CC BY
13
Науковий вкник НЛТУ Украши. - 2016. - Вип. 26.4
древесине необходимого цвета, улучшение прочности и пластичности, ускорение последующей сушки.
Ключевые слова: огнезащитные средства, тепловая обработка, пропаривание, физико-механические показатели, оптимальные режимы.
Kravets I.P., Kushnir A.P., Shapovalov O. V. The Selection of Optimal Regimes of Heat Treatment as a Preparatory Step before Fire Protection of Wood
For high-quality impregnation of wood by flame retardant means it is pre-heat treated. In this case we use this type of finishing, like steaming. It is very important not to lose the positive qualities of natural wood during the preliminary preparation of the wood for the fire protection. The conducted research allowed to determine the influence of heat treatment on the dynamics of changes in physico-mechanical properties of wood. As a result of experimental studies of the selected optimal modes of curing that maintain high-quality physical and mechanical properties, such as the prevention of timber losses during storage and transportation, alignment, color, or giving the wood the desired color, the improvement of strength and plasticity, accelerate subsequent drying.
Keywords: fireproof coverage, thermal treatment, steaming thoroughly, physical and mechanical performance, optimal regimes.
УДК 621.643
ВПЛИВ ГАЗОГ1ДРАТ1В НА ОП1Р BTOMI МАТЕР1АЛУ ТРИВАЛОЕКСПЛУАТОВАНИХ ПРОМИСЛОВИХ ТРУБОПРОВОД1В
МП Мазур1, Р.С Грабовський2,Л.Я. Побережный3, М.О. Карпаш4, А.В. Грыцанчук5
Причиною небезпечного стану, а в окремих випадках руйнування ra30np0B0AiB е утворення на зовшшнш або внутршнш поверхш труби корозшно-втомних трщин, спричинене експлуатацшними цишчними навантаженнями. Зпдно з даними дiагнос-тичного контролю таю трщини зароджуються на дш корозiйних виразок, технолопч-них рисок тощо. Проведено втомнi випробовування зразкiв трубно! сталi 20 шсля ек-спозицй у газогiдратi. Встановлено, що зменшення довговiчностi становить вщ 15 до 25 %, а з урахуванням деградацй матерiалу сягае до 2,5 раза, що свщчить про потребу врахування пдратного чинника в оцiнюваннi залишкового ресурсу.
За результатами випробовувань на трiщиностiйкiсть для зразюв iз сталi 20 визна-чено критичнi розмiри трщини. Показано, що для труб шсля 31 року експлуатацй кри-тичний розмiр трiщини зменшуеться на 21 %. Визначено границю плинностi дослщжу-ваних зразкiв за запропонованою методикою. Результати загалом узгоджуються iз про-мисловою практикою: границя плинностi знизилась незначно протягом всього термину експлуатування.
Ключовi слова: газопдрати, внутрiшньотрубна корозiя, ресурс роботи, неруйшвне визначення границi плинносп, критичнi розмiри трщини.
Вступ. Фiзико-меxашчш характеристики сталей, поза сумшвом, е визна-чальними з погляду експлуатащйних властивостей металоконструкцiй довгот-ривало! експлуатацц. У загальному випадку можна стверджувати, що ix неввд-повiднiсть умовам експлуатування призводить до нагромадження пошкоджень
1 доц. М.П. Мазур, канд. фiз.-мат. наук - 1вано-Франк1вський НТУ нафти i газу;
2 проф. Р.С. Грабовський, д-р техн. наук - 1вано-Франк1вський НТУ нафти i газу;
3 проф. Л.Я. Побережний, д-р техн. наук - 1вано-Франк1вський НТУ нафти i газу;
4 проф. М.О. Карпаш, д-р техн. наук - 1вано-Франк1вський НТУ нафти i газу;
5 асист. А.В. Грицанчук - 1вано-Франшвський НТУ нафти i газу
та утворення дефектiв типу порушення суцiльностi, !х нагромадження та збшь-шення з подальшим невiдворотним руйнуванням, оскшьки природш процеси деградування фiзико-механiчних характеристик неможливо спинити, або виве-дення конструкцп з експлуатацп. Проте потрiбнi фiзико-механiчнi характеристики сталей формуються не тшьки хiмiчним складом, а й режимом !х термiчно-го оброблення - при цьому для формування такого складного хiмiчного зв'язку метал нагромаджуе значну кiлькiсть теплово! енергп. З часом, за впливу зов-нiшнiх умов експлуатування, ця нагромаджена енергш розсiюеться, внаслiдок чого хiмiчний зв'язок слабне - змiнюеться мкроструктура, а далi фiзико-меха-нiчнi характеристики.
