозионные повреждения (23,5 %), нарушения технических условий при изготовлении труб, деталей и оборудования (12,4 %), ошибочные действия эксплуатационного и ремонтного персонала (4,7 %). Применительно к длительно эксплуатируемым нефтепроводам на эти причины накладываются особенности, определяемые уровнем техники и технологии строительства тех лет.

В эксплуатации находятся тысячи километров нефтепроводов и нефте-продукгопроводов, построенных в 50 - 80 - е годы с применением газопрессовой и электроконтактной сварки. Необходимость быстрого сооружения нефтепроводов и нефтепродуктопроводов в сочетании с несовершенством технологии сварочных работ приводила к снижению качества строительно-монтажных работ, что явилось причиной возникновения различных дефектов в сварных соединениях и околошовных зонах. Длительность срока эксплуатации трубопроводов, непрерывно изменяющиеся параметры перекачки и окружающей среды способствовали увеличению количества коррозионных и усталостных,повреждений в сварных соединениях и металле труб. : библиотека |

Например, на нефтепроводе Туймазы-Уфа-П (0 377 мм), построенном в 1950 году, внутритрубная диагностика на участке протяженностью 52 км выявила в сварных соединениях и стенках труб более 5000 дефектов различного характера (потери металла, вмятины, гофры, расслоения, коррозионные повреждения стенки трубы, дефекты сварных соединений и т.п.). Эти повреждения снижают несущую способность линейной части магистрального нефтепровода по сравнению с проектной, что приводит к увеличению вероятности отказов и уменьшению срока безопасной эксплуатации нефтепровода.

В настоящее время в процессе диагностирования длительно эксплуатируемых нефтепроводов и нефтепродуктопроводов выяснилось, что прочность металла сварных соединений снизилась, в том числе и из-за наличия в них различных дефектов, но в то же время степень коррозионного износа и деформационного старения металла стенок труб позволяют дальнейшую эксплуатацию трубопроводов при условии, что будет обоснованно рассчитан ресурс безопасной эксплуатации сварных соединений и стенок труб с дефектами.

Поэтому весьма актуальной становится задача определения ресурса безопасной эксплуатации длительно эксплуатируемых нефтепроводов и нефтепродуктопроводов с дефектами сварных соединений и стенок труб, в том числе и трубопроводов со сварными соединениями, выполненными газопрессовой и электроконтактной сваркой. Хотя газопрессовая сварка при сооружении трубопроводов в настоящее время не применяется, но трубопроводы с газопрессовыми сварными соединениями продолжают эксплуатироваться, и их количество достаточно велико, чтобы оценка срока их безопасной эксплуатации являлась достаточно актуальной в настоящее время, а электроконтактная сварка продолжает применяться при строительстве трубопроводов.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Определение ресурса безопасной эксплуатации длительно эксплуатируемых нефтепроводов и нефтепродуктопроводов на основе анализа режима на-гружения и концентрации напряжений в сварных соединениях и дефектах труб.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Исследовать механические характеристики основного металла, металла швов и околошовных зон электродуговых сварных соединений и металла зоны сварки газопрессовых сварных соединений длительно эксплуатиоуемого нефтепровода.

2. Выполнить экспериментальные исследования малоцикловой долговечности металла сварных соединений и основного металла длительно эксплуатируемого нефтепровода.

3. Исследовать влияние отклонений формы сварных стыков и неравномерности распределения механических характеристик по зонам сварных соединений. выполненных газопрессовой сваокой ттз их напряженно-деформированное состояние с использованием метода конечных элементов.

4. Разработать методику определения ресурса безопасной эксплуатации длительно эксплуатируемых нефтепроводов и нефтепродуктопроводов на основе анализа режима нагружения и концентрации напряжений в сварных соединениях и дефектах труб.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1. Механические характеристики металла сварных соединений, выполненных газопрессовой сваркой, на участках зоны сварки значительно ниже, чем характеристики металла электродуговых швов и основного металла; малоцикловая долговечность при циклических испытаниях на осевое растяжение металла сварных стыков, выполненных газопрессовой сваркой, меньше долговечности основного металла в 1,5-2 раза, а при изгибных циклических деформациях — в 1,6 раз, что необходимо учитывать при определении разрешенного давления и ресурса безопасной эксплуатации нефте- и нефтепродуктопроводов.

2. С использованием метода конечных элементов определены коэффициенты концентрации напряжений для типичных форм сварных соединений, выполненных газопрессовой сваркой. Значения коэффициентов концентрации сварных соединений, выполненных газопрессовой сваркой, определенные методом конечных элементов, на 4,8 - 50,2 % выше значений теоретических ко-

эффициентов концентрации этих соединений в зависимости от формы сварного стыка.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ

Результаты исследований, проведенных в данной работе, использованы УГНТУ для расчета остаточного ресурса участка нефтепровода Туймазы — Уфа - II при выполнении заключения экспертизы промышленной безопасности «Экспертная оценка соответствия нефтепровода Туймазы - Уфа - 2 очередь требованиям промышленной безопасности Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Результаты сравнительного анализа механических характеристик металла сварных соединений, выполненных газопрессовой и электродуговой сваркой, и основного металла длительно эксплуатируемого нефтепровода, распределения микротвердости по зонам сварных соединений и сравнительного анализа малоцикловой долговечности основного металла и металла сварных соединений, выполненных газопрессовой сваркой.

2. Предложенный в работе экспериментально-расчетный подход к оценке коэффициентов концентрации напряжений сварных соединений, выполненных газопрессовой сваркой, заключающийся в исследовании неравномерности распределения механических характеристик по зонам сварных соединений, построении на этой основе расчетных моделей сварных стыков и расчете методом конечных элементов напряжений и деформаций в сварных стыках.

3. Методика определения ресурса безопасной эксплуатации нефтепроводов и нефтепродуктопроводов на основе анализа режима нагружения и концентрации напряжений в сварных соединениях и дефектах труб.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на 50-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, 1999); Втором научно-техническом семинаре «Обеспечение промышленной безопасности производственных объектов топливно-

энергетического комплекса Республики Башкортостан» (Уфа, 1999); 51-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа. 2000); межрегиональной научно-методической конференции «Проблемы нефтегазовой отрасли» (Уфа. 2000): Щ-м Конгрессе нефтегазопромышленников России (секция H «Проблемы нефти и газа», Уфа, 2001).

ПУБЛИКАЦИИ

По материалам диссертации опубликовано десять работ.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка использованных источников из 126 наименований, содержит 158 с. машинописного текста, 48 рисунков, 22 таблицы и 1 приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность выбранной темы диссертационной работы, цель работы, основные положения, выносимые на защиту, а также отражена научная новизна выполненных исследований и их практическая ценность.

В первой главе «Алализ аварийности, причин отказов нефте- и нефте-продуктопроводов, методов оценки их долговечности и концентрации напряжений в сварных соединениях и дефектах труб» выполнен анализ работ, посвященных исследованию и обоснованию сроков безопасной эксплуатации нефтепроводов и нефтепродуктопроводов.

Проведен анализ аварийности и причин отказов сварных соединений и основного металла труб нефте- и нефтепродуктопроводов. Установлено, что основными причинами отказов являются несовершенства проектных решений, заводской брак труб, брак строительно-монтажных работ, общая и язвенная коррозия,. коррозионное растрескивание и коррозионная усталость металла нефтепроводов, нарушения правил эксплуатации, включающие ошибки обслуживающего персонала, механические повреждения. трубопроводов

живающего персонала, механические повреждения трубопроводов сторонними организациями и ремонтной техникой в процессе эксплуатации.

Из анализа разрушений линейной части нефте- и нефтепродуктопроводов последних лет видно, что из всех случаев разрушений часто встречающимися являются разрушения по основному металлу труб, в зоне заводского (продольного) сварного шва, а также по монтажным (кольцевым) стыкам на трубопроводах, построенных в 1940 - 1950 годах, когда основными способами сварки труб были ручная электродуговая и газопрессовая сварка, а контроль сварных стыков не был налажен в достаточной степени. На трубопроводах, построенных в течение последних 20-25 лет, число разрушений по монтажным кольцевым стыкам практически незначительно.

Проведена оценка характеристик концентрации напряжений в сварных соединениях и дефектах труб нефте- и нефтепродуктопроводов.

