CC BY
9
ЭКСПОЗИЦИЯ НЕФТЬ ГАЗ №2 (20) апрель 2012 г.
ДИАГНОСТИКА 73
МУЛЬТИФРАКТАЛЬНАЯ ПАРАМЕТРИЗАЦИЯ В ОЦЕНКЕ УРОВНЯ НАПРЯЖЕНИЙ В МАТЕРИАЛЕ НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ
MULTIFRACTAL PARAMETRIZATION AS METHOD OF TENSION ESTIMATION IN MATERIAL OF OIL AND GAS PIPELINES
УДК 620.18
А.С. СИЛЬВЕСТРОВ
A.Д. АНВАРОВ
B.А. БУЛКИН
A.S. SILVESTROV A.D. ANVAROV
V.A. BULKIN
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: KEYWORDS:
соискатель, Главный инженер проектов ООО «Астрапроект» к.т.н., Ведущий инженер ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» (ФГБОУ ВПО «КНИТУ») д.т.н., профессор ФГБОУ ВПО «КНИТУ»
aspirant, Chief engineer of projects of LLC «Astraproject» Kazan
PhD, Leading engineer of Kazan
National Research Technological University
Doctor of Sc., Full Professor of
Kazan National Research Technological University
газонефтепроводы, металлография, мультифрактальная параметризация, внутренние напряжения
oil and gas pipeline, metallography, Multifractal parameterization, Internal tensions
Казань
SilvestrovAS@mail.ru
Установлено, что характер распределения значений мультифрактальных характеристик изображений металлографических структур исследованных образцов повторяет характер распределения напряжений в материале этих образцов, что дает предпосылку разработки метода оценки фактического НДС неразрушающим способом.
It was identified that there is а correlation between the values of tensions which had been affected pipeline material and the results of multifractural parametrization of the digital images of its structure . This is a fundamental principle of the method of estimation of actual stress-strain state by nondestructive way.
Работа технических устройств, таких как магистральные трубопроводы, сопряжена со сложными условиями эксплуатации. Одной из возникающих при этом проблем является сложность анализа напряженно-деформированного состояния (НДС) исследуемого участка трубопровода. Причем получить реальную картину распределения НДС часто не представляется возможным в силу специфики данного вида технических устройств опасных производственных объектов (протяженные скрытые участки трубопроводов, сложность в соблюдении
технологии укладки при строительстве, перемещение пластов земли совместно с трубопроводом при сезонных колебаниях температуры и прочее [1]).
Ранее показаны [2, 3] возможности метода мультифрактальной параметризации как метода обладающего высокой чувствительностью к изменениям механических характеристик металла. Нет сомнений в том, что изображение металлографической структуры несет огромную информацию о природе металла, при этом стандартными методами металлографии удается
Рис.1. Устройство СО-МФ-1. Вид из программы Ansys
извлекать лишь небольшую ее часть.
В работе [4] предложено теоретическое обоснование в применении метода мультифрактальной параметризации для установления соотношения между характером деформаций и мультифрактальными параметрами металлографической структуры, на основании которых был предложен стандартный образец металлографической структуры для проверки соответствия муль-тифрактальных параметров деформациям СО-МФ-1 (рис.1) и получен патент на полезную модель №100256.
СО-МФ-1 выполняется в виде прямоугольной пластины из металла идентичного материалу контролируемого трубопровода, содержит захватные 1 и рабочую 2 части (рис. 1). В рабочей части образца выполнены вырезы с радиусом R, симметрично расположенные относительно продольной оси, образующие перешеек. Радиус R и минимальная ширина перешейка а определяются расчетным путем по соотношениям напряжений в точках на продольной оси, соответствующими пределу прочности в минимальном сечении перешейка и упругой деформации металла в начале выреза.
Для апробации данного метода были изготовлены и испытаны 2 образца (рис. 2, 3).
1 -й образец изготовлен из металла аварийного запаса (с исходными свойствами и структурой), 2-й образец из металла трубопровода, отработавшего расчётный ресурс. Марка материала в обоих случаях соответствовала стали 17Г1С.
После испытаний на растяжение на рабочей части образцов были изготовлены металлографические шлифы, на ►
74 ДИАГНОСТИКА №2 (20) апрель 2012 г. ЭКСПОЗИЦИЯ НЕФТЬ ГАЗ
изображениях которых впоследствии был проведен мультифрактальный анализ (МФА) в программе MFRDrom. Шлифы изготавливали на поверхности образца соответствующей наружной поверхности трубопровода. Для удобства анализа и привязки металлографических снимков на поверхность шлифов была нанесена сетка с шагом 3 мм.
В результате МФА были получены следующие результаты (рис. 4, 5).
На графиках в координатах однородность ^200) - упорядоченность р1^200) представлены результаты МФА изображений металлографической структуры участков, расположенных на разном удалении от места разрушения образцов. Средние значения полученных в результате анализа данных представлены на рис.6,7.
Как видно из графиков, характер распределения результатов МФА логично сочетается с областями распределения НДС образца (рис.1).
Проведенные исследования позволяют проводить анализ НДС образцов (например, в программе Ansys) по имеющимся данным механических испытаний с последующей привязкой расчетных данных по НДС соответствующим значениям МФА изображений структур данных областей.
Принимая во внимание, что изготовление металлографических шлифов предполагается осуществлять непосредственно на наружной поверхности действующего трубопровода, метод претендует на статус неразрушающего метода оценки фактического напряженно-деформированного состояния трубопровода.■
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА:
1. Сильвестров А.С., Булкин В.А., Анваров А.Д. Термоциклические процессы как причина КРН на магистральных газопроводах / Вестник Казанского государственного технологического университета, №18, 2011, стр.168.
2. Сильвестров А.С., Анваров А.Д., Булкин В.А. Пути совершенствования системы оценки работоспособности магистральных трубопроводов нефти и газа. / Контроль. Диагностика. - №6 -2010, стр19-22.
3. Анваров А.Д. Возможность идентификации механических свойств металла оборудования химических производств при экспертизе промышленной безопасности на базе метода мультифрактальной параметризации / А.Д. Анваров, А.С. Маминов, В.А. Булкин, Г.В. Встовский / Вестник Казанского государственного технологического университета. - 2006. - №1. - С.77-82.
4. Сильвестров А.С., Анваров А.Д., Николаев Е.И., Булкин В.А. Применение метода мультифрактальной параметризации при оценке остаточного ресурса магистральных трубопроводов / Вестник Казанского государственного технологического университета, №12, 2010, стр. 464.
Рис. 4 Распределение значений мультифрактальных параметров 1 образца Рис. 5 Распределение значений мультифрактальных параметров 2 образца
Рис. 6 Усредненные значения результатов МФА для изображений структур 1-ого образца
Рис. 7 Усредненные значения результатов МФА для изображений структур 2-ого образца