Стосовно систем трубопровщного транспорту в нафтогазовш промисло-востi цей взаемозв'язок первинних фiзико-механiчних характеристик з умовами навколишнього середовища, якi зумовлюють !х змiну, можна зобразити схемою (рис. 1).
Рис. 1. Схема взаемозв'язк1вумов експлуатування з параметрами, що характеризують техтчний стан лтшноХ частини маг1стральних трубопровод1в
Причиною небезпечного стану, а в окремих випадках [1, 2] руйнування газопроводiв е утворення на зовшшнш або внутршнш поверхш труби, коро-зiйно-втомних трiщин, спричинене експлуатацiйними циклiчними навантажен-нями. Зпдно з даними дiагностичного контролю таю трщини зароджуються на днi корозшних виразок, технологiчних рисок тощо. пульсуючого тиску такi трь щини з часом виходять на поверхню, утворюючи наскрiзнi трiщини.
Оцiнюючи цiлiснiсть трубопроводу з нас^зною трiщиною, варто однак мати на уваз^ що можлива реалiзацiя двох сценарпв. У першому випадку мож-ливе утворення "свища" - нас^зного отвору стабшьного розмiру, у другому -катастрофiчне (неконтрольоване) поширення трiщини вздовж твiрноl труби.
Мета роботи - встановити вплив терм^ експлуатацп та газогiдратних утворень на втомш характеристики матерiалу промислових трубопроводiв
Матерiали i методи дослщження. Об'ектом дослiджень вибрано про-мисловi газопроводи зi сталi 20 на тзнш стадп експлуатацп.
Для визначення умов руйнування труб промислових газопроводiв пот-рiбно, по-перше, мати експериментальш данi, за яких вiдбуваеться катастрофiч-не руйнування металу труби, по-друге - розрахунковi данi про критичш розмь ри нас^зно1 трiщини, утворено! пiд впливом експлуатацiйного навантаження. Зауважимо, що початок поширення нас^зно1 трщини у стшщ труби потрiбно ощнювати за енергетичним [3] критерiем руйнування: трщина починае рости, якщо штенсившсть енергп , що звшьнилася, досягае критично1 величини Jс:
Наукрвий вкник НЛТУ Укpaïни. - 2G16. - Вип. 26.4
J* = Je . (1)
Для оцшювання кaтaстpофiчного pyйнyвaння тpyбопpовiдноï стaлi вико-pистaно методикy [4], яка дослщним шляxом дae змогу визначити його ^rn^-ну тpiщиностiйкiсть Je на основi експеpиментaльно отpимaноï дiaгpaми pyйнy-вання зpaзкiв "зyсилля-пpогин" та обчислити значення коефiцieнтa штенсивнос-т нaпpyжень KJc та визначити за допомогою спiввiдношення
KJc =
Jic ■ E (1 -А2 )
(2)
де: Jic - ^ш-инна тpiщиностiйкiсть; E - модуль Юнга (E = 1011 Па ); а - коефь ^effr Пуассона (для низьколеговaниx сталей а = 0,3).
Оцшювання цшсносп тpyбопpоводy з нaскpiзною тpiщиною фис. 2, а) пpоведено шляxом поpiвняння ïï pозмipy 2а* iз обчисленим за фоpмyлою (3) pозмipом нас^зно'1 кpитичноï тpiщини 2ac, визначено'1 за кpитеpieм тpiщинос-тiйкостi [4] :
1
п
Kjc
Fi а р
(3)
де: FI = 1 + 0,072449-Л+ 0,64856-Л2-0,2327-Л3 + 0,038154-Л4-0,0023478-Л5; ар -
PnaxR п O-Ki
мaксимaльнi pозтягyвaльнi нaпpyження; ар =-; Л=, ; aK¡ - твдовжи-
t yjR-t
на нaскpiзноï тpiщини.
Рис. 2. CxeMamu4He пoдaння HacKpbHoï корозшно-emoMHoï трщини (a) у сттщ труби тм ш^дки aeapiü mpубoпpoвoдiв, спричишт ïï пoздoвжнiм poзвumкoм (б)
Результати дослщження. Значення довжини тpiщини 2ac, за якого pоз-починaeться пpоцес спонтанного пош^ення тpiщини вздовж осi тpyби, вважа-ли кpитичним.