Выполнен анализ методов оценки долговечности при циклическом на-гружении нефтепроводов, расчета опасности дефектов, оценки работоспособности труб нефтепроводов, позволяющих оценить вероятность разрушения труб с дефектами, степень опасности и допустимости дефектов и прогнозировать ресурс труб с дефектами в условиях малоцикловой усталости. Сделан вывод о том, что разработанные методики оценки долговечности имеют ряд недостатков. В нормативных документах и опубликованных работах не даются конкретные рекомендации по анализу режима нагружения нефтепроводов для использования в расчетах ресурса. В литературе практически не рассмотрены вопросы влияния формы, размеров и неравномерности распределения механических характеристик по зонам сварных соединений, выполненных газопрессовой и электроконтактной сваркой, на концентрацию напряжений. Неравномерность распределения механических характеристик металла по зонам газопрессовых сварных соединений, а также их влияние на концентрацию напряжений не изучены, тогда как около 40 % аварий и разрушений приходится на сварные соединения.

В заключение первой главы на основе анализа литературных данных

сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе «Исследование металла сварных соединений и основного металла труб длительно эксплуатируемого нефтепровода» исследованы изменения механических характеристик металла сварных соединений, выполненных газопрессовой (ГПС) и электродуговой (ЭДС) сваркой, и основного металла нефтепровода после длительного срока эксплуатации (50 лет). Проведены испытания образцов из основного металла, металла швов и зон термического влияния (ЗТВ) сварных соединений, выполненных ЭДС, и металла зоны сварки, включающей зону сплавления и зону влияния, сварных соединений, выполненных ГПС (сталь Ст4сп), на растяжение и ударный изгиб. Испытания на растяжение проводились на универсальной разрывной машине фирмы «МБТ» со скоростью деформации, равной 8-10"' с*1, при комнатной температуре. Испытания на ударный изгиб проводились на маятниковом копре МК-30 с энергией удара, равной 150 Дж. В результате испытаний определены механические характеристики (предел прочности, предел текучести, относительное равномерное сужение, относительное сужение при разрыве) и значения ударной вязкости для основного металла, металла швов и металла ЗТВ сварных соединений, выполненных ЭДС, и металла зоны сварки стыков, выполненных ГПС (табл. 1). Установлено, что механические характеристики металла зоны сварки стыков, выполненных ГПС, значительно ниже, чем характеристики металла электродуговых швов и основного металла. Значение предела прочности основного металла после 50 лет эксплуатации находится в пределах, указанных в ГОСТ и сертификате на трубы. При испытаниях на ударную вязкость установлено, что в сварных швах и зонах термического влияния значения ударной "вязкости более низкие по сравнению с основным металлом, что указывает на высокую вероятность хрупкого разрушения швов. Такие низкие значения могут быть обусловлены влиянием микроструктуры, а также наличием непроваров и пор, обнаруженных в швах. При этом для металла зоны сварки газопрессовых сварных стыков значения ударной вязкости ниже, чем для металла электродуговых швов и основного металла, что, по-видимому, обуслов-

лено сильным наклепом ферритных зерен.

Таблица 1

Механические характеристики основного металла и металла сварных соединений (сталь Ст4сп)

Наименование ! Средние значения механических характеристик*

металла Предел текучести сто г, МПа Предел прочности яд, МПа Относит, удлинение 8 % Относит. | Ударная | сужение | вязкость | при разрч- | КС/, ' ве ч/к, % I Дж/см" | ! 1

Основной металл . (кольцевое направление) 270 494 31 47 1 82

Основной металл (осевое направление) 284 505 28 43 101

Сварной шов (зчектродуговая сварка) 299 515 22 39 52 ■

ЗТВ (электродуговая сварка) 286 487 25 47 60

Металл зоны сварки (газопрессовая сварка) 227 397 20 35 45

Ст4сп по ГОСТ 14637-89 (поперечное напр-е) 265 410-530 23-26 - >80

Ст4сп поГОСТ 19282-73 (продольное напр-е) 265 410-530 23-26 ! J > 100

Сертификат на трубы - 455-565 j 21-30 • j -

* - Средние значения механических характеристик устанавливались по испытаниям 5 образцов для каждой группы образцов - основного металла и металла сварных соединении

Для определения реальной прочности металла сварных соединений проводились испытания на растяжение образцов с уже имеющимися дефектами в корне швов, выполненных электродуговой сваркой (непровары и подрезы), и в зоне сварки стыков, выполненных газопрессовой сваркой (несплавления в стыках), причем наружная и внутренняя поверхности образцов механически не обрабатывались. Для образцов сварных соединений, выполненных ЭДС, разрушение прошло по швам; для образцов сварных соединений, выполненных

ГПС, - по металлу зоны сплавления или в непосредственной близости от зо^ь; сплавления. Установлено, что реальная прочность на растяжение металла сварных швов, выполненных ЭДС, ниже значений предела прочности металла этих швов, установленного на стандартных образцах, в 2 раза, а реальная прочность металла зоны сзарки стыков, выполненных ГПС, ниже значений предела прочности металла зоны сварки этих стыков з 1,5 раза.

С целью определения предельного числа циклов до разрушения и зависимости длины усталостной трещины от числа циклов нагружения были проведены испытания на малоцикловую усталость натурных образцов основного Металла и сварных соединений труб. Испытания проводились По схеме чистого изгиба по симметричному циклу. Наружная и внутренняя поверхности образцов не обрабатывались, их толщина соответствовала толщине металла труб. Контроль над моментом образования и роста усталостных трещин проводился с помощью бинокулярного микроскопа МБС-10. Установлены средние значения долговечности для образцов из основного металла и сварных соединений, выполненных газопрессовой и электродуговой сваркой, построены графики зависимости длин усталостных трещин на образцах сварных соединений, выполненных ЭДС и ГПС, от числа циклов нагружения. Разрушение образцов сварных соединений проходило, как правило, по основному металлу (для ГПС) или в зоне перехода от шва к основному металлу (для ЭДС). Определены значения остаточной долговечности в условиях циклически изменяющихся нагрузок с использованием графиков зависимости длины усталостной трещины от числа циклов нагружения.

Проведено исследование малоцикловой долговечности металла сварных соединений, выполненных газопрессовой сваркой, и основного металла длительно эксплуатируемого нефтепровода при циклических испытаниях на осевое растяжение и изгиб.

Циклические испытания на осевое растяжение образцов из металла сварных стыков, выполненных газопрессовой сваркой, и основного металла (сталь Ст4сп) проведены по ГОСТ 25.502-79. Испытания проводились при асиммет-

ричном мягком нагружении с частотой нагружения 5 Гц при максимальном напряжении. равном пределу прочности, определенному именно для этой стали предварительными испытаниями на однократное растяжение для основного металла и металла газопрессового стыка. Образцы испытывались на 4-х уровнях напряжений (0,25, 0,5, 0,75, 0,9оа)> на каждом уровне по 5 образцов из основного металла и по 3 образца из металла газопрессовых сварных стыков. В результате испытаний определено предельное число циклов до разрушения на каждом уровне нагружения для основного металла и металла сварных стыкоь, выполненных газопрессовой сваркой, и построены кривые усталости, кривые распределения долговечности по уровням напряжений и кривые усталости для различных вероятностей разрушения (Р = 10, 30, 50, 70, 90 %) (рис. 1, 2) для образцов из основного металла и металла газопрессовых сварных стыков.

Число ииклоз до разрушения N

Рис. 1. Кривые усталости для различных вероятностей разрушения при циклических испытаниях на осевое растяжение для основного металла: 1 - Р = 90 %; 2 -Р = 70 %: 3 -Р = 50 %; 4 - Р = 30 %; 5 - Р = 10 % Циклическими испытаниями на осевое растяжение образцов из металла сварных стыков, выполненных газопрессовой сваркой, и основного металла длительно эксплуатируемого нефтепровода установлено, что долговечность металла газопрессовых сварных стыков в среднем в 1,5 - 2 раза меньше долговечности основного металла.

