автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.09, диссертация на тему:Обеспечение работоспособности выработавшей расчетный ресурс нефтехимической аппаратуры с обнаруженной при диагностике кгловатости обечаек

На правах рукописи

РГ8 ОД

/ 6.шоп да

ВАХИТОВ АЗАТ ГАЛЯНУРОВИЧ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ВЫРАБОТАВШЕЙ РАСЧЕТНЫЙ РЕСУРС НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ С ОБНАРУЖЕННОЙ ПРИ ДИАГНОСТИКЕ УГЛОВАТОСТИ ОБЕЧАЕК

Специальность 05.04.09- Машины и агрегаты нефтеперерабатывающих и химических производств

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

УФА 1998

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете (УГНТУ)

Научный руководитель: профессор, докт.техн. наук Зайнуллин P.C.

Официальные оппоненты: профессор, докт. техн. наук Кузеев И.Р.

член-корреспондент АТН АН РБ, канд. техн. наук Абдуллин P.C.

Ведущее предприятие: АООТ "ВНИИНЕФТЕМАШ" (г. Москва)

Защита состоится "_2_" _июля_1998 г. в _12_часов на

заседании диссертационного Совета Д 063.09.04 в Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов,!.

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

Автореферат разослан " 2 "_июня_1998 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета докт. техп. наук И.Г.Ибрагимов.

Актуальность проблемы

На территории нашей страны расположены десятки крупных нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов, тысячи километров нефтегазопроводов. Одной из причин нарушения экологии являются аварии из-за износа технологического оборудования. По экспертной оценке специалистов в настоящее время износ оборудования достигает до 90% и примерно такое же количество оборудования выработало расчетный ресурс.

Обеспечение безопасности возможно при: ликвидации экологически опасных предприятий, замене изношенного оборудования и дальнейшей эксплуатации нефтехимических и химических производств при соблюдении критериев безопасности путем своевременной периодической диагностики и определения остаточного ресурса на базе современных достижений в области материаловедения, аппаратостроения и механики разрушения. Первые два направления в настоящее время не реальны из-за тяжелого экономического положения в стране.

Вопросами оценки остаточного ресурса оборудования в настоящее время занимаются большое количество научно-технических предприятий, что является подтверждением актуальности рассматриваемой проблемы.

В общем случае, оценка остаточного ресурса нефтехимической аппаратуры (сосуды, аппараты и трубопроводы) проводится на основании трудоемких работ по анализу технической документации, функциональной диагностики, экспертного обследования, анализу механизмов повреждений и выявлению определяющих параметров технического состояния, уточнению параметров технического состояния, напряженного состояния и характеристик металла, выбору критериев повреждаемости и др.

В связи с несовершенством средств неразрушающего контроля пока вероятность эксплуатации аппаратуры с недопустимыми дефектами, в том числе и грещиноподобными, достаточно высокая. Распространенным дефектом сборки и :варки элементов нефтехимической аппаратуры является угловатость сварных

соединений, которую следует относить к категории трещиноподобных из-за наличия в ней сингулярности (вершина угловатости). В этом случае, традиционные подходы не позволяют определять напряженное состояние, а следовательно, и ресурс элементов аппаратуры. Все это и предопределило цель настоящей работы.

Цель работы - обеспечение работоспособности выработавшей расчетный ресурс нефтехимической аппаратуры с обнаруженной при диагностике угловатости обечаек путем регламентации научно-обоснованного безопасного срока последующей ее эксплуатации.

Для решения основной цели были сформулированы следующие задачи:

- исследование напряженного состояния обечаек с угловатостью;

-разработка методов расчетной оценки характеристик работоспособности

обечаек с угловатостью в условиях статического и повторно-статического нагружения;

исследование влияния предыстории нагружения на остаточную напряженность и свойства металла в области угловатости;

- разработка критериев оценки и повышения качества нефтехимической аппаратуры, выработавшей расчетный ресурс.

