Оценка сопротивляемости разрушению магистральных газопроводов с учетом локального снижения температуры металла в зоне разрушения
УДК 622.691.4.053:539.421 На правах рукописи
Печерская светлана владимировна
Оценка сопротивляемости разрушению
магистральных газопроводов с учетом локального
снижения температуры металла в зоне разрушения
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 науки и образования Республики Казахстан
Научные консультанты: доктор технических наук, профессор Арапов Б. Р.
доктор технических наук, доцент Сулейменов У.С.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Мирсаидов М.
кандидат технических наук
Такибаева Г.А
Ведущая организация: Кыргызский государственный университет строительства,
транспорта и архитектуры им. Н. Исанова
Защита состоится 1 июля 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. Ауезова по адресу: 160012, г. Шымкент, пр. Тауке хана 5, каб. 215.
Автореферат разослан « 29 » мая 2010г.
Ученый секретарь
Диссертационного совета Д 14.23.01
доктор технических наук, профессор Волненко А.А.
Введение
Общая характеристика работы. Увеличение доли добычи газа в топливно-энергетическом балансе Республики Казахстан и рост экспорта на международные рынки приводят к интенсивному развитию сети магистральных газопроводов, а ужесточение условий их работы, увеличение пропускной способности за счет увеличения диаметра труб, повышения рабочих давлений и высокой степени физического старения приводят к росту повреждаемости и разрушению трубопроводов.
В связи с отмеченными особенностями проблема совершенствования методов и методик инженерного расчета и проектирования газопроводов, направленных на снижение вероятности возникновения разрушения газопроводов, требует проведения комплекса научных исследований, чему и посвящено настоящее исследование.
Основу исследования составляет теоретическое и экспериментальное изучение температурных условий работы и разрушения металла труб газопроводов и на основе полученных результатов усовершенствование методики оценки сопротивляемости газопроводов разрушениям.
Актуальность темы. В общей системе проблем развития топливно-энергетического комплекса и других, смежных с ним отраслей промышленности приоритетных для экономики Республики Казахстан, обеспечение бесперебойной работы и безопасности магистральных газопроводов относится к числу важных проблем.
В условиях повышения мощностей газопроводов за счет увеличения диаметра газопроводов, рабочих давлений и скоростей перекачки создаются условия, приводящие к росту вероятности возникновения разрушений в газопроводах.
В практике испытаний и эксплуатации магистральных газопроводов известно множество случаев довольно протяженных разрушений. Анализ характера и причин разрушения показал наличие в изломе коротких участков с хрупким характером разрушения.
Одной из возможных причин появления в очаге разрыва хрупких изломов может служить локальное снижение температуры металла в вершинах трещин за счет термодинамического расширения газа при разрыве, что подтверждается практикой ликвидации разрывов, при которых наблюдалось обмерзание труб газопроводов и грунта в зоне разрыва.
В условиях, когда по объективным причинам полностью исключить разрушения магистральных газопроводов невозможно, большое значение приобретают исследования, направленные на предупреждение распространения разрушения или управление их протяженностью.
В связи с этим, проведение комплексных исследований направленных на изучение особенностей разрушения газопроводов, связанных с локальным снижением температуры металла в зоне разрыва, анализ процессов, происходящих при этом, установление качественных и количественных данных, а также разработка обоснованной методики оценки сопротивляемости труб разрушениям является актуальной.
Работа выполнена в соответствии с госбюджетной темой кафедры «Прикладная механика» 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», включенной в тематический план научно-исследовательских работ ЮКГУ им. М. Ауезова на 2005-2010гг.
Целью работы является теоретическая и экспериментальная оценка влияния локального снижения температуры металла в зоне сквозного дефекта или распространяющейся трещины на сопротивляемость газопроводов разрушению и разработка на этой основе инженерной методики оценки сопротивляемости разрушению с учетом механизма их разрушения.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие научные задачи:
– изучение факторов, вызывающих разрушение газопроводов, и его механизма, современных критериев оценки сопротивляемости материалов труб разрушениям, методик расчета на прочность с учетом температурного фактора, а также методов оценки трещиностойкости металла труб газопроводов;
– исследование характера изменения давления и температуры потока газа и математическое описание газодинамических процессов, происходящих в зоне сквозного дефекта и быстроразвивающейся трещины;
– теоретическое исследование влияния изменения температуры в зоне разрушения на сопротивляемость газопровода протяженному разрушению;
– экспериментальное обоснование необходимости учета локального снижения температуры металла в зоне разрушения и связанного с ним механизма разрушения при оценке сопротивляемости газопроводов разрушению;
– разработка инженерной методики оценки сопротивляемости газопроводов протяженным разрушениям с учетом локального изменения температуры металла в зоне разрушения.
Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:
– исходя из закономерностей истечения газа из образовавшегося сквозного дефекта и быстрораспространяющейся трещины, предложена математическая модель описания изменения давления и температуры газа в зоне разрушения и определены количественные данные снижения температуры в процессе разрушения;
– с позиции силового критерия механики разрушения установлена зависимость между ударной вязкостью и коэффициентом интенсивности напряжений в условиях локального снижения температуры металла в зоне разрушения;
– на основе двухкритериальной диаграммы оценки разрушения описан характер разрушения газопровода с учетом локального изменения температуры металла в зоне разрушения;
– разработан метод аналитического расчета средней температуры транспортируемого газа в магистральном газопроводе;
– разработана инженерная методика оценки сопротивляемости газопровода разрушениям с учетом локального изменения температуры металла в зоне разрыва.
Научные положения, выносимые на защиту:
– математическая модель описания изменения давления и температуры потока газа в зоне разрушения и их зависимости от скорости распространения трещины разрушения;
– механизм разрушения газопровода при локальном изменении температуры металла труб в зоне разрушения с позиции двухкритериальной диаграммы оценки разрушения;
– методика расчета средней температуры транспортируемого газа в линейной части магистрального газопровода;
– инженерные методики расчета прочности и оценки сопротивляемости магистральных газопроводов разрушениям с учетом локального снижения температуры металла в зоне разрушения.
Практическая значимость полученных результатов работы заключается в разработанной методике оценки сопротивляемости газопроводов разрушениям, основанной на двухкритериальной диаграмме оценки разрушения и позволяющей учесть изменение температуры металла в зоне разрушения в процессе распространения магистральной трещины.
Установленные зависимости между ударной вязкостью металла труб и коэффициентом интенсивности напряжений позволяют на основе лабораторных испытаний стандартных образцов оценить трещиностойкость труб, обосновать нормативные требования к ударной вязкости и упростить процедуру расчета.
Предложенная методика аналитического расчета средней температуры газа в линейной части газопровода, позволяющая при известных технологических параметрах газа с достаточной для практических целей точностью выполнить прогнозные расчеты.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается:
– применением в теоретических исследованиях научных основ прикладной газовой динамики и механики разрушения;
– корректностью разработанных математических моделей, получением их решений на основе строгих аналитических методов, соответствием полученных критериальных зависимостей требованиям анализа размерностей физических величин;
– применением стандартных методов механических испытаний металлов для определения ударной вязкости и характеристик вязкости разрушения;
–удовлетворительной сходимостью результатов экспериментальных исследований с теоретическими данными и достаточной степенью апробации результатов исследования.
Практическая реализация результатов работы. Результаты диссертации внедрены на Сайрамском ГУ ЮКПФ АО «КазТрансГаз-Аймак» с общим экономическим эффектом в сумме 2,42 млн. тенге и применяются при проектировании магистральных газопроводов для оценки трещиностойкости и вероятности быстроразвивающегося разрушения.
Апробация работы: Основные результаты работы докладывались на Международных научных и научно-практических конференциях: «Ауезовские чтения-8: Научные достижения – основа культурного и экономического развития цивилизации» (г. Шымкент, 2009г); «Третьи Ержановские чтения» посвященной 20-летию Национальной инженерной академии РК (г. Актюбинск, 2010г); «Перспективные направления альтернативной энергетики и энергосберегающие технологии» (г. Шымкент, 2010г).
Основная часть
Во введении дана оценка современного состояния решаемой научной задачи, основание и исходные данные для разработки темы работы, обоснование необходимости проведения настоящей исследовательской работы, сведения о метрологическом обеспечении исследования; обоснована актуальность и научная новизна темы, показана ее связь с другими научно-исследовательскими работами, сформулированы цель и задачи исследования, отражены научные положения, выносимые на защиту, практическая значимость и степень реализации результатов работы, обоснованность и достоверность научных положений, сформулированных в диссертационной работе.
В первом разделе работы выполнен обзор литературных данных по температурным условиям работы, дан анализ факторов, вызывающих разрушение газопроводов, отмечены особенности условий эксплуатаций и разрушения магистральных газопроводов.
Показано, что частота разрушений газопроводов имеет определенную связь с изменением температуры окружающей среды и транспортируемого газа.
Анализ механизма разрушения газопроводов показал, что на стадии возникновения сквозного дефекта или трещины происходит местное охлаждение металла в зоне дефекта из-за термодинамического расширения и срабатывания дроссельного эффекта Джоуля – Томсона, а на стадии распространения трещины, в результате газодинамических процессов происходящих в устье трещины, возникают условия для снижения температуры, которые совместно с действием инерционных сил разворачивающихся берегов разрыва могут привести к лавинным разрушениям газопроводов.
