автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.09, диссертация на тему:Разработка методов оценки ресурса демонтированного оборудования нефтехимических производств

УФИМСКИЙ СОСУ ДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ Г ■) ид УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

НАДРШИН АЛЬБЕРТ САХАБОВИЧ

Разработка методов оценки ресурса демонтированного оборудования нефтехимических производств

Специальность 05.04.09. - машины и агрегаты нефтеперерабатывающих и химических производств.

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук в форме научного доклада

Уфа- 1996

Работа выполнена в Уфимском Государственном нефтяном техническом Университете (УГНТУ)

Научный руководитель

Член корреспондент АН РБ профессор, доктор технических наук, БАКИЕВ A.B.

ЧЭфнцнальные оппоненты

Ведущее предприятие

Профессор, доктор технических наук, КУЗЕЕВ И.Р.

кандидат технических наук ст.науч. сотр. Гумеров P.C.

Башкирский

научно-исследовательский институт нефтяного машиностроения

Защита состоится " 5 " июля 1996 г.

в 14.00 часов на заседании диссертационного

Совета Р 063.09.03 в Уфимском Государственном нефтяном техническом Университете (УГНТУ) по адресу: 450062, г.Уфа, ул.КосмонавтовД.

С работой можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического Университета.

Доклад разослан " € " июня 1996 г.

Ученый секретарь дисертациош доктор технических наук, профессо]

ПЛ.Ольков

Актуальность проблемы. Обеспечение надежности и безопасности эксплуатации сосудов, аппаратов и трубопроводов (в дальнейшем оборудование) нефтехимических производств относятся к числу приоритетных направлений развития научно-технического прогресса. Большое практическое значение для народного хозяйства страны имеет решение вопросов экономии металла в целом в промышленности и в частности, в аппаратостроении, строительстве и реконструкции трубопроводов различного назначения.

В настоящее время, по различным причинам (физический износ, выработка нормативного срока службы и др.) многие сосуды, аппараты и трубопроводы списываются. Конструктивные элементы демонтированного оборудования, в большинстве случаев не находят повторного использования. Это объясняется, с одной стороны, значительной трудоемкостью технологии подготовки к диагностированию и проведения диагностики технического состояния элементов оборудования, с другой - отсутствием соответствующих нормативно-технических документов (НТД), согласованных компетентными органами.

Существующие НТД по прогнозированию остаточного ресурса, согласованные органами Госгортехнадзора, в основном относятся к действующим сосудам , аппаратам и трубопроводам. Некоторые из них устарели й требуют существенных дополнений и переработки. Насколько нам известно, применительно к элементам демонтированного оборудования НТД ,по их контролю и оценке пригодности к повторному использованию отсутствуют.

В связи с этим большое практическое значение имеет разработка нормативно-технической базы по эксплуатации элементов демонтированного оборудования и трубопроводов, и в частности, методики контроля и оценки пригодности конструктивных элементов, бывших в эксплуатации.

Цель работы - разработка методов оценки остаточного ресурса конструктивных элементов демонтированного оборудования с целью установления возможности их повторного использования.

Основные задачи определены структурой работы.

Научная новизна работы заключается в установлении функциональных зависимостей между характеристиками работоспособности и определяющими параметрами технического состояния элементов оборудования с учетом воздействия коррозионных рабочих сред и накопленных повреждений в металле.

Практическая ценность работы - разработанные методы оценки ресурса позволяют устанавливать возможность повторного использования конструктивных элементов демонтированного

оборудования в том числе и для случаев, когда данные экспертного обследования отличаются от регламентированных в нормативно-технических документах по проектированию, изготовлению и эксплуатации.

Апробация работы. Результаты проведенных исследований докладывались на конференциях,. проведенных в г. Уфе и г.Пензе (1995-1996г.г.) по вопросам обеспечения надежности оборудования.

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

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 18 печатных работах, в том числе в одной монографии.

Структура работы. Диссертация в форме научного доклада состоит из 5 основных разделов.

В первом разделе дается анализ современных методов и НТД по прогнозированию остаточного ресурса оборудования. Разрабатывается методика контроля и оценки пригодности труб, бывших в эксплуатации.

