Газовая Промышленность 3.2023

Научный отчет

УДК 620.178.6::621.644
(UDK 620.178.6::621.644)

Для получения доступа к статьям

Авторизуйтесь

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ (NEW TECHNOLOGIES AND EQUIPMENT)

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ВЯЗКОСТИ РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛА ТРУБ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ. РАЗРЫВНАЯ МАШИНА РМ-600 ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ПОЛНОТОЛЩИННЫХ ОБРАЗЦОВ ТРУБНОЙ СТАЛИ

(EVALUATION METHODS FOR PIPE METAL FRACTURE TOUGHNESS OF MAIN GAS PIPELINES. RM-600 PULL TEST MACHINE FOR TESTING OF FULL-THICKNESS PIPE STEEL SPECIMENS)

В работе рассмотрены методы оценки сопротивления протяженному вязкому разрушению современных высокопрочных трубных сталей, используемых при строительстве магистральных трубопроводов. Традиционно требуемую вязкость сталей оценивают по результатам испытаний на динамическую вязкость по методу Шарпи. Наряду с этим испытывают также полнотолщинные образцы падающим грузом. Оба метода имеют определенные недостатки, в особенности применительно к современным вязкопластичным сталям.
Для аттестации высокопрочные трубы на специально оборудованном полигоне в г. Копейске (Челябинская обл.) подвергают полномасштабным пневматическим испытаниям, имитирующим аварийное разрушение газопровода. Такие исследования громоздки и трудоемки и не во всех случаях позволяют объективно судить о вязкости стали, достаточной для полной остановки трещины в пределах трех труб. В качестве адекватной альтернативы лабораторным исследованиям и для дополнения полигонных испытаний трубных плетей рассматривается инструментальный метод динамического разрыва крупномасштабных образцов металла с обеспечением в эксперименте скоростей движения трещины, близких к реально наблюдаемым в условиях полигона.
В ПАО «Газпром» разработана и изготовлена разрывная машина РМ-600 для испытания на растяжение плоских полнотолщинных образцов трубных сталей, используемых для строительства магистральных газопроводов, при статическом и динамическом нагружении. Проведенные на ней испытания образцов на динамический разрыв показали возможность получать результаты, сопоставимые с данными полигонных исследований. При этом реализуемые в лаборатории условия разрушения образца – скорость распространения трещины, напряженно-деформированное состояние и пластическая зона в окрестности вершины трещины – близки к условиям распространения трещины в трубе магистрального газопровода.

The paper contains an overview of methods for evaluating resistance to longitudinal plastic fracture of modern high-strength pipe steels used for main pipelines’ construction. The required steel ductility is commonly evaluated by dynamic Charpy V-notch test. Full-thickness specimens are also drop-weight tested. Both methods have certain deficiencies, especially when applied to modern viscous plastic steels.
High-strength pipes are certified at a special-purpose testing ground in Kopeysk (Chelyabinsk Oblast) where they are undergo full-scale pneumatic tests simulating emergency destruction of a gas pipeline. This is a bulk and labor-intensive testing and it does not always provide objective information on steel ductility that is sufficient to completely stop crack spreading within three pipes. Tool-based method of dynamic fracture in large metal specimens with crack propagation speeds close to actual speeds observed at testing grounds is considered as an adequate alternative to lab testing and an addition to pipe string ground tests.
PJSC Gazprom has developed and manufactured the RM-600 pull test machine for strain testing of flat full-thickness pipe steel specimens used for main gas pipelines at static and dynamic loads. Dynamic fracture testing of specimens conducted at the RM-600 pull test machine has shown the results comparable to those performed at testing grounds. Moreover, lab conditions of specimen destruction such as crack propagation speed, stress-strain state, and the crack top plastic zone are close to crack propagation conditions in a main gas pipeline.

МЕТАЛЛ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ, СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРОТЯЖЕННОМУ ВЯЗКОМУ РАЗРУШЕНИЮ, ИСПЫТАНИЕ НА ДИНАМИЧЕСКУЮ ВЯЗКОСТЬ, РАЗРЫВНАЯ МАШИНА, РАЗРЫВ ПОЛНОТОЛЩИННЫХ ОБРАЗЦОВ, УСИЛИЕ РАЗРЫВА, СКОРОСТЬ ТРЕЩИНЫ

