Анотація до роботи:

Банахевич Ю.В. Діагностування напруженого стану магістральних нафтогазопроводів в околі стикових зварних з’єднань та корозійних пошкоджень розрахунково-експериментальним методом. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.13 – нафтогазопроводи, бази та сховища. Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу. – Івано-Франківськ, 2003.

Дисертацію присвячено розвиткові розрахунково-експериментального методу визначення залишкових технологічних напружень у магістральних трубопроводах з метою врахування нерівномірності їх розподілу під давачами приладів для вимірювання усереднених характеристик напружень фізичними методами та структурно-фазових змін в зоні термічного впливу і оцінці напруженого стану в околі зварних з’єднань кільцевим швом за наявності корозійних дефектів. Розроблено математичну модель і програмне забезпечення для діагностування напруженого стану в зварених кільцевим швом без попередньої обробки країв труб. Вона ґрунтується на розв’язанні обернених задач теорії оболонок з власними деформаціями і використанні експериментальної інформації, здобутої фізичними методами. З використанням методу скінченних елементів в рамках просторової задачі теорії пружності для труби з дефектом у вигляді пів-еліпсоїда обертання розроблено методику розрахунку концентрації напружень біля дефектів типу виразок-каверн і оцінено вплив залишкових напружень на величину коефіцієнта запасу міцності трубопроводу з корозійними пошкодженнями.

На основі виконаних теоретичних та експериментальних досліджень вирішено важливу науково-практичну задачу з підвищення надійності експлуатації нафтогазопроводів в околі стикових зварних з’єднань та корозійних пошкоджень.

1. Розроблено математичну модель для визначення залишкових технологічних напружень біля стикових зварних з’єднань магістральних нафтогазопроводів. Для зварених встик труб без розробки торців у замкнутій формі отримано вирази для визначення колових і поздовжніх напружень в трубопроводі, що викликані пластичними деформаціями . В ці вирази входять невідомі числові параметри, для відшукання яких побудовано функціонал , що виражає суму квадратів різниці відхилень усереднених характеристик напружень, визначених експериментально і теоретично . При цьому визначені експериментально значення враховують нерівномірність розподілу напружень під давачами, вплив структурних перетворень в ЗТВ на відлікові показники приладу, а також можливу часткову їх релаксацію, зумовлену різною обробкою після виконання зварних швів і в процесі експлуатації МТ.

2. На основі експериментальних досліджень, проведених на трубах зі сталі 17Г1С МГ “Івацевичі-Долина ІІІ нитка” на ділянці Волинського ЛВУМГ та за допомогою розробленої математичної моделі, визначено залишкові технологічні напруження в околі зварного кільцевого шва. Показано, що:

– колові залишкові напруження на внутрішній і зовнішній поверхнях газопроводу в зоні завширшки двох товщин від осі шва є розтягальні і досягають найбільшого значення на внутрішній поверхні труби на осі шва; з віддаленням від осі шва в межах десяти товщин стінки труби вони переходять у стискальні і менші за розтягальні;

– осьові залишкові напруження є менші, ніж колові; вони стискальні на зовнішній поверхні та розтягальні на внутрішній в межах шести товщин стінки труби, а з віддаленням від осі шва змінюють знаки;

– зміна усередненої різниці головних напружень від структурних перетворень в межах 30% зумовлює відносну зміну максимальних напружень не більше ніж на 4%.

3. Запропоновано спосіб визначення концентрації напружень в околі поверхневих дефектів типу виразки-каверни, під силовим навантаженням, і дією залишкових технологічних напружень біля кільцевого зварного шва. Проаналізовано зміну напружень у трубопроводі за різних розташувань дефекту відносно осі зварного шва. Установлено, що коли дефект розміщений:

– на зварному шві в зоні розтягальних колових та стискальних осьових залишкових напружень, найбільшими є колові напруження в поздовжньому перерізі трубопроводу по діаметру дефекта; максимальне значення вони досягають у центрі або на краю дефекту і, залежно від його глибини, можуть перевищувати в 1,3-2,1 рази номінальні колові залишкові напруження на зовнішній поверхні трубопроводу;

– поза зварним швом стискальні колові і осьові залишкові напруження спричинюють сумарні напруження менші, ніж від навантаження МТ тиском.

4. Для оцінки максимальних напружень, зумовлених дефектом, отримана узагальнена формула, в яку входять коефіцієнти концентрації напружень і номінальні значення напружень.

5. На розробленій дослідній установці експериментально перевірено запропоновану математичну модель, яка виявилася задовільною (відносна похибка менша 10%) для інженерних розрахунків концентрації напружень у трубах з дефектами. Розроблено пристрій для контролю параметрів зовнішніх корозійних дефектів нафтогазопроводів.

