авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 ||

Определение ресурса толстостенных нефтепроводов с повышенной пропускной способностью в условиях коррозионно-механического износа

-- [ Страница 2 ] --

Анализ этой формулы и расчеты показывают, что с ростом отношения относительная среднеинтегральная скорость коррозии падает (рисунок 4). При этом зависимости от отношения , рассчитанные численными методами и по формуле (5), практически совпадают.

 – численные методы; – по формуле (5) -70

– численные методы; – по формуле (5)

Рисунок 4 – Графики зависимости от для толстостенного

цилиндрического элемента из стали 17ГС

При этом с уменьшением происходит увеличение относительного значения среднеинтегральной скорости коррозии . Повышение исходной прочности способствует значительному увеличению среднеинтегральной скорости коррозии .

Для расчетного определения долговечности (времени до наступления в металле общей текучести ) толстостенного цилиндра получена следующая взаимосвязь с характеристиками нагружения, исходной прочности и рабочей среды:

, (6)

где . Числитель формулы (6) представляет собой время до наступления общей текучести металла цилиндрического элемента при , т.е. его долговечность, определенная по скорости ненапряженного металла : . Отношение показывает, во сколько раз завышают существующие нормативные материалы прогнозируемый ресурс толстостенного оборудования и трубопроводов. В дальнейшем это отношение назовем коэффициентом завышения ресурса . При относительном начальном напряжении (что соответствует многим нормативным данным) зависимость коэффициента завышения прогнозируемого ресурса толстостенного цилиндра (трубы) от параметра показана на рисунке 5.

 – труба (обечайка); – сфера -87

– труба (обечайка); – сфера

Рисунок 5 – Графики зависимости коэффициента завышения ресурса

толстостенных труб (обечаек) и сфер от параметра mr

Чем выше исходная прочность металла трубы или обечайки , тем выше степень завышения их ресурса (рисунок 6).

Эти факты необходимо учитывать при проектировании оборудования и трубопроводов из высокопрочных труб.

Аналогичные формулы для оценки среднеинтегральной скорости коррозии и долговечности получены для толстостенных сферических элементов:

; (7)

. (8)

Закономерности изменения и для цилиндров отмечаются и для толстостенных сферических элементов. Однако зависимости от параметров и для сфер проходят выше таковых для цилиндров (рисунки 5 и 6,
см. пунктирные линии).

– толстостенный цилиндр (труба); – сфера

Рисунок 6 – Графики зависимости коэффициента завышения ресурса

от исходной прочности металла

Анализ литературных данных по оценке по пределу текучести показывает, что в ряде случаев расчетные значения температурного коэффициента могут заметно отличаться. В этом случае величину следует определять экспериментально или по литературным данным, адекватно отвечающим эксперименту, например по ГОСТ 14249-89 в области .

 1 – ГОСТ 14249-89; 2 – по формуле (9) -105

1 – ГОСТ 14249-89; 2 – по формуле (9)

Рисунок 8 – Графики зависимости от для низколегированных

сталей 09Г2С и 16ГС (а) и 17ГС, 17Г1С, 10Г2С1 (б)

В частности, данные указанного нормативного документа можно аппроксимировать степенной функцией следующего типа:

, (9)

где а и в – константы; температура рабочей среды, °С;
базовая температура испытаний . Для примера на рисунках 7 и 8 приведены зависимости температурного коэффициента от относительной температуры для низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Таким образом, разработана методика расчета предельного ресурса основных толстостенных базовых элементов оборудования и трубопроводов, работающих при упругих деформациях, с учетом коррозионно-механического износа и температурного разупрочнения металла.

Основные результаты работы могут являться базовыми для дальнейших разработок нормативных материалов по расчетам на прочность и по оценке остаточного ресурса толстостенных базовых элементов нефтепроводов.