Важливо також пpогнозyвaти вплив експлyaтaцiйниx чинникiв, зо^ема гaзогiдpaтниx yтвоpень, на втомну довговiчнiсть, i, як нaслiдок - на залишковий pесypс пpомисловиx гaзопpоводiв. Рашше pозпочaто дослдаення дегpaдaцiï втомниx xapaктеpистик мaтеpiaлy тpyб пiсля експозицп* у газовш: гiдpaтax [4], за pезyльтaтaми якиx встановлено, що зменшення довговiчностi становить вiд 15 до 25 %, а з ypaxyвaнням де^ада^" мaтеpiaлy сягae до 2,5 pasa, що свщчить пpо потpебy вpaxyвaння гiдpaтного чинника в оцiнювaннi pесypсy. Водночас pi-зниця довговiчностей для зpaзкiв мaтеpiaлy тpyб з однаковим теpмiном експлу-
3. Тexнoлoгiя Ta ycтaткyвaння лicoвиpoбничoгo кoмплeкcy
279
2
/
Л
ac = —
/
атацп не е значною, а головним джерелом небезпеки руйнування труби е глибо-кi корозiйнi ураження та спричинена ними концентрац1я напружень на дш ко-розiйних виразок (рис. 3). Разом з тим аналiз кшетики деформацп свiдчить про збiльшення вщносно! тривалостi завершально! дтянки криво!, що вiдповiдае розвитку втомно! трiщини. Тому для вивчення особливостей механiки руйнування матерiалу труби проведено випробовування на трiщиностiйкiсть.
Обговорення результатiв дослщження. Дослiджували фрагменти труби (219 х 7,8 мм), що експлуатувалися на нафтогазових промислах Захщно! Укра'ни (м. Долина) 31 рш, а також фрагменти труби у сташ поставки (ново!) (219х8 мм). Робочий тиск Р = 3,5 МРа. 1з фрагменлв труб промислових газоп-роводiв вирiзали по чотири зразки розмiром 200х10хг мм (рис. 4, 5).
Рис. 3. ВнутрШня поверхня експлуатованог труби викидног лти свердловини
Рис. 4. Загальний вигляд зразка до (а) та тсля (б, в) експерименту з дослЬдження умов спонтанного руйнування трубно'г'стал!20
Рис. 5. Д1аграма деформування Р - А1 зразтв Iз фрагмент1в неексплуатованог (Б = 219 тт, г = 8 тт) (а) та експлуатованог (Б = 219 тт, г = 7,8 тт ) (б) труб
Науковий вгёник НЛТУ У кражи. - 2016. - Вип. 26.4
Ощнювання умов, за яких вiдбуваеться катастрофiчне руйнування мета-лу труб, здшснено за методикою [5], експериментально визначаючи величину Зи. При цьому ощнювали роботу А, витрачену на деформування зразка з наве-деною трщиною 1сер як елемента конструкций за яко! вiн втрачае сво! неснi вла-стивостi, вiднесену до нетто площi деформовано! поверхнi зразка Я :
Зю = А. (4)
Подаш критичним коефщентом iнтенсивностi напружень КЗс характеристики критично! трщиностшкосп (табл. 1) за експериментально отриманими значениями величини З1с обчислювали за допомогою р1вняння (2).
Табл. 1. Значения критичних коефщгентгв ттенсивностг напружень КЗс та критичнихрозмгргв трщини 2аСер
Зразок Я/, тт2 КЗс, МРа4т Кс/Ср, МРа4т 2аСср, тт
1 47,04 198,0
2 38,00 198,9 196,6 366,0
Нова 3 38,22 198,8
труба 4 38,00 190,8
1 37,83 165,4
31 рш 2 33,00 170,6 166,1 302,0
експлуатаци 3 48,00 168,7
4 42,14 159,6
Використовуючи р1вняння (3), обчислюемо тшмальт розмiри нас^з-но! критично! трiщини 2ас для труб з рiзним термшом експлуатаци. Данi розра-хунк1в подано в табл. 1. Також дослщжено фiзико-механiчнi характеристики згаданих зразкiв з метою визначення границi плинностi за методом [6, 7]. Суть використовуваного методу полягае у вишрюванш неруйшвним способом характеристик, що пов'язаш iз питомим електричним опором та теплопроввдшс-тю. У табл. 2 наведено значення питомого електричного опору, теплопровщно! характеристики, типу структури i границi плинностi.