На защиту выносятся:

- методы обеспечения работоспособности выработавшей расчетный ресурс нефтехимической аппаратуры с обнаруженной при диагностике угловатости обечаек, базирующиеся на регламентации безопасного срока последующей эксплуатации и исключения отрицательной роли недопустимых дефектов;

- закономерности напряженного состояния обечаек с угловатостью;

- методы расчетной оценки характеристик работоспособности при статическом и повторно-статическом нагружении;

- закономерности распределения остаточных напряжений в области угловатости обечаек, возникающих при эксплуатации и испытаниях аппаратуры;

-результаты комплексного исследования процессов старения низколегированных сталей при длительной эксплуатации.

Научная новизна:

- впервые установлена взаимосвязь параметров напряженного металла и угловатости обечаек нефтехимической аппаратуры с учетом особенностей сингулярности острых угловых переходов;

- предложен метод и определены коэффициенты интенсивности напряжений (КИН) в моделях обечаек с угловатостью;

- разработаны методы расчета ресурса обечаек с угловатостью, работающих в условиях статического и повторно-статического нагружения;

- получены аналитические зависимости для определения остаточной напряженности металла в окрестности угловатости обечаек после разгрузки нагрузок при эксплуатации и испытаниях;

- па базе проведенного комплекса механических и металлографических испытаний установлены закономерности охрупчивания и снижения характеристик работоспособности низколегированных аппаратостроительных сталей типа 17ГС при длительной эксплуатации.

Практическая ценность:

- разработанные методы оценки ресурса обечаек с угловатостью позволяют давать научно-обоснованные рекомендации по регламентированию сроков эксплуатации, отработавшей расчетный ресурс нефтехимической аппаратуры;

- предложенный технологический прием наложения ремонтного валика в область углового перехода, обусловленного угловатостью, позволяет обеспечивать работоспособность аппаратуры в период регламентированного срока последующей эксплуатации;

- рекомендации по оценке качества металла, выработавшей расчетный ресурс нефтехимической аппаратуры, согласованы органами Госгортехнадзора РФ и переданы для использования в АО "УНПЗ" и ГП "Салаватнефтемаш".

Апробация работы.

Результаты работы докладывались 1996-1998 г.г. на научно-технических конференциях по проблемам диагностики и оценки остаточного ресурса нефтехимического оборудования, проведенные и УГНТУ.

Диссертация заслушана и рекомендована к защите на семинаре кафедры "Технология нефтяного аппаратостроения".

Работа выполнена в рамках выполнения работ по первому научному направлению Государственной научно-технической программы (ГНТП) "Безопасность" - "Новые методы и критерии обеспечения безопасности рабочих процессов технологий, конструкций, сложных технических систем, людей и окружающей среды в случае возникновения техногенных аварий и катастроф" и, в частности, его проекту 1.5 "Разработка механики катастроф и методов оценки безопасности по критериям механики разрушения и живучести сложных технических систем в поврежденных состояниях" в 1994-1997 г.г.

Публикации.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в двух монографиях, брошюре и шести научно-технических статьях, в том числе центральной печати.

Объем и структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов и приложения, списка литературы из 120 наименований, содержит 104 страницы компьютерного текста, 52 рисунка и 4 таблицы.

Общее содержание работы.

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель и основные задачи работы.

Первая глава посвящена проблемам обеспечения работоспособности выработавшей расчетный ресурс нефтехимической аппаратуры.

Остаточный ресурс нефтехимической аппаратуры устанавливается на базе комплекса трудоемких исследований по: технической документации, функциональной диагностике, экспертному обследованию, оценке напряженного состояния, характеристик металла с учетом старения, предельных состояний и др.

