Методология оценки влияния длительной эксплуатации на механические свойства и сопротивление усталости металла магистрального газопровода

УДК 621.316.84: 622.691.4(043.3) На правах рукописи

АЛДАШЕВА ЛАУРА САБИТХАНОВНА

Методология оценки влияния длительной эксплуатации на механические свойства и сопротивление усталости металла магистрального газопровода

01.02.04 – Механика деформируемого твердого тела

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Республика Казахстан

Шымкент, 2010

Работа выполнена в Южно-Казахстанском государственном университете им. М. Ауезова Министерства образования и науки Республики Казахстан

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Айнабеков А.И.

Научный консультант: доктор технических наук

Сулейменов У.С.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Отарбаев Ж. О.

кандидат технических наук

Такибаева Г. А.

Ведущая организация: Жезказганский университет

им. О.А. Байконурова

Защита состоится 28 октября 2010г. в 1400 на заседании диссертационного совета Д14.23.01 при Южно-Казахстанском государственном университете им. М. Ауезова по адресу: 160012, г.Шымкент, пр. Тауке хана 5, в ауд. 342 главного корпуса.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке Южно-Казахстанского государственного университета им. М.О. Ауезова по адресу: 160012, г.Шымкент, пр. Тауке хана 5, каб. 215.

Автореферат разослан « » сентября 2010г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 14.23.01

доктор технических наук, профессор: А.А.Волненко

Введение

Общая характеристика работы. В общем комплексе проблем развития газовой промышленности и других, смежных с ним, отраслей промышленности приоритетных для экономики Республики Казахстан, обеспечение безопасности магистральных газопроводов, усовершенствование существующих норм проектирования, обеспечение длительной прочности и ресурса, повышение эффективности и надежности относится к числу важных проблем.

В связи с этим диссертационная работа посвящена разработке методологии оценки влияния времени эксплуатации на механические характеристики и сопротивление усталости материала труб газопровода. В основу работы положены экспериментальные исследования влияния времени эксплуатации на механические свойства трубной стали и на основе их результатов совершенствование методик оценки длительной прочности и сопротивления разрушению магистральных трубопроводов и их прогнозирования.

Актуальность темы. В настоящее время длительность эксплуатации большинства действующих магистральных газопроводов составляет примерно 20…30 лет. При такой длительности значительно возрастают трудности оценки его состояния и работоспособности, длительной прочности и долговечности из-за весьма ограниченного объема соответствующих данных о влиянии длительности эксплуатации на механические свойства трубной стали и характеристики сопротивления разрушению.

При относительной простоте конструктивных решений трубопроводов на сегодня не разработаны надежные методы мониторинга их несущей способности и долговечности, что связано с еще не полной ясностью в вопросе установления закономерностей влияния длительности эксплуатации трубопроводов на механические характеристики металла труб. Надежды на улучшение положения обычно связывают с разработкой или выбором методов прогнозирования длительной прочности и трещиностойкости труб магистральных трубопроводов, обеспечивающих достаточно точную расчетную оценку пределов длительной прочности и трещиностойкости. Сложность проблемы заключается в том, что при этом необходимо учитывать изменение и деградацию механических свойств металла труб в процессе эксплуатации, деформационное ее старение и накопление повреждений.

В условиях интенсификации производства и строительства сверхмощных газопроводов с диаметром труб более 1420мм при рабочем давлении до 12 МПа, происходит существенное повышение упругой энергии газа в газопроводе, и поэтому еще более остро встает вопрос скорейшего решения актуальной проблемы по оценке и прогнозированию длительной прочности и долговечности магистральных газопроводов.

В связи с этим, проведение комплексных научных исследований, направленных на изучение влияния времени эксплуатации трубопроводов на механические характеристики и трещиностойкость металла труб, обоснование методов расчетно-экспериментального определения степени исчерпания прочности и долговечности с учетом изменения свойств трубной стали, а также разработка научно обоснованной методики оценки длительной прочности и сопротивляемости труб разрушениям являются актуальными.

Работа выполнялась в соответствии с госбюджетной темой, включенной в тематический план НИР ЮКГУ им. М. Ауезова Б-ТН-06-05-06 «Исследование влияния технологических и эксплуатационных условий на прочность оборудования и конструкций и разработка эффективных методов повышения прочности и защиты от коррозии» на 2005-2010г.

