Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева, Самара, Россия

С. В. Воронин, доцент кафедры технологии металлов и авиационного материаловедения (ТМиАМ), канд. техн. наук, эл. почта: voronin.sv@ssau.ru
К. К. Чаплыгин, аспирант кафедры ТМиАМ, эл. почта: chapkostya96@mail.ru
В. С. Данилушкин, аспирант кафедры ТМиАМ, эл. почта: vladislavdan@bk.ru

Представлено исследование труб из стали 12Х1МФ после эксплуатации. На основании существующей нормативной документации по данным геометрических замеров диаметра и толщины труб, а также длительности эксплуатации пароперегревателя рассчитаны эквивалентные напряжения в стенке трубы. Определены слои окалины на внутренней стенке образцов. Методом сканирующей зондовой микроскопии выполнен замер модуля упругости основного металла и слоев окалины, значения которых задали при моделировании. Построены конечно-элементные модели образцов с учетом изменения геометрии трубы и толщины образовавшегося слоя окалины, а также механических свойств при эксплуатационных значениях температуры. Приведены эпюры распределения напряжений для моделей образцов с учетом окалины и без нее. Приложены нагрузки, имитирующие воздействие давления эксплуатации. Определено влияние изменения геометрии трубы и толщины слоя окалины на напряженно-деформированное состояние. Проведен сравнительный анализ результатов расчета напряжений в трубе пароперегревателей по предложенной методике, основанной на методе конечных элементов, посредством программы MSC Nastran с результатами эквивалентных напряжений в стенке трубы, полученных методом расчета по существующей нормативной документации. Установлено, что значения эквивалентных напряжений стенки трубы после эксплуатации, полученные методом конечно-элементного моделирования с учетом геометрии без окалины, приближены к расчетным, а значения, полученные с учетом геометрии с окалиной, значительно ниже. 

1. Гевлич С. О., Гевлич Д. С., Васильев К. А. и др. Диагностика тепловых сетей и городских водопроводов // Технические науки — от теории к практике. 2015. № 50. С. 114–123.
2. Кучерявый В. И., Мильков С. Н. Расчет прочностной надежности бурильных труб на устье скважины // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2005. № 1. С. 53–57.
3. Zou H., Tan Z. Fatigue life analysis of rotary drill pipe // International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2023. Vol. 201, Iss. 3. 104874.
4. Sedmak A., Grbović A., Kirin S., Šarkočević Ž. et al. Material effects on risk assessment of residual life of oil drilling rig pipe // Procedia Structural Integrity. 2020. Vol. 28. P. 1315–1320.
5. Маркочев В. M., Бараненко В. И. Оценки прочности и ресурса трубопроводов АЭС при наличии эрозионно-коррозионных повреждений // Тяжелое машиностроение. 2010. № 12. С. 20–22.
6. Мугаллимов Ф. М., Багманов Р. Р., Гумеров А. К., Мугаллимов И. Ф. Дифференциальные уравнения равновесия трубопровода, неоднородного по кривизне // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2015. № 3 (101). С. 88–96.
7. Wang H., Yu Y., Xu W., Li X. et al. Numerical simulation of the erosion of pipe bends considering fluid-induced stress and surface scar evolution // Wear. 2019. Vol. 440–441. 203043.
8. Полуян Л. В. Методика повышения точности оценивания размеров дефектов стенок трубчатых элементов конструкций // Дефектоскопия. 2009. № 11. С. 84–93.
9. Шабанов В. А., Щербаков А. Г. Оценка ресурса дефектных труб линейной части магистрального газопровода на стенде методом стресс-теста // Газовая промышленность. 2018. № 5 (768). С. 78–83.
10. Burkov P., Burkov V., Burkova S. Computer simulation of oil and gas flow line stress-strain behavior // 18th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2018 : Conference proceedings, Albena, Bulgaria, 02–08 июля 2018 года. Vol. 18. – Albena, Bulgaria: Общество с ограниченной ответственностью СТЕФ92 Технолоджи, 2018. – P. 343-350. DOI: 10.5593/sgem2018/1.4/S06.045
11. Алдунин А. В., Игнатьев Н. Ю., Котов В. В. Раннее распознавание ресурса трубы магистрального нефтегазопровода // Газовая промышленность. 2021. № 3 (813). С. 88–95.
12. Jovicic G., Nikolic R., Zivkovic M., Milovanovic D. et al. An estimation of the high-pressure pipe residual life // Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2013. Vol. 13, Iss. 1. P. 36–44.
13. Коликов А. П., Ти С. О., Сидорова Т. Ю. Экспериментальные и математические методы расчета остаточных напряжений при производстве сварных труб // Черные металлы. 2021. № 7. С. 41–49.
14. Salifu S. A., Desai D. A., Kok S., Ogunbiyi O. F. Thermo-mechanical stress simulation of unconstrained region of straight X20 steam pipe // Procedia Manufacturing. 2019. Vol. 35. P. 1330–1336.
15. Макеев А. А., Любимова Л. Л., Казанова А. М. Исследование термического сопротивления трубы пароперегревателя // Известия Томского политехнического университета. 2002. № 2. С. 161–163.
16. ОСТ 108.031.08-85. Котлы стационарные и трубопроводы пара и горячей воды. Нормы расчета на прочность. — М. : Госгортехнадзор СССР, 1985.
17. ОСТ 108.031.10-85. Котлы стационарные и трубопроводы пара и горячей воды. Нормы расчета на прочность. Определение коэффициентов прочности. — М. : Госгортехнадзор СССР, 1985.