Комплексний аналіз працездатності зварювальних з’єднань труб газопроводів з різною в’язкістю

Заголовок (англійською): 
Comprehensive analysis of the performance of welding joints of gas pipelines with different viscosities
Автор(и): 
Макаренко В.Д.
Войтович О.А.
Макаренко Ю.В.
Caвенко В.І.
Винников Ю.Л.
Автор(и) (англ): 
Makarenko V.D.
Voitovych O.A.
Makarenko Y.V.
Savenko V.I.
Vynnykov Yu.L.
Ключові слова (укр): 
труба, деформація, тріщина, пластична зона, полігон
Ключові слова (англ): 
: pipe, deformation, crack, plastic zone, polygon
Анотація (укр): 
Проведені натурні випробування газопровідних труб з різною в’язкістю в умовах полігону які максимально наближені до натуральних умов експлуатації газопроводів. Експериментально досліджена кінетика розповсюдження тріщин уздовж зварних з’єднань - їх траєкторія, перехід із зварювального шва в основний метал труби і на оборот, швидкість руху тріщин у в’язкому і крихкому металі та визначені зони пластичної деформації. Відомо, що випробування на зразках Менаже, Шарпі та інших, які мають товщини, не відповідаючи товщині стінок труб, не відображають реальну картину в’язко-пластичних і крихких руйнувань, що не дозволяє розробити методику чи модель прогнозування остаточного ресурсу (безаварійного) газопроводів тривалого терміну експлуатації. В той же час теоретичні і лабораторні дослідження не завжди з достатньою повнотою відповідають на питання, пов’язані безпосередньо із забезпеченням довговічності і безаварійної працездатності трубопроводів. Вірогідно, що в лабораторних умовах підприємств чи наукових закладів важко відтворити і урахувати всі фактори, які характеризують зростання і розповсюдження руйнування в реально діючому газопроводі. Тому дані лабораторних досліджень потрібно перевіряти і обов’язково уточнювати по результатах пневматичних випробувань довгомірних трубних секцій, тобто в теперішній час гостро назріла необхідність поєднання лабораторних і натурних випробувань труб газопровідної мережі. Такі випробування не є масовими, але в результаті їх виконання отримують важливу інформацію стосовно поведінки і властивостей металу в умовах навантаження і експлуатації, найбільш наближених до експлуатаційних. В полігонних випробуваннях використовували труби діаметром 1000х18мм, які пройшли контрольовану прокатку (сталь класу Х70 – марки 06Г2БА) на робочий тиск РР = 9.7 МПа (в північному – низькотемпературному виконанні). Дослідження на розтягування, вивчення ударної в’язкості, міцності і пластичності металу шва проводили за стандартними методиками, викладеними в роботах [2-5].В процесі проведення експериментів застосовували у великій кількості датчики температури тиску деформацій напруження швидкості розповсюдження тріщини та ін. Отримані результати щодо кінетики руйнування натуральних труб в полігонних умовах закладають підґрунтя для розробки математичної моделі інженерного прогнозу залишкового (безаварійного) ресурсу діючих на нафтогазових родовищах трубопроводів.