Число циклов до разрушения N

Рис. 2. Кривые усталости для различных вероятностей разрушения при циклических испытаниях на осевое растяжение для металла газопрессовых стыков: 1 _ р = 90 %; 2 -Р = 70 %; 3 -Р = 50 %; 4 -Р = 30 %; 5 - Р = 10 % Проведены циклические испытания на изгиб образцов из основного металла длительно эксплуатируемого нефтепровода (сталь Ст4сп). Образцы ис-пытывались на установке для испытании на малоцикловую усталость при симметричном мягком нагружении по схеме поперечного изгиба с частотой нагру-жения 10 циклов в минуту, при температуре 20°С. Построены усталостные кривые, кривые распределения долговечности по уровням напряжений и кривые усталости для различных вероятностей разрушения (Р = 10, 30, 50, 70, 90 %) для образцов из основного металла.

В третьей главе «Анализ напряженно-деформированного состояния сварных соединений длительно эксплуатируемых нефтепроводов» проведена оценка концентрации напряжений в сварных соединениях, выполненных газопрессовой сваркой, длительно действующего нефтепровода методом конечных элементов (МКЭ). В работе использован вычислительный комплекс программ МКЭ АЫБУБ 5.5.3. Исследование напряженно-деформированного состояния (НДС) в газопрессовых сварных стыках нефтепровода проведено двумя методами: по упругой модели и по упругопластической модели.

По упругой модели расчеты напряженно-деформированного состояния вы-

полнены отдельно на действие внутреннего давления и на действие суммарных продольных напряжений от совместного действия внутреннего давления и положительного перепада температур. Расчет осуществлялся для четырех типов -геометрических форм газопрессовых сварных стыков ("рис. 3).

Тип

Тип 2

Тип 3

Тип 4

Рис. 3. Конечно-элементные модели основных типов геометрических форм газопрессовых сварных стыков: тип 1 и тип 2 - формы, стыков, встречающиеся в 75 - 80 % случаев; тип 3 - в 15 - 20 % случаев; тип 4 - до 5 % случаев Напряженно-деформированное состояние при действии внутреннего давления имеет две отличительные особенности: появление касательных напряжений разного знака в зонах, примыкающих к основанию усиления шва (рис. 4, а); деформация удлинения кольцевого сечения от действия внутреннего давления значительно больше удлинения зоны стыка, что приводит к появлению из-гибных деформаций и напряжений по границам сварного стыка (рис. 4, 5).

От действия внутреннего давления по упругой модели рассчитаны максимальные значения главных аь изгибных о\, касательных напряжений тчу и интенсивностей напряжений а з местах наибольшей концентрации напряжений для сварного стыка типа 2; рассчйТ^НЫ номинальные значения этих напряжений в гладкой части стенки трубы на достаточном удалении от концентратора и определены условные коэффициенты концентрации главных, осевых, ка-

сательных напряжений и коэффициенты концентрации интенсивности напря-

жений сварного стыка типа 2 (табл. 3.1).

Рис. 4. Распределение изополос касательных тху (а) и изгибных ох (б) напряже-

ний от действия внутреннего давления в зоне сварного стыка типа 2 Анализ результатов расчетов по упругой модели от действия внутреннего давления показывает, что в газопрессовых сварных стыках наиболее часто встречающихся типов (типа 1 и 2) концентрация главных напряжений и интен-сивностей напряжений от действия внутреннего давления незначительна при достаточно большом уровне номинальных напряжений. В то же время значительные неравномерности распределения изгибных и касательных напряжений даже при общем меньшем уровне их значен™ могут привести к снижению надежности газопрессовых стыков, особенно на криволинейных участках и на выходе из насосных станций.

При расчете по упругой модели от действия суммарных продольных напряжений получены распределения изополос главных напряжений ст, и интен-сивностей напряжений о, для газопрессовых сварных стыков типов 1, 2. 3, 4. Рассчитаны максимальные значения главных напряжений и интенсивностей напряжений в местах наибольшей концентрации напряжений, значения напряжений в гладкой части стенки трубы на достаточном удалении от конценграто-

ра, принимаемые за номинальные напряжения, а из их соотношения рассчитаны условный коэффициент концентрации главных напряжений и коэффициент концентрации интенсивности напряжений (см. табл. 2).

Таблица 2

Напряжения и коэффициенты концентрации напряжений, определяемые

по упругой модели от действия продольных суммарных напряжений.

| Наименование № | исследуемого \ параметра 1 Тип образца по геометрической форме

1 2 3 | 4

' Глшмкс напряжения 01, МПа: 1 | - максимальные С] тах | _ номинальные сг; и 25,12 11 1С-; 22,78 1Л 1 11 80,97 17,79 227,02 1С 41 1

2 Условный коэффициент концентрации главных напряжений о,. 2,25 2,26 1 4.55 : 8.97 : ... .

3 Интенсивность напряжений а„ МПа: - максимальные а, - номинальные о. ? 25. ¡2 8.38 23,97 8,04 80,07 17,79 251,52 27,35

4 Коэффициент концентрации интенсивности напряжений а,, 2,99 2,98 4,50 9,2

. ! Интенсивность упругих деформаций ! * 0,1 б-Ю-3 0,и-10"3 0,5-10'3 1,41-10"3

Из анализа результатов видно, что даже при отсутствии радиальных и угловых смещений свариваемых кромок труб усиление и грат, образовавшиеся при осаживании свариваемых труб (стыки типа 1 и 2), дают значения коэффициентов концентрации интенсивности напряжений, равные 2.98 — 2,99 на закругленных участках сварного стыка. Радиальные смещения кромок с поворотом плоскости сплавления (стык типа 3) даже при наличии закруглений у оснований выступов увеличивают коэффициент концентрации в 1,5 и более раз, а такие же дефекты с острыми углами, образовавшимися при выдавливании металла зоны влияния (стык типа 4), имеют коэффициент концентрации в 3 раза больший по сравнению с коэффициентами концентрации образцов типа 1 и 2.

Установлено, что значения коэффициентов концентрации напряжений газопрессовых сварных стыков типа 1, 2, 3, 4, определенные методом конечных элементов по упругой модели, на 4,8 - 50,2 % выше, чем значения теоретических коэффициентов концентрации этих стыков.

Оценка напряженно-деформированного состояния сварных стыков по нелинейной упругопластической модели осуществлялась итерационным методом - методом касательной жесткости Ньютона - Рафсона. Для расчетов НДС сварных стыков с использованием нелинейной упругопластической модели зона сварного стыка разбивалась на участки со значениями твердости металла одного уровня. Основой для определения границ участков с различными значениями твердости и других механических характеристик являются данные измерений микротвердости основных типов сварных соединений, выполненных газопрессовой и электродуговой сваркой. Определение микротвердости проводилось на приборе ПМТ-3 алмазной пирамидой с углом при вершине 136° и нагрузкой 100 г. Диаграммы распределения микротвердости по зонам газопрессового сварного соединения типа 1 и электродугового сварного соединения представлены на рис. 5, 6.

Ним"

ЛО 20 ¡« 10 - О 5 10 К 2) мм

1'ассюянш.

1 !

Рис. 5. Распределение микротвердости по зонам газопрессового сварного соединения типа 1 По результатам исследований микротвердости установлено:

-микротвердость металла электродугового сварного шва на 13% выше микротвердости зоны термического влияния и на 20 % выше микротвердости основного металла;

- микротвердость металла зоны сплавления газопрессового сварного стыка на 4 % ниже микротвердости металла зоны влияния и на 3 % выше значения микротвердости основного металла;

- распределение микротвердости по зонам газопрессового сварного соединения носит неравномерный характер. Максимальное значение микротвердости выявлено на расстоянии 6 - 7 мм от зоны сплавления и выше значения микротвердости основного металла на 7 %.

К/мм

21 ?•>

i :юо

§■

5

§• :ooo

^ 1950 1900 Iá50 ISOO

50 25 20 15 10 5 0 5 10 15 20 25 мм

Расстояние

Рис. 6. Распределение микротвердости по зонам электродугового сварного

соединения

Для газопрессовых сварных стыков типа 3 и 4 использовались значения микротвердости, замеренные по направлению, перпендикулярному линии сплавления стыков. Каждый участок со значениями твердости одного уровня является конечным элементом - твердым телом с характеристиками пластично-

сти, прочности и деформируемости, характеризующими значениями твердости. В результате расчетов получены твердотельная модель нелинейных упруго-пластичных элементов, распределения по участкам сварного стыка типа 3 изо-полос главных напряжений <ть изополос полных упруго-пластических деформаций растяжения £г р| и осевых упруго-пластических деформаций удлинения Выявлено направление развития зон сдвиговых деформаций у^ под действием касательных напряжений тху для образца типа 3.