Отмечено, что современные критерии оценки сопротивляемости газопроводов разрушению, методики расчетов прочности с учетом температурных факторов не учитывают локального снижения температуры металла в зоне сквозного дефекта и в процессе разрушения.
Установлена необходимость точной имитации процесса разрушения на всех стадиях появления и распространения трещины разрушения и с учетом изменения температурных условий работы металла труб в зоне разрушения.
По результатам проведенного литературного обзора сформулирована цель и определены задачи исследования.
Во втором разделе с целью количественного описания изменения давления и температуры газа в зоне возникновения сквозного дефекта и распространения трещины рассматриваются вопросы применения основ газовой динамики.
При исследовании локального изменения температуры металла предлагается рассматривать два случая: когда трещина или сквозной дефект стационарны и когда образовавшаяся трещина движется с определенной скоростью вдоль трубы.
Показано, что в зоне образования сквозного дефекта или медленно распространяющейся докритической трещины локальное снижение температуры металла в зоне дефекта будет иметь место, так как в этом случае в обязательном порядке срабатывает дроссельный эффект Джоуля – Томсона.
Снижение температуры потока газа для условий разрушений, наблюдавшихся в газопроводах, предложено оценивать величиной проходного давления в точке разрушения и значением коэффициента Джоуля-Томсона. Показано, что возможное снижение температуры за счет дроссельного эффекта при коэффициенте Джоуля-Томсона 
может достичь 
. Полагая, что охлажденный на величину 
поток газа способен понизить температуру металла в вершине магистральной докритической трещины на ту же величину 
, температура металла на этапе инициирования сквозной продольной трещины составит от 6 до -110С.
Для газопроводов большого диаметра с рабочим давлением 7,5 – 12МПа возможное изменение температуры газа, а вместе с ним изменение температуры металла в вершине трещины может составить от 30 до 400С.
Ввиду неопределенности размеров и топологии образовавшейся трещины, истечение газа из образовавшегося разрыва принято соответствующему процессу истечения газа из прямоугольного сопла с прямым срезом. Рассмотрена задача о свободном выбросе газа через образовавшийся разрыв в плоской постановке.
В качестве основы для оценки изменения давления газа и температуры в зоне распространения трещины принята теория сверхзвукового течения газа Прандтля – Майера с непрерывным увеличением скорости.
На основе решения следующей системы уравнений
,
, (1)
,
,
получены выражения для оценки изменения давления и температуры потока
газа в зоне разрушения:
(2)
(3)
Анализ формул и графиков зависимости температуры потока газа в соответствии с рисунком 1, показывает, что с возникновением трещины разрушения в течение относительно продолжительного времени в зоне вершины поддерживается довольно высокий уровень давления газа, который с возрастанием скорости распространения трещины уменьшается. Температура в вершине трещины снижается, и во многом будет зависеть от скорости декомпрессии газа в трубопроводе и от скорости распространения трещины разрушения.
Рисунок 1- Зависимость изменения температуры потока газа от скорости
Отмечено, что особая опасность данного снижения температуры заключается в том, что оно происходит в динамике за сравнительно короткий интервал времени и воздействует на локальные объемы металла, находящегося под возрастающим напряжением.
В третьем разделе обсуждаются результаты теоретических и экспериментальных исследований ударной вязкости и коэффициента интенсивности напряжений с учетом температурного фактора.
На первом этапе исследования испытаны образцы типа Шарпи из трубных сталей 09Г2С и 17ГС на ударный изгиб при различных температурных условиях. Механические характеристики сталей определены по испытаниям образцов по ГОСТ 1497-84 и приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Механические характеристики трубных сталей 09Г2С и 17ГС
| Марка стали | Механические характеристики металла | |||
предел текучести,  , МПа | предел прочности  , МПа | относительное удлинение  , % | относительное сужение  , % | |
| 09Г2С | 340 - 345 | 370 - 490 | 23 - 26 | 63 |
| 17ГС | 425 - 440 | 587 - 603 | 25 - 31 | 67 |
Испытания образцов Шарпи (тип 11 по ГОСТ 9454-78), вырезанных поперек прокатки, проводились на маятниковом копре КМ-30А. Диапазон температуры испытания составил от 200С до -600С. Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Изменение ударной вязкости материала труб 
при различных температурах испытаний
| Марка стали | Температура испытаний, 0С | ||||
| 20 | 0 | -20 | -40 | -60 | |
| 09Г2С | 236-252 | 213-228 | 163-182 | 105-136 | 68-99 |
| 17ГС | 156-168 | 150-156 | 112-122 | 102-110 | 68-80 |
На втором этапе исследования с целью установления связи между коэффициентом интенсивности напряжений 
и ударной вязкостью трубных сталей и определения характеристик трещиностойкости с учетом температурных условий работы металла газопровода проведены испытания образцов типа 3 по ГОСТ 25.506-85.