Обеспечение безопасности объектов должно базироваться на решении следующих проблем:

-разработка фундаментальных основ техногенных и природных аварий и катастроф, теории защиты и безопасности;

-создание единой национальной, региональной и международной нормативно-законодательной базы по техническому, правовому и экономическому регулированию вопросов безопасности;

- переход к проектированию, созданию и эксплуатации потенциально опасных производств на базе новых критериев, методов и средств обеспечения безопасности;

-создание методов и средств оповещения, защиты и спасения людей, а также ведение восстановительных работ в зонах возникновения и развития катастроф.

Первые три направления связаны с разработкой новых методов и подходов оценки остаточного ресурса конструкций, в частности, нефтехимической: аппаратуры, гарантирующие безопасность в регламентированный срок последующей эксплуатации. Методы оценки остаточного ресурса оборудования цолжны базироваться на фактических данных о техническом состоянии и критериях, учитывающих старение, коррозию, дефектность металла и др.

Одними из распространенных дефектов, обнаруживаемых при диагностике шляются отклонения от округлости (угловатость, смещение кромок, овальность и 1р.). Расчетам напряженного состояния, несущей способности и долговечности ;варных элементов с отклонениями от круглости посвящено достаточно большое количество опубликованных работ, в частности известные исследования проф. ".А.Николаева (МГТУ им. Н.И.Баумана), О.А.Бакши (ЧГТУ), О.И.Стеклова

(ГАНГ им. И.М.Губкина), Н.А.Махутова (ИМАШ РАН), Е.М.Морозова (МИФИ), А.Д. Никифорова (МИХМ) и др.

Наиболее полно изучено влияние на ресурс оборудования смещения кромок и овальности. При оценке ресурса обечаек с угловатостью не учитываются локальные напряжения, обусловленные сингулярными точками в ее вершине. Поэтому, практическую значимость приобретают развитие подходов механики разрушения при оценке ресурса аппаратуры с различными дефектами, в том числе и с угловатостью обечаек.

Предыстория нагружения существенно может изменять характеристики работоспособности аппаратуры, в частности, предпусковые и периодические испытания аппаратуры создают условия, которые существенно отражаются на характеристиках работоспособности.

Необходимо проведение исследований по оценке остаточных напряжений в области острых угловых переходов элементов аппаратуры, возникающих при перегрузках с последующей полной разгрузкой.

Одним из важных и малоизученных факторов, определяющих ресурс аппаратуры является старение металла при длительной эксплуатации. Изменение свойств металла при эксплуатации в основном обусловлено деформационным старением, которое интенсифицируется при повторно-статических нагрузках.

Необходимо отметить, что агрегатные механические свойства в результате старения изменяются незначительно (до 25%). При этом, как правило, прочностные характеристики повышаются, а пластические - снижаются.

С целью обеспечения безопасности эксплуатации аппаратуры, выработавшей расчетный ресурс, необходимо разработать новые критерии, учитывающие локализованный характер протекания процессов старения металла при эксплуатации.

Характеристики работоспособности и технического состояния аппаратуры в работе исследовали и устанавливали широко известными и апробированными

механическими и металлографическими методами и испытаниями. При оценке напряжений использовали поляризационно-оптический метод и подходы механики разрушения и трещин. Обоснование предложенных методов обеспечения работоспособности аппаратуры проводили натурными и лабораторными испытаниями.

Во второй главе предложены и обоснованы методы расчетной оценки степени напряженности металла, характеристик работоспособности при статическом и повторно-статическом нагружении обечаек с угловатостью с учетом особенностью сингулярных точек в угловых переходах.

Методами теории тонких оболочек выполнен расчет краевых сил и моментов, вызываемых угловатостью обечаек. Сравнительная оценка краевых напряжений в обечайках с угловатостью, полученных различными исследователями, показывает достаточно хорошую сходимость результатов.