В четвертой главе «Определение ресурса безопасной эксплуатации длительно эксплуатируемых нефтепроводов и нефтепродуктопроводов» разработана методика определения ресурса безопасной эксплуатации длительно эксплуа-тируемьрс нефте- и нефтепродуктопроводов на основе анализа режима нагру-жения, принципа линейного накопления повреждений и концентрации напряжений в сварных соединениях и дефектах труб.

По принципу линейного накопления повреждений суммарное повреждение за один год определяется по формуле

П + +И. (1)

где N1, N2 - число циклов нагружения при режимах 1 и 2 за один год;

N1*, N2* - число циклов, которое может выдержать до разрушения нефтепровод с дефектом при режимах 1 и 2, включающее оба этапа усталостного разрушения - этап зарождения и этап роста трещины;

N. - число циклов нагружения при ¡-том режиме за один год; Н* - общее число циклов до разрушения, которое может выдержать нефтепровод с дефектом при ¡-том режиме.

Уровень накопленных повреждений П за все время эксплуатации определяется как сумма ежегодных повреждений нефтепровода в течение всего срока эксплуатации по формуле

П = 1П,, (2)

1-1

где п - количество лет, в течение которых эксплуатировался нефтепровод.

Ресурс безопасной эксплуатации определяется по формуле

11=1-П. (3)

Проведен анализ режимов нагружения нефтепроводов с приведением несимметричного режима нагружения к эквивалентному отнулевому и разбиением диапазона изменения рабочего давления на промежутки, называемые классами. Приведение несимметричного процесса нагружения к эквивалентному отнулевому производится по соотношению

АР = Рт>, - к„„ • ?.„,„. (4)*

где Цо - уровень оптимизма.

Для различных значений уровня оптимизма (кпо) получаются оценки эквивалентного процесса нагружения: от крайне пессимистической (к,ю = 0) до крайне оптимистической =1). Реалистической позиции соответствует промежуточное значение коэффициента приведения кп0 = {0; 1}.

Подечитывается количество размахов давлений, попадающих в каждый класс, за контрольный период (в данном случае, за год) при различных уровнях оптимизма. По количеству размахов рабочих давлений в каждом классе определяются фактические числа циклов нагружения нефтепровода N1... N1 за каждый год для каждого из п классов. Расчет для длительно эксплуатируемых нефтепроводов предпочтительно вести с позиции крайнего пессимизма, с запасом.

Общее число циклов до разрушения нефтепровода с дефектом при циклическом нагружении определяется как сумма числа циклов на этапе зарождения трещины в дефекте, рассчитываемого из уравнения Коффина - Мэнсона, и числа циклов на этапе развития трещины, определяемого по уравнению Пэриса - Махутова. При расчете числа циклов нагружения на этапе зарождения трещины в уравнение Коффина-Мэнсона подставляется амплитуда истинной деформации в вершине зарождающейся трещины в дефекте при несимметричном нагружении. приведенная к эквивалентному симметричному виду.

В данной работе в качестве примера произведена оценка ресурса безопасной эксплуатации участка длительно эксплуатируемого нефтепровода ТуЙ-мазы - Уфа - II с дефектом газопрессового сварного соединения в виде отклоне-

ния формы стыка.

•Выполнен анализ режимов нагружения длительно эксплуатируемого нефтепровода Туймазы - Уфа - II на участке Языково - Нурлино, введенного в эксплуатацию в 1950 году, за два интервала времени - с 1950 по 1995 год (когда предельное разрешенное рабочее давление в нефтепроводе составляло 4,0 МПа) и с 1996 года до настоящего времени (при предельном разрешенном давлении 2,5 МПа). Анализ выполнен по данным о суточных колебаниях рабочего давления за 1989 и 1998 годы, в течение которых наблюдалась наибольшая нестабильность в работе изучаемого участка нефтепровода, частые и значительные колебания давления в нефтепроводе и довольно длительные простои. Построены графики изменения рабочего давления, в исследуемом нефтепроводе, проведено сопоставление характера нагружения, сделаны выводы по поводу возможности возникновения внезапных отказов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В длительно эксплуатируемых нефте- и нефтепродуктопроводах с газопрессовыми сварными соединениями механические характеристики металла зоны сварки газопрессовых соединений на 19 - 35 % ниже характеристик основного металла, что вынуждает ограничивать уровень напряжений и величину изгибных деформаций в трубопроводах при эксплуатации и капитальном ремонте.

2. Малоцикловая долговечность при циклических испытаниях на осевое растяжение металла зоны сварки газопрессовых сварных соединений в 1,5-2 раза меньше долговечности основного металла. При изгибных циклических деформациях сварных соединений разрушения происходят в зонах влияния сварных соединений, причем долговечность металла зоны сварки газопрессовых сварных стыков в 1,6 раз меньше долговечности основного металла, а долговечность металла шва, выполненного электродуговой сваркой, - в 1,75 раз.

3. Значения коэффициентов концентрации напряжений сварных соединений, выполненных газопрессовой сваркой, определенные методом конечных элементов по упругой модели, на 4,8 - 50,2 % выше, чем значения теоретических коэффициентов концентрации напряжений. Установленные коэффициенты концентрации напряжений газопрессовых стыков позволяют оценить значения напряжений для определения срока безопасной эксплуатации нефте- и неф-тепродуктопроводов.

4. Разработанная методика определения ресурса безопасной эксплуатации длительно эксплуатируемых нефтепроводов и нефтепродуктопроводов на основе анализа режима нагружения и концентрации напряжений в сварных соединениях и дефектах труб использована для расчета осча.шчноги ресурса участка нефтепровода Туймазы - Уфа - II при выполнении заключения экспертизы промышленной безопасности «Экспертная оценка соответствия нефтепровода Туймазы - Уфа - 2 очередь требованиям промышленной безопасности Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Рафикова Г.С. (Шарнина Г.С.), Рафиков С.К., Кузеев И.Р. Анализ режимов загружения магистральных нефтепроводов//- Махериалы 50-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: Сб. -Уфа: Изд-во УГНТУ, 1999. - С. 3 - 4.

2. Рафикова Г.С. (Шарнина Г.С.), Рафиков С.К. К определению малоцикловой долговечности нефтепроводов в условиях сложного режима загружения// Материалы 50-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: Сб. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 1999. - С. 58 - 59.

3. Набиев P.P., Хаматдинов 3.3., Насыров Р.З., Шаммазов A.M., Рафиков С.К., Рафикова Г.С. (Шарнина Г.С.), Hay шш Е.А. Исследование малоцикловой усталости металла гладких дефектов труб нефтепроводов// Обеспечение про-

мышленной безопасности производственных объектов топливно-энергетического комплекса Республики Башкортостан: Материалы Второго научно-технического семинара. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 1999. - С. 67-74.

4. Худяков М.А., Рафикова Г.С. (Шарнина Г.С.) Малоцикловая долговечность основного металла и сварных соединений труб старых нефтепроводов//' Обеспечение промышленной безопасности производственных объектов топливно-энергетического комплекса Республики Башкортостан: Материалы Второго научно-технического семинара. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 1999. - С. 143-147.

5. Рафикова Г.С. (Шарнина Г.С.), Худяков М.А. Изучение механических свойств металла сварных стыков длительно эксплуатирующихся нефтепроводов// Материалы 51-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: Сб. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2000. - С. 93 - 94.

6. Худяков М.А., Рафикова Г. С. (Шарнина Г.С.) Исследование механических свойств основного металла и сварных соединений длительно эксплуатируемых нефтепроводов. - М.: Изд-во ООО «ИРЦ Газпром»/ НТС по серии: Транспорт и подземное хранение газа. - 2000. - № 6. - С. 20 — 33.

7. Кузеев И.Р., Рафикова Г.С. (Шарнина Г.С.) Оценка остаточного ресурса нефтепроводов, работающих при несимметричном нагружении// Материалы межрегиональной научно-методической конференции «Проблемы нефтегазовой отрасли»: Сб. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2000. - С. 152.

