В настоящее время система магистральных нефтепроводов РФ включает 48,5 тыс. км трубопроводов, 403 нефтеперекачивающие станции, 905 резервуаров общей емкостью 13,5 млн м3. Значительная часть трубопроводов, эксплуатируемая в настоящее время в нашей стране, достигла амортизационного срока, а некоторые трубы находятся в эксплуатации более 50 лет. Таким образом, с каждым годом все насущнее встает вопрос о продлении срока службы нефтепроводов, отработавших свой проектный ресурс.
Одной из важнейших особенностей длительно эксплуатируемых нефтепроводов является их естественное старение - многофакторный процесс, выражающийся в том, что все материалы, из которых сделаны трубопроводы, постепенно теряют свои эксплуатационные характеристики. Это проявляется в охрупчивании, а в ряде случаев, и растрескивании металла труб и сварных соединений, эксплуатируемых, как правило, в условиях малоциклового нагружения.
При этом число аварий, вызванных разрушением труб из-за строительно-монтажных и заводских дефектов, постоянно растет. Большинство дефектов связаны с процессами сварки или примыкают к сварным швам. При длительной эксплуатации трубопроводов именно соединения в процессе сварки наиболее подвергаются старению. Большая часть разрывов трубопроводов приходится на сварные соединения и зону термического влияния.
Вместе с тем, расследование аварий на магистральных нефтепроводах во многих случаях указывает на усталостный характер разрушения. Накопление повреждений металла, в основном, происходит на концентраторах напряжений, какими являются сварные швы, строительно-монтажные дефекты, механические повреждения. Однако в настоящее время отсутствуют объективные и физически обоснованные методы экспресс-оценки уровня накопленных в процессе циклического нагружения усталостных повреждений, что во многом затрудняет задачу корректного определения остаточного ресурса.
Кроме того, расчетным путем невозможно однозначно определить, сколько времени осталось до исчерпания ресурса, так как процесс разрушения определяется состоянием материала на микроуровне, проследить изменения которого на макроуровне удается не всегда. На примере разброса значений числа циклов до разрушения образцов, вырезанных из основного металла труб одной партии при одинаковых режимах нагружения, можно сделать вывод о том, что предсказание остаточного ресурса на основе теоретических рассуждений даже при известных механических характеристиках материала носит вероятностный характер. При этом величина ошибки расчетов может в несколько раз отличаться от реального числа циклов до разрушения. Таким образом, вопрос об экспериментальном безобразцовом определении показателя поврежденности в настоящее время является актуальным.
В этой связи особое значение приобретают современные методики диагностирования, к которым, в частности, можно отнести метод акустической эмиссии (АЭ), позволяющий перейти от методов неразрушающего контроля качества сварки к элементам технической диагностики и первичным методам прогнозирования. Существующие АЭ-методики позволяют обнаруживать только активно развивающиеся на момент контроля дефекты, т. е., фактически, последнюю стадию дефектообразования. При этом не используются значительные потенциальные возможности метода эмиссии для оценки механических свойств металла конструкций. Для исследования процесса повреждаемости не обязательно применять разрушающие схемы испытаний. В настоящее время уже накоплен определенный опыт использования акустической эмиссии в качестве метода неразрушающего контроля, когда акустическое излучение вызывается путем вдавливания индентора в материал. В этом случае появление сигналов акустической эмиссии так же, как и при одноосном растяжении, связано с пластической деформацией.