Нами [2] предложен метод определения коэффициента интенсивности напряжений (КИН) в моделях с угловатостью, сущность которого заключается в следующем: из хрупкого материала изготовляется базовая модель, для которой известно точное значение КИН. Затем, путем испытаний базовой модели определяется критический КИН (Кс). Далее из этого же материала изготавливается модель с заданными параметрами угловатости. Испытания моделей с угловатостью производятся по такой же схеме нагружения, как и базовые. На основании известных положений механики разрушения можно показать, что при одинаковых величинах Кс и угловатости Ь (рис. 2а) поправочные функции (У и У6) и предельные усилия (Рс и Рс6) искомой и базовой моделей находятся в отношении:

Р У

= Х (1)

Р V '

гсб 1

Следовательно, поправочная функция искомой модели будет равна:

У=УбРс6/Рс. (2)

По известному значению поправочной функции находятся компоненты напряжений в окрестности вершины угловатости, в частности:

оу=св-*/ь-У, (3)

где сн - номинальное напряжение.

Эксперименты по оценке поправочной функции для модели с угловатостью проведены на образцах, изготовленных из органического стекла (К« = 1,25МПа -Ум ). В частности, на рис.16 сопоставлены опытные (точки) и расчетные (сплошные

линии) значения предельных нагрузок Рс =1>с'у > где И и I видны из рис. 1а.

Поправочная функция для модели с угловатостью Уу2 представлена в следующем виде:

Уу2--=Ур-У1Л-У6) (4)

где Ур и Уьл) - поправочные функции, зависящие только от угла раскрытия угловатости (3 и параметра Ь/Ь. Величина Уб устанавливается по справочным данным. Величина Уь/ь определяется по формуле:

гтг • (5)

п

/Ъ

Для определения величины Ур получена следующая формула:

угК-З- <«

На рис. 3 сопоставлены расчетные (сплошные линии) и опытные (точки) значения Рс/Рсб и У/ У6 в зависимости от параметра угловатости р.

Кроме того, в работе использован несколько иной подход к оценке напряженного состояния и характеристик работоспособности обечаек с угловатостью, основанной на понятии эквивалентной модели (рис. 26). В этом случае модель с угловатостью приводится к некоторой модели с трещиной, но при этом должно выполняться следующее условие:

^ = (~2У1)<1,0, (7)

Ре,

кгс

100 80

60 40

кс= 1 15МПе 1-Ш

0,2 0,3 0,4 0,5' ь/:ь б

Рис. 1. Базовая модель (а) и ее предельные нагрузки (б)

р'4| р .

Ш|,=

Б+Ьэ

а Р

Рис. 2. Модели с угловатостью (а) и с трещиной (б).

где у) - параметр сингулярности угловой точки, зависящей только от р. При этом следует учитывать, что относительная глубина трещины должна быть равна:

да

Заметим, что этот подход прост и дает лучшие результаты при больших углах раскрытия угловатости (3.

Установлено, напряжения в модели с трещиной и угловатостью находятся в зависимости: <т-п>, т, „—т (9)

—=ксн«1/1Д-2г

Эта зависимость дана на рис.4. Последнее выражение показывает во сколько раз степень напряженности в модели с угловатостью ниже, чем в модели с трещиной при одинаковых параметрах Ь и стн.

Полученные результаты исследования напряженно-деформированного состояния положены в основу разработанных методов оценки ресурса обечаек с угловатостью в условиях статического и повторно-статического нагружения.

В частности для расчетного определения предельного (разрушающего) давления Рв обечайки с угловатостью получена следующая формула:

Эта формула получена из известного условия прочности К|=КС и справедлива в рамках допущении механики разрушения и в случае, когда протяженность дефекта меньше диаметра обечайки. В противном случае необходимо учитывать поправку на длину дефекта.

По аналогии с механическим проведением сосудов с трещиноподобными дефектами зависимость для оценки предельных кольцевых напряжений аа(Ь, I) представлена в следующем виде:

сгв(Ь,/) = ст8(Ь)-К,, (11)

где К/ - поправка на длину угловатости, определяемая по формуле:

К^=К(Ь)-га,с[К(/)-1], (12)

где К(Ь) = ов / ов(Ь); Ь - параметр угловатости; с - константа (0,25ч-0,3).

