Диссертация (Пластическое разрушение полиэтиленовых труб с различными сроками эксплуатации)

ООО «Климовский трубный завод»ООО «Группа ПОЛИПЛАСТИК»На правах рукописиКОЛБАЯ ВЕРОНИКА ГЕННАДЬЕВНАПЛАСТИЧЕСКОЕ РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ СРАЗЛИЧНЫМИ СРОКАМИ ЭКСПЛУАТАЦИИСпециальность 05.17.06 Технология и переработкаполимеров и композитовДИССЕРТАЦИЯна соискание учёной степени кандидата технических наукНаучный руководитель:Доктор технических наук, профессорВ.В. КовригаМосква - 20172ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ..............................................................................................................

4ГЛАВА 1. Литературный обзор ............................................................................. 9ГЛАВА 2. Объекты и методы .............................................................................. 182.1. Объекты ........................................................................................................... 182.1.1. Трубы из современных марок .................................................................... 182.1.2. Трубы с различными сроками эксплуатации ........................................... 192.2. Методы ............................................................................................................ 222.2.1.

Разработанные методы ............................................................................... 222.2.1.1. Анализ сопротивления раздиру в трёх слоях стенки трубы ................ 222.2.1.2. Гидравлические испытания до разрушения ..........................................

252.2.1.3. Определение параметров зоны разрушения .......................................... 282.2.1.4. Определение естественной кратности вытяжки при одноосномрастяжении ............................................................................................................. 312.2.1.5. Определение естественной кратности вытяжки при двухосномрастяжении .............................................................................................................

322.2.1.6. Определение нормированного отношения поверхности к объёмупри растяжении...................................................................................................... 342.2.2. Стандартные методы................................................................................... 372.2.2.1.

Показатели, определяемые при растяжении ......................................... 372.2.2.2. Свариваемость .......................................................................................... 392.2.2.3. Показатель текучести расплава при разных нагрузках ........................ 402.2.2.4.

Термостабильность - индукционный периода окисления ................... 412.2.2.5. Наличие стабилизатора............................................................................ 422.2.2.6. Степень кристалличности ....................................................................... 43ГЛАВА 3. Анализ зоны пластического разрушения полиэтиленовыхтруб после изготовления.......................................................................................

453.1. Оценка параметров зоны пластического разрушения ................................ 4533.2. Изучение изменения модуля упругости при растяжении после формированияшейки ...................................................................................................................... 56ГЛАВА 4.

Анализ зоны пластического разрушения полиэтиленовыхтруб после эксплуатации ...................................................................................... 60ГЛАВА 5. Анализ сопротивления раздиру и свариваемостиполиэтиленовых труб после эксплуатации......................................................... 865.1. Определение сопротивления раздиру .......................................................... 865.2. Оценка свариваемости ................................................................................... 88ГЛАВА 6.

Анализ зоны пластического разрушения труб из сшитогополиэтилена ........................................................................................................... 91ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 99ВЫВОДЫ ............................................................................................................. 102СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................................................... 104ПРИЛОЖЕНИЯ ...................................................................................................

1144ВВЕДЕНИЕГазовые трубы из полиэтилена благодаря комплексу выдающихся свойствзаняли ведущее положение в мировых газораспределительных сетях. В Россииведущими производителями газовых труб являются предприятия ООО «Группа«ПОЛИПЛАСТИК» [1]. Развитие производства полиэтиленовых газовых иводопроводных труб происходит высокими темпами, однако существенноосложняется сырьевыми проблемами, так как высокий уровень требований ксвойствам труб может быть обеспечен только высококачественными трубнымимарками полиэтилена [2].Важнейшей характеристикой полиэтиленовых труб является их способностькпластическомудеформированию.Поэтомупроявлениехрупкостиприэксплуатации полиэтиленовых газопроводов является одной из причин выхода ихиз строя [3].

В связи с этим были выполнены работы по определению прогнозныхсроковэксплуатациитрубопроводов.Научно-исследовательскиеработызавершились разработкой стандартов на методы контроля и трубные материалы [4,5]. Благодаря этим работам установлен расчётный срок эксплуатации равный 50годам. В связи с тем, что, реальные сроки работы газопроводов уже приближаютсяк 50 годам, возникла необходимость диагностировать их состояние дляопределения возможности дальнейшей эксплуатации. По инициативе Газпромапроводились поиски критериев диагностики для трубопроводов в период постгарантийной эксплуатации. В 2007 году была выполнена работа, в основе которойлежала оценка физико-химических изменений, произошедших в материале трубы.Объектом исследования была труба после 38 лет эксплуатации [6].В 2013-2015 годах по заказу ОАО «Газпром Промгаз» была выполнена работа«Исследованиефизико-химическихсвойствполиэтиленовыхдействующихраспределительных газопроводов».

Результаты были доложены на заседания5секции«Рациональноераспределениеииспользованиегазаидругихэнергоресурсов» научно-технического совета ПАО «Газпром по вопросу:«Исследование свойств и характеристик полимерных и композитных труб,определяющихвозможностьихбезопасногоприменениянасетяхгазораспределения Группы Газпром». Настоящая работа была предпринята поинициативе ООО «Группа «ПОЛИПЛАСТИК» с целью разработать новыеподходы к поставленной проблеме.Актуальность работы. Актуальность работы определяется тем, что послетого как газовые трубы отработали ресурс в 50 лет необходимо проведениедиагностики с целью определения возможности дальнейшей эксплуатациигазопровода.

Для проведения диагностических оценок необходимы данные,характеризующие состояние материала трубы. По нормативам Газпрома работы подиагностике начинают после 40 лет эксплуатации [7].Широко известна оценка работоспособности полиэтиленовых труб похарактеру разрушения, т.е. переходу от пластического разрушения к хрупкому,отраженная во многих стандартах [8 – 11].Оценка свойств материалов трубопровода часто ограничена невозможностьюеёреализациинаобразцахбольшогоразмера,итребуетразработкидополнительных методов испытаний.Разработаны методы определения параметров, характеризующих зонупластического разрушения, возникающую при гидравлических испытанияхполиэтиленовыхтруб.Этиметодыпримененыдляоценкиматериаловгазопроводов, как до эксплуатации, так и со сроками эксплуатации от 4 до 47 лет,а также трубопроводов из сшитого полиэтилена [12, 13].Для оценки характера пластического разрушения предложен параметрестественной кратности вытяжки (ЕКВ), известный из работ по химическимволокнам [14].

Характер изменения естественной кратности вытяжки изучен приодноосном (ЕКВ1) и двухосном (ЕКВ2) нагружениях. Показано, что в обоихслучаяхнаблюдаетсясходнаякартинапластическогоразрушения,характеризующаяся близкими значениями естественной кратности вытяжки.6Актуальность темы определяется тем, что 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.Разработать методы и выполнить измерения параметров, необходимых длякомплекснойинакопительнойдиагностикиполиэтиленовыхтрубдлягазопроводов, в том числе и с использованием образцов малых размеров.Основные задачи:-установить и провестиизмеренияпараметров, 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.