zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2020-86-6-48-54zldm-1224Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. MECHANICAL TESTING METHODSИсследование механических свойств металла газопровода после длительной эксплуатации в условиях СевераStudy of the mechanical properties of the gas pipeline metal after long-term operation in conditions of the NorthГоликовН. И.GolikovN. I.

Николай Иннокентьевич Голиков

677980, г. Якутск, ул. Октябрьская, д. 1

677980, г. Якутск, ул. Петровского, д. 2

Nikolay I. Golikov

Oktyabr’skaya ul. 1, Yakutsk, 677980

Petrovskogo ul. 2, Yakutsk, 677980

n.i.golikov@mail.ruСидоровМ. М.SidorovM. M.

Михаил Михайлович Сидоров

677980, г. Якутск, ул. Октябрьская, д. 1

677980, г. Якутск, ул. Петровского, д. 2

Mikhail M. Sidorov

Oktyabr’skaya ul. 1, Yakutsk, 677980

Petrovskogo ul. 2, Yakutsk, 677980

СанниковИ. И.SannikovI. I.

Игорь Иннокентьевич Санников

677980, г. Якутск, ул. Октябрьская, д. 1

677980, г. Якутск, ул. Петровского, д. 2

Igor I. Sannikov

Oktyabr’skaya ul. 1, Yakutsk, 677980

Petrovskogo ul. 2, Yakutsk, 677980

i.i.sannikov@mail.ruРодионовА. К.RodionovA. K.

Андрей Константинович Родионов

677980, г. Якутск, ул. Петровского, д. 2

Andrey K. Rodionov

Petrovskogo ul. 2, Yakutsk, 677980

Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр СО РАН» обособленное подразделение Институт физико-технических проблем Севера им. В. П. Ларионова СО РАН; Центр коллективного пользования Федерального исследовательского центра Якутского научного центра СО РАНРоссияV. P. Larionov Institute of Physical and Technical Problems of the North, the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Federal Research Center Yakut Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Shared core facilities of the Federal Research Center of the Yakutsk Science Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationФедеральный исследовательский центр «Якутский научный центр СО РАН» обособленное подразделение Институт физико-технических проблем Севера им. В. П. Ларионова СО РАН; Центр коллективного пользования Федерального исследовательского центра Якутского научного центра СО РАНРоссияV. P. Larionov Institute of Physical and Technical Problems of the North, the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Federal Research Center Yakut Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Shared core facilities of the Federal Research Center of the Yakutsk Science Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationФедеральный исследовательский центр «Якутский научный центр СО РАН» обособленное подразделение Институт проблем нефти и газа СО РАНРоссияInstitute of Oil and Gas Problems, the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Federal Research Center ‘Yakut Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2020210620208664854Copyright © Голиков Н.И., Сидоров М.М., Санников И.И., Родионов А.К., 20202020Голиков Н.И., Сидоров М.М., Санников И.И., Родионов А.К.Golikov N.I., Sidorov M.M., Sannikov I.I., Rodionov A.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1224

В целях обеспечения безопасности длительной эксплуатации трубопроводов в климатических условиях Севера проведена оценка остаточной прочности и технического состояния материала трубы магистрального газопровода диаметром 530 мм из стали 14ХГС. Механические свойства определяли с использованием стандартных методик разрушающих испытаний в лабораторных условиях. Фактические значения трещиностойкости и запаса прочности трубы находили путем натурных испытаний внутренним давлением до разрушения. Такие испытания проводили на стенде, включающем объект исследований и компьютерно-измерительный комплекс, который показывает реакцию объекта на нагрузку. Испытания проводили на фрагменте трубы, который вырезали из линейной части магистрального газопровода и заваривали сферическими заглушками. На наружную поверхность стенки трубы вдоль ее оси наносили надрез, глубину которого рассчитывали таким образом, чтобы разрушающая нагрузка на лигаментное сечение в месте надреза соответствовала рабочему давлению газопровода. Результаты исследований не показали существенных изменений механических свойств металла трубы магистрального газопровода, не получившего видимых коррозионных и деформационных повреждений при длительной его эксплуатации в условиях Севера. Испытания на ударный изгиб не выявили охрупчивания металла труб. Натурные испытания трубы с искусственно нанесенным трещиноподобным концентратором позволили рассчитать значение критического коэффициента интенсивности напряжений, по которому можно оценить остаточную прочность трубы с продольной трещиной. Значение силового критерия механики разрушения свидетельствует о сохранении достаточно высокой вязкости листового металла труб. Подобные испытания применяемых в магистральных газопроводах труб (различных типоразмеров, из разных марок сталей) будут продолжены с учетом диапазонов температур и деградации материала после длительной эксплуатации.

