5 Модель коррозионного растрескивания трубопроводов, основанная на оценке остаточной прочности

Основными элементами определения остаточного ресурса являются расчеты остаточной прочности дефектных участков трубопровода и скорости роста коррозионных дефектов. Для расчета остаточной прочности используем уравнения поверхностных дефектов, предложенные в американских стандартах.

В этих уравнениях связь давления в трубопроводе с геометрическими параметрами дефекта имеет вид

, (5.1)

где Р – давление в трубе, - напряжение течения (flow stress), h – толщина стенки трубы, R – радиус трубы, А – площадь потери металла на проекции дефектного участка в продольном сечении стенки трубы, А₀ – первоначальная (без коррозии) площадь продольного сечения стенки трубы по длине дефектного участка, А₀=Lh, L – длина дефектного участка, М – коэффициент Фолиаса.

Первоначально коэффициент Фолиаса был представлен в виде

(5.2)

При длине дефекта используют формулу

(5.3)

В более поздней работе при используют выражение

(5.4)

Как видно из уравнений (5.1-5.4) остаточная прочность дефектной трубы определяется шестью параметрами h, R, K_M, , A и L. Параметры h и R характеризуют геометрию трубы и однозначно определяются. Величина остальных четырех параметров для каждого конкретного дефекта зависит от его фактических геометрических размеров и способа аппроксимации.

Для расчета остаточной прочности линейных участков трубопровода с реальными стресс-коррозионными дефектами разработана процедура, заключающаяся в выборе в пределах всего дефекта его эффективной части, для которой расчетное значение разрушающего давления становится минимальным. Для реализации этой процедуры производят измерения глубины дефекта по всей его длине с интервалом 10-25мм. Первоначальную проекцию дефекта разбивают на участки; ограниченные точками измерения глубины. В пределах дефекта может быть выделено конечное число К его частей, каждая из которых образует непрерывную последовательность таких участков. В результате процедуры, заключающейся в расчете величины для всех возможных частей дефекта, определяют эффективную часть , для которых выполняется соотношение

---

, (5.5)

где безразмерная величина, характеризующая влияние геометрических параметров К-й части дефекта на расчетное давление разрушения трубы, А_к – площадь рассматриваемой части дефекта

, (5.6)

К – номер рассматриваемой части дефекта, К=1,2,3…, К-1, К; К – число возможных вариантов выделения части дефектов; n₁, n₂ – номера первого и последнего участков дефекта в пределах рассматриваемой к-й части дефекта, n₁ = 1,2,3… N; n₂ = 1,2,3… N; N – дефекты, N=I-1; I – число точек измерения глубины; L_j – длина; j-ого участка дефекта, j=n₁, n₁+1, … n₂-1, n_2;

, (5.7)

x_i - продольная координата i точки измерения глубины, мм;

(5.8)

t_i - значение глубины в i-й точке измерения, мм;

А_ок – первоначальная (без коррозии) площадь продольного сечения стенки трубы по длине рассматриваемой К - ой части дефекта

; (5.9)

М_к – коэффициент Фолиаса, рассчитанный для длины рассматриваемой части дефекта. Индекс «Э» означает, что соответствующая величина относится к эффективной части дефекта.

Рекомендуемая британским стандартом оценка для напряжения течения определяется как

, (5.10)

где - условный предел текучести, - временное сопротивление.

При расчете остаточного участка трубопровода с дефектом считают, что трубопровод находится в безопасном состоянии, если может выдержать установленное для рассматриваемого участка минимальное нормативное давление испытания. Для этого случая площадь проекции эффективной части дефекта на продольную ортогональную плоскость определяют по формуле:

, (5.11)

где Р_раб ^– рабочее давление в трубопроводе, К_и – коэффициент, зависящий от минимального нормативного испытательного давления, задаваемый в соответствии с Приложением 2ВСН011-88 «Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Очистка полости и испытание», - напряжение течения, относящееся к эффективной части дефекта, параметр, зависящий от геометрии дефекта, механических свойств металла и других факторов.

---

Достоверную информацию скорости роста стресс – коррозионного дефекта в конкретных условиях можно получить только путем контроля изменения его геометрических параметров закладными датчиками или выполнения контрольного замера этих параметров через определенное расчетное время.

