Експериментальні гідропневматичні випробування трубопроводів з монолітних і композитних труб в полігонних (натурних) умовах

Заголовок (англійською): 
Experimental hydropneum tests of pipelines made of monolithic and composite pipes in polygon (natural) conditions
Автор(и): 
Макаренко В.Д.
Гоц В.І.
Максимов С.Ю.
Макаренко Ю.В.
Кислюк Д.Я.
Автор(и) (англ): 
Makarenko V.D.
Hots V.I.
Maksymov S.Iu.
Makarenko Yu.V.
Kysliuk D.Y.
Ключові слова (укр): 
багатошарові труби, руйнування, надійність, технологія, зварюваність, полігонні випробування
Ключові слова (англ): 
multilayerpipes, destruction, reliability, technology, weldability, field tests
Анотація (укр): 
Доцільність скорочення паралельних прокладених ниток в одному напрямку, необхідність підвищення економічних показників транспортування газу обумовили швидке збільшення діаметра застосованих труб і величини робочого тиску; нинішній діаметр застосованих труб 1420 мм при тиску близько 7.5-8.0 МПа, як показують результати експериментальних досліджень, в тому числі полігонних випробувань, близький до оптимального. Все це сприяло тому, що в останні роки приділяється велика увага розробці нових конструкцій труб, зокрема використання при виготовленні трубопроводів багатошарових труб з використанням поточної автоматизованої технології виробництва. Багатошарові труби задовільно чинять спротив розповсю¬дженню крихкого і в’язкого руйнувань. Зупинка руйнувань відбулась в обох випробуваних відрізках на довжині одної труби. При цьому крихкий характер руйнування при вході в багатошарову трубу відразу змінився на в’язкий. В зв’язку з тим, що поперечна жoрсткість багатошарових труб значно менше жорсткості таких же труб з монолітною стінкою, зусилля, рухаюче в’язке руйнування по газопроводу на ділянці багатошарових труб, відповідно нижче, чим на ділянці труб з монолітною стінкою. Зниження зусилля рухаючого руйну-вання відбувається внаслідок різкого зменшення площі бортів труб, сприймаючих тиск газу і навантажуючих метал у вершині тріщини. Тому типовою схемою зупинки руйнування в газопроводі з багатошарових труб є перехід поздовжнього розповсюдження тріщини в кiльцеву із зупинкою руйнування по границі багатошарових і монолітних труб. В процесі експериментів була також перевірена працездатність труб у випадку розгерметизаціі зовнішнього шару багатошарової труби, навантаженої внутрішнім тиском газу, що імітувало механічні пошкодження труби, встановлено, що в чотиришаровій трубі повний розрив зовнішнього шару не порушує її працездатність навіть при довжині розриву 700-900 мм, що в 3 рази більше критичної довжини тріщини для аналогічних труб з монолітною стінкою. Таким чином, при забезпеченні герметичності внутрішнього шару багатошарової труби забезпечують задовільну працездатність газопроводів і ситуації, що вимагають раптової зупинки газопроводу при виникненні наскрізної тріщини, практично будуть виключені. Слід рекомендувати, щоб в багатошарових трубах загальна кількість шарів була не менше трьох. Значне збільшення числа шарів в багатошаровій трубі і зв’язане з цим зменшення товщини шара не рекомендується через зниження поперечної жорсткості, що ускладнює процес будівництва трубопроводів через можливость втрати стійкості чи зламу труб в процесі монтажних і укладальних робіт.