Целью работы является экспериментальная и теоретическая оценка влияния длительности эксплуатации на механические характеристики и трещиностойкость трубных сталей газопроводов и разработка на этой основе методик оценки и прогнозирования длительной прочности и долговечности магистральных газопроводов.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

-анализ причин разрушений магистральных газопроводов, связанных с длительностью эксплуатации, влияния времени эксплуатации на механические характеристики трубных сталей, нормативных требовании по обеспечению прочности и долговечности, а также современных методов их оценки и прогнозирования;

- проведение экспериментальных исследований влияния времени эксплуатации магистральных трубопроводов на основные механические свойства и характеристики вязкости трубных сталей и установление зависимостей изменения пределов прочности и текучести, вязких свойств металла труб от времени эксплуатации;

- теоретическое обоснование учета изменения прочностных и вязких свойств трубных сталей при оценке прочности и долговечности магистральных газопроводов, а также оценка трещиностойкости металла труб в процессе их эксплуатации;

- разработка методик оценки и прогнозирования длительной прочности и сопротивляемости газопроводов разрушениям с учетом времени эксплуатации.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

- оценено состояние металла труб длительно эксплуатируемых магистральных газопроводов и установлены зависимости прочностных и вязких свойств трубопроводных сталей от времени эксплуатации;

- на основе двухкритериальной диаграммы оценки разрушения описан возможный характер разрушения газопроводов с учетом изменения вязких свойств металла труб с течением времени;

- на основе статистических данных изменения прочностных и вязких свойств трубных сталей газопроводов в процессе их эксплуатации оценены их длительная прочность и сопротивляемость разрушению;

-разработана методика прогнозирования длительной прочности труб газопроводов основанная на рассеянии характеристик механических свойств металла труб;

-разработана методика прогнозирования сопротивляемости газопроводов разрушению на основе рассеяния характеристик ударной вязкости с учетом времени эксплуатации.

Научные положения, выносимые на защиту:

- результаты исследования влияния времени эксплуатации на механические свойства металла труб газопроводов и установленные зависимости прочностных и вязких свойств металла труб от длительности эксплуатации;

- обоснование применения двухкритериальной диаграммы оценки разрушения для описания механизма разрушения газопровода с учетом изменения вязких свойств металла труб в процессе эксплуатации;

-результаты оценки сопротивляемости газопроводов протяженным разрушениям с учетом изменения вязких свойств метала труб с течением времени;

- предложенные методики оценки длительной прочности и сопротивляемости труб газопроводов протяженным разрушениям с учетом изменения их прочностных и вязких свойств в процессе эксплуатации.

Практическая значимость полученных результатов заключается в разработанных методиках оценки длительной прочности и сопротивляемости газопроводов разрушениям, которые позволяют с достаточной для инженерных целей точностью определить прочность и долговечность газопроводов с учетом влияния времени эксплуатации на прочностные и вязкие свойства трубных сталей.

Применение двухкритериальной диаграммы оценки разрушения для описания ожидаемого характера разрушения газопровода позволит без сложных вычислительных процедур оценить механизм разрушения и обоснованно выбрать расчетный критерий механики разрушения.

Предложенные методики оценки и прогнозирования длительной прочности и сопротивляемости газопроводов разрушению позволяют производить мониторинг состояния труб, их несущей способности и долговечности и могут быть использованы инженерно–техническими и научными работниками различных организаций и институтов при проектировании новых и эксплуатации существующих газопроводов, а также при оценке их текущего состояния и прогнозировании остаточного ресурса.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается применением в теоретических исследованиях научных основ механики разрушения и теории упругости, теории вероятности, математической статистики и ее инженерных приложений, использованием в экспериментальных исследованиях стандартных и апробированных методик механических испытаний материалов, а также соответствием результатов экспериментальных исследований с теоретическими данными.

Достоверность научных выводов и положений диссертационной работы подтверждается достаточной степенью апробации результатов исследования и внедрения их в производство.

Практическая реализация результатов работы. Результаты выполненных исследований, методики оценки и прогнозирования длительной прочности и сопротивления разрушению газопроводов внедрены в Сайрамском ГУ и ЮКПФ АО «КазТрансГаз-Аймак» и используются при проектировании новых, усилении и ремонте эксплуатируемых газопроводов. Ожидаемый общий экономический эффект от внедрения результатов диссертационного исследования составил в сумме 3 млн. 820 тыс. тенге. Результаты работы внедрены в учебный процесс ЮКГУ им. М. Ауезова.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на международных научных и научно-практических конференциях: «Современное состояние и перспективы усовершенствования преподавания строительных дисциплин», (Ташкент, 2009г.); «Ауезовские чтения-8: Научные достижения – основа культурного и экономического развития цивилизации» (г. Шымкент, 2009г); «Динамика современной науки-2010» (Болгария, 2010г); «Прикладные научные разработки -2010» (г. Пшемысль, Польша, 2010г); «Научный потенциал мира» (г. София, Болгария, 2010г).

Основная часть

Во введении представлена оценка современного состояния рассматриваемой научной проблемы, основание и исходные данные для разработки темы исследования, обоснование необходимости проведения исследовательской работы, приведены сведения о метрологическом обеспечении исследования, обоснована актуальность темы и ее связь с другими научно-исследовательскими работами, сформулированы цель и задачи исследования, описана научная новизна полученных результатов, отражены научные положения, выносимые на защиту, практическая значимость и степень реализации результатов работы, и отражены обоснованность и достоверность научных положений, сформулированных в диссертационной работе.