Второй раздел диссертации посвящен разработке методики определения остаточного ресурса конструктивных элементов демонтированного оборудования по критериям длительной статической прочности с учетом дефектности металла и действия коррозионных рабочих сред.

В третьем разделе на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований даны методы оценки остаточного ресурса в условиях малоциклового нагружения и коррозионного воздействия.

Четвертый раздел диссертации посвящен разработке методов прогнозирования ресурса по критериям циклической трещино-стойкости.

В пятом разделе даны рекомендации по учету старения металла при оценке остаточного ресурса.

Диссертация завершается изложением основных выводов.

1. Основные методы прогнозирования работоспособности труб

демонтированных трубопроводов и оборудования.

Основой обеспечения безопасности и надежности оборудования является комплекс мер, применяемых на стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации.

Круг решаемых задач по прогнозированию остаточного ресурса элементов демонтированного оборудования определяется исходя из

принципиальной схемы физического старения конструктивных элементов (рис.1). В процессе эксплуатации конструкции в результате постепенного накапливания повреждений в металле происходит снижение ресурса и показателей надежности. Процесс накопления повреждений в металле объединяется понятием "старение". Интенсивность накопления поврежденности определяется свойствами металла ( М), напряженным состоянием (Н) и воздействием рабочей среды (С). При этом движущими силами процесса старения являются эффекты взаимодействия этих трех необходимых условий разрушения. В зависимости от параметров М,Н и С контролирующим процесс старения может быть усталость (малоцикловая и многоцикловая усталость, коррозионно-механическая усталость, коррозионное растрескивание и др.), износ (коррозионный и эрозионный), ползучесть. Часто процесс старения определяется в результате действия одновременно всех механизмов повреждаемости. Достижение в конструкции степени поврежденности до некоторой критической величины при которой происходит резгерметизация или разрушение означает частичную или полную потерю работоспособности (частичный или полный отказ). Условием обеспечения надежности на всех стадиях жизненного цикла изделия является недопущение в назначенный срок эксплуатации полной потери работоспособности.

Методы прогнозирования долговечности отдельных элзментов рассматриваются как проверочные и должны служить основанием для принятия технических мероприятий по обслуживанию и ремонту оборудования. В силу недостаточной обоснованности использованных значений коэффициентов запаса прочности, изменения режимов эксплуатации и др. долговечность конструкции (время до наступления полной потери работоспособности) нередко оказываются больше назначенного ресурса.

Прогнозирование остаточного ресурса должно производится по измененным свойствам Мс, Нс, Сс, устанавливаемым по результатам комплексного исследования свойств металла и технического состояния оборудования.

Существующие методы прогнозирования ресурса трубопроводов базируются в основном на двух подходах.

Первый подход - традиционный, основанный на сравнении результатов диагностирования с нормативными данными по механическим свойствам, дефектности, расчетам на прочность и др.

' При отсутствии коррозии и соответствии фактических конструктивно-технологических и эксплуатационных параметров

Принципиальная схема физического старения оборудования

нормативным параметрам, ресурс и эксплуатационные параметры назначаются как для вновь проектируемого оборудования [ 16 ].

В случае коррозионного воздействия рабочей среды ресурс (срок последующей эксплуатации tP ) назначается по фактическому значению остаточной толщины стенки AS(A S = S ф - Snp, где Бф и Snp - фактическая и расчетная толщина стенки) и скорости коррозии v : tp = А S/ v . Следует отметить, что скорость коррозии в некоторых случаях, заметно зависит от степени напряженного • состояния (механохимический эффект) металла, которая в процессе эксплуатации также увеличивается. Это, в свою очередь приводит к дальнейшему росту скорости коррозии подобно автокаталитическому процессу и исчерпанию ресурса.

В настоящей работе механохимический эффект учтет путем введения в расчетах ресурса коэффициента усиления коррозии от действия механических напряжений Кук [ 16 ].

Теоретическое и экспериментальное обоснование предлагаемого подхода опубликовано в достаточно большом объеме в виде монографий, статей и нормативных материалов (см. труды Гутмана Э.М., Зайнуллина P.C. и др), а также в опубликованных при участии автора статьях [1,17] .