Анотація (англ): 
The expediency of reducing the parallellaid the reads in one direction, the need to increase the economic indicators of gas transportation caused a rapid increase in the diameter of the used pipes and the value of the working pressure; the current diameter of the used pipes is 1420 mm at a pressure of about 7.5-8.0 MPa, as shown by the results of experimental studies, including field tests, close to the optimal. All this contributed to the fact that in recent years much attention has been paid to the development of new pipe designs, in particular the use of multilayer pipes in the manufacture of pipelines using current automated production technology. Multilayer pipes satisfactorily resist the spread of brittle and ductile fractures. The fractures topped in both tested sections along the length of one pipe. At the same time, the brittle nature of the fracture at the entrance to the multilayer pipe immediately changed to ductile. Due to the fact that the transverse stiffness of multilayer pipes is much lower than the stiffness of the same pipes with a monolithic wall, the force driving viscous fracture along the gas pipeline in the section of multilayer pipes is correspondingly lower than in the section of pipes with a monolithic wall. The reduction in the force of driving destruction occurs due to a sharp decrease in the area of the pipe sides, which perceive the gas pressure and load the metal at the crack tip. Therefore, a typical scheme for stopping fracture in a gas pipeline made of multilayer pipes is the transition of a longitudinally propagating crack in to an annular one with the stopping of fracture along the boundary of multilayer and monolithic pipes. During the experiments, the operability of the pipes was also checked in the case of depressurization of the outer layer of a multilayer pipe loaded with internal gas pressure, which simulated mechanical damage to the pipe. It was found that in a four-layer pipe, a complete rupture of the outer layer does not violate its operability even with a rupture length of 700-900 mm, which is 3 times greater than the critical crack length for similar pipes with a monolithic wall. Thus, while ensuring the tightness of the inner layer, multilayer pipes provides at is factory operability of gas pipelines and situations requiring a sudden stop of the gas pipeline in the event of a through crack will be practically excluded. It should be recommended that the total number of layers in multilayer pipes beat least three. A significant increase in the number of layers in a multilayer pipe and the associated reduction in layer thickness is not recommended due to a decrease in transverse stiffness, which complicates the process of pipeline construction due to the possibility of loss of stability or breakage of pipes during installation and laying work.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2025, номер 114
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Strength of Materials and Theory of Structures, 2025, number 114
Мова статті: 
Українська
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
05-114_makarenko_v.d._goc_v.i._maksimov_s.yu_._makarenko_yu.v._kislyuk_d.ya_._.pdf
Дата публікації: 
04 June 2025
Номер збірника: 
114
Університет автора: 
Київський національний університет будівництва і архітектури, Інститут електрозварювання імені Євгена Патона НАН України, Університет “Манітобa”, м. Вінніпег, Канада, Луцький національний технічний університет
Литература: 
 
  1. Северинчик Н.А., Масник О.Т., Копей Б.В. Коррозия и коррозионная усталость подземного бурового оборудования // Львов:Вища школа:Изд-во при Львов ун-те. -144 с.
  2. В.Д. Макаренко, С.I. Грачев, Н.Н. Прохоров і ін. Сварка и коррозия нефтегазопроводов Западной Сибири // Киев: Наукова думка. -1996.-549 с.
  3. Андрейкiв О.Є., Никифорчин Г.М., Ткачов B.I. Miцнiсть i руйнування металiчних матерiалiв i елементiв конструкцiй у водневомiсних середовищах // Фiзико-механiчний iнститут: - Пiд ред. В.В. Панасюка, НАН Украіни, Фiзико-механiчнийiнститутiм. Г.В. Карпенка. - Львiв: Простiр-М, 2001. - С. 248-286.
  4. Ткачов В.І. Проблеми водневої деградації металів// Фіз.-хім. механіка матеріалів. -2000.--№4.—С. 7-14.
  5. Швачко В.И. Макромеханические аспекты обратимой водородной хрупкости// Физ.-хим. механика материалов. -2000.- №4.-С. 36-40.
  6. Макаренко В.Д., Крижанівський Є.І., Чернов В.Ю. Проблеми корозійної стійкості промислових трубопроводів // Нафтова і газова промисловість. -2002.-№6.-С. 42-44.
  7. Самойленко М.І., Функціональна надійність трубопровідних транспортних систем // Харків: ХНАМП. – 2009.-184 с.
  8. Насоніна Н.Г., Антоненко С.Є. Аналіз пошкодженості водопровідних і каналізаційних мереж // Сучасне промислове та цивільне будівництво. -2019.-Том15.-№1.-С. 23-34.
  9. Макаренко В.Д., Гоц В.І., Аргатенко Т.В. і ін. Дослідження аварійних трубопроводів// Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки, вип.42. -2023.-С. 49-58.
