СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОЙ ПРОЧНОСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ С КОМБИНИРОВАННЫМИ ДЕФЕКТАМИ ТИПА «ВМЯТИНА-КОРРОЗИЯ»

​IMPROVEMENT OF RESIDUAL STRENGTH ASSESSMENT METHODOLOGY FOR MAIN OIL PIPELINES WITH COMBINED DEFECTS OF ‘DENT-CORROSION’ TYPE

Roman Ksenofontov

master's student, Samara State Technical University,

Russia, Samara

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается проблема оценки остаточной прочности магистральных нефтепроводов с комбинированными дефектами, сочетающими геометрические искажения и коррозионные повреждения. Предложена усовершенствованная методика расчета предельного давления и остаточного ресурса для труб с дефектами типа «вмятина-коррозия», учитывающая взаимное влияние дефектов различной природы. Методика основана на деформационных критериях предельных состояний и включает алгоритмы расчета напряженно-деформированного состояния в зоне комбинированного дефекта. Результаты апробации методики на реальных объектах ПАО «Транснефть показывают ее преимущества по сравнению с традиционными подходами.

ABSTRACT

The article addresses the problem of residual strength assessment for main oil pipelines with combined defects incorporating both geometric distortions and corrosion damage. An improved methodology for calculating limit pressure and residual life of pipes with "dent-corrosion" type defects is proposed, accounting for the mutual influence of different defect types. The methodology is based on deformation criteria of limit states and includes algorithms for stress-strain state calculation in the combined defect zone. Verification results on actual pipelines of PJSC "Transneft" demonstrate its advantages over conventional approaches.

Ключевые слова: магистральный нефтепровод, комбинированные дефекты, остаточная прочность, предельное давление.

Keywords: main oil pipeline, combined defects, residual strength, limit pressure, corrosion damage, geometric defects, stress-strain state, deformation criteria, structural integrity assessment.

Введение

Современные магистральные нефтепроводы представляют собой сложные инженерные сооружения, работающие в условиях агрессивных внешних воздействий и значительных внутренних нагрузок. По данным ПАО «Транснефть», более 60% аварий на трубопроводах связано с наличием различных дефектов, среди которых «особую опасность представляют комбинированные повреждения, сочетающие геометрические искажения (вмятины, гофры) и коррозийные поражения» [1, c. 48]. Подобные дефекты формируют сложные поля напряжений, существенно снижающие несущую способность труб.

Традиционные методики оценки прочности, такие как ASME B31G или СТО Газпром 2-2.3-112-2007 «рассматривают дефекты изолированно, не учитывая их взаимного влияния» [3, c. 344]. Это приводит либо к избыточным ограничениям рабочего давления, либо к недооценке реальной опасности повреждений. В связи с этим разработка усовершенствованных методов оценки остаточной прочности труб с комбинированными дефектами приобретает особую актуальность.

Целью данного исследования является разработка методики оценки работоспособности магистральных нефтепроводов с комбинированными дефектами типа «вмятина-коррозия», учитывающей синергетический эффект взаимодействия различных типов повреждений.

Методика исследования

В основе предлагаемой методики лежит деформационный подход к оценке предельных состояний, разработанный Н. А. Махутовым [2]. Критерии предельной прочности Quи разрушения Qc выражаются через интенсивность деформаций e0 и деформационный параметр je:

где eiu, e0u – предельные значения деформаций для критерия прочности, а eic, e0c – для критерия разрушения.

Для расчета компонент напряженно-деформированного состояния в зоне комбинированного дефекта применяется последовательный алгоритм:

1. Расчет номинальных напряжений sq ном, sz ном в неповрежденной трубе по формулам:

2. Определение параметров деформированного состояния трубы с геометрическим дефектом (вмятиной) с учетом уменьшения толщины стенки в зоне коррозии: :

3. Расчет местных напряжений в зоне комбинированного эффекта с использованием коэффициентов концентрации:

где ae – упругий коэффициент концентрации, m – коэффициент деформированного упрочнения.

4. определение разрушающего давления rf  как решения уравнений Qu(r) = 1 и Qс(r) = 1.

5. Расчет предельного рабочего давления с учетом коэффициента надежности:

Для трубопроводов категории III-IV принимается kTP = 1,32.

Результаты и обсуждение

Апробация методики проведена на участке магистрального нефтепровода «Ухта-Ярославль» (D = 820 мм, d = 10 мм, сталь 17Г1С). Анализ результатов показывает, что наличие коррозии в зоне вмятины снижает предельное давление (рпред) на 15-25% по сравнению с изолированным геометрическим дефектом. При этом традиционные методики дают завышенные значения предельного давления на 8-12%, что подтверждает необходимость учета взаимного влияния дефектов.

Для оценки долговечности трубопровода с комбинированными дефектами предложена модель прогнозирования развития коррозии:

где uкорр – скорость коррозии (0,8 мм/год для рассматриваемых условий), H0 – начальная глубина дефекта.

Кроме того, результаты расчетов по предлагаемой методике сопоставлены с данными внутритрубной диагностики (табл. 1). Расхождение не превышает 7%, что подтверждает адекватность модели.

Таблица 1.

Сравнение расчетных и фактических значений предельного давления

Заключение

Разработанная методика оценки остаточной прочности магистральных нефтепроводов с комбинированными дефектами типа «вмятина-коррозия» позволяет учитывать синергетический эффект взаимодействия геометрических и коррозионных повреждений, что повышает точность расчетов на 12-15% по сравнению с традиционными методами. Также методика позволяет оптимизировать графики ремонтных работ за счет более точного прогнозирования остаточного ресурса участков трубопровода с дефектами, снизить экономические потери от необоснованного ограничения рабочего давления на дефектных участках. Перспективным направлением дальнейших исследований является разработка аналогичных методик для других типов комбинированных дефектов, таких как «вмятина-трещина» или «коррозия-расслоение».

Список литературы:

1. Жуков, А.Д. Разработка методики идентификации трещиноподобных коррозионно-механических дефектов при внутритрубном диагностировании магистральных нефтепроводов акустическими инспекционными приборами / А.Д. Жуков: дис. … канд. тех. наук. – Москва, 2020. – 148 с.
2. Махутов, Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность / Н.А. Махутов. – М.: Машиностроение, 1981. – 270 с.
3. Резниченко, Н.Э. Проблемы обеспечения надежности и безопасности магистральных нефтепроводов / Н.Э. Резниченко, В.П. Павлов, М.Ю. Земенкова // Нефтегазовый терминал: материалы Международной научно-технической конференции «Транспорт и хранение углеводородного сырья». – Тюмень: ТИУ, 2021. – С. 342-348.