Второй подход базируется на фактических данных диагностирования, дополняемых априорными данными по дефектности и свойствах металла, параметрах последующей эксплуатации и др. На первом этапе производится расчет на прочность на основании существующих нормативно-технических документов (ГОСТы, СНИПы, РД и др.) с использованием фактических механических свойств, найденными в результате испытаний образцов, вырезанных из труб или косвенными методами (например, по изменению твердости, или химическому составу и др.). Далее производится расчет остаточного ресурса по фактическим или априорным (если недостаточно диагностической информации) данным по дефектности металла труб, например, по разрешающей способности методов и средств неразрушающего контроля с учетом предыстории нагружения, а также характеристикам допускаемых технологических и конструктивных концентраторов напряжений. При оценке остаточного ресурса наиболее полно учтены реальные условия эксплуатации и использованы наиболее жесткие критерии разрушения, дающие консервативную оценку срока службы, обеспечивающие безопасную работу оборудования [ 13 ].

Очевидно, что недопустимые дефекты и концентраторы напряжений необходимо устранять , хотя в некоторых случаях, проведение ремонта может существенно ухудшать эксплуатационные характеристики труб.

Предложенные в работе методы позволяют производить оценку ресурса труб с недопустимыми дефектами и концентраторами напряжений.

Возможность допущения в различных элементах конструкций, например, трещиноподбных дефектов доказана многочисленными исследованиями, проведенными в нашей стране и за рубежом. В частности, из механики разрушения известен параметр Kth - пороговое значение коэффициента интенсивности напряжений Ki. Если Ki < Kth , то трещина в элементе конструкции может не развивается при достаточно большом количестве циклов нагружения (более 105 :- 10б). Подобный параметр имеет место при испытаниях в коррозионных средах К iscc . При К i < К tscc , трещина не распространяется. Аналогичное можно сказать и о других дефектах.

Предложенные методы базируются на современных достижениях механики разрушения металлов и сварных соединений, металловедения и сварки, опыта эксплуатации оборудования и большом объеме лабораторных и натурных испытаний конструктивных элементов при различных условиях.

2. Определение ресурса труб при статическом нагружении.

В общем случае остаточный ресурс tp (срок службы) труб для различных вариантов_ изменения параметров нагрузок Q и предельного состояния R показан на рис. 2.

Исходными данными для расчетов являются: предел текучести ат и временное сопротивление сг0 металла, определенные по результатам испытаний образцов на растяжение, вырезанных из элемента; толщина стенки до начала эксплуатации So и найденная в результате толщинометрии S+. (фактическая); диаметр по серединной поверхности Д и др).

В расчетах полагается, что относительное удлинение 5, сужение ударная вязкость KCU и KCV соответствуют требованиям действующих НТД. За предельное состояние принимается условие, при котором кольцевые напряжения cri достигают допускаемых [ ст ], определяемых, например, по ГОСТ 14249-80:ai <[сг].

Толщина стенки в предельном состоянии Snp определяется по величине рабочего ДЭВЛСНИЯ Рр! Snp = Рр ■ Д/2 • [а ]. При этом, скорость коррозии v0 определяется по образцам-свидетелям или на основании лабораторных исследований известными методами и средствами. Скорость коррозии вычисляют по формуле: vo=(S0 - Scj>)/10, где t0 - период времени от начала ввода в эксплуатацию до остановки оборудования с целью проведения диагностирования.

оценкн работоспособности конструктивных элементов

оборудования

^ R, / R = const Q R = const

Q = const Q ф const ->

.->

а)

tn =00

t (время)

б)

Q - параметр предельной нагрузки R - параметр нагрузки

Время до наступления предельного состояния tp (остаточный ресурс) при последующей эксплуатации определяется по формуле [11,20]:

tP = toic/KyK; Кук = ехр (Кн [er] /~F„), (1)

где tos = (Бф - S„p) / v0 - срок службы, определенный без учета механохимического эффекта; FH = aj/[aj; ai = (Рр D/2 Бф); Кн = V/R Т (V - мольный объем стали , R и Т - универсальная газовая постоянная и абсолютная температура). Для низкоуглеродистых и низколегированных сталей Кук может достигать до 2,5 и более. Неучет механохимических процессов завышает ресурс примерно на столько же. Это подчеркивает необходимость оценки ресурса элементов с учетом механохимического эффекта. В существующих НТД, как правило, Кук = 1,0.

