Метою дисертаційної роботи є встановлення закономірностей розвитку тріщиноподібних дефектів у трубних сталях 17Г1С і 10Г2СД і визначення критичних параметрів їх тріщиностійкості, а також розроблення технології усунення впливу експлуатаційних дефектів на працездатність магістральних газопроводів. Досягнення поставленої мети вимагало вирішення таких завдань: - визначити базові характеристики міцності та циклічної тріщиностійкості трубних сталей 17Г1С та 10Г2СД із урахуванням впливу параметрів навантаження та експлуатаційного середовища, а також характеристики опору руйнуванню металів тривало експлуатованих магістральних газопроводів; адаптувати розрахункову методику прогнозування розвитку тріщиноподібних дефектів напівеліптичної форми в стінці труби за величиною внутрішнього тиску транспортованого продукту; - встановити закономірності подальшого розвитку і зміни форми діагностованих поверхневих тріщиноподібних дефектів та запропонувати підходи до оцінювання подальшої експлуатації дефектних газопроводів; - дослідити вплив експлуатаційних факторів (поверхневих дефектів, корозійного середовища, тривалості експлуатації), поверхневого зміцнення та протикорозійної поверхневої обробки металу газопровідної труби на втомну міцність і запропонувати спосіб ремонту газопроводів, який ускладнює утворення втомних та корозійно-втомних тріщин на оброблюваній поверхні труб; - впровадити результати досліджень в інженерну практику при технічному діагностуванні та ремонті тривало експлуатованих магістральних газопроводів. ЗМІСТ ВСТУП 5 РОЗДІЛ 1 ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМИ TA АНАЛІЗ її СУЧАСНОГО СТАНУ. МЕТА TA ЗАВДАННЯ РОБОТИ 11 1.1 Сучасний стан надійності тривало експлуатованих газопроводів України 11 1.2 Проблема забезпечення безаварійної роботи та подовження ресурсу. Вплив експлуатаційних корозійно-механічних дефектів на руйнування газопровідних мереж 14 1.3 Застосування підходів механіки деформованого твердого тіла до оцінки міцності та ризику руйнування газопроводів з тріщиноподібними та корозійно-механічними дефектами 23 1.4 Аналіз існуючих підходів до оцінки міцності та працездатності газопроводів з корозійно-втомними тріщинами 28 Висновки до розділу 1. Мета та завдання роботи 38 РОЗДІЛ 2 МЕТОДОЛОГІЯ ДОСЛІДЖЕНЬ TA її ОБҐРУНТУВАННЯ 39 2.1 Об'єкти та матеріали для досліджень 39 2.2 Механічні характеристики сталей газопроводів 42 2.3 Методика та дослідне устаткування для визначення характеристик опору поширенню тріщин у трубопровідних сталях в експлуатаційних умовах 44 2.4 Методика та дослідне устаткування для визначення зони термічного впливу зварних швів труб газопроводів 50 2.5 Методика та дослідне устаткування для визначення характеристики опору руйнуванню металу трубопровідних сталей 52 2.6 Методика та дослідне устаткування для визначення нормальних залишкових напружень першого роду в поверхневих шарах фрагментів газопровідних труб 55 2.7 Методика та дослідне устаткування для випробування фрагментів газопровідних труб на втомну міцність 60 Висновки до розділу 2 62 РОЗДІЛ З ВИЗНАЧЕННЯ ВПЛИВУ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ЧИННИКІВ НА ОШР РОЗВИТКУ ТРІЩИНОПОДІБНИХ ДЕФЕКТІВ У ГАЗОПРОВОДАХ 63 ЗЛ Аналіз впливу чинників на надійність тривало експлуатованих лінійних ділянок газопроводів 63 3.2 Визначення параметрів зварного шва магістрального газопроводу "Київ - Західна Україна І нитка" 65 3.3 Характеристики циклічної тріщиностійкості металу магістрального газопроводу "Київ - Західна Україна І нитка" 66 3.4 Характеристики циклічної тріщиностійкості зони термічного впливу металу зварного шва магістрального газопроводу "Київ - Західна Україна І нитка" 73 3.5 Характеристики циклічної тріщиностійкості сталей магістрального газопроводу "Пасічна - Долина". Вплив тривалості експлуатації та корозійних середовищ 77 3.6 Визначення характеристик опору руйнуванню металу тривало експлуатованих труб магістрального газопроводу "Київ - Західна Україна І нитка" 81 Висновки до розділу 3 84 РОЗДІЛ 4 BHJIHB ФОРМИ ПОВЕРХНЕВИХ ТРІЩИНОПОДІБНИХ ДЕФЕКТІВ НА УМОВИ РУЙНУВАННЯ ТРИВАЛО ЕКСПЛУАТОВАНИХ ГАЗОПРОВОДІВ 86 4.1 Особливості методики аналітично-числової оцінки кінетики та зміни форми корозійно-втомних тріщиноподібних дефектів у процесі їх розвитку в стінці газопровідної труби 86 4.2 Експериментальне дослідження кінетики розвитку втомної тріщини у стінці газопроводу 91 4.3 Оцінювання порогових та граничних розмірів осьових корозійно-втомних тріщин, що розвиваються із боку зовнішньої стінки труби газопроводу 95 4.4 Взаємозв'язок між граничними і пороговими формами осьових поверхневих тріщиноподібних дефектів 102 4.5 Оцінювання небезпеки зовнішніх осьових напівеліптичних тріщин різних форм у стінці труби магістрального газопроводу "Київ - Західна Україна І нитка" 104 4.6 Оцінювання умов руйнування газопроводів тривалої експлуатації 106 Висновки до розділу 4 109 РОЗДІЛ 5 УСУНЕННЯ ВПЛИВУ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ДЕФЕКТІВ НА ПРАЦЕЗДАТНІСТЬ ТРИВАЛО ЕКСПЛУАТОВАНИХ ГАЗОПРОВОДІВ 111 5.1 Аналіз причин, що впливають на працездатність тривало експлуатованих лінійних ділянок газопроводів 111 5.2 Визначення базових параметрів навантаження для оцінювання поведінки фрагментів тривало експлуатованих газопровідних труб 113 5.3 Вивчення впливу концентратора напружень на довговічність елементів труб в умовах максимально допустимої завантаженості газопроводу 116 5.4 Вивчення впливу корозійного середовища на довговічність елементів труб в умовах максимально допустимої завантаженості газопроводу 120 5.5 Вивчення впливу поверхневої обробки на довговічність елементів труб в умовах максимально допустимої завантаженості газопроводу 124 5.6 Вивчення впливу ремонтних технологій на довговічність елементів труб в умовах максимально допустимої завантаженості газопроводу 132 5.7. Оцінка умов експлуатації газопроводу з експлуатаційними дефектами 136 Висновки до розділу 5 145 ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ TA ВИСНОВКИ 147 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 150 ДОДАТКИ 166 ДОДАТОК А 167 ДОД АТОК Б 170 ДОДАТОК В 193