В четвертой главе освещены вопросы расчетного определения предельного состояния и остаточного ресурса толстостенных элементов нефтепроводов с повышенной пропускной способностью на всех стадиях упругопластического деформирования металла.

Основным недостатком существующих методов определения ресурса толстостенных базовых элементов оборудования является необходимость применения численных расчетов. Поэтому возникают проблемы по разработке прямых методов решения подобных задач, позволяющих производить оперативную оценку ресурса толстостенных базовых элементов нефтепроводов с четким представлением степени значимости тех или иных факторов, предопределяющих их предельное состояние и долговечность. К этому следует добавить, что в литературе недостаточно сведений по расчетам долговечности толстостенных элементов нефтепроводов в области их упругопластического деформирования, которые являются базовыми для определения их остаточного ресурса.

В основу разработанных методов расчета остаточного ресурса базовых толстостенных элементов (цилиндров и сфер) положены кинетические уравнения, описывающие динамику изменения скорости коррозии и напряженного состояния металла при эксплуатации нефтепроводов [см. формулы (3) и (4)].

В этом случае для толстостенного цилиндрического элемента текущая скорость коррозионно-механического износа будет определяться следующим кинетическим уравнением:

(10)

Здесь полагалось, что зависимость между и при пластическом деформировании описывается степенной функцией: , где и константы, зависящие от исходных деформационно-прочностных характеристик сталей. Ориентировочную оценку и можно производить по следующим формулам:

. (11)

Как и ранее, долговечность толстостенного цилиндра, работающего под действием постоянного внутреннего давления P коррозионной рабочей среды, будет определяться интегрированием уравнения (10).

Для выполнения инженерных расчетов среднеинтегральной скорости коррозионно-механического износа толстостенного цилиндра в области и , получена следующая зависимость:

. (12)

При этом долговечность (время до полного разрушения) толстостенного цилиндра равна:

. (13)

Здесь – время до полного разрушения толстостенного цилиндра при (см. числитель формулы (13)).

Анализ формул (12) и (13) показывает, что уменьшение параметра (или увеличение коэффициента деформационного упрочнения и повышение относительной прочности) способствует росту относительной скорости коррозионно-механического износа и коэффициента завышения ресурса (рисунок 9). При этом коэффициент достигает значительной величины.

В случае, когда начальные напряжения а испытания ведутся до полного разрушения ( или ), предельная долговечность образца определяется суммированием и . Величины и определяются по формулам (6) и (13). Следовательно:

(14)

где радиус цилиндра, соответствующий достижению в цилиндре .

  График зависимости-145

Рисунок 9 – График зависимости относительной скорости

коррозионно-механического износа толстостенного цилиндра

от предела прочности стали

Базируясь на подходах теории пластичности деформационно-упрочняющихся сталей, в работе произведена оценка силовых и деформационных характеристик толстостенных цилиндрических и сферических элементов в предельном состоянии .

1 – сферический элемент; 2 – цилиндр (труба);

3 – цилиндрический образец на одноосное растяжение

Рисунок 10 – Графики зависимости относительной скорости коррозионно-механического износа различных элементов от исходной прочности их металла

Используя аналогичные математические приемы, производя подстановки и преобразования, получены соответствующие формулы для расчета характеристик безопасности эксплуатации толстостенных сферических элементов, в частности для определения среднеинтегральной скорости коррозионно-механического износа:

. (15)

Величины и определяются аналогично таковым для цилиндрического элемента.

В работе обоснованы приближенные формулы для определения для различных конструктивных элементов при начальных напряжениях , которые пригодны для выполнения инженерных расчетов характеристик безопасности эксплуатации толстостенных базовых элементов нефтепроводов. Кроме этого, выполнен сравнительный анализ результатов расчетов характеристик предельного состояния и степени коррозионно-механического износа различных конструктивных элементов. В частности, на рисунке 10 сопоставлены зависимости относительной скорости коррозионно-механического износа различных базовых толстостенных элементов от исходной прочности стали .