Табл. 2. Вгдомостг щодо структурно-чутливих параметргв
№ зразка (марка стат)
Теплопро-вiдна х-ка, ум.од.
Питомий ел.отр, нОм*м
Добуток теплопро-вщно! характеристики та питомого елек-тричного опору
Границя плиннос-п, МПа
Тип стру-ктури
Новий
6,435
412
2651,2
491,2
Перлина
Експлуатований
6,223
398
2476,8
472,9
Перлина
Висновки. Проведено втомш випробовування зразкiв трубно! сталi 20 пiсля експозици у газопдрат! Встановлено, що зменшення довговiчностi становить ввд 15 до 25 %, а з урахуванням деградаци матерiалу сягае до 2,5 раза, що сввдчить про потребу врахування гiдратного чинника в оцiнюваннi за-лишкового ресурсу. За результатами випробовувань на трiщиностiйкiсть для
зразюв i3 сталi 20 визначено критичнi розмiри трiщини. Показано, що для труб шсля 31 року експлуатацп критичний розмiр трiщини зменшуеться на 21 %.
Визначено границю плинност дослiджуваних зразкiв за запропонова-ною методикою. Результати загалом узгоджуються iз промисловою практикою: границя плинностi знизилась незначно протягом всього термiну експлуатуван-ня. Показано, що вплив газопдрапв на довговiчнiсть зразюв трубно! ст^ в ста-нi поставки е незначним i проявляеться насамперед для труб шсля 30 рокш експлуатацп.
Лггература
1. Мазур М.П. Особливост корози промислових трубопроводов шд впливом газогщрайв / М.П. Мазур, Л.Я. Побережний // Вiсник Схщноукрашського нацiонального унiверситету iM. В. Даля : зб. наук. праць. - 2013. - С. 167-173.
2. Красовський А.Я. Оцшка залишкового ресурсу трубопроводу, ушкодженого стресс-ко-розieю / А.Я. Красовський, 1.В. Ориняк, 1.В. Лохман // Трубопровiдний транспорт : зб. наук. праць. - 2011. - № 2 (68). - С. 18-21.
3. ПанасюкВ.В. Механика квазихрупкого разрушения материалов / В.В. Панасюк. - К. : Вид-во "Наук. думка", 1991. - 416 с.
4. Побережний Л.Я. Вплив газогщратпв на довгегачшсть стал трубопроводу / Л.Я. Побережний, А.В. Грицанчук, В.В. Грицанчук // Науковий вюник НЛТУ Украхни : зб. наук.-техн. праць. - Львш : РВВ НЛТУ Украхни. - 2015. - Вил 25.8. - С. 226-231.
5. Грабовський Р.С. Оцшка умов руйнування трубопроводов тривалоХ експлуатацп / Р.С. Грабовський, О.М. Лепак, М.П. Мазур, 1.Я. Федорович, Р.А. Барна // Науковий вюник 1вано-Франювського национального технiчного университету нафти i газу : зб. наук. праць. - 2015. - № 1(38). - С. 46-53.
6. Карпаш М.О. Дослщження взаемозв'язку механiчних характеристик, мшроструктури та iнформативних параметров неруйшвного контролю / М.О. Карпаш // Техническая диагностика и неразрушающий контроль : сб. науч. тр. - К. : Изд-во Междунар. ассоциации "Сварка", 2012. -№ 1. - С. 42-48.
7. Пат. UA 87240. Спойб неруйншного визначення мехатчних характеристик сталей / М.О. Карпаш, е.Р. Доценко, О.М. Карпаш (Украша). - Опубл. 25.06.2009., Бюл.№ 12, 2009 р.
Надшшла до редакцп 18.05.2016р.
Мазур М.П., Грабовський Р.С., Побережний Л.Я., Карпаш М.О, Грицанчук А.В. Влияние газогидратов на сопротивление усталости материала длительноэксплуатируемых промышленных трубопроводов
Причиной опасного состояния, а в отдельных случаях разрушения газопроводов является образование на внешней или внутренней поверхности трубы коррозионно-ус-талостных трещин, вызванное эксплуатационными циклическими нагрузками. Согласно данным диагностического контроля такие трещины зарождаются на дне коррозионных язв, технологических рисков и т. п. Проведены усталостные испытания образцов трубной стали 20 после экспозиции в газогидрате. Установлено, что уменьшение долговечности составляет от 15 до 25 %, а с учетом деградации материала достигает 2,5 раза, что свидетельствует о необходимости учета гидратного фактора при оценке остаточного ресурса.