Принципиальная схема определения tp показана на рис.3.

Конструктивные концентраторы напряжений (разнотолщинные соединения, тройниковые соединения и др. Дефекты способствуют к повышению уровня напряженности металла и, как следствие, снижению ресурса оборудования.

Степень превышения напряжений из-за концентраторов напряжений оценивают теоретическими коэффициентом

концентрации напряжений а0, который устанавливается методами теории упругости [ 1 -5 ] или по справочным материалам.

Практически, значения аа таковы, что концентраторы вызывают локальные пластические деформации. В этом случае, степень превышения напряжений и деформаций оценивают коэффициентом концентрации пластических напряжений Ка и деформаций КЕ. Как известно, при упругих деформациях Кст = К Е = а0 Значения К0 и Ке рассчитывают на основании известной формулы Нейбера [ 5] .

Для оценки влияния дефектов и концентраторов напряжений на предельные разрушающие напряжения oinp введен параметр си , характеризующий чувствительность стали к дефектам и представляющий собой отношение разрушающих напряжений в нетто-сечении gih к разрушающему напряжению бездефектного элемента

CTlnp : ССд= СТ|н/0|пр.

Для консервативной оценки прочности допускается определение ад на на плоских образцах с острым надрезом или с трещиной. Для пластичных низкоуглеродистых (ст.3,20, 10) и низколегированных (16 ГС, 17 ГС, 17 Г1С и др.) сталей ад « 1,0.

Предельное окружное напряжение цилиндра с дефектом, не ослабляющим стенку определяется по формуле [13]:

^инамика изменения скорости коррозии 0 и окружных напряжений стг в цилиндрическом элементе, работающем под давлением

фактическое изменение скорости коррозии и окружных напряжений (механохимическая коррозия)

изменение скорости коррозии и напряжений без учета механохимического эффекта

Ся)

СТ|пр = ССд-СЯпр.

Приближенно : ст |Пр « а в.

Если дефект ослабляет стенку цилиндра, то предельные напряжения определяются по формуле :

сппр = ад ог1пР (1 - шь пц)с, (2)

где гп!1=11/бф; И - глубина дефекта; т,=//Д; / - протяженность (длина дефекта; с « 0,25 ... 0,35. Формула (2) справедлива для трещиноподобных дефектов. Однако ее можно использовать и для других дефектов (коррозионных язв, цепочки пор, подрезов и др.) Такой подход дает определенный запас прочности , что оправдано при оценке остаточного ресурса. Кроме того, следует учитывать, что на практике сложно определять все геометрические параметры дефектов, и в особенности радиусы кривизны в вершине -дефектов и концентраторов напряжений.

Долговечность элемента с дефектом определяется по формуле (1) с соответствующей расшифровкой параметров Ь- и Кук. Величина Бн

С«

определяется по величине напряжения сппр , определенного по формуле (2): Рк = аи о |„р = Бпр / Бф .

Коэффициент усиления коррозии Кук находится по формуле [17]: Кук = (2т^РнКа ■ Ксг + 1) ехр (Кн А т " , (3)

где, Ксг-механохимический параметр, определяемый

экспериментально ( Кст = 5......6 - для углеродистых сталей; Кст =

6........7 - для низколегированных сталей); А, т - параметры

деформационного упрочнения металла. Если дефект ослабляет стенку цилиндра, то величина Ь определяется по формуле:

Ь=( 1 - Ин) (I -ПИ,)/Уо. (4)

Долговечность цилиндра с дефектом, вершина которого не контактирует с рабочей средой определяется по формулам (1) и (3) при К0 = 1,0.

В случае, когда нет данных по Кст , величину Кук можно рассчитывать по формуле [ 16 ]:

Кук = (Кст т + 1) ехр (Кн • А • тт ), где е и 2,72 - основание натурального логарифма.

Значение Ко , Кук могут быть определены по графикам (рис.4 и

5).

3. Определение остаточного ресурса в условиях циклического нагружения и коррозии.

Цикличность нагружения обусловливается пульсацией рабочего давления, проведением ремонтно-профилактических работ, аварийными ситуациями и др. Анализ цикличности нагружения проводят по суточным диаграммам изменения давления за период от начала эксплуатации до остановки оборудования с целью его диагностирования.