Первый раздел диссертационной работы посвящен анализу современного состояния решения проблемы влияния длительности эксплуатации на прочность и долговечность магистральных газопроводов. Произведен анализ причин разрушений магистральных газопроводов и отмечено, что с длительностью времени их эксплуатации за счет изменения механических характеристик и деградации свойств металла труб число их отказов заметно увеличивается. При этом значительная доля разрушений газопроводов связана с зарождением и развитием трещин усталостного характера при высоком внутреннем давлении в трубопроводе.

Отмечено, что о влиянии длительной эксплуатации магистральных газопроводов на физико-механические свойства материалов, из которых они изготовлены, существуют различные и порой противоречивые мнения.

Указано, что в нормативно-технической документации, регулирующей строительство и эксплуатацию магистральных трубопроводов, возможность изменения механических свойств металла труб в процессе эксплуатации не рассматривается. Тем самым в неявной форме предполагается, что механические свойства металла сохраняются на первоначальном уровне на протяжении всего периода эксплуатации трубопроводов.

Обосновывается необходимость разработки методик оценки и прогнозирования длительной прочности и сопротивления разрушению газопроводов с учетом изменения прочностных и вязких свойств металла труб при длительной эксплуатации.

По результатам проведенного литературного обзора сформулирована цель и определены задачи исследования.

Во втором разделе описана методика экспериментальных исследований и обсуждаются результаты механических испытаний основного металла труб действующих магистральных газопроводов диаметром 520мм по ул. Громова г.Шымкента и Сарыагашского ГУ ЮКО диаметром 820мм в сравнении с механическими характеристиками трубной стали из аварийного запаса. Срок эксплуатации газопроводов составили 31 и 25 лет соответственно.

Химический состав исследуемых сталей определен газообъемным методом согласно ГОСТ 27069-86. Установлено, что химический состав металла исследованных труб, в соответствии с таблицей 1, в процессе эксплуатации не изменился и находится в пределах стандартов на сталь данной марки.

Таблица 1-Химический состав стали 09Г2С металла исследованных труб, вес %

Место вырезки образцов	C	Si	Mn	P	Cr	Cu	S	Ni
по проекту (ГОСТ 19282-73)	не более 0,12	0,5-08	1,3-1,7	не более 0,035	не более 0,30	не более 0,30	не более 0,040	не более 0,30
из аварийного запаса	0,10	0,70	1,37	0,031	0,14	0,230	0,028	0,12
после эксплуатации, 1,6 км. от КС	0,08	0,68	1,39	0,022	0,23	0,17	0,023	0,07
после эксплуатации, 2,8 км. от КС	0,09	0,73	1,43	0,018	0,20	0,13	0,025	0,09
после эксплуатации, 3,2 км. от КС	0,09	0,76	1,40	0,014	0,18	0,09	0,021	0,04

Прочностные характеристики исследуемых сталей определены по механическим испытаниям специальных образцов по ГОСТ 1497-84 и приведены в таблице 2.

Таблица 2- Механические характеристики трубной стали 09Г2С исследуемого газопровода

Место вырезки образцов	Предел прочности , МПа	Предел текучести , МПа	Отноше-ние	Относитель-ное удлинение, , %	Ударная вязкость, КСU Дж/см2 при + 200С
по проекту ГОСТ 19282-73	не менее 490	не менее 345	не менее 0,704	не менее 21	64
из аварийного запаса	487	342	0,702	19,6	62
после эксплуа-тации, 1,6км. от КС	483	362	0,729	19,3	51
после эксплуатации, 2,8км. от КС	480	366	0,742	18,8	56
после эксплуатации, 3,2км. от КС	486	363	0,726	18,9	58

Основные прочностные свойства испытанных сталей из аварийного запаса соответствовали стандартным характеристикам по ГОСТ 19282-73.

Установлено, что пределы текучести трубных сталей 09Г2С и 17ГС с течением времени заметно повысились и составили соответственно 8 и 12%. Рост пределов текучести трубной стали объяснено изменением субструктуры и деградацией их свойств в процессе их деформационного старения.

Учитывая, что ударная вязкость металла труб является основной нормируемой характеристикой газопроводов и с целью выявления влияния времени эксплуатации на вязкие свойства трубных сталей были испытаны образцы типа Шарпи из трубных сталей 09Г2С и 17ГС на ударный изгиб при различных температурных условиях. Испытания образцов Шарпи (тип 11 по ГОСТ 9454-78), вырезанных поперек прокатки и толщиной равной толщине трубы, проводились на маятниковом копре КМ-30А. Результаты испытаний трубных сталей 17ГС приведены на рисунке 1.

Установлено, что длительность эксплуатации газопроводов значительно влияет на вязкость трубной стали. Так, ударная вязкость металла труб после эксплуатации снизилась по сравнению с ударной вязкостью сталей архивного запаса на 10…23%, что указывает на необходимость мониторинга сопротивляемости труб газопроводов разрушению в процессе их эксплуатации.

На рисунке 1 показано изменение значений критических температур для сталей труб архивного запаса и после эксплуатации. Указано, что данное смещение критических температур может привести к изменению характера

разрушения металла трубопровода и, следовательно, к пересмотру выбранного на начальном этапе расчетного критерия разрушения.

