Автореферат (Пластическое разрушение полиэтиленовых труб с различными сроками эксплуатации)

На правах рукописиКолбая Вероника ГеннадьевнаПЛАСТИЧЕСКОЕ РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ СРАЗЛИЧНЫМИ СРОКАМИ ЭКСПЛУАТАЦИИ05.17.06 – Технология и переработка полимеров и композитовАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата технических наукМосква - 2017Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью«Климовский трубный завод» (ООО «Группа ПОЛИПЛАСТИК»).Научный руководитель:Коврига Владислав Витальевич,доктор технических наук, профессор,директор по науке и развитиюООО «Группа ПОЛИМЕРТЕПЛО».Официальные оппоненты:Айзенштейн Эмиль Михайлович,доктор технических наук, профессорконсультант ПО «Авангард»Шерышев Михаил Анатольевич,доктор технических наук, профессор,профессор кафедры «Технологии переработкипластических масс»ФГБОУ ВО «Российский химико-технологическийуниверситет имени Д.И.

Менделеева»Ведущая организация:АО «Институт пластмасс им. Г.С. Петрова»Защита диссертации состоится «20» декабря 2017 г. в 15:00 на заседаниидиссертационного совета Д 212.131.09 на базе ФГБОУ ВО «Московскийтехнологический университет» (Институт тонких химических технологий им. М.В.Ломоносова) по адресу: 119831, г. Москва, ул. М. Пироговская, д.1 в ауд.

А-221С авторефератом диссертации можно ознакомиться на Интернет-сайтахВАК РФ http://vak.ed.gov.ru и http://mirea.ru.С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотекеФГБОУ ВО «Московский технологический университет» по адресу: 119454,Москва, проспект Вернадского, д.

78 и на Интернет-сайте http://mirea.ru.Автореферат диссертации разослан «___» ________ 2017 г.Ваши отзывы на автореферат просим присылать по адресу: 119454, ЦФО, г.Москва, Проспект Вернадского, д. 78, ФГБОУ ВО «Московский технологическийуниверситет», диссертационный совет Д 212.131.09.Учёный секретарьдиссертационного советаД 212.131.09доктор технических наук, доцентЮ.А. Наумова2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальностьработы.Актуальностьработыопределяетсянеобходимостью проведения диагностики после отработки ресурса газовымитрубамисцельюопределениявозможностидальнейшейэксплуатациигазопровода.

Для проведения диагностики необходимы данные о параметрах,характеризующих состояние материала трубы, и методы определения численныхзначений параметров.По нормативам газовые хозяйства должны выполнять работы подиагностике после 40лет эксплуатации.Полиэтиленовые трубы считаются работоспособными, когда в них нетхрупкого разрушения.

Однако параметры, пластического разрушения и переход кхрупкому разрушению изучены недостаточно.Поэтому в диссертации разработаны методы определения параметров,характеризующихзонупластическогоразрушения,возникающуюпригидравлических испытаниях полиэтиленовых труб. Эти методы применены дляоценки материалов газопроводов, как до эксплуатации, так и со срокамиэксплуатации от 4 до 47 лет.Для оценки характера пластического разрушения предложен параметрестественной кратности вытяжки (ЕКВ), известный из работ по химическимволокнам. Характер изменения естественной кратности вытяжки изучен приодноосном (ЕКВ1) и двухосном (ЕКВ2) нагружениях. Показано, что в обоихслучаях наблюдается пластическое разрушение, характеризующееся близкимизначениями естественной кратности вытяжки.

Впервые величины естественнойкратности вытяжки и формирующийся при этом скачок деформации предложеноиспользовать для оценки сохранения работоспособности материала в стенке трубы.Цельработы.Изучитьхарактерпластическогоразрушениявполиэтиленовых трубах с различным сроком эксплуатации и установить основныепараметры, характеризующие процесс пластического разрушения.3Разработать методы и выполнить измерения параметров, необходимых длякомплекснойинакопительнойдиагностикиполиэтиленовыхтрубдлягазопроводов, в том числе и с использованием образцов малых размеров.Основные задачи:- установить и провести измерения параметров, характеризующихпластическое разрушение при одноосном и двухосном нагружениях;-определитьзначенияпараметраЕКВприформированиизоныпластического разрушения для разных видов полиэтилена;- исследовать комплекс механических свойств полиэтиленовых труб сразличным сроком эксплуатации, при которых наступает формирование зоныпластического разрушения, например, разрушающее давление, напряжение вкольцевом сечении, максимальная остаточная деформация вне зоны пластическогоразрушения,сцельюсравненияресурса,определяющегореальнуюработоспособность, с результатами его оценки по физико-химическим параметрам,таким как, кристалличность, наличие стабилизатора, термостабильность;- охарактеризовать пластическое разрушение через изменение соотношенияповерхности к объёму;- разработать методы и провести анализ свойств материалов в различныхслоях материала (средний, внутренний и наружный слои стенки трубы).Научная новизна работы.

Впервые для оценки характера пластическогоразрушения в полиэтиленовых трубах предложено и обосновано применениепоказателя естественная кратность вытяжки (ЕКВ). Было установлено, что зонапластического разрушения при гидравлических испытаниях труб формируется ссохранением значений естественной кратности вытяжки, которые наблюдаютсяпри одноосном растяжении.Впервые установлено, что при переходе материала в зону естественнойкратности вытяжки формируется скачок деформации.