METAL FOR MAIN GAS PIPELINES, RESISTANCE TO LONGITUDINAL VISCOUS FRACTURE, DYNAMIC DUCTILITY TESTING, PULL TEST MACHINE, FULL-THICKNESS SPECIMEN FRACTURE, FRACTURE FORCE, CRACK PROPAGATION SPEED

А.И. Абакумов, к.ф.-м.н., ФГУП «Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики» (Саров, Россия), AIAbakumov@vniief.ru

И.И. Сафронов, к.ф.-м.н., ФГУП «Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики», IISafronov@vniief.ru

А.С. Смирнов, ФГУП «Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики», ASSmirnov@vniief.ru

А.В. Сиренко, к.ф.-м.н., ФГУП «Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики», AVSirenko@vniief.ru

С.К. Груздев, ФГУП «Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики», SKGruzdev@vniief.ru

А.Б. Арабей, к.т.н., ООО «Газпром ВНИИГАЗ» (Москва, Россия), A.Arabey@vniigaz.gazprom.ru

Н.Б. Нестеров, к.т.н., ПАО «Газпром» (Санкт-Петербург, Россия), N.Nesterov@adm.gazprom.ru

А.С. Попков, к.т.н., ПАО «Газпром», A.S.Popkov@adm.gazprom.ru

A.I. Abakumov, PhD in Physics and Mathematics, Russian Federal Nuclear Center – All-Russian Research Institute of Experimental Physics (Sarov, Russia), AIAbakumov@vniief.ru

I.I. Safronov, PhD in Physics and Mathematics, Russian Federal Nuclear Center – All-Russian Research Institute of Experimental Physics, IISafronov@vniief.ru

A.S. Smirnov, Russian Federal Nuclear Center – All-Russian Research Institute of Experimental Physics, ASSmirnov@vniief.ru

A.V. Sirenko, PhD in Physics and Mathematics, Russian Federal Nuclear Center – All-Russian Research Institute of Experimental Physics, AVSirenko@vniief.ru

S.K. Gruzdev, Russian Federal Nuclear Center – All-Russian Research Institute of Experimental Physics, SKGruzdev@vniief.ru

A.B. Arabey, PhD in Engineering, Gazprom VNIIGAZ LLC (Moscow, Russia), A.Arabey@vniigaz.gazprom.ru

N.B. Nesterov, PhD in Engineering, PJSC Gazprom (Saint Petersburg, Russia), N.Nesterov@adm.gazprom.ru

A.S. Popkov, PhD in Engineering, PJSC Gazprom, A.S.Popkov@adm.gazprom.ru

Русакова В.В., Лобанова Т.П. Перспективы применения высокопрочных труб категории прочности К65(Х80) для проектов дальнего транспорта газа // Наука и техника в газовой промышленности. 2009. № 1 (36). С. 4–7.

Русакова В.В., Лобанова Т.П., Арабей А.Б. и др. Организация комплексных исследований отечественных труб для новых магистральных газопроводов высокого давления // Наука и техника в газовой промышленности. 2009. № 1 (36). С. 17–21.

Арабей А.Б. Развитие технических требований к металлу труб магистральных газопроводов // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2010. № 7. С. 3–9.

Эрделен-Пепплер М., Хилленбранд Х., Кальва С., Кнауф Г. Исследование применимости прогнозируемой способности к удержанию распространения разрушения для высокопрочного трубопровода в условиях низких температур // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2012. Т. 55, № 3. С. 3–12. DOI: 10.17073/0368-0797-2012-3-3-12.

Арабей А.Б., Глебов А.Г., Капуткина Л.М. и др. Температура хрупко-вязкого перехода трубной стали K65 – экспериментальное определение и сопутствующие признаки // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». 2020. № 2 (44). С. 152–161.

ГОСТ 9454–78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах // Кодекс: электрон. фонд правовых и норматив.-техн. док. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200005045 (дата обращения: 12.03.2023).

Штремель М.А., Арабей А.Б., Глебов А.Г. и др. О нормировании хладноломкости толстолистовой стали. Часть II. Пороги хладноломкости в испытаниях труб // Деформация и разрушение материалов. 2017. № 7. С. 28–39.

СП 36.13330.2012. Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.06–85* // Кодекс: электрон. фонд правовых и норматив.-техн. док. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200103173 (дата обращения: 12.03.2023).

ГОСТ 30456–97. Металлопродукция. Прокат листовой и трубы стальные. Методы испытания на ударный изгиб // Кодекс: электрон. фонд правовых и норматив.-техн. док. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200029386 (дата обращения: 12.03.2023).