- после эксплуатации, - архивная сталь

Рисунок 1- Зависимость ударной вязкости стали 17ГС из архивного запаса и после эксплуатации от температуры эксплуатации

В третьем разделе работы обосновано применение двухкритериальной диаграммы оценки разрушения для оценки влияния длительности эксплуатации на изменение характера разрушения в процессе эксплуатации. Показано, что, хотя в процессе эксплуатации газопровода возможность изменения характера разрушения не ожидается, тем не менее, после длительной эксплуатации, за счет снижения вязкости трубной стали может реализоваться квазихрупкое или хрупкое разрушение труб, хотя при нормативной оценке сопротивляемости разрушению труб это не должно было происходить.

В соответствии с рисунком 2, характер возможного разрушения зависит от величины тангенса луча нагружения . Если для простого нагружения величина лежит в пределах , то характер разрушения вязкий; если он лежит в пределах - то квазихрупкий; если >- то характер разрушения хрупкий.

В связи с этим рассмотрено влияние длительности эксплуатации и, соответственно, изменение механических характеристик стали на величину угла нагружения :

. (1)

Рисунок 2 – Двухкритериальная диаграмма оценки разрушения газопровода при длительной его эксплуатации

На примерах проиллюстрировано возможное изменение характера разрушения натурного газопровода под влиянием длительности эксплуатации и соответствующим снижением вязких свойств трубных сталей.

Отмечено, что более представительными в отношении оценки состояния прочностных свойств и характеристик вязкости материала следует считать не абсолютные значения определяемой характеристики материала, а некоторые производные от них, в частности рассеяние результатов измерений, выполненных на одинаковых образцах и в идентичных условиях. В работе обсуждены вопросы статистической оценки влияния времени эксплуатации на прочность и сопротивление разрушению труб газопроводов.

Физическое обоснование перспективности предложенной идеи состоит в том, что рассеяние прочностных характеристик и характеристик вязкости, присуще всем материалам, а степень рассеяния сильно зависит от их структурного состояния. Следовательно, об изменении состояния металла труб в заданных условиях работы, в частности вследствие влияния длительности эксплуатации, можно судить по рассеянию характеристик его механических свойств.

Механический аспект практического использования этой идеи заключается в выборе параметра, интегрально характеризующего механическое состояние материала в отношении его гомогенности, и в обоснование рационального метода обработки результатов массовых испытаний.

Оценку изменения структурного состояния трубной стали при наличии достаточно большой совокупности данных о его вязких свойствах, которая отражает их рассеяние, проведено с привлечением методов математической статистики на основе физически обоснованных законов распределения. Учитывая, что нормальный закон распределения в данном случае неприемлем, так как он не исключает наличия образцов с отрицательной вязкостью, что физически невозможно, в работе при построении статистических теории прочности и сопротивления разрушению использовано двухпараметрическое распределение Вейбулла.

Основные соотношения этой теории для прочности и трещиностойкости записаны в виде:

; (2)

Коэффициент гомогенности , может быть определен по формуле Гумбеля, которая применительно к вязкости материала записана в виде:

(3)

В формуле (3) величина определена в зависимости от числа испытаний, а величину – по результатам испытаний в соответствии с нижеследующей формулой:

(4)

где - среднее значение логарифмов ударной вязкости.

Большим значениям коэффициента гомогенности соответствует низкий уровень рассеяния характеристик ударной вязкости следовательно, низкий уровень изменения вязкости по отношению к исходному состоянию металла. Меньшим значениям коэффициента гомогенности наоборот, соответствует более высокий уровень изменения вязкости.

Отмечено, что уровню рассеяния определяемого механического свойства, в нашем случае ударной вязкости, можно ставить в соответствие также такую статистическую характеристику, как коэффициент вариации, показывающий, насколько велико рассеяние величин, составляющих рассматриваемый объем данных, по сравнению со средним значением ударной вязкости.

Расчетная формула при этом будет выглядеть следующим образом:

(5)

Таким образом, более информативными параметрами при оценке влияния длительности эксплуатации на прочность и сопротивляемость разрушению газопроводов можно принять характеристики рассеяния абсолютных значений механических характеристик стали, массив сведений которых получен в одинаковых условиях испытаний. Предлагаемый метод оценки изменения свойств материала с течением времени прост, не требует значительных затрат и специальной подготовки инженера.

По результатам испытаний трубных сталей различных сроков эксплуатации на основе разработанной методики были рассчитаны функции распределения прочности и трещиностойкости металла труб газопроводов.

В четвертом разделе с учетом результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований описаны методики расчетной оценки длительной прочности и сопротивления разрушению магистральных газопроводов с учетом изменений прочностных и вязких свойств трубной стали. Разработаны алгоритмы прогнозирования длительной прочности и оценки сопротивляемости газопроводов разрушению с учетом времени эксплуатации.

Разработанные методики оценки и прогнозирования длительной прочности, долговечности и сопротивления разрушению металла труб газопроводов и методика оценки изменения характера разрушения в процессе эксплуатации объединены в общую методологию оценки влияния времени эксплуатации на работоспособность магистральных газопроводов.

