Гидроиспытания трубных секций с коррозионными повреждениями в режиме малоциклового нагружения

Abstract

Рассмотрены особенности развития эксплуатационных коррозионных дефектов трубопроводов при малоцикловом режиме нагружения внутренним давлением. Гидравлические испытания поврежденных труб выполняли на стенде. Напряженно-деформированное состояние образцов при нагружении внутренним давлением исследовали на основании расчетов методом конечных элементов. Выявлено, что влияние размеров дефекта на статическую прочность и концентрацию напряжений (циклическую прочность) различно, поскольку степень снижения статической прочности определяется, в первую очередь, длиной и глубиной дефекта, а его влияние на коэффициент концентрации напряжений зависит, кроме того, и от ширины. Расчет долговечности основывался на результатах анализа напряжений и нормативных показателях механических свойств материала. Оценка выполнялась с использованием усталостной кривой с введенными коэффициентами запаса по условным напряжениям nσ – 2, количеству циклов nN – 20. Полученные результаты показали, что эксплуатация испытываемых труб при допустимом расчетном давлении небезопасна. Циклические испытания натурных образцов подтвердили возможность малоциклового разрушения в зоне коррозионных дефектов в период эксплуатации трубопровода вследствие возникновения продольной усталостной трещины на поверхности повреждения. Установлено, что малоцикловая прочность трубопровода определяется уровнем местных циклических деформаций в дефекте, который зависит от его размеров и параметров эксплуатационной нагрузки.

Features of development of in-service corrosion defects in pipelines at low-cycle mode of loading by inner pressure were studied. Hydraulic testing of damaged pipes was performed in the testing facility. Stress-strain state of the samples at loading by inner pressure was studied on the basis of calculation by finite element method. It is revealed that the influence of defect size on static strength and stress concentration (cyclic strength) is different, as the degree of static strength lowering is determined, primarily, by the length and depth of the defect, and its influence on stress concentration factor also depends on width. Calculation of fatigue life was based on the results of analysis of stresses and normative values of material mechanical properties. Evaluation was performed using S-N curve with introduced margins on engineering stress, nσ – 2, and cycle number nN – 20. Derived results showed that operation of tested pipes at admissible design pressure is unsafe. Cyclic testing of full-scale samples confirmed the possibility of low-cycle fracture in the corrosion defect zone during pipeline service, as a result of initiation of a longitudinal fatigue crack on the damaged surface. It is established that pipeline low-cycle strength is determined by the level of local cyclic deformations in the defect that depends on its dimensions and parameters of service load.