Оцінювання руйнування та міцності трубних сталей із урахуванням впливу водневого чинника експлуатаційних середовищ

Abstract

Робота присвячена оцінюванню руйнування і міцності трубних сталей та конструкцій за підходами механіки руйнування матеріалів із урахуванням впливу водневого чинника експлуатаційних середовищ. Базуючись на концепціях механіки руйнування матеріалів, розроблено і обґрунтовано критерії оцінювання міцності та безпечної експлуатації матеріалів, а також елементів трубних конструкцій за дії воденьвмісних середовищ. Використовуючи ці критерії, запропоновано спеціальні діаграми оцінювання роботоздатності та ризику руйнування трубопроводу з тріщиноподібними дефектами за дії воденьвмісних середовищ. Такі діаграми будують у координатах „характеристичні значення глибини тріщиноподібних дефектів – форма дефекту” (форму дефекту-тріщини приймають як півеліпс). Діаграми містять три зони: безпечної експлуатації трубопроводу, експлуатації з прогнозованим розвитком наявних тріщиноподібних дефектів та зону ризику катастрофічного руйнування. Здійснено оцінювання безпечної експлуатації трубопроводів з тріщиноподібними дефектами у робочих середовищах різного складу, зокрема розраховано безпечні значення розмірів дефектів залежно від їх форми та об’ємної концентрації водню в металі трубопроводів. Ці графічні залежності можна розглядати як базові діаграми для оцінювання роботоздатності та ризику руйнування трубопроводу за конкретних умов його експлуатації, за якими можна провести диференційоване оцінювання впливу на довговічність конструкції розмірів виявлених дефектів залежно від стану матеріалу трубопроводу (ступеня його наводнювання).

The article deals with the evaluation of fracture and strength of pipeline steels and structures on the basis of the fracture mechanics approaches with the account of operating environments hydrogen factor influence. Based on the fracture mechanics concepts, the criteria for evaluation of strength and safe operation of materials, as well as of the elements of pipeline structures, were developed and verified under the influence of the hydrogen-containing environments. When using these criteria, there were developed the special diagrams for evaluation of operability and fracture risk of the pipeline with the crack-like defects under the influence of the hydrogen-containing environments. These diagrams are built in the coordinates „characteristic values of depth of the crack-like defects – defect shape” (the shape of the crack-like defect is considered to be semi-elliptical) and contain the following three zones: pipeline safe operation, operation with predicted growth of the existing crack-like defects, and zone of brittle fracture risk. Evaluation of safe operation of the pipelines with the crack-like defects was carried out in different composition environments. In particular, the safe shape values of the defects were calculated depending on their shape and hydrogen volume concentration in the pipeline metal. These graphical dependences can be considered as basic diagrams for evaluation of operability and fracture risk of the pipeline under the given conditions of its operation. They also allow to evaluate differentially the identified defect size influence on the lifetime of the structure depending on the state of the pipeline metal (rate of its hydrogenation).