6. Урахування дії залишкових технологічних напружень змінює коефіцієнт запасу міцності трубопроводу. Так, для ділянки (220 км) МГ “Івацевичі-Долина ІІІ нитка” (1220х12 мм) з дефектом с/(2h)=0,4 та b/(2h)=0,4 коефіцієнт запасу міцності в зоні розтягальних залишкових напружень, порівняно з зоною без технологічних напружень, зменшується не більше, ніж на 40%, а в зоні стискальних може збільшуватись в межах 10-18%, якщо за розрахункове напруження прийнято умовну границю текучості і 4-10%, коли за розрахункове напруження прийнято границю міцності .

Основний зміст дисертації опубліковано в таких працях

1. Банахевич Ю.В. Визначення концентрації напружень в околі корозійних дефектів труб при дії внутрішнього тиску // "Динаміка, міцність та проектування машин і приладів". – Вісник Національного університету "Львівська політехніка". – 2002. – № 456. – С. 3 – 8.

2. Осадчук В.А., Банахевич Ю.В. Концентрація напружень у трубопроводі з поверхневою заглибиною у формі півеліпсоїда обертання // Фізико-хімічна механіка матеріалів. – 2002. – № 2. – С. 37 – 42.

3. Банахевич Ю.В., Кичма А.О., Дзюбик А.Р. Напруження в околі дефектів матеріалу оболонкових конструкцій // Зб. наук. праць. – Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій. – Вип. 5. – Львів: Каменяр, 2002. – С. 311 – 315.

4. Банахевич Ю.В., Юськів В.М., Дзюбик А.Р. Дослідження напруженого стану в зварних з’єднаннях труб із врахуванням структурних змін// Науковий вісник Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу. – 2003. – №1 (5). – С. 118 – 121.

5. Банахевич Ю.В., Осадчук В.А., Дзюбик А.Р. Визначення залишкових напружень в околі кільцевого зварного з'єднання труб з урахуванням структурних змін в зоні термічного впливу // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. – 2003. – № 1. (6). – С. 77 – 81.

6. Деркач М.П., Банахевич Ю.В., Іткін О.Ф. Досвід виконання робіт з капітального ремонту магістральних газопроводів без зупинення транспорту газу // Нафтова і газова промисловість. – 2003. – №4. – С.51 – 53.

7. Банахевич Ю.В., Кичма А.О., Дзюбик А.Р. Визначення напружено-деформованого стану однопрогінних безкомпенсаторних балкових переходів трубопроводів // Зб. наук. праць. – Діагностика, довговічність та реконструкція мостів і будівельних конструкцій. – Вип. 4. – Львів: Каменяр, Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка. – Львів 2002. – С. 7 – 11.

8. Деклараційний патент № 55043А. Україна, МПК⁷ G01R19/00, G01R33/02, G01V3/10. Багатоканальна електромагнітна пошуково-вимірювальна система / Ю.В. Банахевич, П.П. Драбич, О.П. Драбич, А.О. Кичма та ін. – № 2002065033; Заявл. 18.06.02; Опубл. 17.03.03. Бюл. № 3. – 5 с.

9. Деклараційний патент № 56727А. Україна, МПК⁷ G01В11/30. Пристрій для контролю дефектів поверхні / А.Р. Дзюбик, А.О. Кичма, Ю.В. Банахевич. – № 2002086950; Заявл. 23.08.02; Опубл. 15.05.03. – Бюл. № 5. – 4 с.

10. Перун Й.В., Шлапак Л.С., Розгонюк В.В., Банахевич Ю.В. Досвід дослідження напружено-деформованого стану газопроводів акустичними та магнітними методами // Сучасні прилади, матеріали та технології для технічної діагностики та неруйнівного контролю нафтогазового, хімічного та енергетичного обладнання. Сучасний підхід до підготовки фахівців з НК і ТД. Матеріали науково-технічної конференції. Івано-Франківськ. – 1996. – С. 33 – 37.

11. Банахевич Ю.В. Проблеми діагностування газопроводів при їх експлуатації в складних умовах // Транспортування, контроль якості та облік енергоносіїв. – Львів: ВКП фірми "ВМС", 1998. – С. 42 – 45.

12. Коваль Р.І., Банахевич Ю.В., Зубик Й.Л., Кичма А.О. Проблеми паспортизації та комплексного обстеження технічного стану лінійної частини магістральних газопроводів // Матеріали 6-ї науково-практ. конф. "Нафта і газ України – 2000". Івано-Франківськ, 2000. – Т.3 – С. 87 – 89.

13. Кичма А.О., Коваль Р.І., Банахевич Ю.В., Винник О.Й. Оцінка корозійного стану газопроводу за результатами внутрішньотрубної діагностики // Фізико-хімічна механіка матеріалів. Спец. випуск №3. Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів. – 2002. – Т. 2. – С. 802 – 806.

14. Banachewych Yu., Koval R., Kychma A. Nondestructive stress monitoring of gas pipelines. // Badania nieniszczce. Zeszyty problemowe, 2002 №7. – Materiaіy 31 Krajowej Konferencji Badan Nieniszczcych. – Szczyrk (Polska), 22–24.10.2002. – Warszawa. – 2002. – S. 253 – 257.