Результаты исследований приведены на рисунке 2.
Рисунок 2 – Зависимость критического коэффициента интенсивности напряжений от температуры металла для сталей 09Г2С (а) и 17ГС (б)
На основе проведенных исследований и анализа результатов испытаний, заимствованных из литературных источников, получены зависимости коэффициента интенсивности напряжений 
от ударной вязкости металла труб 
в виде:
. (4)
Показано, что зависимость (4) может быть использована для определения характеристик разрушения 
трубных сталей по ударной вязкости 
как при вязком, так и при хрупком разрушении.
Иллюстрацией этой зависимости является рисунок 3, где приведены зависимости, построенные по формуле (4) (кривые 1 и 2), а также результаты экспериментальных исследований по установлению значений 
для сталей 09Г2С и 17ГС.
Рисунок 3 – Зависимость критического коэффициента интенсивности напряжений 
от ударной вязкости 
Дано обоснование того, что приведенная зависимость позволяет количественно и качественно оценить снижение сопротивляемости металла труб разрушению при локальном снижении температуры металла на стадии инициирования магистральной трещины до критических размеров.
На следующем этапе исследования на основе двухкритериальной диаграммы оценки разрушения показано, что, хотя в процессе эксплуатации газопровода не могла образоваться температура из области критической температуры перехода, тем не менее, после появления сквозного дефекта или развития магистральной трещины за счет эффекта Джоуля-Томсона и газодинамических процессов, происходящих при разрушении, может реализоваться температура перехода.
На диаграмме рисунка 4, точками хрупкости 
и вязкости 
предельная кривая разделена на три участка: хрупкого разрушения с границами 
; смешанного разрушения с границами 
; вязкого разрушения с границами 
.
Из двухкритериальной схемы замечено, что 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.
Рисунок 4 – Схема оценки влияния снижения температуры в зоне разрушения на основе двухкритериальной диаграммы оценки разрушения
В связи с этим рассмотрено влияние снижения температуры в зоне разрушения и, соответственно, механических характеристик стали на величину 
:
. (5)
На конкретных примерах проиллюстрировано влияние локального снижения температуры металла в зоне разрушения на характер разрушения натурного газопровода.
В соответствии с рисунком 4 при локальном снижении температуры металла, а, следовательно, и снижении ударной вязкости металла труб, может реализоваться хрупкое разрушение труб, хотя при нормативной оценке сопротивляемости разрушению труб это не должно происходить.
В четвертом разделе работы на основе результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований описаны методика прочностного расчета и метод оценки сопротивляемости газопроводов разрушению с учетом локального снижения температуры металла труб в зоне разрушения. Разработан алгоритм прочностного расчета для оценки сопротивляемости магистральных газопроводов разрушениям. Обоснована возможность использования двухкритериальной диаграммы оценки разрушения для оценки сопротивляемости газопроводов хрупким, квазихрупким и вязким разрушениям.
Для обеспечения надежности работы трубопроводов и учета влияния локального снижения температуры металла в зоне сквозного дефекта или развивающейся трещины, предложено использовать следующую формулу:
. (6)
Учитывая, что в процессе транспортировки температура газа по длине изменяется в широких пределах и, учитывая необходимость и важность определения средней температуры газа в линейной части газопровода при оценке сопротивляемости газопроводов разрушению, в работе на основе уравнения энергии стационарного движения газа получено выражение для определения указанной температуры в виде:
. (7)
Полученное выражение при известных технологических параметрах дает возможность с достаточной для практических целей точностью аналитически рассчитать среднюю температуру газа линейного участка магистрального газопровода.
Рекомендации по расчетной оценке сопротивляемости газопроводов протяженным разрушениям и выбору оптимальных эксплуатационных параметров нашли применение в Сайрамском ГУ ЮКПФ АО «КазТрансГаз-Аймак». Общий ожидаемый экономический эффект от реализации результатов исследования составил 2,42 млн. тенге.
Заключение
Краткие выводы по результатам диссертационного исследования:
1. Установлено, что в процессе возникновения сквозного дефекта или трещины в газопроводе за счет дроссельного эффекта Джоуля-Томсона имеет место локальное снижение температуры металла труб в зоне разрыва или медленно растущей магистральной трещины.
На стадии разрушения локальное снижение температуры в вершине быстроразвивающейся трещины связано с газодинамическими процессами, происходящими в зоне разрушения.
2. Показано, что при коэффициенте Джоуля-Томсона 
локальное снижение температуры металла в зоне сквозного дефекта может достичь 
, а для газопроводов большого диаметра с рабочим давлением 7,5 – 12МПа возможное изменение температуры потока газа, а вместе с ним изменение температуры металла в вершинах трещины может составить от 30 до 400С.