По результатам испытаний на трещиноустойчивость для образцов из стали 20 определены критические размеры трещины. Показано, что для труб после 31 года эксплуатации критический размер трещины уменьшается на 21 %. Определены границы текучести исследуемых образцов по предложенной методике. Результаты в целом согласуются с промышленной практикой: граница текучести снизилась незначительно в течение всего срока эксплуатации.
Ключевые слова: газогидраты, внутритрубная коррозия, ресурс работы, неразру-шающее определение предела текучести, критические размеры трещины.
Науковий вкник НЛТУ Украши. - 2016. - Вип. 26.4
Mazur M.P., Grabovsky R.S., Poberezhny L.Ya., Karpash M.O., Grytsan-chuk A. V. The Impact of Hydrates on Fatique Resistance of Long-operated Industrial Pipelines Material
The cause of a dangerous condition and in some cases the destruction of pipelines is the formation of the external or internal surface of the pipe caused by cyclic operating loads, corrosion-fatigue cracks. According to the diagnostic control, such emerging cracks occur at the bottom of corrosive ulcers, technological risks, etc. A fatigue test of tube samples of steel 20 after exposure to gas hydrates is done. We have found out that decrease longevity ranges from 15% to 25%, and when the degradation of the material is up to 2.5 times, indicating the need to consider the hydrated factor in assessing the residual life. The results of tests on crack for samples of steel 20 identified critical crack size. It is shown that the pipes after 31 years of operation critical crack size are reduced by 21%. We have defined yield limit of the samples by the proposed method. The results are generally consistent with industry practices, the yield limit fell slightly for the duration of its use.
Keywords: gas hydrates, of in corrosion life of, non-destructive determination of the border fluidity, critical crack size.
УДК 674.[093.6+02]-413
ШЛЯХИ П1ДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТ1 ВИГОТОВЛЕННЯ ЗАГОТОВОК, ВИПИЛЯНИХ 3 ДЕРЕВИНИ ДУБА
Н.В. Марченко1, С.М. Мазурчук2, П.А. Никитюк3
Наведено основш результати експериментальних дослщжень з визначення корис-ного та яюсного виходiв пиломатерiалiв i заготовок з лiсоматерiалiв дуба рiзноl розмiр-но-яюсно'! характеристики. Викладено методику дослщжень корисного та яюсного ви-ходу пиляно'1 продукщ! з деревини, яка включае використання розробленого програм-ного продукту у мовному середовищi Delphi 7. Подано результати щентифжацй' основ-них сортоутворювальних вад дубових пиломатерiалiв тепловим методом. Запропонова-но модель лш1 для теплового неруйншного виявлення сортоутворювальних вад пило-матерiалiв.
Ключов1 слова: лiсоматерiали, пиломатерiали, заготовки пиляш, вади деревини, твердолистяш породи, неруйшвш методи контролю якосп, корисний вихщ, яюсний ви-хщ, норма витрат деревини.
Постановка науково! проблеми. Як вiдомо [1], лкопиляння е досить матерiаломiстким видом виробництва, особливо у pa3i спещашзацл шд-приемства на виготовленнi заготовок, пиляних i3 твердолистяних порiд деревини (дуб, ясен). Зумовлено це високою вартктю сировини, яка сьогодш переви-щуе 5000 грн за 1 м3, значною витратою деревини, яка у деяких випадках сягае 5,0 м3 на 1 м3 заготовок експортного призначення, вiдсутнiстю ринюв збуту су-путньо! продукцii (заготовок нижчих клас1в якостi) та низьким технологiчним i органiзацiйним рiвнем виробництва. Однак треба враховувати, що така щнна деревина як дуб не е швидко вiдновлюваною породою, вш стиглостi дуба про-мислового призначення у середньому для лшв Украши становить вiд 90 до
1 доц. Н.В. Марченко, канд. техн. наук - НУ бюресурсгв i природокористування Украши, м. Ки!в;
2 асист. С.М. Мазурчук - НУ бюресурсгв i природокористування Украши, м. Ки!в;
3 нач. вщдщу пращ, заробггно! плати, економiчного аналiзу та державно! власност П. А. Никитюк, канд. с.-г. наук - Державне агенство лiсових ресурс1в Украши, м. Ки!в