Как видно, наибольшая скорость коррозионно-механического износа отмечается для стенок сферических элементов (резервуаров, заглушек и др.). Для них зависимости проходят выше таковых для цилиндров (труб) и образцов при осевом растяжении. Отмеченный факт необходимо связывать с реализацией в металле конструктивных элементов различных значений коэффициента жесткости напряженного состояния. Сказанное согласуется с основными положениями механохимии металлов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Показано, что в большинстве случаев применение толстостенных труб с целью повышения пропускной способности нефтепроводов является одним из рациональных технических решений.

2. Базируясь на современных достижениях механики упруго-пластического деформирования и механохимии металлов, установлена взаимосвязь скорости коррозионно-механического износа и характеристик напряженно-деформированного состояния стенок толстостенных базовых элементов нефтепроводов.

Расчетным путем определены значения среднеинтегральной скорости коррозионно-механического износа и ресурса упругонагруженных толстостенных базовых элементов нефтепроводов. Показано, что в ряде случаев существующие методы расчетов могут значительно завышать ресурс нефтепроводов.

3. Выведены расчетные формулы для определения среднеинтегральной скорости коррозионно-механического износа и ресурса толстостенных базовых элементов нефтепроводов различных форм с учетом особенностей их напряженного и предельного состояний на всех стадиях упругопластического деформирования.

4. Разработаны методические рекомендации по инженерным расчетам прочности, прогнозируемого и остаточного ресурсов базовых толстостенных элементов нефтепроводов, работающих под давлением коррозионных рабочих сред.

Основные результаты диссертационной работы

опубликованы в следующих научных трудах

1. Шишков Э.О. Особенности напряженного состояния толстостенных конструктивных цилиндрических и сферических элементов, работающих под давлением // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Докл. научн.-практ. конф., проведенной в рамках VIII Конгресса нефтегазопромышленников России,
27 мая 2009 г. – Уфа, 2009. – С. 12-16.

2. Шишков Э.О. Основные факторы снижения ресурса безопасной эксплуатации оборудования нефтегазовой отрасли // Ресурс нефтегазового оборудования. Докл. научн.-техн. семинара, посвященного 65-летию проф. Р.С. Зайнуллина. – Уфа, 2010. – С. 24-30.

3. Мухаметшин Р.Р., Сазонов К.А., Шишков Э.О. Расчетная оценка ресурса толстостенных цилиндрических элементов оборудования в условиях механохимической повреждаемости // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. – 2009. – Вып. № 4 (78). –
С. 51-54.

4. Кантемиров И.Ф., Мухаметшин Р.Р., Шишков Э.О. Расчеты предельного ресурса базовых элементов оборудования при упругих деформациях, механохимической повреждаемости и температурного разупрочнения металла // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. – 2009. – Вып. № 4 (78). – С. 55-58.

5. Расчеты на прочность и ресурс толстостенных конструктивных элементов, работающих под давлением коррозионных рабочих сред: Методические рекомендации / И.Ф. Кантемиров, Э.О. Шишков,
А.Р. Зайнуллина, К.А. Сазонов. – Уфа, 2010. – 16 с.

6. Кантемиров И.Ф., Шишков Э.О., Рябухина В.Н. Определение ресурса толстостенных нефтепроводов с повышенной пропускной способностью в условиях коррозионно-механического износа // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Проблемы и методы рационального использования нефтяного попутного газа. Матер. научн.-практ. конф. 26 мая 2010 г.
в рамках XVIII международной специализированной выставки «Газ. Нефть.
Технологии – 2010». – Уфа, 2010. – С. 276-277.

Фонд содействия развитию научных исследований.

Подписано к печати 23.08.2010 г. Бумага писчая.

Заказ № 314. Тираж 100 экз.

Ротапринт ГУП «ИПТЭР» РБ. 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.



Pages:     | 1 ||
 








 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.