8. Рафикова Г.С. (Шарнина Г.С.) Определение гармонических составляющих напряжений в нефтепроводе с помощью Фурье-анализа при несимметричном нагружении// Материалы межрегиональной научно-методической конференции «Проблемы нефтегазовой отрасли»: Сб. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2000. -С. 153-154.

9. Рафиков С.К., Шарнина Г.С. Исследование напряженно-деформированного состояния газопрессовых стыков магистральных нефтепроводов методом конечных элементов// III Конгресс нефтегазопромышленников России. Секция Н «Проблемы нефти и газа»: Сб. научн. тр.- Уфа: Изд-во «Реактив», 2001.-С. 270.

24

13 5 8

10. Шарнина Г.С.. Буренин В.А., Рафиков С.К. Определение остаточного ресурса нефтепроводов с дефектами на основе анализа режима нагружения и принципа линейного накопления повреждений/'/ Сооружение и ремонт газонефтепроводов и газонефтехранилищ: Сб. научн. тр.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2002. -

Подписано к печати 30.05.03 Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Печ. листов 1,5. Тираж 90 экз. Заказ 154.

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета Адрес: 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С. 210 - 217.

Введение

Глава 1. Анализ аварийности, причин отказов нефте- и нефтепродуктопро-водов, методов оценки их долговечности и концентрации напряжений в сварных соединениях и дефектах труб

1.1. Анализ аварийности и причин отказов сварных соединений и труб нефте- и нефтепродуктопроводов

1.2. Дефекты сварных соединений и труб нефте- и нефтепродуктопроводов и причины их возникновения

1.3. Оценка характеристик концентрации напряжений в сварных соединениях и дефектах труб

1.4. Анализ методов оценки долговечности и ресурса безопасной эксплуатации нефте- и нефтепродуктопроводов при циклическом нагружении

1.5. Постановка задач исследования

Глава 2. Исследование металла сварных соединений и основного металла труб длительно эксплуатируемого нефтепровода

2.1. Исследование механических свойств металла сварных соединений и основного металла труб длительно эксплуатируемого нефтепровода

2.1.1. Испытания на растяжение

2.1.2. Испытания на ударный изгиб

2.2. Испытания на малоцикловую усталость натурных образцов основного металла и сварных соединений труб

2.3. Исследование малоцикловой долговечности металла сварных соединений, выполненных газопрессовой сваркой, и основного металла труб длительно эксплуатируемого нефтепровода при циклическом нагружении 45 Выводы по главе

Глава 3. Анализ напряженно-деформированного состояния сварных соединений длительно эксплуатируемых нефтепроводов 56 3.1.Оценка концентрации напряжений в сварных соединениях, выполненных газопрессовой сваркой, методом конечных элементов по упругой модели

3.2. Сопоставление теоретических коэффициентов концентрации напряжений сварных стыков, выполненных газопрессовой сваркой, со значениями коэффициентов концентрации, рассчитанными методом конечных элементов

3.3. Оценка напряженно-деформированного состояния сварных соединений по нелинейной упругопластической модели 70 Выводы по главе

Глава 4. Определение ресурса безопасной эксплуатации длительно эксплуатируемых нефтепроводов и нефтепродуктопроводов

4.1. Исследование цикличности нагружения нефтепроводов

4.2. Определение ресурса безопасной эксплуатации длительно эксплуатируемых нефте- и нефтепродуктопроводов на основе принципа линейного накопления повреждений, анализа режима нагружения и концентрации напряжений в сварных соединениях и дефектах труб

4.2.1. Определение фактического числа циклов нагружения нефте- и нефтепродуктопроводов за один год при различных режимах нагружения

4.2.2. Определение числа циклов до разрушения при циклическом нагруже-нии нефте- и нефтепродуктопроводов с дефектом

4.3. Пример определения ресурса безопасной эксплуатации длительно эксплуатируемого нефтепровода с дефектом сварного соединения в виде отклонения формы стыка на основе анализа режима нагружения и принципа линейного накопления повреждений 113 Выводы по главе 133 Основные результаты и выводы 134 Список использованных источников 135 Приложения

В соответствии с Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [102] нефтепроводы и нефтепродукто-проводы относятся к категории опасных производственных объектов. Госгор-технадзор России приводит данные о том, что в Российской Федерации эксплуатируются 49,8 тыс. км нефтепроводов и 19,5 тыс. км нефтепродуктопрово-дов, из которых соответственно 66 и 65 % эксплуатируются свыше 20 лет [65].

Анализ аварийности, выполненный Госгортехнадзором России [65], показывает, что основными причинами аварий, случившихся в 1992 - 2000 гг., являются внешние физические воздействия на трубопроводы (34,7 %), нарушения норм и правил производства работ при строительстве и ремонте, отступления от проектных решений (24,7 %), коррозионные повреждения (23,5 %), нарушения технических условий при изготовлении труб, деталей и оборудования (12,4 %), ошибочные действия эксплуатационного и ремонтного персонала (4,7 %). Применительно к длительно эксплуатируемым нефтепроводам на эти причины накладываются особенности, определяемые уровнем техники и технологии строительства тех лет.

В эксплуатации находятся тысячи километров нефтепроводов и нефте-продуктопроводов, построенных в 50 - 80 - е годы с применением газопрессовой и электроконтактной сварки. Необходимость быстрого сооружения нефтепроводов и нефтепродуктопроводов в сочетании с несовершенством технологии сварочных работ приводила к снижению качества строительно-монтажных работ, что явилось причиной возникновения различных дефектов в сварных соединениях и околошовных зонах. Длительность срока эксплуатации трубопроводов, непрерывно изменяющиеся параметры перекачки и окружающей среды способствовали увеличению количества коррозионных и усталостных повреждений в сварных соединениях и металле труб.

Например, на нефтепроводе Туймазы-Уфа-П (0 377 мм), построенном в 1950 году, внутритрубная диагностика на участке протяженностью 52 км выявила в сварных соединениях и стенках труб более 5000 дефектов различного характера (потери металла, вмятины, гофры, расслоения, коррозионные повреждения стенки трубы, дефекты сварных соединений и т.п.). Эти повреждения снижают несущую способность линейной части магистрального нефтепровода по сравнению с проектной, что приводит к увеличению вероятности отказов и уменьшению срока безопасной эксплуатации нефтепровода.

В настоящее время при диагностировании длительно эксплуатируемых нефте- и нефтепродуктопроводов выяснилось, что прочность металла сварных соединений ниже, чем прочность основного металла, в том числе и из-за наличия дефектов в сварных соединениях. В то же время степень коррозионного износа и деформационного старения металла труб позволяют дальнейшую эксплуатацию длительно действующих трубопроводов при условии, что будет обоснованно рассчитан ресурс безопасной эксплуатации сварных соединений и стенок труб с дефектами.

Разработка обоснованных методов расчета ресурса безопасной эксплуатации длительно эксплуатируемых нефте- и нефтепродуктопроводов является одной из основных задач по обеспечению промышленной безопасности и находится в числе возможных мер по снижению аварийности на магистральных трубопроводах [54, 65].

Актуальной является задача определения ресурса безопасной эксплуатации длительно эксплуатируемых нефтепроводов и нефтепродуктопроводов со сварными соединениями, выполненными газопрессовой и электроконтактной сваркой. Хотя газопрессовая сварка при сооружении трубопроводов в настоящее время не применяется, но трубопроводы с газопрессовыми сварными соединениями продолжают эксплуатироваться, и их количество достаточно велико, чтобы оценка срока их безопасной эксплуатации являлась достаточно актуальной в настоящее время, а электроконтактная сварка широко применялась в 70-80-е годы и продолжает применяться при строительстве трубопроводов.

В связи с вышеизложенным, целью данной работы является определение ресурса безопасной эксплуатации длительно эксплуатируемых нефтепроводов и нефтепродуктопроводов на основе анализа-режима нагружения и концентрации напряжений в сварных соединениях и дефектах труб.

Для достижения цели решались следующие задачи:

1. Исследовать механические характеристики основного металла, металла швов и околошовных зон электродуговых сварных соединений и металла зоны сварки газопрессовых сварных соединений длительно эксплуатируемого нефтепровода.

2. Выполнить экспериментальные исследования малоцикловой долговечности металла сварных соединений и основного металла длительно эксплуатируемого нефтепровода.

