Вплив передексплуатаційних навантажень в процесі укладання на ресурс безпечної експлуатації морських трубопроводів

Abstract

Розроблену раніше методику дослідження деформації га руйнування морських трубопроводів доповнено моделюванням процесу укладання трубопроводу на дно моря І-методом. Вивчено вплив передексплуатаційних навантажень в процесі укладання на фізико-механічні характеристики сталі трубопроводу та показано, що переднавантаження Б-методом зменшує рівень границі текучості трубної сталі 09Г2С до 42 %, а зварного з’єднання - до 50 %. Вперше встановлено закономірності впливу передексплуатаційних навантажень та агресивної дії корозивного середовища (морської води) на загальну довговічність та ресурс і відносний ресурс безпечної експлуатації основного металу і зварного з’єднання морського трубопроводу. Вивчено кінетику електродного потенціалу зразків основного металу та зварного з’єднання морського трубопроводу з урахуванням переднавантаження за моделлю S- та J-методів укладання і без нього при низькочастотному навантаженні у морській воді, яка дає змогу відслідковувати процес нагромадження пошкоджень у матеріалі трубопроводу.

Изучено влияние предэксплуатационных нагрузок в процессе укладки на физикомеханические характеристики материала трубопровода. Впервые построены кривые усталости и участки кривых коррозионной усталости для образцов основного металла и сварного соединения морского трубопровода с учетом предэксплуатационных нагрузок по модели S- и J-методов укладки на основании подходов механики разрушения, коррозионного разрушения и прочности материалов. Полученные кривые позволяют определять долговечность материала морского трубопровода с целостным и поврежденным изоляционным покрытием в процессе эксплуатации в зависимости от способа строительства и уровня механических напряжений в процессе укладки. Установлены основные закономерности влияния нагрузок на стадии укладки на деформационное поведение основного металла и сварного соединения морских трубопроводов в процессе эксплуатации путем записи кинетики деформации в режиме реального времени. Научно доказано недостаточность использования только показателя долговечности для оценки ресурса и остаточного ресурса работы трубопроводов из-за невозможности их эксплуатации в штатном режиме на стадии ускоренного роста усталостных (коррозионно-усталостных) трещин. Предложен способ определения ресурса безопасной эксплуатации морских трубопроводов, опираясь на деформационно-кинетическую трактовку процесса. Экспериментально доказано, что оценка ресурса безопасной эксплуатации в относительных величинах позволяет нивелировать влияние разброса долговечности образцов и связанных с этим погрешностей расчета в пределах одного уровня напряжений, на основе чего введено понятие “относительный ресурс безопасной эксплуатации”. Показано увеличение негомогенности и появление дефектности в структуре основного металла и сварного соединения трубопровода вследствие предэксплуатационных нагрузок, которое приводит к существенному уменьшению долговечности и сопротивления деформациям по сравнению с исходным состоянием, что подтверждается сравнительным анализом поверхностей разрушения. Впервые с использованием методов потенциомстрии раскрыто влияние предэксплуатационных нагрузок на электрохимическое поведение материала трубопровода и получены кинетические кривые электродного потенциала, которые позволяют судить о кинетике накопления коррозионно-усталостных повреждений, начиная от поверхностных изменений, предшествующих процессу зарождения трещин, до полного разрушения материала морского трубопровода. Такие данные могут быть использованы для научно обоснованного выбора параметров активного и средств пассивной защиты материала трубопровода от коррозии, а также прогнозирования ресурса его безопасной эксплуатации. Разработанная ранее методика исследования деформации и разрушения морских трубопроводов дополнена моделированием процесса укладки трубопровода на дно моря J-методом. Для основного металла и сварного соединения трубопровода получены аналитические зависимости для расчета коэффициентов уменьшения долговечности с учетом предэксплуатационных нагрузок и коэффициентов влияния агрессивности среды на долговечность. Построены диаграммы для оценки влияния предэксплуатационных нагрузок на относительный ресурс безопасной эксплуатации основного металла и сварного соединения морского трубопровода. Разработаны и внедрены на предприятиях ГАО “Черноморнефтегаз” и ООО “Институт” Шельф” “Методика оценки влияния предэксплуатационных нагрузок в процессе укладки трубопровода S-методом на его ресурс безопасной эксплуатации”.

Previously developed deformation and destruction of subsea pipelines research technique is supplemented by modeling the process of laying the pipeline on the seabed by J-lay method. It was investigated the influence of preoperational loads in the process of laying on the physical-mechanical properties of pipeline material and it was shown that preload by S-lay method reduces yield strength of tubular steel 09G2S up to 42 % and for welded joint - up to 50 %. For the first time it was established regularities of influence of preoperational loads and aggressive action of corrosive environment (seawater) on the overall durability and on resource and relative resource of safe operation of the base metal and welded joint of subsea pipeline. It was studied the kinetics of electrode potential for specimens of the base metal and welded joint of subsea pipeline with taking into account preload by S-lay and J-lay methods of installing and without it at low-cycle load in seawater, which allows to monitor the process of the accumulation of damage in the material of the pipeline.