Хрупкое разрушение сосудов под давлением

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Хрупкое разрушение — сосуд

Хрупкое разрушение сосудов под давлением с образованием осколков происходит с очень большой скоростью. Если при этом емкость заполнена кислородом, возможны возгорание или взрыв. [1]

Для возникновения хрупкого разрушения сосуда при нормальной температуре и однократном статическом нагружении в его материале должен быть не только возможный очаг разрушения в зоне большой концентрации напряжений, но и высокий уровень потенциальной энергии деформации в корпусе этого сосуда. [2]

В последние годы подобная практика устанавливается и при расчете на сопротивление хрупкому разрушению сосудов и аппаратов давления и трубопроводов [12,181] и других конструкций. [3]

Если в исходном состоянии ( на момент пуска аппарата в эксплуатацию) хрупкое разрушение сосуда , нагружаемого давлением, происходит при глубине трещины а 12 мм ( площадью 17 мм2) и она надежно выявляется средствами дефектоскопического контроля, например, УЗК, то после охрупчивания металла аппарата на АГК 55 С такая возможность контроля утрачивается. Для точечного дефекта максимальный его размер равен 1 95 мм. На рис. 4.47 горизонтальной линией показан предельный размер дефекта, выявляемый в сварном соединении методом УЗ-контроля. Таким образом, при охрупчивании стали & ТК 55 С и выше ( точка П на кривой ак f ( T3KC)) утрачивается возможность контроля технического состояния аппаратов. [4]

Остаточный ресурс определяется в зависимости от первоначального расчетного срока Г, объема контроля при техническом диагностировании и вероятности хрупкого разрушения сосуда . [5]

Известно, что за последнее десятилетие в отечественной и зарубежной практике ( по материалам Проектстальконструкции) зарегистрировано около 90 случаев хрупкого разрушения сосудов , резервуаров, мостов, промышленных зданий, трубопроводов и других сооружений. [6]

Последнее обстоятельство является весьма важным, так как применение сталей в состоянии закалки с последующим отпуском обеспечивает более высокое сопротивление распространению трещин при комнатных температурах и таким образом уменьшает опасность хрупких разрушений сосудов при гидравлических испытаниях. [7]

С соответствует полностью волокнистому излому, а для ИПГ ( ИДИ) образцов толщиной 25 мм те же — 18 С отвечают температуре нулевой пластичности ТИП. Температура хрупкого разрушения сосуда ( 9 С) совпадает с точкой А на кривой, находящейся несколько ниже, чем половина максимальной1 энергии по ИПР. [8]

Применение высокопрочной теплоустойчивой рулонной стали; 12ХГНМ для изготовления рулонированных сосудов высокого давления ( РСВД) ставит ряд проблем перед изготовителями и эксплуатационниками, связанных с установлением безопасных температур гидроиспытаний и разработкой регламента пуска РСВД в холодное время года. ЗТВ), ставит задачи оценки охрупчивания металла различных зон сварных соединений и оценки сопротивления хрупкому разрушению сосуда в целом. Если вторая задача может быть решена лишь с применением методов линейной или нелинейной механики разрушения и инженерных методов расчета, то первая задача часто решается удовлетворительно с применением более простых испытаний на ударный изгиб стандартных образцов. [9]

Анализ случаев хрупкого разрушения металла в стальных конструкциях показывает, что хрупкое разрушение вызывается рядом факторов, основными из которых являются свойства стали: склонность к хрупкому разрушению, высокие местные концентрации напряжений, характер силового и температурного воздействия. По материалам Проектстальконструкции установлено, что за последнее десятилетие в отечественной и зарубежной практике известно около 90 случаев хрупкого разрушения сосудов , резервуаров, ферм, трубопроводов и других сооружений. [10]

Как правило, такие разрушения связаны с начальными трещинами, возникшими после изготовления сосудов с применением сварки. Двукратное ( от 1000 до 2000 м3) увеличение объема сосуда давления приводит к повышению температуры хрупкого разрушения на 30 С. В 40 % случаев хрупкое разрушение сосудов произошло в начальной стадии эксплуатации ( при гидроиспытаниях или первом заполнении); при этом около 20 % сосудов практически не испытывали внешних эксплуатационных нагрузок ( за исключением собственного веса), а в половине случаев номинальные напряжения в стенках сосудов не превышали 0 5 — 0 6 расчетных. Трещины ( около 70 %) возникали и распространялись по металлу сварного шва или околошовным зонам. [11]

При переходе такого количества жидкого пропилена в газообразное состояние выделяется значительное количество энергии. Так, согласно оценкам, сделанным в работе [ Moodie1982 ], при переходе 24т сжиженного пропана при 20 С в газообразное сотояние выделяется энергия, эквивалентная 260 кг ТНТ. Очевидно, что не вся эта энергия затрачивается на разрыв оболочки. Например, по данным [ НРТАД975 ], при хрупком разрушении сосуда под давлением вся выделяющаяся энергия распределяется следующим образом: 20 % — кинетическая энергия осколков; 80 % — энергия ударной волны. [12]

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Хрупкое разрушение — трубопровод

Хрупкие разрушения трубопроводов и сосудов возможны при существенном охрупчивании металлов и наличии микро — и макроскопических дефектов. Хрупкое разрушение характеризуется кристалличностью и наличием радиальных рубцов в изломе, малой величиной утяжки ( менее 20 %) и остаточной деформацией. [1]

Графитизация в малоуглеродистых молибденовых сталях и наличие в структуре металла структурно свободного цемента могут привести к хрупкому разрушению трубопровода . [2]