Число циклов нагружения до зарождения трещины при малоцикловом нагружении N3 определяется на основании известного уравнения типа Коффина -Мэнсона:

N, = 10.25 1п(1/(1-ц/))/(еа-см/Е)]ти, (5)

где шц - константа стали; еа- амплитуда упруго-пластической деформации (са = Ке ст„/Е); огн - номинальные напряжения: Е -модуль упругости; \|/ - фактическое значение относительного сужения; Е - модуль упругости; см - предел усталости. Величина шц = 0,5 - для низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Наличие в рабочей среде агрессивных компонентов приводит к росту параметра шц и соответствующему снижению долговечности. Например, по данным И. Г. Абдуллина (УГНГУ) т„ = 0,53 - в 3%-ом растворе №С1 + нефть в соотношении 1:3; в нефти, тц = 0,52.

Допускаемое число циклов нагружения [N3] при последующей эксплуатации будет равно:[N3 = № / пм , где п^ - коэффициент запаса прочности (пм = 10). По заданному [N3] определяется допускаемое условное напряжение ст|* (сл«= £а - Е):

Е 1 -ш« о.)

[аи] = (Т1./п0 =-1п(-)[№]+ -, (6)

4 пя 1 - ¥ Е

где по =2,0. При различных амплитудах изменения давления долговечность определяется на основании гипотезы линейного суммирования повреждений: N1

N3=2 — =1,0, (7)

' №■

где N31 - число циклов до инициации трещины при данной амплитуде изменения давления; N1 - фактическое число циклов нагружения с заданным перепадом давления ДР,.

При оценке ресурса целесообразно учитывать предысторию нагружения. Для этого устанавливают число циклов за предыдущее время эксплуатации N0. Допускаемое число циклов нагружения (ресурс) при последующей эксплуатации не должно превышать значение, определенного по формуле:

[№] = (№-Мо)/пц.

Зависимость Ка от аа при различных ш

к0

3,0

2,5

2,0

111=0,5 0,4 0,3

<31 — =0,67 СТт у <^25

у/* 0,2

0,1

1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 Рис. 4

Зависимость коэффициента усиления коррозии Кук от коэффициента концентрации напряжения аст

Кук

5

а)

Зталн: 1 0, 20, 22, СтЗ

Кст=Ю

Кст=5

12 3 4 5 6 аа

К,к 5

б)

Стали 16ГС, 7ГС, 17; "1С, 09 Г 2С

Кст=5

12 3 4 5 6

а

В условиях коррозии и малоцикловых нагрузок остаточный ресурс труб демонтированного оборудования может быть определен на основании формул (1), (5), (7):

при заданном числе циклов нагружения [ Ы],

1Р =!Р(1 -рч]/йР), (8)

при заданном сроке службы

Ир = Ыр(1-Ы/Тр), (9)

где 1Р и Ир - долговечности, соответственно, при статическом и малоцикловом нагружениях. Величина Тр и определяется по

формулам (1) и (5).

4. Прогнозирование работоспособности демонтированного оборудования по критериям циклической трещииостойкостн.

Степень напряженности в области вершины трещины оценивают коэффициентом интенсивности напряжений К|, зависящим от параметров трещин, номинального напряжения и др. [2 ].

В предельном состоянии Ю = Кс, где Кс - критический коэффициент интенсивности напряжений, определяемый по ГОСТ

25.506-85. Для пластичных сталей Кс= 60........100 Мпа

(определены на плоских образцах с боковой трещиной типа 5 по ГОСТ 25.506 - 85)

Скорость роста трещин описывается уравнением Махутова Н.А.

- = Са(ДК|е)П<', (10)

сПЧ

где ДЮе - амплитуда коэффициента интенсивности упруго-пластических деформаций; Ь - глубина (длина) трещин; С

ст И Пег

константы, определяемые экспериментально. Допускается определять Со и По по формулам:

(1+41)

Са — 1/2 7С Бкр ; Пс=1+Ш (11)

Величина Юс определяется на основании известных формул

При СТнн < 0т

2

К| _

К|£= (-) 1+т, (12)

От

при Онн > СТ

К) 2/{+т) . Онн Ьт К|£=(-) (-)т<1+т> , (13)

От СГт

где онн - среднее (номинальное) напряжение в нетто - сечении элемента. Для протяженных трещин: стнн = ел / (1 - ть). В этом случае, Ю = ел ^ У5 , где У5 = 1,99 - 0,41 шь + 18,7 ш! - 38,48 пи,3 + 53,85гаь4 (см.ГОСТ 25.506-85).

