Работоспособность длительно эксплуатируемых газопроводов системы газоснабжения (14.09.2009)

Автор: Сандаков Виктор Александрович

Сталь 20 Отжиг при 650 оС, 1 ч

40 259 

0,95((т = 254

0,90((т = 241 -

14ГН Отжиг при 650 оС, 1 ч

269 260

0,95((т = 255

0,90((т = 242 -

Образцы после отжига не разрушаются при напряжениях, равных пределу текучести, сколь угодно долго, находясь под нагрузкой, а деформационно-состаренные разрушались при напряжениях, меньших предела текучести.

На основе обобщения результатов испытаний механических свойств металла газопроводов установлено, что в процессе длительной эксплуатации происходит повышение пределов прочности и текучести. Снижаются относительные удлинения и сужения, значения истинных напряжений и показатели ударной вязкости.

Фрактографическое исследование изломов показывает, что кромка разрыва образуется под прямым углом к оси образца, сам излом зернистый, кристаллический. Волокнистая часть излома незначительна.

Газопроводы подземные, соприкасаясь с грунтом, или надземные – с атмосферой, при длительной эксплуатации подвергаются коррозионному повреждению. Особенно быстро этот процесс протекает в подземных газопроводах, находящихся в зоне действия блуждающих токов. Исследовано влияние длительного нагружения и коррозионной среды на процессы разрушения при их совместном действии.

Специальные образцы для исследования изготавливали из тех же сталей Ст3, 14ГН, Сталь 20 и 17ГС. В качестве коррозионно-активной среды был использован 3 %-ный раствор NaCl. Нагружение образцов осуществлялось на испытательной установке рычажного типа.

В таблице 3 приведены значения времени до разрушения образцов в коррозионной среде.

Таблица 3 – Значения времени до разрушения образцов в коррозионной среде

Марка стали Продолжительность эксплуатации, лет Предел текучести (т, МПа Напряжение испытания (и, МПа Время до разрушения,

Ст3 48 + отжиг

48 248

257 248

(0,90…0,95)((т -

14ГН 42 + отжиг

42 260

269 260

(0,90…0,95) ((т -

Сталь 20 40 + отжиг

40 259

268 259

(0,90…0,95) ((т -

17ГС 46 + отжиг

46 355

366 355

(0,90…0,95) ((т -

Параллельно проведенные на воздухе исследования при таких же нагрузках показали следующие результаты. Образцы из стали Ст3 разрушились через 605 часов, 14ГН ( через 635 часов, Стали 20 ( через 633 часа и 17ГС ( через 740 часов. Как видно из полученных данных, в среднем время до разрушения образцов в коррозионной среде на 15 % меньше, чем на воздухе.

Следовательно, коррозионная среда во всех исследованных случаях значительно ускоряет процесс разрушения металла газопроводных труб.

Снижение сопротивляемости металла труб усталости за счет концентрации напряжения (К() оценивалось через отношение предела усталости образца без концентрации к пределу усталости образца с концентрацией напряжений.

Показано, что коэффициент чувствительности q к надрезу определяется формулой

где ( ? теоретический коэффициент концентрации напряжений, определяемый отношением максимальных напряжений к номинальным; для исследованных газопроводных сталей составляет от 0 до 1. Когда К( = (, то q = 1, и металл трубы максимально чувствителен к трещиноподобным дефектам.

Установлено, что параметр q зависит от напряженного состояния металла труб. Максимальное напряжение имеет место в вершине дефекта, где ( = 3,0…3,5.

Например, для стали 14ГН К( = 1,75, тогда коэффициент чувствительности к трещиноподобным дефектам для данной стали будет:

Суммарное напряжение на стенке трубы складывается из алгебраической суммы остаточного напряжения, напряжений от давления и осевых усилий, а также напряжений, создаваемых при структурных превращениях.


загрузка...