Анотація (англ): 
Full-scale tests of gas pipelines with different viscosities were carried out in landfill conditions, which are as close as possible to the natural conditions of operation of gas pipelines. The kinetics of crack propagation along welded joints - their trajectory, the transition from the weld seam to the base metal of the pipe and vice versa, the speed of movement of cracks in viscous and brittle metal and defined zones of plastic deformation - were experimentally investigated. It is known that tests on Menaget, Charpy and other samples, which have thicknesses that do not correspond to the thickness of the pipe walls, do not reflect the real picture of visco-plastic and brittle fractures, which does not allow to develop a methodology or model for predicting the final resource (non-accident) of long-term gas pipelines period of operation. At the same time, theoretical and laboratory researches do not always adequately answer the questions directly related to ensuring the durability and trouble-free operation of pipelines. It is likely that in the laboratory conditions of enterprises or scientific institutions it is difficult to reproduce and take into account all the factors that characterize the growth and spread of destruction in a real operating gas pipeline. Therefore, the data of laboratory studies must be checked and necessarily clarified according to the results of pneumatic tests of long pipe sections, i.e., at present, the need to combine laboratory and field tests of pipes of the gas pipeline network is urgently needed. Such tests are not massive, but as a result of their performance, important information is obtained regarding the behavior and properties of the metal in the conditions of loading and operation, which are closest to operational conditions. In field tests, pipes with a diameter of 1000x18 mm were used, which underwent controlled rolling (steel class X70 - grade 06G2BA) at a working pressure of RR = 9.7 MPa (in the northern - low-temperature version). Tensile tests, studies of impact toughness, strength and plasticity of the weld metal were carried out according to standard methods described in works [2-5]. During the experiments, a large number of sensors of temperature, pressure, strain, stress, crack propagation speed, etc. were used. The obtained results regarding the kinetics of the destruction of natural pipes in landfill conditions lay the groundwork for the development of a mathematical model of the engineering forecast of the residual (non-accident) resource of pipelines operating in oil and gas fields.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2023, номер 111
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Strength of Materials and Theory of Structures, 2023, number 111
Мова статті: 
Українська
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
26-111_makarenko_v.d._voytovich_o.a._makarenko_yu.v._cavenko_v.i._vinnikov_yu.l.pdf
Дата публікації: 
28 Декабрь 2023
Номер збірника: 
111
Університет автора: 
Херсонський національний технічний університет, Україна ;Медичний університет провінції Манітобо, м. Вінніпег, КанадаКиївський національний університет будівництва і архітектури, Україна ;Національний університет “Полтавська політехніка імені Юрія Конд
Литература: 
  1. 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-механiчний iнститут iм. Г.В. Карпенка. - Львiв: Простiр-М, 2001. - С. 248-286.
  2. Василенко И.И., Мелехов Р.К. Коррозионное растрескивание сталей. – Киев: Наук, думка, 1977. - 265 с.
  3. Дмитрах I.М., Панасюк В.В. Вплив корозiйних середовищ на локальне руйнування металiв бiля концeнтpaтopiв напружень. - Львiв: Львiвська обласна книжкова друкарня, 1999. - 342 с.
  4. Крижанiвський Є.I., Цирульник О.Т., Петрина Д.Ю. Вплив наводнювання та попереднього пластичного деформування сталi на її тріщиностiйкiсть // Фiз.-хiм. мexaнiкa матерiалiв. - 1999. - № 5. - С. 67-70.
  5. Радкевич O.I., П'ясецький О.C., Василенко I.I. Корозiйно-механiчна тривкiсть трубної сталiв сiрководневому середовищi // Фiз.-хiм. мexaнiкa матерiалiв. -2000. -.№ 3. -С. 93-97.
  6. NACE Standard TM01-77(90). Standard Test Method. Laboratory Testing of Metals Resistance to Sulfide Stress Cracking in H2S Environments // NACE. – Houston. P.O. BOX 218340. 1990.-22 p.
  7. Okada T., Hattori S. Relation Between Concentration of Salt Water and Corrosion Fatique Strength on 0.37 Percent Carrbon Structural Steel, Fukui Univeersity, Япония: Теоретические основы инженерных расчетов (Труды Американского общества инженеров-механиков);  изд-во Мир, 1985, №3, S.98-107.
  8. Ткачов В.І. Проблеми водневої деградації металів// Фіз.-хім. механіка матеріалів. -2000.-№4.—С.7-14.
  9. Борисова Н.C., Амосова Л.М. К вопросу об аномальном поведении водорода в сталях при низких температурах// Физ.-хим. механика материалов. –Львов. -1986.-№12.-С.10-13.