3. Исследовать влияние отклонений формы сварного стыка и неравномерности распределения механических характеристик по зонам сварных соединений, выполненных газопрессовой сваркой, на их напряженно-деформированное состояние с использованием метода конечных элементов.

4. Разработать методику определения ресурса безопасной эксплуатации длительно эксплуатируемых нефтепроводов и нефтепродуктопроводов на основе анализа режима нагружения и концентрации напряжений в сварных соединениях и дефектах труб.

Поставленные задачи решались путем анализа результатов диагностического обследования длительно эксплуатируемых нефтепроводов со сварными соединениями, выполненными газопрессовой сваркой, и дефектами труб инструментальными и аналитическими методами, с привлечением экспериментальных методов исследований металла сварных соединений и основного металла труб длительно эксплуатируемого нефтепровода. Для анализа напряженно-деформированного состояния сварных соединений, выполненных газопрессовой сваркой, использовался метод конечных элементов с построением сеток конечных элементов для упругих и нелинейных упругопластических моделей сварных стыков.

В основу построения нелинейной модели сварных соединений были положены экспериментально определенные различия твердости, пластических и деформативных характеристик зон сварных соединений, выполненных газопрессовой сваркой. В работе выполнены экспериментальные исследования и анализ долговечности металла сварных соединений, выполненных газопрессовой и электродуговой сваркой, и основного металла длительно действующих нефтепроводов испытаниями натурных и стандартных образцов при разных видах циклического деформирования.

При расчетах ресурса безопасной эксплуатации нефте- и нефтепродуктопроводов большое значение имеет получение достоверных параметров и форм циклического нагружения стенки труб и сварных стыков. В работе рассмотрена методика определения числа циклов изменения давления в нефтепроводе путем разбиения диапазона изменения рабочего давления на оценочные интервалы, называемые классами, с последующим определением срока безопасной эксплуатации на основе принципа линейного накопления повреждений с учетом истинных концентраций напряжения в сварных соединениях и дефектах труб.

Результаты исследований, проведенных в данной работе, использованы УГНТУ для расчета остаточного ресурса участка нефтепровода Туймазы - Уфа - II при составлении заключения экспертизы промышленной безопасности «Экспертная оценка соответствия нефтепровода Туймазы - Уфа - 2 очередь требованиям промышленной безопасности Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Результаты сравнительного анализа механических характеристик металла сварных соединений, выполненных газопрессовой и электродуговой сваркой, и основного металла длительно эксплуатируемого нефтепровода, распределения микротвердости по зонам сварных соединений и сравнительного анализа малоцикловой долговечности основного металла и металла сварных соединений, выполненных газопрессовой сваркой.

2. Предложенный в работе экспериментально-расчетный подход к оценке коэффициентов концентрации напряжений сварных соединений, выполненных газопрессовой сваркой, заключающийся в исследовании неравномерности распределения механических характеристик по зонам сварных соединений, построении на этой основе расчетных моделей сварных соединений и расчете методом конечных элементов напряжений и деформаций в сварных соединениях.

3. Методика определения ресурса безопасной эксплуатации длительно эксплуатируемых нефтепроводов и нефтепродуктопроводов на основе анализа режима нагружения и концентрации напряжений в сварных соединениях и дефектах труб.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на 50-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, 1999); Втором научно-техническом семинаре «Обеспечение промышленной безопасности производственных объектов топливно-энергетического комплекса Республики Башкортостан» (Уфа, 1999); 51-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, 2000); межрегиональной научно-методической конференции «Проблемы нефтегазовой отрасли» (Уфа, 2000); Ш-м Конгрессе нефтегазопромышленников России (секция Н «Проблемы нефти и газа», Уфа, 2001).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В длительно эксплуатируемых нефте- и нефтепродуктопроводах с газопрессовыми сварными соединениями механические характеристики металла зоны сварки газопрессовых сварных соединений на 19 - 35 % ниже характеристик основного металла, что вынуждает ограничивать уровень напряжений и величину изгибных деформаций в трубопроводах при эксплуатации и капитальном ремонте.

2. Малоцикловая долговечность при циклических испытаниях на осевое растяжение металла зоны сварки газопрессовых сварных соединений в 1,5-2 раза меньше долговечности основного металла. При изгибных циклических деформациях сварных соединений разрушения происходят в зонах влияния сварных соединений, причем долговечность металла зоны сварки газопрессовых сварных соединений в 1,6 раз меньше долговечности основного металла, а долговечность металла швов, выполненных электродуговой сваркой, - в 1,75 раз.

3. Значения коэффициентов концентрации напряжений сварных соединений, выполненных газопрессовой сваркой, определенные методом конечных элементов по упругой модели, на 4,8 - 50,2 % выше, чем значения теоретических коэффициентов концентрации напряжений. Установленные коэффициенты концентрации напряжений газопрессовых стыков позволяют оценить значения напряжений для определения срока безопасной эксплуатации нефте- и нефтепродуктопроводов.

4. Разработанная методика определения ресурса безопасной эксплуатации длительно эксплуатируемых нефте- и нефтепродуктопроводов на основе анализа режима нагружения и концентрации напряжений в сварных соединениях и дефектах труб использована для расчета остаточного ресурса участка нефтепровода Туймазы - Уфа - II при составлении заключения экспертизы промышленной безопасности «Экспертная оценка соответствия нефтепровода Туймазы - Уфа — 2 очередь требованиям промышленной безопасности Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».

1. Абдуллин И.Г., Гареев А.Г., Худяков М.А. Анализ стадий зарождения и развития малоцикловой коррозионной усталости металла магистральных нефтепроводов// Трубопроводный транспорт нефти. 1999. - № 6. - С. 31 - 34.

2. Антипьев В.Н., Смирнов В.А., Чепурский В.Н. Системная постановка задачи определения остаточного ресурса нефтепровода// Трубопроводный транспорт нефти. 1996. - № 5. - С. 18-20.

3. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1990.-448 с.

4. Будилов И.Н., Жернаков B.C. Сопротивление разрушению элементов разъемных соединений высоконагруженных конструкций. М.: Наука, 2000. -240 с.

5. Бусыгин Г.Н., Султанов М.Х., Ирмякова И.Р. Пятьдесят лет эксплуатации трубопроводов с газопрессовыми сварными стыками и адаптация их к ремонту. II Конгресс нефтегазопромышленников России: Материалы Конгресса. -Уфа, 2000.- 198 с.

6. Васин Е.С. Оценка технического состояния магистральных нефтепроводов по результатам диагностического контроля// Трубопроводный транспорт нефти. 1996. - № 4. - С. 26 - 29.

7. Васин Е.С. Определение опасности дефектов стенки труб магистральных нефтепроводов по данным дефектоскопа «Ультраскан»// Трубопроводный транспорт нефти. 1997. - № 7. - С. 17-18.

8. Волский М.И., Аистов А.С., Гусенков А.П., Гуменный JI.K. Прочность труб магистральных нефтепроводов и продуктопроводов при статическом и малоцикловом нагружении. Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ, 1979. - 55 с.

9. Волский М.И., Гуменный Л.К., Лаптев Т.И. К вопросу исследования причин разрушения магистральных трубопроводов // Нефтяная промышленность. 1978.-№ 11. - С. 30 - 31.

10. Галеев В.Б., Амосов Б.В., Бобрицкий Н.В., Сощенко Е.М., Саблин Н.В. Анализ причин разрушения действующих нефтепроводов и продуктопро-водов. Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ, 1972.-79 с.

11. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы.: Пер. с англ. М.: Мир, 1984,- 428 с.

12. Галлямов А.К., Черняев К.В., Шаммазов A.M. Обеспечение надежности функционирования системы нефтепроводов на основе технической диагностики. Изд-во УГНТУ, 1998. - 600 с.

13. Галюк В.Х. О качестве сооружения и эксплуатации магистральных трубопроводов// Нефтяное хозяйство. 1991. - № 2. - С. 33 - 39.

14. Галяутдинов А.Б., Даминов И.А., Гумеров К.М. О проблеме освидетельствования участков линейной части магистральных нефтепроводов// Трубопроводный транспорт нефти. 1996. - № 3. - С. 7 - 9.

15. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытания на растяжение. М.: Изд-во стандартов, 1984. - 40 с.

16. ГОСТ 25.502-79. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость.- М.: Изд-во стандартов, 1980. 32 с.

