Вход
  1. Главная
  2. Журналы
  3. «Газовая промышленность»
  4. Газовая промышленность 10.2023
Газовая Промышленность 10.2023

Научная статья

УДК 531.781:620.166
(UDK 531.781:620.166)

Для получения доступа к статьям

Авторизуйтесь
Купить журнал

СТРОИТЕЛЬСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ (CONSTRUCTION AND OIL-AND-GAS PIPELINES’ OPERATION)

К ОЦЕНКЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ В ТРУБАХ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

(ON ASSESSMENT OF RESIDUAL STRESS AND STRAIN IN LARGE-DIAMETER PIPES)

Развитие чувствительности средств диагностики приводит к тому, что отмечается постепенное увеличение числа случаев выявления труб магистральных газопроводов с различными повреждениями. В целях установления объемов и сроков ремонтных работ актуальна задача точного определения остаточного ресурса труб с дефектами. Для этого используют математические модели развития дефектов, учитывающие уровень остаточных напряжений в трубах.
В статье рассмотрена методика оценки ориентировочного уровня остаточных напряжений, связанных с технологией изготовления, в трубах большого диаметра. Предложен вариант развития одного из механических экспериментально-расчетных способов определения остаточных напряжений, основанный на анализе измеренных горизонтальных и вертикальных расхождений кромок катушки, разрезанной вдоль образующей трубы. Для этого применяется используемый в строительной механике метод сил. На его основе получена универсальная формула оценки изгибающих остаточных напряжений в стенке, уравновешенных по окружности трубы. Предложенный подход апробирован на трех трубах большого диаметра и проверен при сравнительном анализе функциональной зависимости распределения остаточных напряжений и результатов моделирования разрезки труб методом конечных элементов. По итогам апробации метода установлен незначительный уровень компоненты рассматриваемых остаточных напряжений в трубах. В то же время полученные значения способны при сочетании различных факторов оказывать существенное влияние на кинетику развития дефектов.

Enhancing sensitivity of diagnostic means causes gradual increase number of damaged main gas pipelines being detected.
The task of precise measurement of damaged pipeline residual lifetime is relevant to determine the scope and time frames of repair and maintenance work. This is done using mathematical models of damage development that take into account the level of residual stress in pipes.
The article discusses the methods of assessing the approximate level of residual stress related to the manufacturing method in large-diameter pipes. We propose a way to develop one of mechanical experimental and calculation methods of residual stress determination based on analysis of measured horizontal and vertical misalignment of edges of a spool cut along the pipe generatrix. This is done using the force method from structural mechanics. It was used to derive a universal formula to assess the residual bending stress within a wall balanced along the pipe circumference. The proposed approach has been tested at three large-diameter pipes and checked by comparative analysis of the functional relationship of residual stress distribution and results of pipe cutting simulation using the finite element method. Testing of the method revealed an insignificant level of component representing the residual stress in pipes. The values obtained, however, can have a significant effect on the defects’ development kinetics in case of certain combination of various factors.

ОСТАТОЧНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ, ДЕФОРМАЦИЯ, ТРУБА БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА, МЕТОД СИЛ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-РАСЧЕТНЫЙ СПОСОБ

RESIDUAL STRESS, STRAIN, LARGE-DIAMETER PIPE, FORCE METHOD, EXPERIMENTAL AND CALCULATION METHOD

О.В. Трифонов, д.т.н., ООО «Газпром ВНИИГАЗ» (Санкт-Петербург, Россия), O_Trifonov@vniigaz.gazprom.ru

В.П. Черний, д.т.н., ООО «Газпром ВНИИГАЗ», V_Cherniy@vniigaz.gazprom.ru

С.И. Погуляев, ООО «Газпром ВНИИГАЗ», S_Pogulyaev@vniigaz.gazprom.ru

С.Е. Яковлев, к.ф.-м.н., ООО «Газпром ВНИИГАЗ», S_Yakovlev@vniigaz.gazprom.ru

O.V. Trifonov, DSc in Engineering, Gazprom VNIIGAZ LLC (Saint Petersburg, Russia), O_Trifonov@vniigaz.gazprom.ru

V.P. Cherniy, DSc in Engineering, Gazprom VNIIGAZ LLC, V_Cherniy@vniigaz.gazprom.ru

S.I. Pogulyaev, Gazprom VNIIGAZ LLC, S_Pogulyaev@vniigaz.gazprom.ru

S.E. Yakovlev, PhD in Physics and Mathematics, Gazprom VNIIGAZ LLC, S_Yakovlev@vniigaz.gazprom.ru

Биргер И.А. Остаточные напряжения. М.: МАШГИЗ, 1963. 232 с.

Ryakhovskikh I., Kashkovskiy R., Kaverin A., et al. Safe operation of gas pipelines based on the control of stress corrosion cracking // Int. J. Mater. Struct. Integr. 2021. Vol. 12, No. 6. P. 864–877. DOI: 10.1108/IJSI-05-2021-0052.