Использование этой формулы в расчетах обеспечивает определенный запас прочности. Значения Ю можно найти в соответствующей справочной литературе.

Долговечность (живучесть) элемента определяется путем интегрирования уравнения (10).

Допускается определение долговечности по следующей формуле:

Игр = (Ьо/Ькр) Итр.о; Ктр.о = (Икр - Ьо)/Со(ЛКц) . (14)

Здесь Ьо - фактическая глубина трещины; Ькр - критическая глубина трещины, при которой происходит разрушение трубы. Значения ЬкР могут быть определены на основании формулы (2): при ад < 1,0

Ькр/Бф = 1 - С1ф / (сппр ад) (15)

приад = 1,0

Икр/Вф = 1 -СПф / СУв. (16)

Коррозионная среда в условиях циклического нагружения оказывает более заметное влияние на работоспособность элементов, чем при статическом нагружении вследствие проявления динамического механохимического эффекта. Насколько нам известно, в литературе отсутствуют какие либо уравнения для детермегированного определения циклической коррозионной трещиностойкости металла труб.

Базируясь на основных положениях механохимии металлов и механики разрушения предложения следующее кинетическое уравнение для оценки скорости роста трещины при малоцикловом нагружении и коррозии [ 16 ] :

ёЬ <«> п0(,° У0

-= Са(ДК|Е) + - (Кст' £¡+1) ехр (К„ О!), (17)

аы V

где Сс

и п„ - константы стали; V - коэффициент, зависящии от характера циклического нагружения. Допускается определение С„ и пс

по формулам (11). На рис. 5 схематически показаны кривые малоцикловой коррозионной трещиностойкости.

Долговечность элемента определяется путем интегрирования уравнения (17). Для приближенной оценки долговечности элементов получено следующее уравнение:

110

Ытр :

Ь,

кр

(Ькр-Ьо)

(к) (О) (к) [Сп(К1с)п«г + Кук]

(18)

где Кук - коэффициент усиления коррозии определяемый по формуле (4 ). Остаточный ресурс равен [Мтр] = И-гр/Пы.

5. Учет старения металла при оценке остаточного ресурса конструктивных элементов.

Одним из критериев оценки качества элементов

демонтированного оборудования является соответствие показателей служебных характеристик металла и сварных соединений, определенных по результатам испытаний образцов, значениям, соответствующим паспортным данным. Нами предлагается [ 18 ] для оценки качества металла и сварных соединений обследуемого элемента использовать отношение какого-либо фактора - Ф*. , определенного при испытаниях к таковому, установленному по паспортным (или справочным) данным Фш, которое условно назовем коэффициентом старения Кст (Кст ~Ф\! Фш). Обычно, при испытаниях образцов определяют предел текучести стт, временное сопротивление Св, относительное удлинение 5 и сужение , ударную вязкость КС11 (Менаже) и КСУ (Шарпи). При этом коэффициенты старения по соответствующим показателям механических свойств будут равны:

От Св 6 Ч* Кст ~- ; Кст :-; Кст =-; Кст—- ;

Отп Овп Оп

Ударная вязкость длительно эксплуатированных трубных сталей

K.CV,

Мдж М!

0,6 0,4 0,2

0

0 10 20 t, годы

Plie. 6

Зависимость II D от срока эксплуатации t

1/D

3,0 2,0 1,0 0

о..„ п

I У

KCU КСУ

Кст =-; Кст =-. (19)

KCUn KCVn

Условием достаточного уровня качества является следующие: К cri >1,0 . При невыполнении этого условия хотя бы по одному параметру качество элемента считается неудовлетворительным. В этом случае, проводятся дополнительные проверочные расчеты на прочность и долговечность. При этом срок последующей эксплуатации труб назначается с ограничением параметров эксплуатации (снижение рабочей нагрузки, количества циклов нагружения, степени коррозионной активности и др.).