  10. Бриду А., Лафранс М., Прову И. Разработка новых сортов стали с повышенными характеристиками для транспорта кислого газа и нефти// Нефтегаз-Франция –ЮзичорАсье, 1986. -19 с.
  11. Исследование отечественных и зарубежных низколегированных сероводоролдостойких сталей длнефтегазопроводного оборудования/А.И. Радкевич, Р.К. Мелехов, Я.И. Спектор, Р.В. Яценко// Межотраслевая науч-конф. Конструкционные стали – прогрессивные процессы производства и эффективность применения. Днепропетровск, 1995. – С. 58-59.
  12. Василенко І.І., Шульте О.Ю., Радкевич О.І. Вплив хімічного складу і технології виробництва сталей на їх чутливість до водневого тріщино утворення та сірководневого корозійного розтріскування // Фіз-хім механіка матеріалів. -1990.-№4.-С. 8-22.
  13. Порівняльний аналіз корозійно-механічних властивостей вітчизняної трубної сталі 20ЮЧ з іноземними аналогами /О. Чапля, О. Радкевич, О. П’ясецький, Я. Cпектор // Машинознавство. -1999.-№8.- С. 52-56.
  14. Tyson W.R. Hydrogen Embrittlement and Hydrogen Dislocation Interactions // Corrosion. - 1980. Vol. 36, No. 8. - Рр. 441-443.
  15. Максимов С.Ю., Кіндрачук М.В., Винников Ю.Л. і ін. Корозійні руйнування залізобетонних конструкцій гідротехнічних споруд // Київ: НУБіП України. – 2021.-292с
  16. Макаренко В.Д., Коробко Б.О., Степова О.В. і ін. Методичний практикум експериментальних натурних випробувань труб.Монографія –Ніжин: НДУ ім.М.Гоголя. -2023. – 146 с.
  17. Макаренко В.Д., Стогній О.В., ГоцВ.І. і ін. Натурні випробування трубопроводів. Монографія –Ніжин: НДУ ім. М.Гоголя. -2023. – 154 с.
  18. Макаренко В.Д., Макаренко Ю.В. Експериментальні випробування трубопроводів. Монографія// Ніжин НДУ ім.М.Гоголя. -2020. – 543 с.
 
References: 
 1.     Severinchik N.A., Masnik O.T., KopejB.V. Korroziya I korrozionnaya ustalost' podzemnogo burovogo oborudovaniya (Corrosion and corrosion fatigue of underground drilling equipment) // L'vov:Vishchashkola: Izd-vopriL'vovun-te. -144s.2.     V.D. Makarenko, S.I. Grachev, N.N. Prokhorov і іn. Svarka i korroziya neftegazoprovodov Zapadnoj Sibiri (Welding and corrosion of oil and gas pipelines in Western Siberia ) //Kyev: Naukova dumka. -1996.-549 s.3.     Andreikiv O.Ie., Nykyforchyn H.M., TkachovB.I. Mitsnist I ruinuvannia metalichnykh materialiv I elementiv konstruktsii u vodnevomisnykh seredovyshchakh (Strength and failure of metallic materials and structural elements in hydrogen-containing environments ) // Fizyko-mekhanichnyi instytut: - Pid red. V.V. Panasiuka, NAN Ukrainy, Fizyko-mekhanichnyi instytut im. H.V. Karpenka. - Lviv: Prostir-M, 2001. - S. 248-286.4.     TkachovV.I. Problemy vodnevoi dehradatsii metaliv (Problems of hydrogen degradation of metals) // Fiz.-khim. mekhanikamaterialiv. -2000.--№4.—S. 7-14.5.     ShvachkoV.I. Makromekhanicheskie aspekty obratimoj vodorodnoj khrupkosti (Macromechanical aspects of reversible hydrogen embrittlement ) // Fiz.-him. mekhanika materialov. -2000.- №4.-S. 36-40.6.     Makarenko V.D., KryzhanivskyiYe.I., Chernov V.Iu. Problemy koroziinoi stiikosti promyslovykh truboprovodiv (Problems of corrosion resistance of industrial pipelines) // Naftovaihazovapromyslovist. -2002.