Разработанные методики оценки длительной прочности и сопротивляемости газопроводов разрушению внедрены в ЮКПФ АО «КазТрансГаз-Аймак» с ожидаемым общим эффектом 3 млн. 820 тыс. тенге.

Заключение

Краткие выводы по результатам диссертационного исследования

1. Стандартными испытаниями образцов основного металла трубных сталей 09Г2С и 17ГС действующих магистральных газопроводов, установлены зависимости их прочностных и вязких свойств от времени эксплуатации. Установлено, что прочностные характеристики исследуемых сталей после длительной эксплуатации удовлетворяют нормативной документации, в соответствии с которой они были изготовлены и находятся на уровне аналогичных показателей трубных сталей из архивного запаса. Обнаружено повышение предела текучести исследованных сталей на 8….12%.

Установлено, что длительность эксплуатации газопроводов значительно влияет на вязкость трубной стали. Так, ударная вязкость металла труб после эксплуатации снизилась по сравнению с ударной вязкостью сталей архивного запаса на 10…23%, в зависимости от продолжительности эксплуатации.

2. Обосновано применение двухкритериальной диаграммы оценки разрушения для оценки возможного изменения характера и механизма разрушения металла труб газопроводов в процессе эксплуатации. На примерах показано, что с изменением вязких свойств трубных сталей характер их разрушения может измениться с вязкого на квазихрупкий или хрупкий, что предложено учитывать при выборе расчетных критериев механики разрушения и их расчета.

3. Предложено для оценки состояния прочностных свойств и характеристик вязкости материала использовать не абсолютные значения определяемой механической характеристики материала, а характеристики рассеяния показателей свойств металла труб. При этом степень изменения механических характеристик трубных сталей с течением времени ставится в соответствие с параметрами рассеяния результатов их массовых измерений.

Физическое обоснование предлагаемого метода состоит в том, что рассеяние механических характеристик присуще всем материалам, а степень их рассеяния зависит в основном от структурного состояния.

4. Учитывая, что нормальный закон распределения в изучении влияния времени эксплуатации на механические свойства сталей неприемлем, так как он не исключает наличия образцов с отрицательной вязкостью, в работе при построении статистических теорий прочности и сопротивления разрушению использовано двухпараметрическое распределение Вейбулла. Предложено применительно к изменению вязких свойств стали коэффициент гомогенности в распределении Вейбулла определять по формуле Гумбеля.

5. Предложено вместо параметра рассеяния, определяющего механические свойства металла труб, использовать также и такую статистическую характеристику как коэффициент вариации, который показывает насколько велико рассеяние величин, составляющих рассматриваемый объем данных, по сравнению со средним их значением. По результатам испытаний трубных сталей различных сроков эксплуатации, на основе разработанных методик, были рассчитаны функций распределения прочности и трещиностойкости металла труб газопроводов и коэффициенты гомогенности и вариации, а также обоснована их приемлемость. Исследованы функции распределения ударной вязкости основного металла труб в различных состояниях, подтвердившие снижение характеристик после наработки.

6. На основе результатов проведенных исследований разработаны методики оценки длительной прочности, долговечности и сопротивляемости металла труб газопроводов разрушению с учетом длительности эксплуатации.

7. По результатам статистической оценки влияния длительности эксплуатации газопроводов на прочностные и вязкие свойства трубных сталей разработана методика прогнозирования длительной прочности и долговечности газопровода и предложены рекомендации по определению их остаточного ресурса.

Оценка полноты решения поставленных задач. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований получены результаты, включающие в себя методики оценки длительной прочности и сопротивляемости разрушению труб газопроводов с учетом изменения механических свойств стали в процессе эксплуатации, основанные на статистической теории прочности, которые способствуют совершенствованию научных основ оценки длительной прочности и сопротивляемости магистральных газопроводов разрушениям.

Цель работы достигнута, задачи, поставленные перед работой, решены. Результаты работы доведены до внедрения в производство, что подтверждает обоснованность полученных в работе результатов, а также полноту решения поставленных перед работой задач.

Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов. Разработанные методики оценки и прогнозирования длительной прочности и сопротивляемости труб газопроводов с учетом изменения механических свойств трубной стали в процессе эксплуатации могут быть использованы научными, инженерно–техническими работниками организаций газовой отрасли промышленности при модернизации, усилении и капитальном ремонте эксплуатируемых, а также при проектировании новых магистральных газопроводов.

Результаты исследования могут быть использованы в учебном процессе при преподавании ряда технических дисциплин специального курса.

Исходными данными по конкретному использованию результатов исследования являются конструктивные решения магистральных газопроводов, стандартные методы и методики механических испытаний металлов и определения вязкости разрушения, нормативные и инструктивные документы, а также эксплуатационные характеристики газопроводов.

Оценка технико-экономической эффективности внедрения. Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов, полученных в диссертационной работе, достигаемый за счет продления межремонтных сроков на магистральных газопроводах в ЮКПФ АО «КазТрансГаз-Аймак» составил 3млн.820 тыс.тенге.

Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Полученные в диссертационной работе результаты позволяют прогнозировать длительную прочность, долговечность и остаточный ресурс магистральных газопроводов с учетом времени эксплуатации и могут быть применены не только для газопроводов, но и для резервуаров, цилиндрических сосудов, цистерн, силосов и т.д. Результаты исследования значительно дополняют ранее известные данные о механизме влияния длительности эксплуатации на прочность и сопротивляемость магистральных газопроводов разрушению, обладают новизной, практической ценностью и могут быть использованы для решения подобных задач в других отраслях промышленности.

Предложенные в работе методики оценки прочности и долговечности по эффективности, простоте реализации и достоверности превосходят существующие.

Условные обозначения: - коэффициент имеющий размерность напряжения и зависящий от объема и характера нагруженности, МПа; -коэффициент гомогенности, отражающий степень рассеяния характеристик исследуемого свойства; - среднее значение логарифмов ударной вязкости; -среднее значение вязкости, ; - значение ударной вязкости по -му испытанию; -вероятность, того что предельные напряжения не превосходят ; – коэффициент интенсивности напряжений трещины отрыва, ; – критический коэффициент интенсивности напряжении, ; модуль упругости, МПа; коэффициент Пуассона; температура перехода в хрупкое состояние, 0С; температура перехода в вязкое состояние, 0С;мера приближения к хрупкому разрушению; мера приближения к пластическому разрушению; состоянию; предел текучести, МПа; предел временного сопротивления, МПа; угол нагружения.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

1 Протопопов А.В., Джумабаев А.А., Жолшиева Л.А., Дутбаев Ж.Т., Алдашева Л.С. Методика испытания трубных сталей // Механика и моделирование процессов технологии. – Тараз, 2007. - №2. - С. 216-219.

2 Айнабеков А.И., Сулейменов У.С., Омашова Г.Ш., Алдашева Л.С. Влияние времени эксплуатации магистральных газопроводов на трещиностойкость трубной стали // Наука и образование Южного Казахстана. – Шымкент, 2009. - №3(76). - С. 80-83.

3 Айнабеков А.И., Арапов Б.Р., Сулейменов У.С., Омашова Г.Ш., Алдашева Л.С. Влияние длительности эксплуатации магистральных газопроводов на трещиностойкость материала труб // Механика и моделирование процессов технологии. – Тараз, 2009. - №1. - С. 11-14.

4 Сулейменов У.С., Омашова Г.Ш., Алдашева Л.С. Изменение механических свойств основного металла труб после длительной эксплуатации газопроводов // Известия Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова. – Бишкек, 2009. - №2. - С. 26-28.

5 Омашова Г.Ш., Алдашева Л.С. Влияние длительной эксплуатации на механические характеристики трубной стали 09Г2С // Труды республиканской научно-технич. конфер. «Современные состояние и перспективы усовершенствования преподавания строительных дисциплин». – Ташкент, 2009. – С. 96-99.

6 Айнабеков А.И., Омашова Г.Ш., Алдашева Л.С. Оценка влияния времени эксплуатации на трещиностойкость трубной стали на основе двухкритериального подхода // Труды Междунар. научно-практич. конфер. «Ауезовские чтения - 8». – Шымкент, 2009. – С.204-207.

7 Айнабеков А.И., Сулейменов У.С., Омашова Г.Ш., Алдашева Л.С. Механические свойства материала труб магистральных газопроводов после длительной эксплуатаций // Механика и моделирование процессов технологии. – Тараз, 2009. - №2. - С. 239-241.

8 Айнабеков А.И., Сулейменов У.С., Омашова Г.Ш., Алдашева Л.С. Методика оценки влияния длительности эксплуатации на механические свойства металла труб газопроводов // VIII Междунар. научно-практич. конфер. «Научный потенциал мира -2010». – София, 2010. – С.11-15.

9 Айнабеков А.И., Сулейменов У.С., Омашова Г.Ш., Алдашева Л.С. Оценка влияния времени эксплуатации на трещиностойкость трубной стали // Мaterial VI miedzynarodwej naukowi- praktycznej konferencji «Stosowane naukowe opracowania-2010». – Przemysl – 2010. Т.7 – С.10-15.

10 Айнабеков А.И., Омашова Г.Ш., Алдашева Л.С., Мамбеталиева У.Д. Оценка влияния длительности эксплуатации на ударную вязкость трубной стали // Механика и моделирование процессов технологии. – Тараз, 2010. - №1. - С. 156-159.

11 Айнабеков А.И., Омашова Г.Ш., Алдашева Л.С. Метод прогнозирования влияния длительности эксплуатации на механические свойства металла труб газопроводов // Наука и образование Южного Казахстана. – Шымкент, 2010. - №5(84). - С. 72-74.

12 Айнабеков А.И., Сулейменов У.С., Омашова Г.Ш., Алдашева Л.С. Влияние длительности эксплуатации газопроводов на характеристику вязкости трубной стали // VI Междунар. научно-практич. конфер. «Динамика современной науки-2010». – София, 2010. Т.9 – С.8-11.