Анализ литературы показывает, что значение Кст по прочностным характеристикам, как правило из-за деформационного старения возрастают, в особенности, коэффициент старения по пределу текучести Кст( т). Другими словами , в большинстве случаев: КсЛ» > Кст*0*) > 1,0 . Этот факт справедлив для конструктивных элементов из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, работающих при нормальных условиях эксплуатации. По данным ИПТЭР значение Кст^ для низколегированных сталей может увеличиваться до 20 %. Заметим, что временное сопротивление является расчетной характеристикой при выполнении прочностных расчетов по действующим стандартам. Однако, если Кст*""' >1,0 , то ошибочно считать, что для элементов длительно эксплуатированного оборудования можно допускать большие рабочие давления при повторном их использовании. Дело в том, что повышение прочностных характеристик из-за деформационного старения сопровождается соответствующим снижением пластических характеристик ( 5, ¥ ) и ударной вязкости (KCU и KCV). Как известно, значения 8, KCU и KCV не являются расчетными параметрами при определении толщины стенок труб, но на их значения налагаются определенные ограничения.

Кроме того, ограничивается отношение стт/ств. По мере увеличения продолжительности эксплуатации оборудования величина Ктв возрастает.

Охрупчивающий эффект деформационного старения сказывается и на ударной вязкости KCV трубной стали (17ГС) и ее составляющих КСУз (зарождение трещины) и KCVp (распространение трещины) (Рис.6). С увеличением срока службы труб ударная вязкость снижается. Причем термическая обработка (высокий отпуск) образцов не полностью восстанавливает значение ударной вязкости до соответствующей величины в исходном состоянии. Этот дает основание полагать, что при длительной эксплуатации имеют место необратимые повреждения.

Наиболее четко эффект старения металла труб длительно эксплуатированных трубопроводов просматривается по относительной протяженности разрушений //Д ( I и Д соответственно длина разрывов и диаметр труб), см.рис.7. Как видно, примерно до 10 лет эксплуатации протяженность разрушений сохраняет постоянное значение (//Д ~ const).

В области t > 10 лет величина //Д начинает заметно возрастать, что косвенно подтверждает проявление эффекта старения металла при длительной эксплуатации трубопроводов (более 10 лет).

В процессе эксплуатации оборудования в металле могут инициироваться трещины, которые при диагностике часто не обнаруживаются. Поэтому, на наш взгляд с целью обеспечения безопасной эксплуатации элементов длительно эксплуатируемого оборудования необходимо проведение дополнительных расчетов по критериям трещиностойкости. Для этого необходимы данные по характеристикам трещиностойкости и соответствующим коэффициентам старения

Ко

Кст<кс> (IW«> =- ,

Ken

где Кс и Ken - критические коэффициенты интенсивности напряжений соответственно фактические и в исходном состоянии металла.

Основные выводы по работе.

1. Базируясь на современных подходах к оценке остаточного ресурса оборудования и нормативно-технических документах разработана и согласована с органами Госгортехнадзора РФ методика контроля и оценки пригодности труб демонтированных трубопроводов. Методика предполагает разделение труб на четыре категории: пригодные для повторного использования; трубы, подлежащие ремонту; трубы пригодные для повторного использования при условии обеспечения особых требований по загрузке трубопроводов и др.; непригодные для повторного использования.

2. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований закономерностей напряженно-деформированного состояния, механохимической коррозии и работоспособности труб с различными дефектами предложены методы расчета остаточного ресурса конструктивных элементов демонтированного оборудования и трубопроводов: в условиях статического нагружения и воздействия коррозионных сред; при малоцикловом нагружении и воздействии коррозионных сред; по

критериям малоцикловой коррозионной трещиностойкости и с учетом старения металла.

3. Установлены функциональные зависимости между характеристиками работоспособности и определяющими параметрами технического состояния конструктивных элементов демонтированного оборудования с учетом воздействия коррозионных рабочих сред и накопленных повреждений в металле.

4. Разработанная методика, согласованная с органами Госгортехнадзора РФ передана для использования в АО "УНПЗ" и ПО "Урало-Сибирских МН".