Погуляев С.И., Максютин И.В., Попков А.С. Влияние неравномерности распределения остаточных и эксплуатационных напряжений в трубах на возникновение в них дефектов коррозионного растрескивания под напряжением // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». 2022. № 1 (50). С. 120–132.

Ряховских И.В. Безопасная эксплуатация газопроводов на основе модели управления коррозионным растрескиванием под напряжением // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». 2022. № 1 (50). С. 17–30.

Репин Д.Г., Лисин В.Н., Спиридович Е.А., Никитина Н.Е. Влияние технологии изготовления труб большого диаметра на возможность их КРН // Газовая промышленность. 2008. № 3 (615). С. 66–69.

Popov A.L., Kozintsev V.M., Levitin A.L., et al. Application of the probe hole method for diagnostics of shrinkage stresses in products of additive technologies // Proceedings of the IUTAM Symposium on Mechanical Design and Analysis for AM Technologies / ed. by A.V. Manzhirov, E.V. Murashkin. Moscow: Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics of the Russian Academy of Sciences, 2018. P. 66–68.

Макеев С.А., Горьковенко В.А., Сеитов Е.А., Рахуба Л.Ф. Определение остаточных напряжений в сжатых полках арочных стальных тонколистовых холоднокатаных профилированных листов // Вестник СибАДИ. 2019. Т. 16, № 6 (70). С. 758–765. DOI: 10.26518/2071-7296-2019-6-758-765.

Серебряков Ан.В., Мальцев В.В., Бажуков И.Н. и др. Бесшовные нержавеющие трубы в бухтах для СПГ-оборудования // Черные металлы. 2019. № 9. С. 30–34.

Шимов Г.В., Серебряков Ан.В., Серебряков Ал.В. Прогнозирование остаточных напряжений в трубах после безоправочного волочения // Черные металлы. 2019. № 11. С. 11–16.

Ren S., Li S., Wang Y., et al. Finite element analysis of residual stress in 2.25Cr-1Mo steel pipe during welding and heat treatment process // Journal of Manufacturing Processes. 2019. Vol. 47. P. 110–118. DOI: 10.1016/j.jmapro.2019.09.019.

Yaghi A.H., Hyde T.H., Becker A.A., et al. Comparison of measured and modelled residual stresses in a welded P91 steel pipe undergoing post weld heat treatment // Int. J. Pressure Vessels Piping. 2020. Vol. 181. Article ID 104076. DOI: 10.1016/j.ijpvp.2020.104076.

Попов А.Л., Козинцев В.М., Челюбеев Д.А., Левитин А.Л. Метод отверстия в диагностике остаточных напряжений // Прикладная математика и механика. 2021. Т. 85, № 2. С. 210–238. DOI: 10.31857/S0032823521010069.

Díaz A., Cuesta I.I., Alegre J., et al. Residual stresses in cold-formed steel members: Review of measurement methods and numerical modelling // Thin-Walled Structures. 2021. Vol. 159. Article ID 107335. DOI: 10.1016/j.tws.2020.107335.

Solfronk P., Sobotka J., Bukovská Š., Bradáč J. Experimental and numerical analysis of the residual stresses in seamed pipe in dependence on welding and metal forming // Materials. 2023. Vol. 16, No. 6. Article ID 2256. DOI: 10.3390/ma16062256.

Sachs G., Espey G. A new method for determination of stress distribution in thin-walled tubing // Trans. Amer. Inst. Mining Met. Eng. 1942. Vol. 147. P. 348–360.

ASTM E1928-13(2019). Standard practice for estimating the approximate residual circumferential stress in straight thin-walled tubing // ASTM: офиц. сайт. URL: https://www.astm.org/e1928-13r19.html (дата обращения: 13.10.2023). Режим доступа: после приобретения.

Dumitrescu A., Zisopol D.G. Analysis of the residual stress level in casing and its influence on the collapse strength // Вісник Сумського державного університету. Серія Технічні науки. 2005. № 1 (73). С. 190–198.

Ржаницын А.Р. Строительная механика. 2-е изд., перераб. М.: Высшая школа, 1991. 438 с.

Уфлянд Я.С. Распространение волн при поперечных колебаниях балок и пластин // Прикладная математика и механика. 1948. № 12. С. 287–300.

Mindlin R.D. Influence of rotatory inertia and shear on flexural motions of isotropic, elastic plates // J. Appl. Mech. 1951. Vol. 18, No. 1. P. 31–38. DOI: 10.1115/1.4010217.

Birger IA. Residual Stresses. Moscow: MASHGIZ; 1963. (In Russian)

Ryakhovskikh I, Kashkovskiy R, Kaverin A, Stolov V, Zhedulov S. Safe operation of gas pipelines based on the control of stress corrosion cracking. Int. J. Mater. Struct. Integr. 2021; 12(6): 864–877. https://doi.org/10.1108/IJSI-05-2021-0052.

