Проблемы освоения нефтегазовых месторождений западной Сибири (доклады и сообщения научно-технической конференции), страница 50

Из динамики отказов технологических трубопроводных систем нефтегазодобывающего комплекса Западной Сибири и Крайнего Севера за последние 10 лет видно, что на трубопроводах и оболочковых конструкциях после 12... 15 лет эксплуатации начинается устойчивый рост потока отказов, причем основной объем приходится на раз­рушения, инициированные от конструктивных или технологических концентратов напряжений типа сварной шов. Анализ разрушений в этих случаях показал отсутствие дефектов технологии изготовления сварных швов и коррозионно-механических повреждений. Характер разрушения оценивался как квазихрупкий и хрупкий. В таких случаях можно говорить об усталости металла в зоне концентрации напряжений.

В районах с резкоконтинентальным климатом и Крайнего Севера такой характер разрушений начинает преобладать и наибольшая

128

интенсивность отказов приходится на осенне-весенний период, когда суточные перепады температур достигают ЗО...4О°С.

Каждое аварийное разрушение продуктопроводов, кроме боль­ших материальных затрат, несет за собой экологические катаклизмы. Одним из путей снижения потоков аварийных разрушений на сварных конструкциях данного типа является внедрение средств и методов ранней диагностики металла конструкции в процессе эксплуатации для определения момента возможного зарождения макроразрушения протяженностью, достаточной для регистрации его существующими методами неразрушающего контроля (более 2,0 мм).

Существующие методы диагностики направлены, главным об­разом, на регистрацию уже имеющегося разрушения, но оценить степень опасности обнаруженного повреждения и спрогнозировать остаточный ресурс бывает очень сложно, так как часто не удается найти условия страгивания трещины в реальных конструкциях из пластичных материалов. Это связано с тем, что реальному материалу присуща совокупность характерных линейных масштабов, связанных с различными уровнями их структуры, микро- и макро- текстуры. Вопрос о необходимости учета структуры материалов при описании процессов деформирования и разрушения относятся к числу основных в механике разрушений.

Техническая диагностика сварных конструкций из сталей низкой и средней прочности при переменном нагружении должна представлять процесс регистрации степени накопленной поврежденности в диаг­ностируемом объеме металла с выходом на текущие характеристики трещиностойкости и несущей способности. Поврежденность может быть представлена в виде любого несовершенства строения металла, дефекта, инородного включения или нарушения сплошности в кон­тролируемом объеме.

Любому разрушению предшествует тот или иной уровень пла­стической деформации. В материале конструкции в процессе экс­плуатации идет непрерывное накопление деформации, причем для различных участков конструкции различны предельные уровни де­формаций и интенсивность ее накопления (например, металл зон сварного соединения имеет изначально различный уровень предельной деформации и интенсивность ее накопления). В сварном соединении из стали 09Г2С, выполненном ручной дуговой сваркой, значения односторонне накопленной пластической деформации за полуцикл нагружения в металле линии сплавления в 2 раза больше, чем

129

в металле зоны термического влияния и в 3,2... 3,8 раз выше, чем в основном   металле.

При любом виде переменного нагружения в материале ре­гистрируется петля пластического гистерезиса в координатах напря­жение - деформация и процесс циклической ползучести. Наличие поврежденности стимулирует процессы пластической деформации в локальных объемах металла и приводит к росту параметров замкнутой петли пластического гистерезиса, площадь которой равна энергии, рассеянной в металле, а ширина - неупругой деформации за цикл. В свою очередь, развитие локальной пластической деформации при­водит к увеличению плотности повреждений в единичном объеме металла. Суммарную поврежденность (П<) условно можно разбить на 2 уровня - наследственную плотность поврежденности <П_Н ), обусловленную качеством металла конструкции, и приобретенное приращение плотности поврежденности (Пэ ) как функция от на­следственной поврежденности, технологии передела металла при из­готовлении конструкции и дальнейших условий эксплуатации. Алгоритм формирования поврежденности приведен   на рис. 1.