  10. Панасюк В.В., Андрейкив А.Е., Харин В.С. Модель роста трещин в деформированных металлах при воздействии водорода// Фіз.-хім. механіка  матеріалів.-1987.-№2.-С.3-17.
  11. Швачко В.И.Макромеханические аспекты обратимой водородной хрупкости// Физ.-хим. механика материалов. -2000.- №4.-С.36-40.
  12. Макаренко В.Д., Крижанівський Є.І., Чернов В.Ю. Проблеми корозійної стійкості промислових трубопроводів// Нафтова і газова промисловість. -2002.-№6.-С.42-44.
  13. Самойленко М.І., Функціональна надійність трубопровідних транспортних систем// Харків: ХНАМП. – 2009.-184 с.
  14. Насоніна Н.Г., Антоненко С.Є. Аналіз пошкодженості водопровідних і каналізаційних мереж// Сучасне промислове та цивільне будівництво. -2019.-Том15.-№1.- С. 23-34.
  15. 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.
  16. Бриду А., Лафранс М., Прову И. Разработка новых сортов стали с повышенными характеристиками для транспорта кислого газа и нефти// Нефтегаз-Франция –Юзичор Асье, 1986. -19 с.
  17. Исследование отечественных и зарубежных низколегированных сероводоролдостойких сталей дл нефтегазопроводного 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
  18. 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.
  19. 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.
  20. Oсновнi закономiрностi наводнювання та поверхневого пухирiння трубно'i сталi в сiрководневих середовищах / О. Радкевич, Г. Чумало, I. Доминюк i iн. // Фiз.-хiм. мexaнiкa матерiалiв. - 2004. - Спец. вип. № 4, т. 1. - С. 446-449.
  21. Tyson W.R. Hydrogen Embrittlement and Hydrogen Dislocation Interactions // Corrosion. - 1980. Vol. 36, No. 8. - Р. 441-443.
  22. Мешков ЮЯ Физические основы разрушения стальных конструкций Киев Наукова думка 1981 – 265с
  23. Ford F.P.Stress Corrosion Crackinq in Advances in Corrosions Science-1, Ed., R.N.Parkins, Applied Seience Publishers, 2002.
  24. Кавакубо Т, Хісида М. Розрахунок прискореного навколишнім середовищем росту тріщини для неіржавіючої сталі у воді високої температури на основі механіки пружно-пластичного руйнування//Journal of Engineering Materials and Technology, 1995, Vol.107, p.240-245.
  25. Макаренко В.Д. Експериментальні випробування трубопроводів//Ніжин:НДУ ім.Миколи Гоголя, 2020.-543 с.
  26. Макаренко В.Д., Стогній О.В., Гоц В.І. і ін. Полігонні випробування газопроводів. Монографія// Ніжин: НДУ ім. М. Гоголя. -2023. – 160 с.
  
References: 
  1. Andreykiv O.E., Nikyforchyn H.M., Tkachev B.I. Mitsnist i ruinuvannia metalichnykh materialiv i elementiv konstruktsii u vodnevomisnykh seredovyshchakh (Strength and destruction of metallic materials and structural elements in hydrogen-containing environments) // Physical and Mechanical Institute: - Ed. V.V. Panasyuka, NAS of Ukraine, Institute of Physics and Mechanics named after G.V. Karpenka - Lviv: Prostir-M, 2001. - 248-286 p.
  2. Vasylenko I.I., Melekhov R.K. Koroziine roztriskuvannia stalei  (Corrosion cracking of steels) - Kyiv: Nauk, dumka, 1977. - 265 p.
  3. Dmytrykh I.M., Panasiuk V.V. Vplyv koroziinykh seredovyshch na lokalne ruinuvannia metaliv bilia kontsentpatopiv napruzhen  (The influence of corrosive environments on the local destruction of metals near stress concentrators) - Lviv: Lviv regional book printing house, 1999. - 342 p.