Зависимость параметра К; от относительной длины угловатости т/ приведена на рис.5. Отметим, что формулы (11) и (12) справедливы и для пластических сталей, однако, в этом случае в этих формулах вместо Кс следует подставлять предел трегциностойкости по ГОСТ 25.506-85.

Долговечность обечаек с угловатостью определялась путем интегрирования кинетического уравнения циклической трещиностойкости типа Н.А.Махутова в координатах «Скорость роста трещин (<111 /УЫ) - размах интенсивности деформаций (АК^)»:

^=у=СДДК|£)% (13)

где Сст и пп - константы, определяемые экспериментально. Ориентировочная оценка параметров Са и п^ может быть произведена по формулам:

Са= тЛг; По=1+т, (14) _ £ ^

где т - коэффициент деформационного упрочнения; спр -;елг, = 1п--е0.2 -

деформация текучести; \|/ - относительное сужение. На основании проведенных расчетов и приближений получены формулы для оценки долговечности обечаек с угловатостью.

В качестве примера на рис.6 построена зависимость количества циклов нагружения до разрушения обечайки с угловатостью от параметра (5. Как видно с ростом Р отмечается достаточно интенсивное увеличение долговечности обечаек

Таким образом, произведена оценка предельных нагрузок в обечайках с угловатостью сварных соединений в условиях статического нагружения. Получены аналитические зависимости, связывающие несущую способность обечаек с параметрами угловатости при различных состояниях металла.

К,

1,75

15'

125

1.0

к

- \ д л \с=1 К(Ь)=2

V ч \ У

0 0,251 0,5- 0,75' т, Рис. 5. Зависимость К? от те

Итр.

1625

1500'

1375'

1250,

Р" т /

7

17ГС га=0,23 0,52

100 '

ПО'

120'

Рис. 6. Зависимость Ытр от р.

Предложена методика расчета долговечности обечаек с угловатостью в условиях повторно-статического нагружения, базирующаяся на критерии циклической трещиностойкости.

Дана количественная оценка параметров циклической трещиностойкости С,, и По. Для выполнения расчетов предлагается таблица, полученная на основе обобщения литературных и полученных в работе результатов по характеристикам большинства аппаратостроительных сталей.

В третье главе сделана попытка решения некоторых вопросов по оценке влияния предыстории нагружения на характеристики работоспособности нефтехимической аппаратуры.

Как известно, перед эксплуатацией и в процессе эксплуатации нефтехимическая аппаратура подвергается гидравлическим испытаниям. В связи с этим в настоящей работе выполнен анализ возникновения полей остаточных напряжений в окрестности угловатости обечаек после полной разгрузки аппаратуры. В результате анализа получены аналитические зависимости, связывающие остаточные напряжения с параметрами угловатости и нагрузки аппаратуры. В теоретическом анализе использованы результаты исследования локальных напряжений в области угловатости и теорема Илюшина о разгрузке, В частности, для определения остаточных напряжений стуост' получены следующие формулы:

2т

(15)

при сгн<1,0.

2т

при СТ„>1,0.

Здесь стк=а„/аг.

На рис. 7 показано распределение остаточных напряжений стуост' в обечайке сосуда с протяженной угловатостью. Вблизи вершины угловатости напряжения -сжимающие, а вдали ог нее - растягивающие. На расстоянии от вершины угловатости х = 0,1 мм остаточного напряжения оу0СГ' составляет порядка 640 МПа, что превышает временное сопротивление а„ (ав = 550 МПа). Это говорит о том, что при разгрузке в окрестности вершины угловатости возможно появление вторичных зон пластичности (сжатия). Это может в первоначально сжатых зонах вызывать растягивающие напряжения.

С использованием подхода Нейбера и Н.А.Махутова определены размеры пластических зон в окрестности угловатости обечаек.

