Инженерные аспекты развития метода магнитной памяти металла в оценке напряжённо-деформированного состояния газопроводов.


    Необходимость оценки фактического технического состояния магистральных газопроводов в течении всего периода эксплуатации является основополагающей проблемой в газовой промышленности. За последнее время налажено планомерное изучение и контроль технического состояния трубопроводов, которое осуществляется расчётными методами и комплексными измерениями, включающими внутритрубную инспекцию, электрометрию, магнитометрию, наземные, вертолётные обследования и др. Наибольшее распространение в отрасли получил один из самых эффективных методов контроля технического состояния линейной части магистральных трубопроводов — внутритрубная дефектоскопия (ВТД) с использованием ультразвуковых и магнитных дефектоскопов для определения различных дефектов металла труб. Серьёзным недостатком современных внутритрубных комплексов является то обстоятельство, что они не приспособлены для измерения напряжённо-деформированного состояния (НДС) трубопроводов. В 2006 г на участке магистрального газопровода Челябинск-Петровск, эксплуатируемого ООО «Баштрансгаз», произошёл аварийный разрыв трубопровода по сварному стыку взрывом и возгоранием, основными причинами которого явились растягивающие напряжения участка газопровода (sр=205,2МПа), возникшие в результате упругого изгиба трубопровода от веса трубы и веса грунта над ним при недостаточно плотном основании, изменение положения оси трубопровода из-за возможного влияния карстовых явлений, геодинамических факторов (минимальные многолетние подвижки грунтов) и др. изгибные напряжения в районе кольцевого шва, расположенного на дне оврага (sизг=±154,4МПа), наличие стресс-коррозионных трещин, развивающихся в кольцевом направлении. Наиболее вероятной причиной изгибных напряжений является неприлегание трубопровода к дну траншеи, допущенное на стадии строительства.
    После окончательного разрыва стыка образовался зазор шириной 50 мм по верхней образующей и 140 мм по нижней образующей. Используя теоретические и практические аспекты строительной механики, после проведения соответствующих расчётов, было определено, что трубопровод находился под действием нагрузок, которые создавали следующие результирующие напряжения в стенке трубы: на верхней образующей трубопровода sос = 150,6 МПа; на боковых образующих sос = 305,0 МПа; на нижней образующей sос = 459,4 МПа. Проектное осевое напряжение трубопровода s = 331,7 МПа. Таким образом, на нижней образующей осевые напряжения превысили проектный уровень, а также предел текучести основного металла (для сталей Х-67 и Х-70 предел текучести составляет 441 МПа), повлекшие разрушение газопровода.
    Комиссией по расследованию аварии было отмечено, что по фотографиям с места аварии и по деформациям, полученным трубами при разрушении, следует, что кроме окружных, осевых и изгибных присутствовали еще сдвиговые напряжения. При освобождении состыкованных труб друг от друга (при доломе) эти трубы сдвинулись в поперечном направлении и получили пластические деформации, которые привели к искажению круговой формы сечения. Аналитическое исследование причин возникновения указанной аварии свидетельствует о том, что современное диагностическое обслуживание газопроводов, располагающее большим арсеналом различных физических методов и средств, не должно ограничиваться базовыми принципами дефектоскопии, а все более ориентироваться на решение задачи количественной оценки фактических напряжений в стенке трубопровода, получение картины напряженно-деформированного состояния объекта контроля. Аварию удалось бы избежать, если бы своевременно был проведен комплекс работ по измерению НДС линейной части газопровода. В настоящее время авторы не располагают данными по существованию информативных экспресс-методов диагностики НДС магистральных газопроводов, основанных на применении внутритрубной инспекции.
    В настоящее время авторы не располагают данными по существованию информативных экспресс-методов диагностики НДС магистральных газопроводов, основанных на применении внутритрубной инспекции. На сегодняшний день полноту решения данного вопроса наиболее динамично охватывает сравнительно новое направление в технической диагностике — метод магнитной памяти металла (МПМ), основанный на регистрации и анализе распределения собственных магнитных полей рассеяния (СМПР) на поверхности изделий с целью определения зон концентрации напряжений (ЗКН), дефектов, неоднородности структуры металла и сварных соединений. Известно, что под действием эксплуатационных нагрузок работа металла в основном определяется скольжением дислокаций и сдвиговой деформацией (см. анализ аварии). Возможность оценки фактического НДС трубопроводов, выявление и локализация зон концентрации напряжений, обусловленных сдвиговой деформацией, позволяет говорить о МПМ как о наиболее перспективном для практического применения. Основным диагностическим параметром НДС по методу МПМ является градиент магнитного поля рассеяния Нр (dH/dx), фиксируемого при сканировании датчиком прибора типа индикатора концентрации напряжений (ИКН) вдоль поверхности газопровода. Установлено, что именно этот диагностический параметр в силу магнитомеханического эффекта напрямую отображает энергетическое состояние поверхности и глубинных слоев металла в ЗК.
    В настоящее время не решенным остается вопрос разработки средств контроля НДС магистральных газопроводов (вследствие значительной протяженности), позволяющих оперативное проведение диагностического обследования на базе наземной или внутритрубной инспекции. Перспективной представляется задача создания или дооснащения существующих снарядов приборами, основанными на методе МПМ, с использованием имеющейся методологической базы. Тем не менее, уникальность возможностей метода МПМ по выявлению локальных ЗКН, определяющих фактическое НДС, очевидна, что безусловно свидетельствует о перспективах развития метода в программе повышения эксплуатационной надежности газопроводов.