В СНиП Н-45-75 требования к материалу труб содержат максимальное отношение предела текучести к временному сопротивлению, минимальную ударную вязкость, минимальное относительное удлинение и направлены на предотвращение хрупкого разрушения трубопровода в процессе эксплуатации. Выполнение требований к сварочным материалам обеспечивает равнопроч-ность сварных стыков основному металлу труб. [3]

Влияние дефектов на разрушение в значительной мере определяется их расположением, геометрией и происхождением. Большинство хрупких разрушений трубопроводов возникает от сварочных дефектов или трещин малоцикловой усталости, возникающих вблизи мест концентрации напряжений. [4]

Возникновение хрупкого разрушения трубопроводов с высокими скоростями распространения трещин может вызывать тяжелые аварии, поэтому температура перехода стали из вязкого состояния в хрупкое должна быть выше температуры эксплуатации трубопроводов большого диаметра и высокого давления. [5]

Аналогичными ( с сосудами давления) условиями характеризуются и разрушения трубопроводов, в том числе магистральных для транспортировки жидкостей и газов. Возможность хрупкого разрушения трубопроводов на участках от 0 5 — 1 м до нескольких десятков километров обусловлена большими запасами упругой энергии, накопленной в стенках трубопроводов и рабочих телах, непрерывностью сварных швов, циклическим характером нагружения ( 103 N 5104), низкими температурами t эксплуатации ( до — 60 С) и местным аэродинамическим охлаждением за счет истечения газов в момент инициирования хрупких трещин. Учитывая сравнительно невысокую концентрацию напряжений ( аа 1 1 — 1 6) на прямых участках трубопроводов, одними из основных причин хрупких разрушений трубопроводов следует считать повышенную чувствительность применяемых сталей к хладноломкости и наличие исходных дефектов сварки и технологических повреждений. В зонах компрессорных станций увеличивается число повреждений от вибраций. [6]

В то же время исследования показывают, что для большинства низколегированных сталей с повышенным содержанием углерода, процесс старения выражается в снижении сопротивления металла труб хрупкому разрушению ( происходит сдвиг переходных кривых к более высоким температурам на 20 — 25 градусов, т.е. в зону плюсовых температур) уже через 15 — 18 лет эксплуатации, при сохранении и даже улучшении прочностных характеристик. Это приводит к тому, что при аварии происходит хрупкое разрушение трубопровода , сопровождающееся большим раскрытием и соответственно — выходом нефти. [7]

Коэффициент жесткости напряженного состояния может достигать в этом случае максимального значения у 1 15, соответствующего условию, когда оба ненулевые главные напряжения имеют одинаковые знаки и одно из них больше другого в два раза. Современные трубные стали имеют aJaT za 2, что следует считать достаточным для предотвращения хрупких разрушений трубопровода при изготовлении его в соответствии с действующими техническими условиями. [8]

Статистический анализ причин развития дефектов, по типам труб позволяет сделать выводы о необходимости отказа в использовании спиралешовных труб большого диаметра. В особенности это относится к продукции Волжского трубного завода, так как вследствие значительной жесткости труб даже незначительные дефекты сварных швов ( до 10 % толщины сварки) приводят к хрупкому разрушению трубопровода . [9]

При нормальных условиях эксплуатации трубопроводов и сосудов вязкое разрушение возможно лишь при наличии макроскопических дефектов. Излом при вязком разрушении волокнистый, иногда имеет шиферность, древовидность, слоистость. Хрупкие разрушения трубопроводов и сосудов возможны при существенном охрупчивании металлов и наличии микро — и макроскопических дефектов. Хрупкое разрушение характеризуется кристалличностью и наличием радиальных рубцов в изломе, малой величиной утяжки ( менее 20 %) и остаточной деформацией. [10]

Представленные результаты исследований позволяют заключить, что для оценки прочности металла труб после длительной эксплуатации недостаточно проведения стандартных испытаний механических свойств. Критериями оценки надежности должны быть характеристики сопротивления разрушению на образцах с острым надрезом или трещиной, чувствительные к локальным изменениям структурного состояния стали. Для уменьшения опасности хрупкого разрушения трубопроводов , эксплуатируемых более 20 лет, и особенно, в условиях пониженных температур в зимнее время после остановки трубопровода, при включении насосных необходимо учитывать повышение хладноломкости металла труб в результате деформационного старения. [11]

Аналогичными ( с сосудами давления) условиями характеризуются и разрушения трубопроводов, в том числе магистральных для транспортировки жидкостей и газов. Возможность хрупкого разрушения трубопроводов на участках от 0 5 — 1 м до нескольких десятков километров обусловлена большими запасами упругой энергии, накопленной в стенках трубопроводов и рабочих телах, непрерывностью сварных швов, циклическим характером нагружения ( 103 N 5104), низкими температурами t эксплуатации ( до — 60 С) и местным аэродинамическим охлаждением за счет истечения газов в момент инициирования хрупких трещин. Учитывая сравнительно невысокую концентрацию напряжений ( аа 1 1 — 1 6) на прямых участках трубопроводов, одними из основных причин хрупких разрушений трубопроводов следует считать повышенную чувствительность применяемых сталей к хладноломкости и наличие исходных дефектов сварки и технологических повреждений. В зонах компрессорных станций увеличивается число повреждений от вибраций. [12]

Таким образом, в зависимости от качества металла, условий и характера нагружения разрушение происходит по механизму вязкого или хрупкого разрушения. Вязкое разрушение реализуется в результате макроскопической или локальной потери устойчивости пластических деформаций. При нормальных условиях эксплуатации трубопроводов и сосудов вязкое разрушение возможно лишь при наличии макроскопических дефектов. Излом при вязком нарушении волокнистый, иногда имеет ши-ферность, древовидность, слоистость. Хрупкое разрушение трубопроводов и сосудов возможно при существенном охрупчивании металлов и наличии микро — и макроскопических дефектов. [13]

Источник