Список опубликованных работ

1. А.В.Бакиев, К.М.Гумеров , А.С.Надршин. Напряженное состояние в окрестности трещиноподобных дефектов на трубах. В кн.-"Вопросы безопасности эксплуатации сосудов и трубопроводов систем газо- и водоснабжения". Под редакцией А.В.Бакиева и Р.С.Зайнуллина. АН РБ "Баштехинформ", 1995, с. 6-16.

Изд-во "УГНТУ", 1995 г.

2. А.С.Надршин, К.М.Гумеров , У.Н.Сабиров. Напряженное состояние и прочность труб с трещиной. Там же, что и в позиции 1., с. 17-20.

3. А.С.Надршин, К.М.Гумеров. Напряженное состояние в окрестности гладких концентраторов напряжений. Там же, что и в позиции 1,с.21-23.

4. А.С.Надршин. Коэффициенты концентрации напряжений для характерных дефектов труб. Там же, что позиция 1, с. 24-31.

5. К.М.Гумеров, А.С.Надршин, У.Н.Сабиров. Оценка циклической долговечности труб с дефектами. Там же, что и в позиции 1, с.32-52.

6. Р.С.Зайнуллин, А.С.Надршин, У.Н.Сабиров и др. Влияние старения металла на служебные характеристики труб. Там же, что и в позиции 1, с 53-66.

7. Р.С.Зайнуллин, А.С.Надршин, Р.Г.Шарафиев. Факторы механических отказов и пути повышения ресурса нефтяного оборудования. В кн. "Проблемы технической диагностики и определения остаточного ресурса оборудования". Материалы Всероссийской научно-технической конференции "Проблемы нефтегазового комплекса России. Уфа, УГНТУ, 1995, С. 34-39.

8. А.С.Надршин, Р.Г.Шарафиев, Н.Р.Сайфуллин. Диагностика и оценка качества труб действующих и демонтированных трубопроводов. Там же, что и в позиции 7., с. 40-42.

9. А.В.Бакиев, Р.С.Зайнуллин, А.С.Надршин, Р.Г.Шарафиев. К определению остоточного ресурса труб и сосудов, работающих под давлением. Там же, что и в позиции 7, с. 48-49.

10. Р.С.Зайнуллин, Р.Г.Шарафиев, А.С.Надршин и др.

Методика оценки ресурса оборудования по параметрам испытаний и эксплуатации . М.: Металлургия, 1996. - Юс.

11. Р.С.Зайнуллин, А.С.Надршин, У.Н.Сабиров и др. Разработка и обоснование метода определения служебных характеристик металла труб на малогабаритных образцах. Там же, что и в позиции 1, с. 67-74.

12. Р.С.Зайнуллин, А.С.Надршин. Оценка ресурса оборудования. АН РБ "Баштехинформ". Информационный листок № 38-96.

13. Р.С.Зайнуллин, А.С.Надршин, Р.Г.Абдеев. Проблемы обеспечения работоспособности сосудов и трубопроводов при изготовлении и эксплуатации. АН РБ "Баштехинформ", г. Уфа, 1996.-172с.

14. Методика контроля и оценки пригодности труб, бывших в эксплуатации. Под редакцией Р.С.Зайнуллина и С.Н.Мокроусова. М.: Металлургия, 1996,-12с.

15. А.А.Смакова, А.С.Надршин. Определение допустимой деформации при холодной гибке обечаек (труб). Тезисы докладов научно-технической конференции "Современные технологии в машиностроении". Пенза, 1996, с. 89-90.

16. Р.С.Зайнуллин, Р.Г.Шарафиев, А.С.Надршин и др. "Методика оценки ресурса оборудования на основе диагностической информации". М.: Металлургия, 1996.-19с.

17. Р.С.Зайнуллин, А.С.Надршин, Р.Г.Шарафиев. Кинетическое уравнение для оценки повреждаемости материала конструкций. Заводская лаборатория (Диагностика материалов), 1996, № 3, с. 48.

18. А.С.Надршин, У.Н.Сабиров. Оценка качества труб демонтированных и действующих нефтепроводов по результатам испытаний образцов. Трубопроводный транспорт нефти, 1996, № 2, с.25-26

/