Доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики
(119991, Москва, Ленинский пр-т, 4)
Dr. Sci. (Phys.-Math.), Professor of the Chair of Physics
В отечественных магистральных трубопроводах используются трубы большого диаметра − прямошовные, двухшовные и спиральношовные различного способа изготовления (диаметр труб до1420 мм, класс прочности до К65 по стандарту API). Новейшими мировыми инновационными технологиями производства прямошовных одношовных сварных труб большого диаметра 1020, 1220 и1420 ммиз сталей класса прочностей К38 − К65 и Х42 − Х80 с толщиной стенки до52 мм, длиной до18 ми рабочим давлением до 22,15 МПа являются процессы, разработанные немецкой фирмой SMS Meer, основу которых составляет процесс прессовой пошаговой формовки по схеме JСОE. Технологии SMS Meer широко используют российские трубные заводы − АО «Выксунский металлургический завод», АО «Ижорский трубный завод», ПАО «Челябинский трубопрокатный завод», а также заводы Германии, Китая и Индии. Однако статистика аварий российских трубопроводов показывает, что стресс-коррозия металла стенок труб в основном происходит именно на трубопроводах большого диаметра 700 −1420 мм. Причем свыше 80 % разрушений трубопроводов с признаками стресс-коррозии наблюдаются на трубопроводах диаметром 1020 –1420 мм. Основной причиной коррозионно-механического растрескивания металла стенок труб является совместное действие трех факторов: 1) низкое сталеплавильное качество металла и заводские дефекты труб − большие остаточные напряжения, микротрещины и микрорасслоения металла после формовки трубной заготовки, гофры, риски, раскатные пригары, несплавления сварного шва и так далее; 2) наличие коррозионно-активной среды и ее доступ к поверхности металла; 3) многоцикловая усталость и разрушение металла из-за пульсаций внутритрубных рабочих давлений и гидроударов. На отечественных нефтепроводах почти в два раза больше чем в США и Европе отказов из-за заводских дефектов и брака строительно-монтажных работ. Поэтому необходимо тщательно изучать причины известных случаев отказа трубопроводов из-за производственного брака. В настоящей работе получен математический критерий определения критического внутритрубного давления, при котором происходит упругопластическое разрушение стенки трубы при дефекте раскатной пригар с риской на внешней поверхности трубы. Результаты исследования могут быть использованы при диагностике причин разрушения стальных труб большого и среднего диаметров на магистральных и межпромысловых трубопроводах.
In the domestic pipelines the large-diameter pipes of different methods of manufacturing are used − the straight-line-seam welded pipes, the one- and double-seam welded pipes and the spiral-seam welded pipes. The diameters of pipes are up to 1420 mm, the strength class of pipes is up to K65 per the API standard. The world’s latest innovative technologies for the production of the large-diameter straight-line-seam single-joint welded pipes (the diameters are 1020 mm, 1220 mm and 1420 mm, the grade strengths of steel are K38 − K65 and X42 − X80, the wall thickness is up to 52 mm, the length is up to 18 m and the working pressure is up to 22.15 MPa) are the processes developed by the German company SMS Meer and based on the step-by-step process of press forming according to the scheme JCOE. The SMS Meer technologies are widely used by the Russian pipe plants − JSC “Vyksa Steel Works”, JSC “Izhora Pipe Mill”, PJSC “Chelyabinsk Pipe-Rolling Plant”, as well as the plants in Germany, China and India. However, the accident statistics of Russian pipelines shows that the stress corrosion of metal of the pipe’s wall occurs mainly on the pipelines with the large diameter 700 − 1420 mm. With more than 80 % of the destruction of pipelines with the signs of stress corrosion are observed on the pipelines with the diameters of 1020 – 1420 mm. The main cause of the corrosion-mechanical cracking of metal of pipe’s wall is the combined effect of three factors: 1) low steel-smelting quality of metal and the manufacturing defects of pipes (the large residual stresses, the microcracks and microexfoliation of metal after the pipe blanks’ forming, the corrugation and hairlines defects, the rolled burnt-on defects, the faulty fusion of weld seam and so on); 2) presence of corrosive-active environment and its access to the metal surface; 3) high-cycle fatigue and fracture of metal due to the pulsations of the in-tube working pressures and hydroblows. On the domestic pipelines pipes’ ruptures are almost two times more frequent than in the United States and Europe due to the manufacturing defects and the construction-installation defects. Therefore, it is necessary to study carefully the causes of the known cases of pipelines’ rupture due to the manufacturing defects. In this work, the pipe with the rolled burnt-on and the hairline defect on the outer surface of pipe is considered. The mathematical criterion for determining the critical in-tube pressure at which the elastic-plastic rupture of the pipe’s wall is taken place is obtained. The results of the investigation can be used in the diagnostics of the rupture’s causes of the steel major- and medium-diameter pipes on the main and interfield pipelines.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.