Leis B.N. Arresting propagation shear in pipelines (Part 2. See no. 1, 2015 for part 1) // Steel in Translation. 2015. Vol. 45, No. 3. P. 161–174. DOI: 10.3103/S0967091215030110.

Абакумов А.И., Сафронов И.И., Смирнов А.С. и др. Численное моделирование испытания падающим грузом вязкой трубной стали при трехточечном изгибе // Проблемы прочности и пластичности. 2020. Т. 82, № 4. С. 493–506. DOI: 10.32326/1814-9146-2020-82-4-493-506.

Абакумов А.И., Сафронов И.И., Смирнов А.С. и др. Расчетно-экспериментальное исследование испытания падающим грузом высокопрочной трубной стали Х100 (K80) // Проблемы прочности и пластичности. 2021. Т. 83, № 3. С. 354–368. DOI: 10.32326/1814-9146-2021-83-3-354-368.

Штремель М.А., Арабей А.Б., Глебов А.Г. и др. Силы и деформации при испытании падающим грузом (ИПГ – DWTT) // Деформация и разрушение материалов. 2016. № 9. С. 36–47.

Штремель М.А., Арабей А.Б., Глебов А.Г. и др. Наблюдения динамики протяженного разрушения трубопровода // Деформация и разрушение материалов. 2020. № 1. С. 39–46. DOI: 10.31044/1814-4632-2020-1-39-46.

Makino H., Amano T. Demonstration of crack arrestability of X100 line pipe and development of evaluation technologies for three-dimensional fracture process // Nippon Steel & Sumitomo Metal Technical Report. 2015. No. 107. P. 38–43.

Luu T.T. Déchirure ductile des aciers à haute résistance pour gazoducs (X100): PhD thesis. Paris: École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2006. 237 p.

Luu T.T., Tanguy B., Besson B., et al. Rupture ductile d’un acier haute resistance X100 pour transport de gaz naturel: Caracterisation et simulation // Matériaux. 2006. Article ID hal-00144467.

Rivalin F., Pineau A., Di Fant M., Besson J. Ductile tearing of pipeline-steel wide plates: I. Dynamic and quasi-static experiments // Eng. Fract. Mech. 2001. Vol. 68, No. 3. P. 329–345. DOI: 10.1016/S0013-7944(00)00107-7.

Paermentier B., Debruyne D., Talemi R. Numerical modelling of dynamic ductile fracture propagation in different lab-scale experiments using GTN damage model // Frattura ed Integrità Strutturale. 2020. Vol. 52. P. 105–112. DOI: 10.3221/IGF–ESIS.52.09.

Патент № 2769535 Российская Федерация, МПК G01N 3/313 (2006.01). Испытательная установка на динамический разрыв образцов металла: № 2021117132: заявл. 10.06.2021: опубл. 01.04.2022 / Абакумов А.И., Абакумов С.А., Думкин О.А. и др. // Yandex.ru: патенты. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2769535C1_20220401 (дата обращения: 12.03.2023).

Штремель М.А. Разрушение: в 2 кн. М.: МИСиС, 2014. Кн. 1. Разрушение материала. 670 с.

Rusakova VV, Lobanova TP. Prospects for application of high-strength pipes of strength category K65(Х80) for long-distance gas transmission projects. Science and Technology in the Gas Industry [Nauka i tehnika v gazovoj promyshlennosti]. 2009; 36(1): 4–7. (In Russian)

Rusakova VV, Lobanova TP, Arabey AB, Pyshmintsev IYu, Stolyarov VV, Kharionovsky VV. Organization of comprehensive research of domestic pipes for new high-pressure main gas pipelines. Science and Technology in the Gas Industry. 2009; 36(1): 17–21. (In Russian)

Arabey AB. Development of technical requirements for pipes’ metal of main gas pipelines. Izvestiya. Ferrous Metallurgy [Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya]. 2010; (7): 3–9. (In Russian)

Erdelen-Peppler M, Hillenbrand H, Calvo S, Knauf H. Investigation of the applicability of the projected capacity for the retention of high-strength distribution for the destruction of the pipeline at low temperatures. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2012; 55(3): 3–12. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2012-3-3-12. (In Russian)

Arabey AB, Glebov AG, Kaputkina LM, Pyshmintsnev IYu, Yakovlev SYe, Abakumov AI, et al. Experimental determination and concomitant signs of a brittle-ductile transition temperature for K65-grade pipe steel. Scientific-Technical Collection Book “Gas Science Bulletin” [Nauchnotehnicheskij sbornik “Vesti gazovoj nauki”]. 2020; 44(2): 152–161. (In Russian)