Наряду с возникновением в вершине угловатости сжатых зон, тормозящих ее развитие, в процессе нагружения обечайки происходит деконцентрация напряжений вследствие притупления вершины угловатости и снижения краевых моментов и напряжений.

Полученные результаты позволили вскрыть некоторые механизмы повышения работоспособности аппаратуры в результате их испытаний повышенным давлением.

Проведен комплекс механических и металлографических испытаний с целью установления кинетики изменения характеристик работоспособности низколегированных аппаратостроительных сталей типа 17ГС в процессе длительной эксплуатации.

Установлено, что в процессе эксплуатации в низколегированных сталях происходит деформационное старение, сопровождающее увеличение плотности дислокаций, распадом цементита, ветвлением и ростом скорости распространения трещин, снижением вязкопластических и повышением прочностных характеристик. В качестве примера приведем изменение коэффициента деформационного упрочнения m и параметра Ктв для стали 17ГС в течение 30 лет эксплуатации: m = 0,2 и Кта = 0,71; 0,195 и 0,7; 0,183 и 0,68; 0,172 и 0,675; 0,161 и

Таблица

Характеристики аппаратостроительных сталей, используемые в расчетах остаточного ресурса

Сталь Терм.обр. От, МПа ав, МПа С, МПа а-п Ктв т Ч>,% ОЛО"4 п„

1 2 3 4 5 6 7 £ 9 10 11

10 Г 258 414 463 1,0 0,62 0,1 48 2,04 1,10

(20 Г 265 450 860 1,0 0,59 0,26 50 1,00 1,26

22К НО 267 540 870 1,0 0,54 0,24 52 1,026 1,24

углеродистые СтЗ Г 252 507 900 1,0 0,5 0,22 54 1,105 1,22

45 Г 351 668 990 0,85 0,64 0,12 51 2,187 1,12

45 н 470 700 1000 0,85 0,67 0,12 49 2,353 1,12

45 но 675 545 1100 0,85 0,72 0,15 61 1,343 1,15

45 но 585 780 1050 0,85 0,75 0,19 63 0,985 1,19

16ГС г 310 500 820 1.0 0,62 0,23 52 1,116 1,23

16ГС ТУ 490 720 1075 0,96 0,68 0,2 50 1,426 1.2

16ГНМ но 337 556 1009 1,0 0,61 0,18 61 1,154 1,18

16ГНМА но 344 680 1080 0,95 0,56 0,18 60 1,154 1,18

низколегированные 17СС г 402 570 1090 0,95 0,71 0,2 59 1,055 1.2

17Г1С г 406 570 1090 0,95 0,71 ' 0,18 62 1,082 1,18

09Г2С г 306 504 1000 0,95 0,56 0,24 70 0,57 1,24

10Г201 г 340 500 890 0,95 0,68 0,17 50 1,7 1,17

08Г2СТФ г 510 680 1100 0,8 0,82 0,09 49 2,8 1,09

12ХМ 330 470 790 0,9 0,7 0,15 56 1,573 1,15

10Х2М 30 527 650 1100 0,9 0,85 0,12 74 1,475 1,12

теплоустойчивые 12Х2МФА но 486 697 1115 0,9 0,74 0,11 58 1,882 1,11

15Х2МФА 30 544 726 1200 0,9 0,86 0,1 60 1,88 1.1

15Х5М н 400 600 1100 0,9 0,67 0,15 59 1,428 1,15

12Х18Н9 А 237 650 1250 1,0 0,41 0,39 72 0,2 1,39

иержавюопще 12Х18Н9Т А 203 754 1400 1,0 0,33 0.4 66 0,23 1,4

12Х18НЮТ А 195 632 1360 1,0 0,4 0,42 71 0,17 1,42

Х17Н13ШТ 280 587 1210 1,0 0,47 0,36 69 0,274 1,36

Здесь: Г - горячекатанная; Н - нормализация; НО - нормалгоация+отпуск; 30 - закалка +отпуск; А - аустенизация; ТУ - термическое

упрочение; Кта= '. и - коэффициент деформационного упрочения; С - коэффициент прочности.