  4. Kryzhanivskyi E.I., Tsirulnyk O.T., Petryna D.Yu. Vplyv navodniuvannia ta poperednoho plastychnoho deformuvannia stali na yii trishchynostiikist  (The influence of water treatment and preliminary plastic deformation of steel on its crack resistance) // Phys.-chem. mechanics of materials. - 1999. - No. 5. - 67-70 p.
  5. Radkevich O.I., Pyasetskyi O.C., Vasylenko I.I. Koroziino-mekhanichna tryvkist trubnoi staliv sirkovodnevomu seredovyshchi  (Corrosion-mechanical durability of pipe steel in a hydrogen sulfide environment)// Phys.-chem. mechanics of materials. -2000. - No. 3. - 93-97 p.
  6. Standart NACE TM01-77(90). Standartnyi metod testuvannia. Laboratorne vyprobuvannia stiikosti metaliv do sulfidnoho roztriskuvannia v seredovyshchi H2S  (NACE Standard TM01-77(90). Standard Test Method. Laboratory Testing of Metals Resistance to Sulfide Stress Cracking in H2S Environments) // NACE. - Houston. P.O. BOX 218340. 1990.-22 p.
  7. Okada T., Hattori S. Spivvidnoshennia mizh kontsentratsiieiu solonoi vody ta koroziinoiu vtomnoiu mitsnistiu 0,37% vuhletsevoi konstruktsiinoi stali  (Relation Between Concentration of Salt Water and Corrosion Fatique Strength on 0.37 Percent Carbon Structural Steel) Fukui University, Japan: Theoretical foundations of engineering calculations (Proceedings of the American Society of Mechanical Engineers)// Myr publishing house, 1985, No. 3, 98-107p.
  8. Tkachev V.I. Problemy vodnevoi dehradatsii metaliv (Problems of hydrogen degradation of metals)// Phys.-chem. mechanics of materials. -2000.-№4.—7-14 p.
  9. Borysova N.C., Amosova L.M. Do pytannia pro anomalnu povedinku vodniu v staliakh za nyzkykh temperatur (To the question of anomalous behavior of hydrogen in steels at low temperatures)// Phys.-chem. mechanics of materials. - Lviv. -1986.-№12.-10-13 p.
  10. Panasyuk V.V., Andreykiv A.E., Harin V.S. Model zrostannia trishchyn u deformovanykh metalakh pry dii vodniu  (A model of crack growth in deformed metals under the influence of hydrogen)// Phys.-chem. mechanics of materials.-1987.-№2.-3-17 p.
  11. Shvachko V.I. Mikromekhanichni aspekty oborotnoi vodnevoi krykhkosti  (Macromechanical aspects of reversible hydrogen embrittlement)// Phys.-chem. mechanics of materials. -2000.- No. 4.-36-40 p.
  12. Makarenko V.D., Kryzhanivskyi E.I., Chernov V.Yu. Problemy koroziinoi stiikosti promyslovykh truboprovodiv (Problems of corrosion resistance of industrial pipelines// Oil and gas industry). -2002.-№6.-42-44p
  13. Samoilenko M.I. Funktsionalna nadiinist truboprovidnykh transportnykh system  (Functional reliability of pipeline transport systems)// Kharkiv: KhNAMP. – 2009.-184 p.
  14. Nasonina N.G., Antonenko S.E. Analiz poshkodzhenosti vodoprovidnykh i kanalizatsiinykh merezh  (Damage analysis of water supply and sewage networks// Modern industrial and civil construction) -2019.-Vol.15.-No.1.- 23-34 p.
  15. Makarenko V.D., Gots V.I., Argatenko T.V. etc. Doslidzhennia avariinykh truboprovodiv// Problemy vodopostachannia,  vodovidvedennia ta hidravliky  (Research of emergency pipelines// Problems of water supply, drainage and hydraulics)//vol. 42. -2023.- 49-58 p.
