Наукові основи оцінювання безпечної роботи та довговічності нафтогазопроводів тривалої експлуатації за параметрами їх дефектності

Abstract

Дисертація присвячена проблемам розроблення критеріїв оцінювання безпечної роботи та здійснення прогнозних розрахункових оцінок міцності та залишкового ресурсу тривало експлуатованих нафтогазопроводів із наявними дефектами, що є базисом для експертних висновків про можливість їх подальшої безпечної роботи або виведення з експлуатації.

На основі проведених досліджень поверхневого тріщиноутворення при корозійно-втомній пошкоджуваності сталей для нафтогазопроводів отримано критеріальне співвідношення між довжиною поверхневої тріщини, характеристичним значенням прикладеного напруження та параметрами електрохімічного розчинення металу, а також отримано вираз для визначення період до зародження поверхневої корозійно-втомної тріщини.

Одержано нові експериментальні дані про зміну характеристик циклічної тріщиностійкості трубопровідних сталей залежно від сумісного впливу часу експлуатації та корозійних середовищ.

Запропоновано розрахункову методику та алгоритм її чисельної реалізації для оцінювання специфіки розвитку тріщин у стінках трубопроводів залежно від стану металу та оточуючого корозійного середовища, на основі якої досліджено кінетику поширення тріщиноподібних дефектів різної форми при їх розвитку в стінці труби за втомним та корозійно-втомним механізмом.

Запропоновано критерії безпечної експлуатації та оцінювання довговічності тривало експлуатованих нафтогазопроводів на підставі концепції порогового дефекту та умов потенційного катастрофічного руйнування дефектної труби.

Розроблено методику визначення руйнівного тиску у нафтогазопроводах з корозійно-втомними тріщиноподібними дефектами, яка враховує чинник потенційної можливості субкритичного росту тріщини за втомним механізмом.

Запропоновані підходи дозволили оцінити залишковий ресурс лінійних ділянок деяких дефектних нафтогазопроводів із урахуванням деградації властивостей металу під довготривалою дією експлуатаційних чинників середовища.

The dissertation focuses on problems of development of criteria for assessment of safe operation and forecasting of strength and residual lifetime of the long-term exploited oil-and-gas pipelines with defects for making of the expert conclusions on possibility of their further safe work or decommissioning.

Based on studies of surface corrosion fatigue cracking of steels for oil-and-gas pipelines, the criterion relation between surface crack length, characteristic value of applied cyclic stress and parameters of the electrochemical dissolution of metal was derived, On this ground the formula for calculation of the period of nucleation of surface corrosion fatigue crack has been proposed and verified.

The new experimental data on the corrosion fatigue crack growth behaviour of pipeline steels were received and analysed depending on the operation time and the presence of corrosion environments.

The calculation method and algorithm of its numerical realisation for assessment of the specificity of fatigue crack growth in the wall of pipe was developed and on this base the kinetics of crack propagation was determined for defects of different shape under fatigue and corrosion fatigue conditions.

The criteria of safe operation and for assessment of residual lifetime were proposed on the basis of concept of threshold defect and conditions of potential catastrophic failure of defective pipe.

The method for determination of the failure pressure in the defected oil-and-gas pipelines was developed with taking into account the potential possibility of subcritical crack growth under fatigue mechanism.

The developed methods were used for fracture risk assessment and residual lifetime evaluation of some linear sections of the long-term exploited oil-and-gas pipelines with defects.