Алдашева Лаура Сабитханызы

«за мерзім олдануды магистралды газбырлар металыны механикалы асиеттері мен ажуа арсыласуына серін баалауды методологиясы»

01.02.04 – Деформацияланатын атты дене механикасы

мамандыы бойынша техника ылымдарыны кандидаты

ылыми дрежесін алуа арналан диссертацияа

ТЖЫРЫМ

Зерттеу нысаны. Газ тасымалдауа арналан болатты магистралды газ бырлары.

Жмысты масаты. за мерзім олданудан газ желісіні быр болаттарыны механикалы асиеттері мен жарышаа тзімділігіне серін тжірибе жне теория жзінде баалау жне оны негізінде магистарлды бырларды за мерзімді беріктігі мен замерзімділігін баалау мен болжау дістемелерін жасау.

Жмысты жргізу тсілдері немесе дістері. Жмыста зерттеуді жргізу шін материалдарды стандартты механикалы сынауды жне ирау механикасыны жалпы дістері, серпімділік жне илемділік теориясы, ытималдылы теориясы мен математикалы статистика дістері олданылды.

Жмысты нтижелері:

• за мерзімді олданудаы быр металыны кйі бааланып олдану мерзімі мен болат быры беріктігі жне ттырлы асиеттері араларындаы туелділік бааланды;
• ирауды баалауды оскритериалды диаграммасы негізінде уаыт тумен быр металыны ттырлы асиеттеріні згеруін ескере газбырларыны ммкінді ирау трі сипатталан;
• газбырларыны болат беріктігі мен ттырлыы асиеттеріні згеруіні статистикалы нтижелері негізінде оларды за мерзімді беріктігі мен ирауа арсыласуы бааланды;
• быр металыны механикалы асиеттеріні таралу сипаттамалары негізінде газ бырларыны за мерзімді беріктігін болжау дістемесі жасалды;
• олдану уаытын ескере отырып, соы ттырлыыны таралу сипаттамалары негізінде газбырларды ирауа арсыласуын болжау дістемесі жасалды.

Негізгі конструкциялы, технологиялы жне техникалы сипаттамалары. Жргізілген зерттеулер нтижесінде газ бырлары металлыны за мерзімді беріктігін, за мерзімділігі мен ирауа арсыласуын баалауды дістемесі сынылды. дістемелерді маызы мен жаашылдыыны пайдалану уаытында металлды негізгі беріктік пен ттырлы сипаттамаларыны згеруін ескеруде болып табылады. быр болаттарыны за мерзімді беріктігін, за мерзімділік пен ирауа арсыласуын баалау мен болжау жне олданыс кезінде ирау сипаттамаларыны згеруін баалау дістемелері магистралды газ бырларын олдану мерзіміні жмыс істеу абілетілігіне серін баалауды жалпы методологиясына біріктірілген.

Жмыс нтижелерін ендіру дегейі. Орындалан зерттеулер нтижелері, газбырларыны за мерзімді беріктігі мен ирауа арсыласуын баалау жне болжау дістемелері «азТрансГаз-Айма» ОФ А жне Сайрам газ тарату басармасында ендіріліп жобалау, ныайту жне олданыстаы газбырларды жндеуде олдануа сынылды. Диссертациялы зерттеу нтижелерін ендіруді жалпы экономикалы тиімділігі 3млн.820 мы. тегені рады. Сонымен атар, жмыс нтижелері М. уезов ОМУ-ні оу процесіне ендірілді.

Енгізу сыныстары немесе ылыми-зерттеу жмысы нтижелерін енгізу орытындылары. Болат газбырларыны ирауа арсыласуына жне механикалы сипаттамаларына олдану уаытыны серін баалауа сынылан методологиясы, за мерзімді беріктік, за мерзімділік пен газбырларыны ирауа арсыласуын есепті баалау дістемелері, газбырларын олдануды ресурстарын болжау шін сынылан есептік тедеулер ылыми зерттеу, газ жне газдеу нерксіптеріні жобалау йымдарында магистралды газбырларын жобалау, олдану жне жндеуде, сонымен атар, жоары оу орындарында біратар техникалы арнайы курстарды оытуда олданысын табуы ммкін.

олдану саласы. Диссертациялы жмысты нтижелері магистралды газ бырларын пайдаланатын газ жне газды деу, энергетика, химия нерксіптерінде жне транспортта ке олданыс табуы ммкін.

Жмысты экономикалы тиімділігі немесе маыздылыы. Жмыста сынылан газбырлары жмыс істеу абілеттілігін, за мерзімді беріктігін жне оларды ирауа арсыласуын баалау жне болжау дістемелері замерзімділігін, ауіпсіздігін жне сенімділігін сіретін, шектік кйді болу ытималдыын ылыми негізде болжауа ммкіндік беретін, газбырларыны ирауа арсыласуына, беріктігіне олдану мерзіміні серін баалауды методологиясын жасауа баытталан.