На основе теории прикладной газовой динамики разработана математическая модель описания снижения давления и температуры потока газа в зоне разрушения и получены выражения для определения давления и температуры потока газа в вершине трещины при различных скоростях ее развития.
3. Испытаниями образцов типа Шарпи (тип 11 по ГОСТ 9454-78) на ударный изгиб, вырезанных поперек прокатки из листов трубной низколегированной сталей 09Г2С и 17ГС оценено влияние температурных условий эксплуатации на ударную вязкость металла труб. Показано значительное уменьшение ударной вязкости уже при температурах -200С.
4. Испытаниями образцов типа 3 по ГОСТ 25.506-85 определены зависимости критического коэффициента интенсивности напряжений от температуры металла для трубных сталей 09Г2С и 17ГС. На основе полученных зависимостей ударной вязкости и коэффициента интенсивности напряжений от температуры металла труб установлена связь между коэффициентом интенсивности напряжений и ударной вязкостью сталей и получено выражение, позволяющее качественно и количественно оценить снижение сопротивляемости металла труб разрушению с учетом локального снижения температуры металла в зоне разрушения на стадиях инициирования и развития трещины разрушения.
5. На основе двухкритериальной диаграммы оценки разрушения показано, что в процессе эксплуатации газопровода температура не должна достигать критической температуры перехода металла в хрупкое состояние, тем не менее, после появления сквозного дефекта или развития магистральной трещины за счет эффекта Джоуля-Томсона и газодинамических процессов, происходящих при разрушении, может оказаться ниже температуры перехода.
6. Разработаны методики расчета прочности и оценки сопротивляемости газопроводов разрушению с учетом локального снижения температуры металла труб в зоне разрушения. Обоснована возможность использования двухкритериальной диаграммы оценки разрушения для оценки сопротивляемости газопроводов хрупким, квазихрупким и вязким разрушениям. Для оценки сопротивляемости газопроводов разрушению с учетом влияния локального снижения температуры металла в зоне сквозного дефекта или развивающейся трещины, предложена формула для установления критического коэффициента интенсивности напряжений, которая учитывает дополнительное снижение коэффициента интенсивности напряжений.
- На основе уравнения энергии стационарного движения газа, учитывая необходимость использования при оценке сопротивляемости газопроводов разрушению средней температуры газа в линейной части газопровода, в работе получено выражение для определения указанной температуры.
Оценка полноты решений поставленных задач. В результате проведенных исследований получены результаты, включающие в себя методику оценки изменения давления и температуры газа в зоне сквозного дефекта и быстроразвивающейся трещины, методику оценки сопротивляемости газопроводов разрушению с учетом локального изменения температуры металла в зоне разрушения, основанную на двухкритериальной диаграмме оценки разрушения и связи между ударной вязкостью металла труб и критическим коэффициентом интенсивности напряжений, выражение для расчета средней температуры транспортируемого газа по длине трубопровода, которые, в целом, направлены на совершенствование научных основ оценки сопротивляемости магистральных газопроводов разрушениям.
Поставленные задачи решены, цель работы достигнута. Результаты работы доведены до внедрения в производство, что подтверждает обоснованность полученных в работе результатов, а также полноту решений поставленных перед работой задач.
Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов. Разработанные в работе математическое описание изменения температуры газа в зоне сквозного дефекта и развивающейся трещины, оценки сопротивляемости магистральных газопроводов разрушениям с учетом локального изменения температуры металла в зоне разрушения могут быть использованы при проектировании, строительстве и эксплуатации магистральных газопроводов с целью повышения надежности, безопасности и уменьшения риска аварий на газопроводах.
Исходными данными по использованию результатов исследования являются конструктивные решения газопроводов, существующие методы и результаты механических испытаний металлов на ударный изгиб и определения вязкости разрушения, нормативные документы, а также эксплуатационные параметры газопроводов.
Оценка технико-экономической эффективности внедрения. Экономический эффект от внедрения в производство результатов диссертационного исследования составил в Сайрамском ГУ ЮКПФ АО «КазТрансГаз-Аймак» – 2 млн. 420 тыс. тенге.
Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. На основании результатов работы разработана методика оценки сопротивляемости газопроводов разрушениям с учетом снижения локальной температуры металла в зоне сквозного дефекта и развивающейся трещины, которая с успехом может быть использована в науке и технике для проектирования не только газопроводов, но и сосудов и аппаратов высокого давления, реакторов. Предложенная методика является новой, так как в ней впервые учтено локальное изменение температуры, как при появлении сквозной трещины, так и при динамичном ее развитии, что соответствует реальным процессам, происходящим при разрушении, и доказывает научную ценность выполненной работы. Результаты исследования значительно дополняют ранее известные данные о механизме разрушений магистральных газопроводов, обладают новизной, практической ценностью и могут быть использованы для решения подобных задач в других отраслях промышленности.