ЕКВ и скачок деформациипредложено использовать для оценки сохранения работоспособности материала встенке трубы.Наоснованиианализазоныпластическогоразрушениясшитогополиэтилена показано, что формирование зоны пластического разрушения4происходит в две стадии: на первой стадии происходит переход части материалаобразца из объёма на поверхность, на второй стадии происходит повторныйпереход материала на поверхность. При этом геометрия зоны пластическогоразрушения, на первой стадии и на второй, характеризуется различнымивеличинами ЕКВ2.При изучении трубных марок полиэтилена с диапазоном вязкостей от 0,12до 0,59 г/10мин, установлено, что показатель ЕКВ существенно изменяется припереходе от одной марки сополимеров этилена к другой, что характеризуетразличную способность трубных марок к пластическому разрушению.При анализе пластического разрушения, использован показатель измененийотношения «поверхность к объёму», характеризующих пластическое разрушение.Для широкого круга трубных материалов показано, что можно использоватьотношение «поверхность к объёму», нормированное по минимальному отношениюповерхности к объёму для шара.ПрактическаязначимостьРезультатыработыиспользованыпривыполнении работ по договору «Исследование физико-химических свойствполиэтилена действующих распределительных газопроводов» с ОАО «Газпромпромгаз».Дляэтогоразработанаметодикаопределенияпараметров,характеризующих зону пластического разрушения, таких как: протяжённость зоны,распределение вытяжки по площади зоны пластического разрушения, величинаостаточной деформации в зоне, не вошедшей в зону пластического разрушения.Методики определения этих параметров изложены в стандарте организации СТО«Пластмассы.73011750-012-2014Методопределенияпараметровзоныпластического разрушения полимерных труб».По результатам работы подана заявка на патент РФ № 2017118240 от25.05.2017 «Способ оценки состояния полимерной трубы».Апробация работы.

Основные материалы, представленные в диссертации,представлялисьнаМеждународнойнаучно-техническойконференции«Полимерные композиты и трибология» в 2015г. и в 2017г. (Поликомтриб-2015,Поликомтриб-2017), Гомель, Республика Беларусь.5Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 статей, в том числе 6 вжурналах, рекомендованных ВАК, 1 статья в зарубежном журнале.Структура и объём работы.

Диссертация изложена на 121 странице исостоит из 11 разделов: введение; глава, посвящённая литературному обзору; глава,посвящённая объектам и методам; 4 главы, излагающих результаты и ихобсуждение; заключение, выводы, список литературы из 125 наименований,приложения. Работа содержит 86 рисунков, 14 таблиц.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫГлава 1. Литературный обзорВ литературном обзоре проанализированы данные по прогнозированиюрабочего ресурса газопроводов. Отмечено, что расчётный рабочий ресурс внастоящее время составляет 50 лет. После достижения сроков эксплуатации,близких к расчётному рабочему ресурсу, необходимо произвести оценку свойствматериала трубопроводов и определить возможность продления их срока службы.Отмечено, что газопроводы эксплуатируются до появления хрупкого разрушения.В.А.

Каргин и Т.И. Соголова впервые отметили, что характер охрупчиванияпри старении полимеров сопровождается вырождением кривой «напряжение –деформация» без изменения её формы.С.Л. Баженов, А.А. Берлин с соавторами отметили, что переход кпластичности в процессе одноосного нагружения характеризуется наличием 3хзон: зоны исходного материала, переходной зоны, зоны пластичности (вытяжки).А.Л. Волынский и Н.Ф. Бакеев установили, что переход к пластичности приформировании шейки связан с изменением отношения поверхности к объёму,которое и характеризует переход материала в зону пластического разрушения.Специалисты по полиэфирным волокнам А. Томсон, а затем Э.М.Айзенштейн отметили существование параметра естественной кратности вытяжкив волокнах из ПЭТФ, которая мало меняется с изменением условий вытяжки.Естественная кратность вытяжки (ЕКВ) представляет собой отношение длины6внезапно возникающей при растяжении зоны меньшего сечения постояннойгеометрии к её исходной длине.В.Э.

Геллер изучая вытяжку волокон подробно исследовал режимывозникновения переходной зоны, при этом отметил стабильность величины ЕКВ вшироком диапазоне температур и условий растяжения.На основании анализа литературных данных показатель ЕКВ был избран вработе в качестве основного параметра, характеризующего зону пластическогоразрушения. Одновременно в работе было рассчитано для разных значенийестественной кратности вытяжки отношение поверхности к объёму, которое былопронормировано по минимальному значению отношения характерному для шара.Эти подходы были применены при анализе поведения труб с различными рабочимиресурсами и из различных видов трубных полиэтиленов, см.

глава 2.Если большинство работ, посвящённых прогнозированию рабочего ресурсагазопроводов, хорошо стандартизованы (ГОСТ Р 50838-2009), то работы по оценкеостаточного ресурса остаются в основном исследовательскими.Глава 2. Объекты и методыПри выборе объектов и методов исследования были использованы образцыполиэтиленовых газопроводов со сроками эксплуатации от 4 до 47 лет, таблица 1,и методы механических испытаний, широко применяемых при первичной оценкеполиэтиленовых труб (стойкость к внутреннему давлению, прочность сварныхсоединений, сопротивление раздиру).В качестве объектов были исследованы:- образцы труб до эксплуатации из марок полиэтилена: ПЭ80 РЕ4РР25В,ПЭ100 2НТ11-9, ПЭ100 РЕ6946С, ПЭ100 Н1000РС, ПЭ100 CRP100, ПЭ100 F6060R,ПЭ100-RC CRP100, перекисносшитый полиэтилен (изготовленный на заводе ЗАО«Завод АНД Газтрубпласт») по ГОСТ 32415-2013;- образцы труб с различными сроками эксплуатации, соответствующиетребованиям документов, действующих на момент выпуска труб, таблица 1.7Таблица 1.