The residual strength and technical condition of the material of 530-mm steel pipe (14KhGS) of main gas pipeline are estimated to ensure the safety of long-term operation of pipelines in climatic conditions of the North. The mechanical properties are determined using standard methods of mechanical testing in laboratory conditions. A full-scale pressure test up to failure is used to determine the actual values of the fracture toughness and safety factor of the pipe. Full-scale tests were carried out on a test bench, a computer-measuring complex which displayed the reaction of the object to the load. A pipe fragment was cut from the linear part of the main gas pipeline and welded with spherical plugs. The outer surface of the pipe was notched along the pipe axis. The depth of the notch was calculated such that the breaking load on the ligament section at the notch site corresponded to the working pressure of the gas pipeline. No significant changes in the mechanical properties of the pipe metal were revealed in the absence of visible corrosion and deformation damage during long-term operation of the pipe in the North. Impact tests did not reveal embrittlement of the metal of the tested pipes. Full-scale tests of a pipe with an artificially applied defect made it possible to calculate the value of the critical stress intensity factor, which allowed us to estimate the residual strength of a pipe with a longitudinal crack. The value of the strength criterion of the fracture mechanics indicates the preservation of a sufficiently high viscosity of sheet metal pipes. Similar tests of the pipes (of other size and made of other materials) operating in the main gas pipelines should be continued taking into account temperature ranges and material degradation after long-term operation.