Зерттеу нысанын дамытуды жобалы болжамы. быр болаттарыны механикалы асиеттеріні згеруін олдану уаытын ескере отырып зерттеу белгілі иындытар тудырады. Бл иындытар тжірибені жргізуді затыына, ртрлі конструкциялы жне технологиялы факторларды серлеріне байланысты. Осыан байланысты быр материалдарын жеделді сынау дістемелері мен дістерін дамыту ажеттілігі туындайды. сынылан магистралды газ бырларыны ирауа арсыласуын, за мерзімділігін жне за мерзімді беріктігін баалау дістемелері біратар технологиялы бырларды, резервуарлар мен газгольдерлерді жне за жмыс істейтін цилиндрлік абышаларды жобалауды біратар ылыми-тжірибелік есептерін шешуде олданылуы ммкін.

Aldasheva Laura Sabithanovna

«Scientific bases of an estimation of gas pipelines resistibility

to extended destructions»

01.02.04 –Mechanics of deformed solid substances for the researching degree candidate of technique

Summary

The object of the research: steel main pipelines for transportation of gas.

The aim of the research: the experimental and theoretical estimation of influence of duration of operation on mechanical characteristics and crack resistance of tube steels of gas pipelines and development of techniques of an estimation and forecasting of long-term strength and durability of the main gas pipelines on this basis.

The method and methodology of the work realization. Methods of standard mechanical tests of materials, the general methods of mechanics of destruction, the theory of elasticity and plasticity, methods of the theory of probability and mathematical statistics have been used in this work.

The results of the work:

• the condition of metal of pipes of long operated main gas pipelines is estimated and dependences of strength and viscous properties of steel pipeline from time of operation are established;
• possible character of destruction of gas pipelines in view of change of viscous properties of metal of pipes with time is described on the basis of two-criterion diagrams of an estimation of destruction;
• long-term strength and resistibility to destruction of gas pipelines pipe steels are estimated on the basis of statistical data of strength and viscous properties change in the process of their operation;
• the technique of forecasting of long-term strength of pipes of gas pipelines on the basis of dispersion of mechanical properties characteristics of metal of pipes is developed;
• the technique of forecasting of resistibility of gas pipelines to destruction on the basis of dispersion of impact strength characteristics with time of operation is developed.

The general constructive, technological and technical-exploiting characteristics. As a result of the lead researches techniques of an estimation of long-term strength, durability and resistibility to destruction of metal of pipes of gas pipelines are offered, the essence and novelty of which consists in the account of change of the basic strength characteristics and viscous properties of pipe steels in the process of operation. The developed techniques of an estimation and forecasting of long-term strength, durability and resistance to destruction of metal of pipes of gas pipelines and a technique of an estimation of change of character of destruction in the process of operation are incorporated in the general methodology of an estimation of influence of time of operation on working capacity of the main gas pipelines.

The introduction degree. Results of the executed researches, techniques of an estimation and forecasting of long-term strength and resistance to destruction of gas pipelines are introduced in Sairam State Institution and the Republican State Municipal Service “KazTransGas-Aimak” for using in projecting new gas pipelines, strengthening and repair of operated gas pipelines. The general economical effect of introduction of results of dissertational research was made in the sum of 3 million 820 thousand tenge and also are introduced in educational process of M. Auezov SKSU.

The references on introduction or the results of the scientific research introduction. The offered methodology of an estimation of operation time influence on mechanical characteristics and resistibility to destruction of gas pipelines pipe steels. This methodology includes the techniques of calculation estimation of long-term strength, durability and resistibility to destruction of the gas pipelines, the offered calculation formulas on forecasting a residual resource of gas pipelines will find application in the research, design organizations of gas and gas processing industry in projecting, operation and repair of the main gas pipelines, and also in high schools at teaching of some technical disciplines of a special course.

The field of application. Results of dissertational work will find wide application in gas and gas processing, power, chemical industry and transport where the main pipelines are widely exploited.

The economical efficiency or the importance of the work. The design procedures offered in work, estimations and forecasting of working capacity of gas pipelines, an estimation of long-term strength and resistibility to their destruction are directed on creation of scientific bases of methodology of an estimation of influence of operation time on strength, durability and resistibility of gas pipelines creation of which allows authentically, justifiably and on a scientific basis to predict the probability of limiting condition approach, will raise reliability, durability and safety of gas pipelines.

The forecasting proposals on developing the object of investigation. Research of of pipe steels mechanical properties change in view of operation time represents the certain difficulty connected with duration of carrying out of experiments, influence of various both constructional, and operational factors. In this connection the development of methods and technique of the accelerated statistical tests of pipes materials are demanded.

The offered techniques of an estimation of long-term strength, durability and resistibility of the main gas pipes to destructions can be used for the decision of some scientifically-practical problems of designing of technological pipelines, tanks, gas tanks, and long working cylindrical environments.

Подписано в печать 24.09.2010г.

Формат 60-84 1/16. Бумага ксероксная

Заказ № 1829. Объем 1,25 п.л. Тираж 100 экз.

Издательский центр Южно-Казахстанского государственного университета

им. М. Ауезова. г. Шымкент, пр. Тауке хана, 5