Условные обозначения: 
– скорость звука в газе, м/с; 
– показатель адиабаты; 
– рабочее давление, МПа; 
– 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; 
– дополнительный критический коэффициент интенсивности напряжении, 
; 
предел текучести, МПа; 
предел временного сопротивления, МПа; 
угол нагружения; 
средняя температура транспортируемого газа в линейной части трубопровода, 0С; 
температура газа в начале трубопровода, 0С; 
температура газа конце трубопровода, 0С; 
- температура окружающей среды 0С; 
коэффициент Джоуля-Томсона; 
давление в газопроводе в начале и конце трубы, МПа.
Список опубликованных работ по теме диссертации
1 Исмаилов Б.Р., Олейников О.Л., Печерская С.В. Проблемы учета условий эксплуатации резервуаров в расчетах коррозионно-механической прочности и долговечности // Наука и образование Южного Казахстана. - Шымкент. - 2006. -№7(56). – С.79-82.
2 Исмаилов Б.Р., Олейников О.Л., Печерская С.В. Особенности описания процесса повреждения сталей в задачах прогнозирования долговечности коррозионностойкого оборудования // Научные труды ЮКГУ им. М. Ауезова.- Шымкент. -2006. -№11-12. – С.46-50.
3 Айнабеков А.И., Олейников О.Л., Печерская С.В. Оценка поврежденности элементов конструкций по моменту образования трещин малоцикловой усталости // Наука и образование Южного Казахстана.- Шымкент. - 2009. - №1(74) – С.10-14.
4 Айнабеков А.И., Сулейменов У.С., Печерская С.В. К совершенствованию методики измерения скорости распространения трещин при нагружении трубопроводов внутренним давлением // Наука и образование Южного Казахстана.- Шымкент. - 2009. -№6(79) – С.131-134.
5 Айнабеков А.И., Сулейменов У.С., Печерская С.В. Исследование распространения и остановки трещины на моделях газопроводов при нагружении их внутренним давлением // Труды междунар. научно - практич. конфер. «Ауезовские чтения-8: Научные достижения - основа культурного и экономического развития цивилизации».- Шымкент. -2009. - Т.10. – С.20-22.
6 Айнабеков А.И., Сулейменов У.С., Печерская С.В. Методология оценки сопротивляемости магистральных газопроводов разрушениям // Механика и моделирование процессов технологии.- Тараз. -2009. -№2. – С.268-272.
7 Айнабеков А.И., Сулейменов У.С., Печерская С.В. Оценка малоцикловой прочности сварных труб магистральных газопроводов // Вестник КазГАСА. – Алматы. - 2009. - №4 (34) – С.152-157.
8 Сулейменов У.С., Арапов Б.Р., Печерская С.В. Оценка изменения температуры газа в зоне разрушения магистрального газопровода // Труды междунар. научно-практич. конфер. «Ауезовские чтения-8: Научные достижения - основа культурного и экономического развития цивилизации». - Шымкент. -2009. – Т.10. – С.71-75.
9 Арапов Б.Р., Печерская С.В. О зависимости между ударной вязкостью 
материала труб газопроводов и критерием механики разрушения 
// Труды междунар. научно-практич. конфер. «Ауезовские чтения-8: Научные достижения - основа культурного и экономического развития цивилизации».- Шымкент. -2009. – Т.10. – С.28-31.
10 Айнабеков А.И., Сулейменов У.С., Печерская С.В. Оценка влияния локального изменения температуры металла в зоне разрушения на характер разрушения газопровода // Материалы междунар. научно-технич. конфер. «Третьи Ержановские чтения», посвященной 20-летию Национальной инженерной академии РК. - Актобе. -2010. – Т.1. – С.147-150.
11 Айнабеков А.И., Сулейменов У.С., Печерская С.В. Влияние температурных условий на разрушение магистральных газопроводов // Наука и образование Южного Казахстана.- Шымкент. -2010.–№1(80) – С.91-93.
12 Арапов Б.Р., Сулейменов У.С., Печерская С.В. Оценка средней температуры транспортируемого газа в линейной части магистральном газопроводе // Труды междунар. научно - практич. конфер. «Перспективные направления альтернативной энергетики и энергосберегающие технологии».- Шымкент. - 2010. – Т.2. – С. 116-119.
13 Арапов Б.Р., Сулейменов У.С., Печерская С.В. Определение трещиностойкости газопроводов с учетом температурных условий работы труб// Наука и образование Южного Казахстана.- Шымкент. - 2010. - №3(82). - С.39-43.