17. ГОСТ 25.506-85. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. М.: Изд-во стандартов, 1985.-62 с.

18. ГОСТ 25.859-83 (СТ СЭВ 3684-82).Сосуды и аппараты стальные. Нормы и методы расчета на прочность при малоцикловых нагрузках. М.: Изд-во стандартов, 1983. - 30 с.

19. Гумеров А.Г., Азметов Х.А., Гумеров Р.С., Векштейн М.Г. Аварийно-восстановительный ремонт магистральных нефтепроводов / Под ред. Гумерова А.Г. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1998. - 271 е.: ил.

20. Гумеров А.Г., Гумеров Р.С., Гумеров К.М., Ямалеев К.М. Методикаоценки статической прочности и циклической долговечности магистральных нефтепроводов. Уфа: Изд-во ВНИИСПТнефти, 1990. - 90 с.

21. Гумеров А.Г., Гумеров Р.С., Гумеров К.М. Проблемы оценки остаточного ресурса участков магистральных нефтепроводов// Нефтяное хозяйство. -1990.-№ Ю.-С. 66-69.

22. Гумеров А.Г., Гумеров Р.С., Гумеров К.М. Методы оценки ресурса элементов линейной части магистральных нефтепроводов// Нефтяное хозяйство. 1992. -№ 8. - С. 36 - 37.

23. Гумеров А.Г., Гумеров К.М., Росляков А.В. Разработка методов повышения ресурса длительно эксплуатирующихся нефтепроводов// Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ, 1991. - 83 с.

24. Гумеров А.Г., Зайнуллин Р.С., Гумеров Р.С., Гаскаров Н.Х. Восстановление работоспособности труб нефтепроводов. Уфа: Башк. кн. изд-во, 1992.-С. 6- 15.

25. Гумеров А.Г., Зайнуллин Р.С., Ямалеев К.М., Росляков А.В. Старение труб нефтепроводов. М.: Недра, 1995. - 218 е.: ил.

26. Гумеров А.Г., Зубаирова А.Г., Векштейн М.Г., Гумеров Р.С., Азметов Х.А. Капитальный ремонт подземных нефтепроводов. М.: «Недра-Бизнесцентр», 1999. - 525 е.: ил.

27. Гумеров А.Г., Хайруллин Ф.Г., Ямалеев К.М., Султанов М.Х. Влияние дефектов на малоцикловую усталость металла труб нефтепроводов// Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ, 1983. -Вып. 12 (46).-59 с.

28. Гумеров А.Г., Ямалеев К.М. Характер разрушения металла труб нефтепроводов при малоцикловом нагружении// Нефтяное хозяйство.- 1985. № 6. -С. 46-48.

29. Гумеров А.Г., Ямалеев К., Гумеров Р.С., Азметов Х.А. Дефектность труб нефтепроводов и методы их ремонта / Под ред. А.Г. Гумерова. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1998. - 252 е.: ил.

30. Гумеров А.Г., Ямалеев К.М., Журавлев Г.В., Бадиков Ф.И. Трещиностойкость металла труб нефтепроводов. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2001. -231 е.: ил.

31. Гусев А.С. Сопротивление усталости и живучесть конструкций при случайных нагрузках. М.: Машиностроение, 1989.- 248 е.: ил.

32. Гусев А.С., Светлицкий В.А. Расчет конструкций при случайных воздействиях. М.: Машиностроение, 1984. - 240 с.

33. Гусенков А.П. Закономерности малоциклового и длительноциклового циклического разрушения. Автореф. дис. на соиск. уч. степени д-ра техн. наук. М.: ИМАШ, 1976.-51 с.

34. Гусенков А.П. Прочность при изотермическом и неизотермическом малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1979. - 290 с.

35. Димов J1.A. Основные положения методики оценки прочности нефтепроводов с дефектами стенки трубы и направления ее совершенствования// Нефтяное хозяйство. 2000. - № 7. - С. 64 - 65.

36. Даунис М.А. Прочность и долговечность при малоцикловом нестационарном нагружении. Вильнюс: Мокслас, 1989. - 256 с.

37. Завойчинский Б.И. Долговечность магистральных и технологических трубопроводов (теория, методы расчета, проектирование). М.: Недра, 1992. -252 с.

38. Зайнуллин Р.С. Кинетика механохимического разрушения. Уфа: РНТИК «Баштехинформ», 1996. - 438 с.

39. Зайнуллин Р.С., Гумеров А.Г. Повышение ресурса нефтепроводов. -М.: Недра, 2000. 494 е.: ил.

40. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике: Пер. с англ. М.: Мир, 1975,- 541 с.

41. Зиневич A.M. К комплексной системе управления качеством сооружения магистральных нефтегазопроводов// Строительство трубопроводов. 1991. - № 11. - С. 8 - 13.

42. Золоторевский B.C. Механические свойства металлов. М.: Металлургия, 1983.-352 с.

43. Иванцов О.М. Надежность строительных конструкций магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1985. - 231 е.: ил.- (Надежность и качество).

44. Иванцов О.М. Надежность и безопасность магистральных трубопроводов в России// Трубопроводный транспорт нефти. 1997. - № 10. - С. 26 - 31.

45. Иванцов О.М. Надежность и ненадежность трубопроводов// Строительство трубопроводов. 1991. - № 11. - С. 4 - 9.

46. Иосилевич Г.Б. Концентрация напряжений и деформаций в деталях машин. — М.: Машиностроение, 1981.- 224 с.

47. Калашников С.А. Влияние условий эксплуатации на усталостную прочность оболочковых конструкций из стали 09Г2С. Дис. канд. техн. наук: 05.04.09/УГНТУ. Уфа, 1998 г. - 125 с.

48. Когаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени. М.: Машиностроение, 1977.- 232 е.: ил.

49. Когаев В.П., Махутов Н.А., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: Справочник М.: Машиностроение, 1985. - 224 е., ил. - (Основы проектирования машин).

50. Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение. Пер. с англ. М.: Мир, 1984. - 624 е.: ил.

51. Колмогоров B.JI. Напряжения, деформации, разрушение. М.: Машиностроение, 1970. - 229 с.

52. Ленджер Б.Ф. Расчет сосудов давления на малоцикловую долговечность. Техническая механика. - 1962. - № 3. - С. 97-113.

53. Мазур И.И., Иванцов О.М., Молдаванов О.И. Конструктивная надежность и экологическая безопасность трубопроводов. М.: Недра, 1990. - 264 с.

54. Махутов Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. М.: Машиностроение, 1981. - 272 с.

55. Махутов Н.А. Деформационные критерии малоциклового и хрупкого разрушения. Автореф. дис. на соиск. уч. степени д-ра техн. наук. М.: ИМАШ, 1973.-71 с.

56. Махутов Н.А., Бурак М.И., Гаденин М.М. и др. Механика малоциклового разрушения. -М.: Наука, 1986. С. 254.

57. Махутов Н.А., Воробьев А.З., Гаденин М.М. и др. Прочность конструкций при малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1983. - 271 с.

58. Махутов Н.А. Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность. М.: Машиностроение, 1985.- 224 с.

59. Методика определения характеристик трещиностойкости труб и нефтегазопроводов. Уфа.: Изд-во ВНИИСПТнефти, 1988. - 32 с.

60. Механика разрушения и прочность материалов/ Справочное пособие в 4-х томах под общ. ред. В.В. Панасюка.- Киев: Наукова думка, 1988.

61. Миланчев B.C. Оценка работоспособности труб при наличии концентрации напряжений// Строительство трубопроводов. 1984. - № 2. - С. 23 -25.

62. Мурзаханов Г.Х. Прогнозирование индивидуального остаточного ресурса магистральных трубопроводов// Строительство трубопроводов. 1994. -№5.-С. 31 -35.

63. Мэнсон С. Температурные напряжения и малоцикловая усталость. -М.: Машиностроение, 1974. 344 с.

64. Надежность и долговечность машин и сооружений: Республиканский ведомственный сборник научных трудов. Выпуск 17. Киев: Наукова думка, 1990.

65. Нейбер Г. Концентрация напряжений/ Пер. с нем. под ред. А.И. Лурье. М.: Гостехиздат, 1947.- 204 с.