USSR State Committee of Standards. GOST 9454–78 (state standard). Metals. Method for testing the impact strength at low, room and high temperature. Available from: https://docs.cntd.ru/document/1200005045 [Accessed: 12 March 2023]. (In Russian)

Shtremel MA, Glebov AG, Arabey AB, Pyshmintsev IYu, Esiev TS, Abakumov AI. Normalization of the cold shortness of plate steel: II. Short-brittleness thresholds in pipe tests. Russian Metallurgy (Metally) [Deformatsiya i razrushenie materialov]. 2017; (7): 28–39. (In Russian)

Federal Agency for the Construction, Housing and Utilities. SP 36.13330.2012 (code of practice). Trunk pipelines. Revised edition of SNiP 2.05.06–85 (building codes and regulations). Available from: https://docs.cntd.ru/document/1200103173 [Accessed: 12 March 2023]. (In Russian)

Euro-Asian Council for Standardization, Metrology and Certification. GOST 30456–97. Metal production. Rolled steel and tubes. Methods of blow bending tests. Available from: https://docs.cntd.ru/document/1200029386 [Accessed: 12 March 2023]. (In Russian)

Leis BN. Arresting propagation shear in pipelines (Part 2. See no. 1, 2015 for part 1). Steel in Translation. 2015; 45(3): 161–174. https://doi.org/10.3103/S0967091215030110.

Abakumov AI, Safronov II, Smirnov AS, Arabey AB, Glebov AG, Esiev TS, et al. Numerical simulation of a drop weight test of ductile pipe steel. Problems of Strength and Plasticity [Problemy prochnosti I plastichnosti]. 2020; 82(4): 493–506. https://doi.org/10.32326/1814-9146-2020-82-4-493-506. (In Russian)

Abakumov AI, Safronov II, Smirnov AS, Arabey AB, Esiev TS, Yakovlev SE, et al. Computational and experimental study of the falling load test of highstrength pipe steel X100 (K80). Problems of Strength and Plasticity. 2021; 83(3): 354–368. https://doi.org/10.32326/1814-9146-2021-83-3-354-368. (In Russian)

Shtremel MA, Arabey AB, Glebov AG, Abakumov AI, Esiev TS, Struin AO, et al. Forces and strains during drop weight tear test. Russian Metallurgy (Metally). 2016; (9): 36–47. (In Russian)

Shtremel MA, Arabey AB, Glebov AG, Abakumov AI, Esiev TS, Pyshmintsev IYu. Dynamics of extended pipeline failure. Russian Metallurgy (Metally). 2020; (1): 39–46. https://doi.org/10.31044/1814-4632-2020-1-39-46. (In Russian)

Makino H, Amano T. Demonstration of crack arrestability of X100 line pipe and development of evaluation technologies for three-dimensional fracture process. Nippon Steel & Sumitomo Metal Technical Report. 2015; (107): 38–43.

Luu T.T. Déchirure ductile des aciers à haute résistance pour gazoducs (X100). PhD thesis. École Nationale Supérieure des Mines de Paris; 2006. (In French)

Luu TT, Tanguy B, Besson B, Pineau A, Perrin G. Rupture ductile d’un acier haute resistance X100 pour transport de gaz naturel: Caracterisation et simulation. Matériaux. 2006; article ID hal-00144467. (In French)

Rivalin F, Pineau A, Di Fant M, Besson J. Ductile tearing of pipeline-steel wide plates: I. Dynamic and quasi-static experiments. Eng. Fract. Mech. 2001; 68(3): 329–345. https://doi.org/10.1016/S0013-7944(00)00107-7.

Paermentier B, Debruyne D, Talemi R. Numerical modelling of dynamic ductile fracture propagation in different lab-scale experiments using GTN damage model. Frattura ed Integrità Strutturale. 2020; 52: 105–112. https://doi.org/10.3221/IGF–ESIS.52.09.

Abakumov AI, Abakumov SA, Dumkin OA, Gruzdev SK, Koksharov VV, Safronov II, et al. Test setup for dynamic rupture of metal specimens. RU2769535 (Patent) 2022.

Shtremel MA. Destruction of material. In: Shtremel MA Destruction. Moscow: National University of Science and Technology MISIS; 2014. (In Russian)

NEFTEGAS.info

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

Контакты

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

+7 (495) 240-54-57