Печерская Светлана Владимировна
«ирау аймаында жергілікті металл температурасыны тмендеуін ескере газбырларыны ирауа арсыласуын баалау»
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 теориялы жне тжірибелік зерттеулер негізінде газбырларды ирауа арсыласуын тесік ааулары мен таралан жарышалар аймаындаы металл температурасыны тмендеуін ескере, баалау мен оны нтижесі негізінде ирау механизімін ескере, газбырларыны ирауа арсыласуын баалау дістемесін сыну болып табылады.
Жмысты жргізу тсілдері немесе дістері. Зерттеу барысында математикалы лгілеу, металдарды механикалы соы иілуге, жарышалар пайда болуына тзімділігін анытауа сынауды тсілдері, газды динамиканы, ирау механикасыны, серпімділік жне икемділікті жалпы дістері олданылды.
Жмысты нтижелері: пайда болан жылдам таралатын жарыша мен тесік аауларынан газды сырта таралуы задылытарын зерттеу негізінде ирау аймаындаы газ аыныны ысымы мен температурасыны згеруін сипаттайтын математикалы лгі жасалды жне ирау рдісінде температураны тмендеуіні санды шамалары аныталды; ирауды баалауды ос критерилі диаграммасы негізінде ирау аймаында металл температурасыны жергілікті згеруін ескере, газбырыны ирау ерекшеліктері сипатталды; ирау аймаында металл температурасыны жергілікті згеруі жадайында ирау механикасыны кштік критериі негізінде соы ттырлыы мен кернеуді арындылыы коэффииценті арасындаы туелділік аныталды; магистралды бырмен тасымалданатын газды быр зындыы бойынша орташа температурасын есептеуді аналитикалы тсілі сынылды; ирау аймаында металл температурасыны жергілікті згеруін ескеретін газбырларыны ирауа арсыласуын баалау тсілі жасалды.
Негізгі конструкциялы, технологиялы жне техникалы сипаттамалары. Жргізілген зерттеулерді негізін тесікті ааулар пайда болан жне жарышаларды дамуы кезіндегі газбырларыны температуралы жадайын теориялы жне тжірибелік зерттеулер рады. Зерттеулер нтижелері бойынша ирау аймаында металл температурасыны жергілікті згеруін ескеретін газбырларды беріктігі мен ирауа арсыласын баалау дістемелері ралды.
Жмыс нтижелерін ендіру дегейі. ылыми-зерттеу жмыстарыны нтижелері «азТрансГаз-Айма» ОФ А-ны Сайрам газ тарату басармасында жалпы ны 2,42 млн. тегені райтын экономикалы тиімділікпен ендірілді жне газбырларын жобалауда жылдам ирау мен жарышаларды пайда болу тзімділігін баалауда олданылды.
Енгізу сыныстары немесе ылыми-зерттеу жмысы нтижелерін енгізу орытындылары. Температуралы факторды ескере беріктікті есептеу, ирау аймаында температураны тмендеуін ескере газбырларыны ирауа арсыласуын баалау дістемелері, алынан есептік формулалары, соы ттырлыы, кернеулерді арындылыы коэффииценті мен пайдалану температурасы жне соы ттырлыы мен кернеулерді арындылыы коэффициенті арасындаы туелділіктер ндірісті ртрлі салаларыны, ылыми-зерттеу мен жобалау институттарыны ылыми жне инженерлік техникалы ызметкерлеріне магистралды газбырларын жобалау мен есептеу дістерін жаартуда олдануа сынылады.
олдану саласы. Диссертациялы жмысты нтижелері лкен диаметрлі газбырларын пайдаланатын газ жне газды деу, энергетика, химия жне транспорт нерксіптерінде магистралды газбырларын жобалауда, пайдалану жне жндеу кезінде ке олданыс табуы ммкін.
Жмысты экономикалы тиімділігі немесе маыздылыы. ткізілген зерттеулер негізінде ирау аймаында металл температурасыны жергілікті згеруін ескеретін газбырларыны ирауа арсыласуын баалау, беріктігін есептеу дістемелері алаш рет сынылуда. Олар инженерлік трыдан ажетті длдікпен жне сенімділікпен газбыры металыны наты жмыс ерекшелігін ескеруге ммкіндік береді.
Аныталан соы ттырлыы мен кернеуді арындылыы коэффициенті арасындаы туелділік стандартты лгілерді зертханалы жадайда сынау арылы бырларды жарышаларды пайда болуына арсыласуы мен соы ттырлыы шамасын нормалы талаптарын натылауа жне инженерлік есептеу тсілдерін жеілдетуге ммкіндік береді.
Магистралды газбырыны сызыты блігіндегі газды орташа температурасын аналитикалы есептеу дістемесі белгілі технологиялы параметрлерде практикалы масата жеткілікті длдікпен есептеуді жеілдетеді.