Рис. 7. Напряжения в области угловатости: 1 - нагружение; 2 - разгрузка; 3 - полная разгрузка.

0,65, соответственно при: т, = 0-15 лет; 15-20 лет; 20-25 лет; 25-30 лет; более 30 лет. Из этих данных следует, что коэффициент деформационного упрочнения ш при эксплуатации снижается примерно до 20%, а параметр Кт„ до 10%. Указанный факт должен соответствующим образом сказываться на характеристики циклической трещиностойкости и учитываться при оценке ресурсов нефтехимической аппаратуры с обнаруженными дефектами типа "угловатость".

Четвертая глава посвящена разработке критериев оценки и повышения качества выработавших расчетный ресурс нефтехимической аппаратуры.

На базе установленных закономерностей физико-механических факторов повреждаемости металла при длительной эксплуатации предложены новые критерии оценки качества металла нефтехимической аппаратуры с целью их пригодности к дальнейшей эксплуатации, базирующейся на подходах механики разрушения.

Даны рекомендации по оценке характеристик статической и циклической трещиностойкости.

При участии автора [7] предложен и экспериментально обоснован технологический прием, позволяющий уменьшать отрицательную роль острых угловых переходов, обусловленных угловатостью сварных соединений. Сущность этого технологического приема заключается в наложении дополнительного сварочного валика в область вершины острого углового перехода, в результате чего должно обеспечиваться: снижение степени концентрации напряжений; залечивание возможных микротрещин в окрестности вершины углового перехода; восстановление исходных свойств металла в области с максимальной концентрацией напряжений и др. Все это должно повышать характеристики работоспособности обечаек с острыми угловыми переходами.

Измерениями микротвердости установлено, что после наложения дополнительного сварочного валика происходит снижение микротвердости до 50 единиц. При этом структура основного металла остается практически без

изменения, а структура сварного шва становится относительно мелкозернистой и практически исчезает дендридность.

При определенных условиях предложенный технологический прием позволяет обеспечивать равнопрочность основного металла и сварного соединения с острым угловым переходом в условиях статического растяжения до разрушения. При этом количество циклов нагружения сварных образцов выходит за пределы малоцикловой долговечности (более 5-104).

На базе проведенных исследований напряженно-деформированного состояния характеристик работоспособности и старения металла разработан руководящий документ по оценке качества демонтированных труб, тройников, отводов и переходников, согласованный с органами Госгортехнадзора РФ. Выводы по работе.

1. Работоспособность выработавшей расчетный ресурс нефтехимической аппаратуры устанавливается на базе комплексного исследования, включающего анализ технической документации, функциональную диагностику, экспертное обследование, оценку напряжений и предельных состояний с учетом старения, дефектности и предыстории нагружения и наличия дефектов, в том числе угловатости обечаек.

2. Выполнен анализ напряженного состояния обечаек с угловатостью, позволяющий производить оценку полей напряжений от действия краевых сил и моментов с учетом сингулярности в угловых точках трещиноподобных дефектов.

Предложен метод и получены формулы для расчета коэффициентов штенсивности напряжений в моделях с угловатостью.

Установлена существенная связь тензора напряжений с углом раскрытия угловатости. При одинаковых номинальных напряжениях степень напряженности :ем ниже, чем больше угол р. Особенно сильное влияние угла Р начинает фоявляться при Р>45°.

3. Предложены методы расчета характеристик работоспособности обечаек с угловатостью в условиях статического и повторно-статического нагружений, базирующиеся на подходах механики разрушения.

Установлено, что характеристики работоспособности обечаек зависят не только от регламентируемого ОСТ 26-291-94 абсолютного значения параметра угловатости Ь, но и базы его измерения. Это дает основание регламентировать в соответствующих нормах на проектирование и изготовление аппаратуры в качестве нормируемого параметра угловатости величину И с ограничением уклона не более 1:5.

