ВЛИЯНИЕ ФАКТОРА ВРЕМЕНИ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА ОСТАТОЧНЫЙ РЕСУРС ПРОЧНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ
Анализ статистических материалов по авариям газонефтепроводов и проведенные исследования физических процессов деформирования и разрушения трубных сталей позволили сформулировать феноменологический подход к оценке влияния фактора времени на механические свойства металла трубопроводов. Независимо err систем легирования и уровня прочности сталей во временной зависимости механических свойств основного металла и сварных соединений трубопроводов имеются два интервала. В первом интервале времени до 10—12 лет эксплуатации механические свойства трубопроводов практически не изменяются. Число разрушений в этот период времени незначительно; После 12 лет эксплуатации происходит значительное снижение пластичности и вязкости материала и резкое увеличение случаев разрушения трубопроводов.Существующие представления о влиянии фактора времени на кинетику, механизмы и морфологию процессов деформирования и разрушения материалов и конструкций находятся на стадии становления: отсутствует единая научная концепция о физической природе зависимости механических свойств материалов от сроков их эксплуатации, недостаточно разработана инструментальная основа для оценки служебных свойств.
В то же время практика эксплуатации конструкций свидетельствует о том, что при продолжительной работе наблюдаются часто процессы, приводящие к снижению ресурса их работоспособности. Анализ статистических данных по отказам газопроводов и нефтепроводов из разных марок сталей (14ХГС, 16Г2 У, 19Г2, 09Г2С, 17ГС, Х60, Х70 и. др.), а также анализ разрушений трубопроводов, по* зволил установить общие закономерности числа отказов в зависимости от времени эксплуатации. Независимо от систем легирования и уровня прочности трубных сталей во временной зависимости изменения числа отказов трубопроводов и механических свойств основного металла и сварного соединения существуют два интервала.
В первом интервале временной зависимости не наблюдаются многочисленные отказы трубопроводов, их число минимально и сохраняется практически на одном уровне (рис. 1). В этом интервале пластические и вязкостные свойства материалов трубопроводов практически не изменяются (рис. 2).
Время, разделяющее два интервала, ориентировочно составляет 10—12 лет эксплуатации трубопроводов.
Для подтверждения выявленных на практике закономерностей изменения числа разрушений трубопроводов и свойств материала от продолжительности эксплуатации осуществлены комплексные исследования с использованием современных физических методов и электронной микроскопии.
Установлено, что низколегированные стали 17ГС и 17Г1С обладают значительной чувствительностью к эффекту старения, что по видимому и способствует снижению исходных механических свойств материала трубопровода при длительной эксплуатации. За счет искусственного старения происходит смещение порога хладноломкости на 20—30 °С в сторону положительных температур. Происходит смена механизма разрушения с вязкого на квази хрупкий или полностью хрупкий.
Статическое нагружение внутренним давлением патрубков из стали 09Г2С при заданном постоянном уровне напряжений в стенке, равном 0,707, в течение двух лет (24 месяца) позволило установить следующее. При испытании стандартных образцов на растяжение не выявлено изменения прочностных и пластических свойств металла. В то же время испытание образцов на ударную вязкость свидетельствует о некоторой тенденции к снижению вязкости материала на исследуемой временной базе.
Более чувствительным физическим резонансным методом с привлечением электронной микроскопии установлено, что уже к концу шестимесячного нагружения патрубков внутренним давлением происходят процессы изменения интегральных дислокационных структур, подобные процессам деформированного старения как в основном металле, так и в металле шва. Дальнейшее увеличение времени нагружения усиливает процессы закрепления дислокаций атомами азота и углерода. Начальные процессы деформационного старения металла исследуемых патрубков выявлены с помощью неразрушающего магнитношумового метода. Обнаружено изменение амплитуды шумового сигнала в зависимости от времени нагружения трубы. В настоящее время продолжаются исследования по углубленному изучению физических процессов, происходящих в материалах в зависимости от длительности нагружения.
Проведенные исследования подтверждают феноменологическую концепцию о существовании двух интервалов времени зависимости механических свойств от времени эксплуатации газо и нефтепроводов. При больших сроках эксплуатации происходит снижение пластических и вязкостных свойств основного металла и сварного соединения.
Для систематического учета изменения фактических свойств металла на действующих трубопроводах рекомендуется использовать неразруШающий магнитношумовой метод.
Для продления безаварийной работы трубопроводных систем рекомендуется расчетноэкспериментальная методика определения необходимой величины рабочего давления в зависимости от времени эксплуатации.
СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 4, Москва 1994