магистральный газопроводнатурные испытанияразрушениемеханические свойствакритический коэффициент интенсивности напряженийmain gas pipelinefull-scale testsfailuremechanical propertiescritical stress intensity factorReferencesЛубенский С. А., Ямников С. А. Влияние длительности эксплуатации на свойства металла труб магистральных газопроводов / Проблема анализа риска. 2013. Т. 10. № 1. С. 58 – 63. eLIBRARY ID: 21402065.Lubenskiy S. A., Yamnikov S. A. The influence of the duration of operation on the properties of metal pipes / Probl. Anal. Riska. 2013. Vol. 10. N 1. P. 58 – 63 [in Russian].Капитонова Т. А., Стручкова Г. П., Тарская Л. Е., Ефремов П. В. Анализ факторов риска трубопроводов, проложенных в условиях криолитозоны с использованием ГИС-технологий / Фундаментальные исследования. 2014. № 5. С. 954 – 958.Kapitonova T. A., Struchkova G. P., Tarskaya L. Ye., Yefremov P. V. Analysis of risk factors for pipelines laid in the permafrost using GIS-technologies / Fundam. Issl. 2014. N 5. P. 954 – 958 [in Russian].Слепцов О. И., Стручкова Г. П., Капитонова Т. А., Степанов А. А. Оценка риска возникновения ЧС на участках трубопроводов условиях криолитозоны / Труды VIII Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата EURASTRENCOLD-2018. — Якутск: Изд-во Цумори Пресс, 2018. С. 604 – 607.Sleptsov O. I., Struchkova G. P., Kapitonova T. A., Stepanov A. A. Influence of the natural fibrous additive on properties / Proceedings of VIII Eurasian Symposium on the problems of the strength of materials and machines for cold climate regions EURASTRENCOLD-2018. — Yakutsk: Tsumori Press, 2018. P. 604 – 607 [in Russian].Махутов Н. А., Лебедев М. П., Большаков А. М., Захарова М. И. Особенности возникновения чрезвычайных ситуаций на газопроводах в условиях Севера / Вестник Российской академии наук. 2017. Т. 87. № 9. С. 858 – 862. DOI: 10.7868/S0869587317090158.Makhutov N. A., Lebedev M. P., Bol’shakov A. M., Zakharova M. I. Features of emergency situations on gas pipelines in the North / Vestn. RAN. 2017. Vol. 87. N 9. P. 858 – 862. DOI: 10.7868/S0869587317090158.Голиков Н. И., Аммосов А. П. Прочность сварных соединений резервуаров и трубопроводов, эксплуатирующихся в условиях Севера. — Якутск: СВФУ, 2012. — 323 с.Golikov N. I., Ammosov A. P. Strength of welded joints of tanks and pipelines operating in the conditions of the North. — Yakutsk: Izd. SVFU, 2012. — 323 p. [in Russian].Филиппов Г. А., Ливанова О. В., Дмитриев В. Ф. Деградация свойств металла при длительной эксплуатации магистральных трубопроводов / Сталь. 2003. № 2. С. 84 – 87.Filippov G. A., Livanova O. V., Dmitriev V. F. Degradation of metal properties during long-term operation of trunk pipelines / Stal’. 2003. N 2. P. 84 – 87 [in Russian].Мочернюк Н. П., Красневский С. М., Лазаревич Г. И., Сорохин Ц. Д., Герасимчик И. И. Влияние времени эксплуатации магистрального газопровода и рабочего давления газа на физико-механические характеристики трубной стали 19Г / Газовая промышленность. 1991. № 3. С. 34 – 36.Mochernyuk N. P., Krasnevsky S. M., Lazarevich G. I., Sorokhin Ts. D., Gerasimchik I. I. The influence of the operating time of the main gas pipeline and the working gas pressure on the physicomechanical characteristics of pipe steel 19G / Gaz. Promyshl. 1991. N 3. P. 34 – 36 [in Russian].Лякишев Н. П., Кантор М. М., Воронин В. Н., Тимофеев В. Н., Шарыгин Ю. М. Исследование структуры металла газопроводов после их длительной эксплуатации / Металлы. 2005. № 1. С. 3 – 6.Lyakishev N. P., Kantor M. M., Voronin V. N., Timofeev V. N., Sharygin Yu. M. Investigation of the metal structure of gas pipelines after their long-term operation / Metally. 2005. N 1. P. 3 – 6 [in Russian].Махутов Н. А., Пермяков В. Н., Кравцова Ю. А., Ботвина Л. Р. Оценка состояния материала продуктопровода после его длительной эксплуатации / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007. Т. 73. № 2. С. 35 – 43.Makhutov N. A., Permyakov V. N., Kravtsova Yu. A., Botvina L. R. Assessment of the condition of the product pipeline material after its long-term operation / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2007. Vol. 73. N 2. P. 35 – 43 [in Russian].Сыромятникова А. С. Деградация физико-механического состояния металла труб магистрального газопровода при длительной эксплуатации в условиях криолитозоны / Физическая мезомеханика. 2014. Т. 17. № 2. С. 85 – 91.Syromyatnikova A. S. Degradation of physical and mechanical condition of the main gas pipeline metal at long operation in the conditions of the cryolitozone / Fiz. Mezomekh. 2014. Vol. 17. N 2. P. 85 – 91 [in Russian].Голиков Н. И., Литвинцев Н. М. Изменение механических свойств и структурных показателей металла конструкций, эксплуатируемых в условиях Севера / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 12. С. 60 – 65.Golikov N. I., Litvintsev N. M. Change in mechanical properties and structural parameters of metal structures operated in the North / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2015. Vol. 81. N 12. P. 60 – 65 [in Russian].Makhutov N. A., Bolshakov A. M., Zakharova M. I. Possible scenarios of accidents in reservoirs and pipelines at low operating temperature / Inorganic Materials. 2016. Vol. 52. Issue 15. P. 1498 – 1502.Makhutov N. A., Bolshakov A. M., Zakharova M. I. Possible scenarios of accidents in reservoirs and pipelines at low operating temperature / Inorganic Materials. 2016. Vol. 52. Issue 15. P. 1498 – 1502.Ivanov A., Bolshev K., Bolshakov A., Syromyatnikova A., Alexeev A., Burnashev A., Andreev Y., Prokopiev L., Grigoriev A., Cheremkin M., Efimov V., Golikov N., Makharova S., Zhirkov A. The corrosion damage mechanisms of the gas pipelines in the Republic of Sakha (Yakutia) / Collector: E3S Web of Conferences. 2019. P. 03002.Ivanov A., Bolshev K., Bolshakov A., Syromyatnikova A., Alexeev A., Burnashev A., Andreev Y., Prokopiev L., Grigoriev A., Cheremkin M., Efimov V., Golikov N., Makharova S., Zhirkov A. The corrosion damage mechanisms of the gas pipelines in the Republic of Sakha (Yakutia) / Collector: E3S Web of Conferences. 2019. P. 03002.Большаков А. М., Сыромятникова А. С. Разрушения и повреждения объектов магистрального газопровода при длительной эксплуатации в условиях Арктики / Наука и образование. 2015. № 4(80). С. 94 – 99. eLIBRARY ID: 24922340.Bol’shakov A. M., Syromyatnikova A. S. Destructions and Damages of Objects of the Main Gas Pipeline at Long Operation in Conditions of the Arctic / Nauka Obrazov. 2015. N 4(80). P. 94 – 99 [in Russian].Макаров Г. И. Проверка качества сварных труб для магистральных газопроводов на соответствие нормативным требованиям статической и динамической трещиностойкости / Наука о земле. 2018. № 3(292). С. 112 – 124.Makarov G. I. Quality control of welded pipes for gas pipelines for compliance with regulatory requirements for static and dynamic crack resistance / Nauka o zemle. 2018. N 3(292). P. 112 – 124 [in Russian].Варламов Н. В., Поликарпов К. В., Макаров Г. И., Горицкий В. Н. Натурные испытания труб и ремонтных конструкций на испытательном полигоне ОАО ВНИИСТ / Трубопроводной транспорт: теория и практика. 2010. № 6(22). С. 4 – 6.Varlamov N. V., Polikarpov K. V., Makarov G. I., Goritsky V. N. Field tests of pipes and repair structures at the testing range of VNIIST OJSC / Truboprovod. Transport. Teor. Prakt. 2010. N 6(22). P. 4 – 6 [in Russian].Красовский А. Я., Красико В. Н. Трещиностойкость сталей магистральных трубопроводов. — Киев: Наукова Думка, 1990. — 176 с.Krasovsky A. Ya., Krasiko V. N. Crack resistance of steel pipelines. — Kiev: Naukova Dumka, 1990. — 176 p. [in Russian].Ларионов В. П. Электродуговая сварка конструкций в северном исполнении. — Новосибирск: Наука, 1986. — 256 с.Larionov V. P. Electric arc welding of structures in the northern version. — Novosibirsk: Nauka, 1986. — 256 p. [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.