4. Предварительная перегрузка нефтехимической аппаратуры приводит к реализации новых полей остаточных напряжений в области угловатости обечаек.

Получены аналитические зависимости для расчета определения остаточного напряжения после полной разгрузки аппаратов от испытательного давления. Установлено, что в окрестности вершины угловатости реализуются сжатые зоны, препятствующие ее развитию при эксплуатации.

5. На базе проведенного комплекса механических, металлографических и натурных испытаний установлено, что при длительной эксплуатации низколегированных сталей из-за деформационного старения происходит снижение вязкопластических характеристик металла и ресурса аппаратов при повторно-статическом нагружении.

6. Полученные результаты исследований напряженного состояния, характеристик работоспособность обечаек с угловатостью и старения металла положены в основу разработанного руководящего документа по оценке качества демонтированных труб, тройников, отводов и переходников, который согласован органами Госгортехнадзора.

7. Предложен и апробирован технологический метод исправления дефектов, обусловленный угловатостью и смещением кромок, который позволяет обеспечить

работоспособность нефтехимической аппаратуры в регламентированный срок последующей эксплуатации.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. В.В.Коваленко, Р.Р.Набиев, А.Г.Вахигов. Установка для малоцикловых испытаний. II Проблема технической диагностики и определения остаточного ресурса оборудования: Материалы научно-технической конференции УГНТУ. Изд-во: УГНТУ, Уфа,1996, с.72-74.

2. А.Г.Вахитов. Определение коэффициентов интенсивности напряжений в моделях сварных соединений. РНТИК "Баштехинформ" АН РБ, Информационный листок. №194-97, Уфа, 1997. - Зс.

3. Р.С.Зайнуллин, А.Г.Вахитов. Влияние предыстории нагружения на ресурс сварных обечаек с острыми переходами. Изд-во: ИПК Госсобрания РБ, Уфа, 1997. -24 с.

4.Р.Г.Ризванов, Р.С.Зайнуллин, А.Г.Вахитов. Оценка напряженного состояния цилиндрических корпусов аппаратов и труб с угловатостью в продольном шве. Заводская лаборатория (Диагностика материалов), 1997, №5, с. 39-42.

5. Р.С.Зайнуллин, К.М.Ямалеев, С.Н.Мокроусов, Н.Р.Ямуров, А.Г.Вахитов. Физические факторы разрушений нефтепроводов: Изд-во: ИПК Госсобрания РБ, Уфа, 1997.- 98 с.

6. Р.С.Зайнуллин, В.В.Коваленко, А.Г.Вахитов. Натурные испытания сосудов со смещением кромок. // Проблемы машиноведения, конструкционных материалов и технологий: Материалы научно-технической конференции АН РБ, Уфа, 1997, с.104-109.

7. Р.С.Зайнуллин, P.C. Гумеров, В.В.Коваленко, А.Г.Вахитов. Особенности ремонта разнотолщинных стыков и труб. И Проблема машиноведения, конструкционных материалов и технологий: Материалы научно-технической конференции АН РБ, Уфа, 1997, с.114-116.

8. Р.С.Зайнуллин, Р.С.Гумеров, А.Г.Вахитов и др. Методика оценки качеств демонтированных труб, тройников, оводов и переходников (Руководящи документ). Изд-во: ИПК Госсобрания РБ, Уфа, 1997. - 44с.

9. Р.С.Зайнуллин, А.Г.Вахитов. Работоспособность сварных сосудов ] трубопроводов с обнаруженными при диагностике отклонениями от круглоста Изд-во: ИПК Госсобрания РБ, Уфа,1997.-156 с.

Соискатель

А.Г.Вахитов

Лицензия ЛР№ 030678 от 22.01.96 Подписано к печати 5.27.98. Формат бумаги 60 * 84 1/16 Бумага ксероксная. Печать по методу ризографии. Тираж 100 экз. Зак.51.