Pogulyayev SI, Maksyutin IV, Popkov AS. Effect of heterogeneous distribution of residual and operational stresses in pipes on their stress-corrosion cracking. Scientific-Technical Collection Book “Gas Science Bulletin” [Nauchno-tekhnicheskii sbornik “Vesti gazovoy nauki”]. 2022; 50(1): 120–132. (In Russian)

Ryakhovskikh IV. Safe operation of gas pipelines on the grounds of stress-corrosion control modelling. Scientific-Technical Collection Book “Gas Science Bulletin”. 2022; 50(1): 17–30. (In Russian)

Repin DG, Lisin VN Spiridovich EA, Nikitina NE. The influence of large-diameter pipe manufacturing technology on the possibility of their SSC. Gas Industry [Gazovaya promyshlennost’]. 2008; 615(3): 66–69. (In Russian)

Popov AL, Kozintsev VM, Levitin AL, Chelyubeev DA, Chentsov AV, Bychkov PS. Application of the probe hole method for diagnostics of shrinkage stresses in products of additive technologies. In: Manzhirov AV, Murashkin EV Proceedings of the IUTAM Symposium on Mechanical Design and Analysis for AM Technologies, 20–25 August 2018, Moscow, Russia. Moscow: Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics of the Russian Academy of Sciences; 2018. p. 66–68.

Makeev SA, Gorkovenko VA, Seitov EA, Rahuba LF. Compressed flanges of arched steel thin-walled cold-rolled profiled sheets: Determination of residual stresses. The Russian Automobile and Highway Industry Journal [Vestnik SibADI]. 2019; 16(6): 758–765. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2019-6-758-765. (In Russian)

Serebryakov AnV, Maltsev VV, Bazhukov IN, Serebryakov AlV, Parshakov SI. Seamless stainless tubes in coils for LNG equipment. Ferrous Metals [Chernye metally]. 2019; (9): 30–34. (In Russian)

Shimov GV, Serebryakov AnV, Serebryakov AlV. Prediction of residual stresses in tubes after sink drawing. Ferrous Metals. 2019; (11): 11–16. (In Russian)

Ren S, Li S, Wang Y, Deng D, Ma N. Finite element analysis of residual stress in 2.25Cr-1Mo steel pipe during welding and heat treatment process. Journal of Manufacturing Processes. 2019; 47: 110–118. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2019.09.019.

Yaghi AH, Hyde TH, Becker AA, Sun W, Wen W, Hilson G, et al. Comparison of measured and modelled residual stresses in a welded P91 steel pipe undergoing post weld heat treatment. Int. J. Pressure Vessels Piping. 2020; 181: article ID 104076. https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2020.104076.

Popov AL, Kozintsev VM, Chelyubeev DA, Levitin AL. Hole method in residual stress diagnostics. Journal of Applied Mathematics and Mechanics [Prikladnaya matematika i mekhanika]. 2021; 85(2): 210–238. https://doi.org/10.31857/S0032823521010069. (In Russian)

Díaz A, Cuesta II, Alegre J, de Jesus AMP, Manso JM. Residual stresses in cold-formed steel members: Review of measurement methods and numerical modelling. Thin-Walled Structures. 2021; (159): article ID 107335. https://doi.org/10.1016/j.tws.2020.107335.

Solfronk P, Sobotka J, Bukovská Š, Bradáč J. Experimental and numerical analysis of the residual stresses in seamed pipe in dependence on welding and metal forming. Materials. 2023; 16(6): article ID 2256. https://doi.org/10.3390/ma16062256.

Sachs G, Espey G. A new method for determination of stress distribution in thin-walled tubing. Trans. Amer. Inst. Mining Met. Eng. 1942; 147: 348–360.

ASTM International. ASTM E1928-13(2019). Standard practice for estimating the approximate residual circumferential stress in straight thin-walled tubing. Available from: https://www.astm.org/e1928-13r19.html [Accessed: 13 October 2023]. (Available upon purchase)

Dumitrescu A, Zisopol DG. Analysis of the residual stress level in casing and its influence on the collapse strength. Visnyk of Sumy State University. Technical Sciences Series [Vіsnik Sums’kogo derzhavnogo unіversitetu. Serіya Tekhnіchnі nauki]. 2005; 73(1): 190–198.

Rzhanitsyn AR. Structural Mechanics. 2nd ed. Moscow: Higher School [Vysshaya shkola]; 1991. (In Russian)

Uflyand YS. Wave propagation during transverse vibrations of beams and plates. Journal of Applied Mathematics and Mechanics. 1948; (12): 287–300. (In Russian)

Mindlin RD. Influence of rotatory inertia and shear on flexural motions of isotropic, elastic plates. J. Appl. Mech. 1951; 18(1): 31–38. https://doi.org/10.1115/1.4010217.
Назад к журналу
NEFTEGAS.info

Внимание к деталям — от идеи
до воплощения! Только актуальная информация и свежие новости.

О нас

 

 

Контакты

108811, г. Москва, Киевское ш.,
Бизнес-парк «Румянцево», корп. Б,
подъезд 5, офис 506 Б

+7 (495) 240-54-57