-№6.-S.42-44.7.     Samoilenko M.I. Funktsionalna nadiinist truboprovidnykh transportnykh system (Functional reliability of pipeline transportation systems )// Kharkiv: KhNAMP. – 2009.-184 s.8.     Nasonina N.H., Antonenko S.Ie. Analiz poshkodzhenosti vodoprovidnykh i kanalizatsiinykh merezh (Analysis of damage to water and sewernet works) // Suchasne promyslove ta tsyvilne budivnytstvo. -2019.-Tom15.-№1.-S. 23-34.9.     Makarenko V.D., Hots V.I., Arhatenko T.V. i in. Doslidzhennia avariinykh truboprovodiv (Investigation of emergency)// Problemy vodopostachannia, vodovidvedennia ta hidravliky, vyp. 42. -2023.-S.49-58.10.   Bridu A., Lafrans M., Provu I. Razrabotka novykh sortov stali s povyshennymi kharakteristikami dlya transporta kislogo gaza i nefti (Development of new grades of steel with improved characteristics for the transport of acid gas and oil )// Neftegaz-Franciya –YuzichorAs'e, 1986. -19 s.11.   A.I. Radkevich, R.K. Melekhov, YA.I. Spektor, R.V. Yacenko Issledovanie otechestvennykh i zarubezhnykh nizkolegirovannykh serovodoroldostojkikh stalej dlia neftegazoprovodnogo oborudovaniya (Research of domestic and foreign low-alloy hydrogen sulfide-resistant steels for oil and gas pipeline equipment) // Mezhotraslevaya nauch-konf. Konstrukcionnye stali – progressivnye processy proizvodstva i ehffektivnost' primeneniya. Dnepropetrovsk, 1995. – S.58-59.12.   Vasylenko I.I., Shulte O.Iu., Radkevych O.I. Vplyv khimichnoho skladu i tekhnolohii vyrobnytstva stalei na yikh chutlyvist do vodnevoho trishchynoutvorennia ta sirkovodnevoho koroziinoho roztriskuvannia (The influence of the chemical composition and production technology of steels on their sensitivity to hydrogen cracking and hydrogensulfide corrosion cracking) // Fiz-khim mekhanik amaterialiv. -1990.-№4.-S. 8-22.13.   O. Chaplia, O. Radkevych, O. Piasetskyi, Ya. Spektor. Porivnialnyi analiz koroziino-mekhanichnykh vlastyvostei vitchyznianoi trubnoi stali 20YuCh z inozemnymy analohamy (Comparative analysis of corrosion and mechanical properties of domestic pipe steel 20Yuch with foreign analogues)  //Mashynoznavstvo. -1999.-№8.- S. 52-56.14.   Tyson W.R. HydrogenEmbrittlementandHydrogenDislocationInteractions // Corrosion. - 1980. Vol. 36, No. 8. - Рр. 441-443.15.   Maksymov S.Iu., Kindrachuk M.V., Vynnykov Yu.L. i in. Koroziini ruinuvannia zalizobetonnykh konstruktsii hidrotekhnichnykh sporud (Corrosion damage of reinforced concrete structures of hydraulic structures) // Kyiv: NUBiPUkrainy. – 2021.-292 s.16.   Makarenko V.D., Korobko B.O., Stepova O.V. i in. Metodychnyi praktykum eksperymentalnykh naturnykh vyprobuvan trub (Methodical workshop on experimental full-scale pipe tests ) // Monohrafiia –Nizhyn: NDU im.M.Hoholia. -2023. – 146 s.17.   Makarenko V.D., Stohnii O.V., HotsV.I. i in. Naturni vyprobuvannia truboprovodiv (Field tests of pipelines ) // Monohrafiia – Nizhyn: NDU im. M.Hoholia. -2023. – 154 s.18.   Makarenko V.D., Makarenko Yu.V. Eksperymentalni vyprobuvannia truboprovodiv (Experimental testing of pipelines) // Monohrafiia - Nizhyn NDU im.M.Hoholia. -2020. – 543s.