Мета дослідження - забезпечення працездатності магістральних газопроводів в процесі тривалої експлуатації у гірській місцевості за рахунок удосконалення методів аналізу напружено-деформованого стану і оцінки міцності труб з урахуванням деградації матеріалу, відхилення від прямолінійності траси і наявності локальних пластичних деформацій. Для досягнення поставленої в роботі мети розглядаються такі наукові задачі: - оцінити структурні зміни в трубній сталі магістральних газопроводів в процесі тривалої експлуатації та їх вплив на фізико-механічні характеристики сталі і коефіцієнти запасу міцності потенційно небезпечних ділянок; - дослідити вплив локальних пластичних деформацій магістральних газопроводів на фізико-механічні властивості експлуатованої трубної сталі; - дослідити вплив механічних характеристик матеріалу і відхилення від прямолінійності траси на параметри пружно-пластичного деформування труб в процесі спорудження і ремонту магістральних газопроводів; - дослідити вплив залишкових напружень, обумовлених локальним пластичним деформуванням магістрального трубопроводу, на напружено-деформований стан та на міцність труби; - провести експериментальні дослідження пружно-пластичного деформування і міцності труби в лабораторних умовах з метою перевірки допущень, прийнятих у теоретичних дослідженнях, а також вивчення зміни значень коерцитивної сили трубної сталі 17Г1С в процесі експлуатації. Об'єкт досліджень: працездатність магістральних газопроводів в процесі тривалої експлуатації у гірській місцевості. Предмет досліджень: забезпечення працездатності магістральних газопроводів тривалої експлуатації у гірській місцевості за наявності деградації трубних сталей, непрямолінійності траси і локальних пластичних деформацій. ЗМІСТ ВСТУП 5 РОЗДІЛ 1. СУЧАСНИЙ СТАН ПРОБЛЕМИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПРАЦЕЗДАТНОСТІ ТРУБОПРОВОДІВ І ОБГРУНТУВАННЯ НАПРЯМКІВ ДОСЛІДЖЕНЬ 12 1.1. Особливості тривалої експлуатації газотранспортної системи на території Західної України 12 1.2. Аналіз аварій на магістральних газопроводах і причини їх виникнення 14 1.3. Аспекти процесу старіння трубних сталей 19 1.4. Проблеми забезпечення працездатності магістральних трубопроводів 24 1.4.1. Вплив умов експлуатації магістральних трубопроводів на їхній технічний стан 26 1.4.2. Методи оцінки міцності магістральних трубопроводів тривалої експлуатації 28 1.4.3. Експериментальні методи оцінювання технічного стану ділянок магістральних трубопроводів 30 1.5. Особливості експлуатації газопроводів, що транспортують газ, який містить сірководень 33 1.6. Методи ремонту лінійної частини магістральних трубопроводів ....37 1.7. Основні задачі та напрямки дослідження 39 РОЗДІЛ 2. ВПЛИВ ТРИВАЛОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ НА ФІЗИКО- МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ СТАЛЕЙ МАГІСТРАЛЬНИХ ГАЗОПРОВОДІВ І ЇХ ЗАЛИШКОВУ МІЦНІСТЬ 40 2.1. Структурні зміни в сталях магістральних трубопроводів в процесі старіння 40 2.2. Дослідження характеристик міцності, пластичності і опору корозійному розтріскуванню трубної сталі 17Г1С 45 2.2.1. Визначення механічних характеристик трубної сталі 17Г1С 45 2.2.2. Проведення досліджень ударної в'язкості сталей 48 2.2.3. Випробування зразків труб на циклічну тріщиностійкість ....54 2.2.4. Випробування зразків труб із сталі 17Г1С на опірність сірководневому корозійному розтріскуванню під напруженням 60 2.2.5. Аналіз корозійної стійкості сталі 63 2.3. Визначення мікротвердості металу труби 63 2.3.1. Дослідження схильності до воднем ініційованого розтріскування (ВІР) трубної сталі 17Г1С 72 2.3.2. Визначення швидкості корозії металу масометричним методом 73 2.3.3. Дослідження впливу сірководневого середовища на властивості трубної сталі 17Г1С 75 2.4. Врахування деградації параметрів трубних сталей під час визначення залишкової міцності ділянок магістральних газопроводів з дефектами 81 Висновки до розділу 3 89 РОЗДІЛ 3. ВПЛИВ ПРУЖНО-ПЛАСТИЧНОГО ДЕФОРМУВАННЯ ТРУБ НА ПРАЦЕЗДАТНІСТЬ МАГІСТРАЛЬНИХ ГАЗОПРОВОДІВ 92 3.1. Визначення згинального моменту в трубі з урахуванням пружно-пластичних деформацій 92 3.1.1. Визначення радіуса кривизни осі трубопроводу за результатами геодезичних вимірювань 93 3.1.2. Залежність між згинальним моментом і кривизною осі труби в процесі пружно-пластичного деформування 94 3.2. Вплив зміцнення матеріалу в процесі пружно- пластичного деформування труби на значення згинального моменту 99 3.3. Сумісний вплив викривлення осі трубопроводі і зміни температури на характеристики напруженого стану труби 102 3.4. Вплив локальних пластичних деформацій на напружено-деформований стан труби 107 Висновки до розділу 3 125 РОЗДІЛ 4. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ЛОКАЛЬНИХ ПЛАСТИЧНИХ ДЕФОРМАЦІЙ НА НАПРУЖЕНО- ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН ТРУБОПРОВОДІВ 127 4.1. Експериментальне визначення напружено-деформованого стану труби в зоні локальних пластичних деформацій 127 4.1.1. Устаткування для дослідження НДС труби в зоні локальних пластичних деформацій 128 4.1.2. Визначення НДС труби електромагнітним методом 133 4.1.3. Визначення граничного стану металу ділянок резервуара в зонах локальних пластичних деформацій, з використанням коерцитиметричного методу 136 4.1.4. Оцінка несівної здатності дослідного резервуара 144 Висновки до розділу 4 147 ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ 149 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 152 Додаток А 175