Способ определения предельного состояния материала магистральных газопроводов
METHOD OF DETERMINING LIMIT STATE OF MATERIAL OF MAIN GAS PIPELINES

Изобретение относится к диагностике конструкций и может быть использовано при оценке предельного состояния материала конструкций, в частности, магистральных газопроводов в процессе эксплуатации.
При длительной эксплуатации газопроводов вследствие протекания деградационных процессов в материале труб снижается уровень сопротивления материала к хрупкому разрушению, и как следствие, происходит снижение остаточного ресурса работы всей конструкции.
Известны наиболее близкие к предлагаемому патенту аналоги:
1. Известен способ определения остаточного ресурса металла труб, включающий вырезку образцов, проведение механических испытаний, по результатам которых определяют ресурс металла (Патент РФ №2226681, «Способ определения остаточного ресурса металла труб магистрального трубопровода, предназначенных для повторного использования», авторы Будзуляк Б.В., Демаков М.В., Гайдт Д.Д., Кудрявцев В.В., Шайхутдинов А.З., Сметанин Ф.Е., Салюков В.В., Никитюк А.В. опубл. 10.04.2004 г.). Недостатками способа являются необходимость разрушения металла и, соответственно, невозможность определения ресурса на действующем трубопроводе.
2. Известен способ определения остаточного ресурса трубопроводов, включающий дефектоскопию металла труб, измерение твердости поверхности, оценку металлографических структур, вырезку образцов металла, исследование механических свойств, включая испытания на усталость, химического состава, микроструктуры металла на образцах и последующую оценку ресурса металла с учетом коррозионного или эрозионного износа (Патент РФ №2413195, «Способ определения остаточного ресурса трубопроводов», авторы Сандаков В.А., Бакиев А.В. опубл. 27.02.2011 г.).
К недостаткам относят:
1. Сложность реализации способа.
2. Проведение сложных усталостных испытаний, требующих использование точных приборов и испытательных машин.
3. Необходимость вырезки образцов металла из обследуемого трубопровода, что делает невозможным использования данного способа на работающем трубопроводе.
3. Известен способ определения остаточного ресурса конструкции, взятый нами в качестве прототипа, включающий измерение магнито-шумового сигнала металла конструкции, определение значения ударной вязкости по ранее полученной на образцах, подвергнутых различной степени деформационному старению, зависимости и определение остаточного ресурса по отношению полученного значения ударной вязкости к нормативному значению или к значению ударной вязкости, соответствующей хрупкому разрушению материала (Патент РФ 2108560, «Способ определения остаточного ресурса конструкции», авторы Пашков Ю.И., Ситников Л.Л., Ершов В.В., Волков B.C., Демаков М.В., опубл. 10.04.1998 г.).
Недостатками способа являются следующее:
1. Низкая достоверность способа, вследствие того, что, как правило, коэффициент корреляции между ударной вязкостью и остаточным ресурсом металла не превышает 0,5.
2. На полученные значения магнито-шумового сигнала влияют дополнительные факторы: внешние магнитные поля, собственное напряженное состояние металла конструкции и другие, что снижает достоверность способа.
Техническая задача изобретения заключается в возможности диагностирования предельного состояния материала магистрального газопровода в процессе эксплуатации без вырезки образцов.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе определения предельного состояния материала конструкции, заключающегося в том, что определяют ударную вязкость материала конструкции и судят по ней о предельном состоянии материала конструкции, отличающийся тем, что на образцах, изготовленных из того же, что и исследуемая конструкция, материала, в различных структурных состояниях, определяют ударную вязкость и измеряют скорость звука, устанавливают корреляционную зависимость между ударной вязкостью и скоростью звука, измеряют скорость звука конструкции в исследуемой зоне, по этому значению и корреляционной зависимости определяют ударную вязкость материала конструкции и по отношению к нормативной ударной вязкости или ударной вязкости, соответствующей хрупкому разрушению материала, судят о предельном состоянии материала конструкции.
Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых представлены корреляционные зависимости величин ударной вязкости и скорости звука для низколегированной стали 09Г2С, а также предельные значения этих величин (фиг. 3, 4).
Для построения корреляционной зависимости между величинами ударной вязкости и скорости звука материала, вырезаются образцы из труб магистрального газопровода одной партии и одного проката: 1 образец из аварийного запаса; 2 образец из трубы после длительной эксплуатации, один из которых подвергают термическому старению для достижения предельного состояния. С помощью измерителя скорости акустических волн измеряют величину скорости звука на каждом образце. После, из тех же образцов изготовляют образцы по ГОСТ 9454-78 и испытывают их на ударный изгиб.
Представленные экспериментальные данные (Фиг. 1, 2) свидетельствуют, что с увеличением срока эксплуатации и дополнительного искусственного старения, происходит снижение, как ударной вязкости, так и значения скорости звука аналогичной закономерностью.
н
н
С увеличением срока эксплуатации и старения материала, излом в образце переходит из вязкого в квази-хрупкий, а при достижении предельного состояния становится полностью кристаллическим, что свидетельствует о хрупком разрушении. Значение ударной вязкости (а), когда в образце обнаруживается 100%-ный кристаллический излом, принимается за предельное состояние, и дальнейшая эксплуатация конструкции с такими свойствами становится опасной. Данный подход к оценке предельного состояния конструкции относится к ситуации, когда в нормативных актах (документах) отсутствуют нормативные требования по показателю ударной вязкости. Если задается нормативная величина ударной вязкости (а) оценка предельного состояния материала, проводится относительно этой характеристики.
Применение предлагаемого способа позволяет повысить оперативность сбора информации параметров надежности конструкции, снизить трудоемкость диагностирования предельного состояния материала конструкции. С экономической стороны, значительно снизить материальные затраты на ведение планово-предупредительных ремонтов магистральных газопроводов и других конструкций.