66. Нетт Дж. Ф. Основы механики разрушения. Пер. с англ. М.: «Металлургия», 1978. 256 с.

67. Отраслевой стандарт (ОСТ 153 39.4 - 010 - 2002). Методика определения остаточного ресурса нефтегазопромысловых трубопроводов и трубопроводов головных сооружений. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2002. - 57 с.

68. Остров Э.Е. Проблемы надежности системы магистральных газонефтепроводов// Строительство трубопроводов. 1991. - № 10. - С. 27 - 32.

69. Партон В.З. Механика разрушения: От теории к практике. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990 - 240 с. - (Проблемы науки и технического прогресса).

70. Партон В.З., Морозов Е.М. Механика упругопластического разрушения. //Изд. перераб. и допол. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы. 1985.- 504 с.

71. Петерсон Р. Коэффициенты концентрации напряжений. М.: Мир, 1977.-302 с.

72. Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов. Киев: Наукова думка, 1975. - 704 с.

73. Промышленная безопасность в системе магистральных нефтепроводов: Научно-техническое издание/ Н.Р. Ямуров, Н.И. Крюков, Р. А. Кускильдин, Ю.А. Фролов, Р.Г. Шарафиев, Р.И. Хайрудинов, М.В. Шахматов, В.В. Ерофеев, Ю.С. Петухов. М.: РАЕН, 2001. - 159 с.

74. Прочность сварных соединений при переменных нагрузках/ Под. ред. В.И. Труфякова. Киев: Наукова думка, 1990. - 255 с.

75. Рафиков С.К. Определение вида циклического нагружения и продольных усилий в сечениях полубесконечных подземных трубопроводов/ Сб. научн. трудов, посвященный 50-летию УГНТУ. М.: ИРЦ Газпром, 1998. - С. 14-23.

76. Рафикова Г.С. (Шарнина Г.С.), Рафиков С.К., Кузеев И.Р. Анализ режимов нагружения магистральных нефтепроводов// Материалы 50-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: Сб. Уфа: УГНТУ, 1999. - С. 3- 4.

77. РД 39-00147103-361-86. Методика по выбору параметров труб и проверочного расчета линейной части магистральных нефтепроводов на малоцикловую прочность. Уфа: Изд-во ВНИИСПТнефти, 1987. - 30 с.

78. РД 39-0147103-305-88. Методика расчета на прочность и долговечность сварных соединений трубопроводов и нефтепромысловой аппаратуры с технологическими дефектами. Уфа: Изд-во ВНИИСПТнефти, 1988. - 42 с.

79. РД 39-00147105-001-91. Методика оценки работоспособности труб линейной части нефтепроводов на основе диагностической информации. Уфа: Изд-во ВНИИСПТнефти, 1992. - 141 с. У

80. Савин Г.Н. Распределение напряжений около отверстий. Киев: Нау-кова думка, 1968. - 887 с.

81. Сегерлинд J1. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979.-352 с.

82. Секулович М. Метод конечных элементов: Пер.с сербского. М.: Стройиздат, 1993. - 664 с.

83. Серенсен С.В. Усталость материалов и элементов конструкций. Киев: Наукова Думка, 1985. Т.2. - 256 с.

84. Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович P.M. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность. М.: Машиностроение, 1975. - 488 с.

85. Серенсен С.В., Шнейдерович P.M., Гусенков А.П. и др. Прочность при малоцикловом нагружении. Основы методов расчета и испытаний. М.: Наука, 1975.-286 с.

86. Серенсен С.В., Шнейдерович P.M., Махутов Н.А. и др. Поля деформаций при малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1979. - 277 с.

87. СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы/ Госстрой России. -М.: ГУП ЦПП, 2000. 60 с.

88. Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений. В 2-х томах/ Под ред. Ю. Мураками. М.: Мир, 1990. - 1016 с.

89. Тимошенко С.П., Гудъер Дж. Теория упругости. М.: Наука, 1975.576 с.

90. Трощенко В.Т., Покровский В.В., Прокопенко А.З. Трещиностой-кость металлов при циклическом нагружении. Киев: Наукова думка, 1987. -254 с.

91. Тутнов И.А. Подходы к определению срока безопасной эксплуатации магистральных трубопроводов// Трубопроводный транспорт нефти. 1997. - № 11.-С. 9- 15.

92. Тухбатуллин Т.Ф., Насырова Г.И., Гареев А.Г. Анализ причин разрушений магистральных трубопроводов//Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов: Сб. научн. тр. Вып. 58. - Уфа, «Транстэк», 1998.-С. 123 - 130.

93. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21 июля 1997 г., № 116-ФЗ.

94. Фокин М.Ф., Трубицын В.А., Никитина Е.А. Оценка эксплуатационной долговечности магистральных нефтепроводов в зоне дефектов// Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов М.: Изд. ВНИИОЭНГ, 1986. -Вып. 5 (57).-51 с.

95. Хазов Б.Ф., Дидусев Б.А. Справочник по расчету надежности машин на стадии проектирования. М.: Машиностроение. 1986.-224 е., ил.

96. Хеллан К. Введение в механику разрушения. М.: Мир, 1988. - 364 с.

97. Херцберг Р.В. Деформации и механика разрушения конструкционных материалов. М.: Металлургия, 1989. - 576 с.

98. Чепурский В.Н. Оценка долговечности линейных участков магистральных нефтепроводов// Трубопроводный транспорт нефти. 1997. - № 2. - С. 17-20.

99. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. М.: Наука, 1974.640 с.

100. Черняев К.В. Оценка прочности и остаточного ресурса магистральных нефтепроводов с дефектами, обнаруживаемыми внутритрубными инспекционными нарядами/ЛГрубопроводный транспорт нефти. 1995. - № 2. - С. 21-31.

101. Черняев К.В. Анализ возможностей внутритрубных снарядов различных типов по обнаружению дефектов трубопроводов// Трубопроводный транспорт нефти. 1999. - № 4. - С. 27-33.

102. Черняев К.В. Научно-технические проблемы обеспечения высокой надежности трубопроводного транспорта нефти на современном этапе// Трубопроводный транспорт нефти. 1997. - № 9. - С. 21 - 23.

103. Черняев К.В. Обеспечение безопасной эксплуатации магистральных нефтепроводов России на основе комплексной программы диагностики, ремонта и реконструкции их линейной части// Трубопроводный транспорт нефти. -1997. -№ З.-С. 18-24.

104. Черняев К.В., Буренин В.А., Галлямов А.К. Стохастический прогноз индивидуального остаточного ресурса трубопровода// Трубопроводный транспорт нефти. 1998. - № 3. - С. 23 - 26.

105. Черняев К.В., Васин Е.С. Система безопасной эксплуатации и продления срока службы магистральных нефтепроводов: исходные предпосылки и перспективы создания// Трубопроводный транспорт нефти. 1998. - № 11. - С. 16-21.

106. Шахматов М.В., Ерофеев В.В., Гумеров К.М. и др. Оценка допустимой дефектности нефтепроводов с учетом их реальной нагруженности// Строительство трубопроводов. 1991. -№ 12.-С. 37-41.

107. Школьник J1.M. Методика усталостных испытаний. Справочник. -М.: Металлургия, 1978. 304 с.

108. Шмаль Г.И., Иванцов О.М. Надежность магистральных нефтепроводов и газопроводов в России// Строительство трубопроводов. 1994. - № 1. - С. 6-14.

109. Шульте Ю.А. Неметаллические включения в электростали. М.: Металлургия, 1964. - 205 с.

110. Шумайлов А.С., Гумеров А.Г., Молдаванов О.И. Диагностика магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1992. - 251 е.: ил.

111. Экспертная оценка соответствия нефтепровода Туймазы Уфа - 2 очередь требованиям промышленной безопасности Федерального закона «О промышленной безопасности». - Уфа: УГНТУ, 1999. - 169 с.

112. Ямалеев К.М. Старение металла труб в процессе эксплуатации нефтепроводов// Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов М.: Изд. ВНИИОЭНГ, 1990. - 64 с.

113. ANSIS. Structural Nonlinearities. User's Guide for Revision 5.0. V. 1. -SASI, Houston.- 1994. - DNOS201: 50-1.

114. Marco S., Starkey W. Concept of Fatigue Damage. ASME Transactions, 76 (1954). - P. 627 - 643.