4.2.1. Требования к работе удара образцов Шарпи

На основе анализа вязких разрушений газопроводов конце 60-х были сформированы подходы, основанные на величине энергии разрушения стандартных ударных образцов с острым надрезом по Шарпи. Они получили признание в результате практического применения при проектировании, строительстве и эксплуатации газопроводов, построенных на протяжении 30-40 лет. Прямой перенос методологии на новые особо высокопрочные трубы не дал положительных результатов, что подтверждено рядом полноразмерных испытаний групп прочности Х100 и Х120 [14,15].

Наиболее признанная и широко используемая в различных интерпретациях модель института Бателли была разработана на основе натурных экспериментов на рубеже 60-70- х годов 20-го века с трубами групп прочности Х52-Х65 с относительно невысокой ударной вязкостью и впервые опубликована в 1976 г. Этот, так называемый, подход «двух кривых» (Batelle Two Curves - ВТС) в настоящее время широко используется для определения уровня ударной вязкости, необходимого для предотвращения протяженного разрушения.

Для оп­ределения в соответствии с методом BTC требуемой для остановки трещины ударной вязкости сопоставляются зависимости «давление-скорость декомпрессии» и «давление - скорость распространение трещины», построенные эмпирическим путем. [16,17].

На базе метода ВТС были разработаны ряд подходов, позволяющих в зависимости от значений основных параметров газопровода (давления, диаметра, толщины стенки, группы прочности) рассчитывать (оценивать) минимальные значения вязкости по Шарпи, обеспечивающие остановку вязкой трещины. Широкое признание и отражение в последних международных стандартах (ISO 3183:2007) получили (табл.4.3) близкие к ВТС расчетные (оценочные) методы:

1. - По величине ударной вязкости, рассчитанной по формуле Американского института стали и чугуна (AISI);

2. - По величине ударной вязкости, исходя из упрощенной формулы института Бателли;

3. - По величине ударной вязкости на основании подходов Европейской группы по исследованию трубопроводов (EPGR).

Следует отметить, что значения, рассчитанные по данным методикам, соответствуют уровню вязкости, при котором не менее 50% труб в партии способны противостоять распространению трещины и высока вероятность остановки магистральной трещины в пределах значительного числа труб. Повышение фактической вязкости по сравнению с расчетной обеспечивает рост вероятности остановки в пределах фиксированного числа труб.

По результатам многочисленных экспериментов стало очевидно, что расчетные методы дают надежную оценку лишь для определенного класса труб и параметров их нагружения. Условной границей принято считать расчетное значение энергии разрушения 100 Дж, выше которого разброс поля допустимых и недопустимых значений существенно расширяется. Таким образом, относительно надежное вероятностное предсказание поведения материала труб большого диаметра для газопроводов высокого давления ограничено давлениями, марками прочности и не может быть распространено на перспективные трубы для проектов нового поколения без дополнительных исследований и корректировок.

Последнее в полной мере соответствует проекту нового газопровода Бованенково - Ухта, использующего трубы новой категории Х80, рассчитанные на давление 11,8 МПа. Ключевым вопросом в этом аспекте является проведение комплексных исследований, позволяющих определить совокупность свойств металла труб, минимально необходимых для обеспечения гарантии остановки вязких трещин в условиях эксплуатации проекта Бованенково - Ухта, отличающихся низкими температурами и высоким рабочим давлением.