  16. Brydu A., Lafrance M., Provu I. Rozrobka novykh sortiv stali z pidvyshchenymy kharakterystykamy dlia transportuvannia kysloho hazu ta nafty  (Development of new grades of steel with increased characteristics for the transport of sour gas and oil)// Neftegaz-France – Yuzychor Asye, 1986. -19 p.
  17. A.I. Radkevich, R.K. Melekhov, Y.I. Spektor, R.V. Yatsenko  Doslidzhennia vitchyznianykh ta zarubizhnykh nyzkolehovanykh sirkovodoroldostiikykh stalei dlia naftohazoprovidnoho obladnannia  (Research of domestic and foreign low-alloy hydrogen sulfide-resistant steels for oil and gas pipeline equipment) // Mezhotraslevaya nauch-conf. Structural steel - progressive production processes and efficiency of application. Dnipropetrovsk, 1995. - 58-59 p.
  18. Vasylenko I.I., Shulte O.Yu., Radkevich O.I. Vplyv khimichnoho skladu i tekhnolohii vyrobnytstva stalei na yikh chutlyvist do vodnevoho trishchyno utvorennia ta sirkovodnevoho koroziinoho roztriskuvannia (The influence of the chemical composition and production technology of steels on their sensitivity to hydrogen cracking and hydrogen sulfide corrosion cracking)// Physic-chemical mechanics of materials. -1990.-№4.-8-22 p.
  19. O. Chaplya, O. Radkevich, O. Pyasetskyi, Ya. Cpektor  Porivnialnyi analiz koroziino-mekhanichnykh vlastyvostei vitchyznianoi trubnoi stali 20YuCh z inozemnymy analohamy (Comparative analysis of corrosion-mechanical properties of domestic pipe steel 20ХХ with foreign analogues) //Mashinoznavstvo. -1999.-№8.- 52-56p
  20. 20. O. Radkevich, G. Chumalo, I. Dominyuk and others. Osnovni zakonomirnosti navodniuvannia ta poverkhnevoho pukhyrinnia trubno'i stali v sirkovodnevykh seredovyshchakh (Basic regularities of waterlogging and surface blistering of pipe steel in hydrogen sulfide environments) // Phys.-chem. mechanics of materials. - 2004. - Special. issue No. 4, vol. 1. - 446-449 p.
  21. Tyson W.R. Vodneve okrykhchennia ta vodnevi dyslokatsiini vzaiemodii  (Hydrogen Embrittlement and Hydrogen Dislocation Interactions )// Corrosion. - 1980. Vol. 36, No. 8. -441-443 p.
  22. 22. YuYa Meshkov. Fizychni osnovy ruinuvannia stalevykh konstruktsii  (Physical foundations of the destruction of steel structures)// Kyiv Scientific opinion 1981 – 265 p.
  23. Ford F.P. Koroziine roztriskuvannia pid napruhoiu v rozvytku korozii  (Stress Corrosion Cracking in Advances in Corrosions) Science -1, Ed., R.N.Parkins, Applied Science Publishers, 2002.
  24. Kawakubo T, Hisida M. Rozrakhunok pryskorenoho navkolyshnim seredovyshchem rostu trishchyny dlia neirzhaviiuchoi stali u vodi vysokoi temperatury na osnovi mekhaniky pruzhno-plastychnoho ruinuvannia (Calculation of environmentally accelerated crack growth for stainless steel in high-temperature water based on elastic-plastic fracture mechanics)//Journal of Engineering Materials and Technology, 1995, Vol.107, 240-245p
  25. Makarenko V.D. Eksperymentalni vyprobuvannia truboprovodiv  (Experimental tests of pipelines)//Nizhyn: Mykola Gogol State University, 2020.-543 p.
  26. Makarenko V.D., Stognii O.V., Gots V.I. etc. Polihonni vyprobuvannia hazoprovodiv  (Polygon tests of gas pipelines) Monograph// Nizhin: NSU named after M. Gogol. -2023. - 160 p.