Зерттеу нысанын дамытуды жобалы болжамы. ирау аймаында металл температурасыны жергілікті згеруін ескеретін газбырларыны ирауа арсыласуын баалау, беріктігін есептеу дістемелері, соы ттырлыы, кернеулерді арындылыы коэффииценті мен пайдалану температурасы жне соы ттырлыы мен кернеулерді арындылыы коэффииценті арасындаы туелділіктер, газбырыны сызыты блігіндегі газды орташа температурасын аналитикалы есептеу дістемесі жоары ішкі ысымда жмыс істейтін ыдыстар мен аппараттарды, клбеу резервуарларды, цилиндрлік абышаларды ирауа арсыласуын баалауда олданылуы ммкін.
Pecherskaya Svetlana Vladimirovna
«The estimation of resistibility to destruction of main gas pipeline taking into account of local decrease temperature of metal in the destruction zone»
01.02.04 –Mechanics of deformed solid substances for the researching degree candidate of technique
SUMMARY
The object of the research is steel main pipelines for gas transportation.
The purpose of the research is the theoretical and experimental estimation influence of local decrease temperature of metal in the zone of through defect or spreading cracks to resistibility of gas pipelines to destruction and working out on this basis of an engineering technique of settlement estimation of resistibility to destruction taking into account the mechanism of their destruction.
Method and methodology of carrying out of work. The methods of mathematical modelling, mechanical tests of metals for a shock bend and definition of characteristics of crack durability, the general methods of gas dynamics, mechanics destruction, elasticity and plasticity theories have been used inn the process of carrying out of research.
The results of work:
-studying of laws of the expiration of gas from formed crack through defect and the extending crack offers mathematical model of the description of change of pressure and gas temperature in the zone of destruction and are defined quantitative given decrease temperatures in process destructions.
-on the basis two criteria destruction diagrammes character of destruction gas line taking into account local change of temperature of metal in the destruction zone is described.
-from a position power criteria mechanics of destruction dependence between impact strength and stress intensivity factor in the conditions of local decrease of temperature of metal in the destruction zone is established;
- the method of analytical calculation of average temperature of transported gas in the main gas pipeline is developed;
- the engineering technique of an estimation of resistibility of gas pipeline to destructions taking into account local change of temperature of metal in the rupture zone is developed.
The basic constructive, technological and tehnical-operational characteristics. The research basis make theoretical and experimental studying of temperature working conditions of gas pipeline at occurrence of through defects and developments of crack destruction and working out on the basis of their results of the design procedure stability and estimations of resistibility of gas pipelines to destructions taking into account local change of temperature of metal in the destruction zone.
Introduction degree. Results of dissertational work are introduced in Sairam GU UKPF joint-stock company <<KazTransGaz-Aimak>> with the general economic benefit in the sum of 2,42 million tenge and applied at projecting the main gas pipelines for estimation crack durability and probabilities of quickly developing their destructions.
Recommendations for introduction of work results.
Techniques stability calculation taking into account of the temperature factor, the estimation of resistibility of gas pipeline to destructions taking into account temperature decrease in the destruction zone, the obtained settlement formulas, the established dependences of impact strength, stress intensivity factor from temperature of operation and stress intensivity factor from impact strength of a trumpet steel to be recommended scientific, engineering - technical workers of various industries, design and to scientific research institutes for perfection of methods of calculation and projecting of the main pipelines.
Area of application. The results obtained in dissertational work can be found the application in gas, power, chemical and transport industries, where operates gas pipelines of the big diameter.
Economic efficiency or the importance of work. As a result of carried research techniques stability calculation and the estimation of resistibility of pipes of gas pipelines to destructions taking into account local decrease of temperature in the zone of destruction which are offered for the first time are developed and will allow with sufficient for engineering the purposes accuracy, authentic and is proved to consider in calculations real condition works of metal of pipes of gas pipelines.
Between impact strength of metal of pipes and criterion the stress intensivity factor allows to estimate the established dependences on the basis of laboratory researches of standard samples crack stability pipes, to prove standard requirements to impact strength and to ask engineering methods accounts.
The offered technique of analytical calculation of average temperature of gas in a linear part of a gas pipeline allows at known technological parametres of gas with sufficient for practical purposes accuracy to simplify calculations.
Forecast assumptions of development of object research. The offered methods of calculation of durability and the estimation of resistibility of gas pipelines to destructions, dependence of stress intensivity factor, impact strength from temperature of operation pipes, technique definition average temperature of linear part of the pipeline can be applied to the estimation of resistibility to destructions of oil pipelines, horizontal tanks, vessels and pressure devices.
Подписано в печать 26.05.2010г.
Формат 60-84 1/16. Бумага ксероксная
Заказ № 1742. Объем 1,25 п.л. Тираж 100 экз.
Издательский центр Южно-Казахстанского государственного университета
им. М. Ауезова. г. Шымкент, пр. Тауке хана, 5