Тем не менее, по уже имеющимся статистическим данным о средней скорости изменения максимальной глубины стресс-коррозионных дефектов, приведших к разрывам трубопроводов при эксплуатации и переиспытании, можно оценить скорость роста классифицируемых стресс-коррозионных дефектов.

Средняя скорость изменения максимальной глубины рассматриваемых дефектов находится в интервале от 0,05 до V_max (V_max= 1,4 мм/год). Срок контрольного замера параметров дефектов определяют аналогично сроку безопасной эксплуатации дефектных труб, но при максимальной скорости их возможного роста V_max. Скорость изменения площади, потери металла на проекции эффективной части дефекта длиной L_Э принимают равной:

, (5.12)

где t_э.max - максимальная глубина стресс-коррозионных трещин в пределах эффективной части дефекта, мм.

Срок эксплуатации трубопровода с дефектом определяют по формуле:

. (5.13)

Для определения фактической скорости изменения площади потери металла на отдельные дефекты устанавливают закладные датчики. По показаниям датчиков определяют скорость роста дефекта, динамику ее изменения и прогнозируют скорость дальнейшего роста дефекта. Срок безопасной эксплуатации дефектной трубы по результатам анализа показаний датчиков определяют по формуле:

, (5.14)

где А_Э.К - площадь потери металла на проекции эффективной части дефекта на продольную ортогональную плоскость, определенная по последним данным о параметрах дефекта, снятых с закладного датчика, мм², V_АП – прогнозируемая скорость изменения площади потери металла на проекции эффективной части дефекта длиной L_Э

---

, мм²/год.

Срок контрольного замера параметров дефекта при отсутствии на нем закладного датчика определяют по формуле:

. (5.15)

Срок безопасной эксплуатации дефектного участка трубопровода после контрольного замера параметров дефекта рассчитывают по формуле

, (5.16)

где А_Э.К. – площадь потери металла на проекции эффективной части дефекта на продольную ортогональную плоскость, определенная по результатам контрольного замера параметров дефекта, мм².

Если при проведении диагностирования трубопровода удается измерить только максимальную глубину дефекта, то связь расчетного давления разрушения с геометрическими параметрами дефекта имеет вид:

, (5.17)

где Р_П – расчетное давление разрушения трубы, МПа; - параметр напряжения, определяемый по результатам расследования разрывов труб, принимают равным 1,05 от нормативного предела текучести трубной стали;

L – толщина стенки трубы, мм;

внутренний радиус трубы, мм;

D_H - наружный диаметр трубы, мм;

t_max – максимальная глубина стресс-коррозионного дефекта, мм.

М_П – коэффициент Фолиаса, рассчитанный для длины L_П.

L_П – полная длина продольной проекции стресс-коррозионного дефекта, мм.

Срок безопасной эксплуатации трубы с дефектом определяют по формулам:

, (5.18)

где - время работы трубопровода с момента его ввода в эксплуатацию до момента обследования, годы;

t_max.раб – максимальная допустимая при рабочем давлении глубина дефекта.

, (5.19)

Р_раб - рабочее давление в трубопроводе, МПа;

К_u - коэффициент интенсивности, определяемый в соответствии с приложением 2ВСН 011-88 «Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. «Очистка полости и испытание».

---

Задание

1) Рассчитать период безопасной эксплуатации после контрольного замера параметра

№ варианта	h,мм	R,мм	Vmax, мм/год	tэmax, мм	Аэ.к мм2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	4 4 4 4 8 8 8 12 12 12	119 159 219 273 219 273 412 219 273 412	1 1 1 1 1,2 1,2 1,2 1,4 1,4 1,4	2 2 2 2 5 5 5 8 8 8	100 100 100 100 120 120 120 140 140 140

6 Расчет при наличии нескольких дефектов

Если на трубопроводе находятся несколько дефектов, расположенных вблизи друг от друга, параметры дефектной области определяют по следующим формулам.

, (6.1)

где А_с – максимальная суммарная площадь потери металла по проекции дефектной области;

L_n – длина n-го дефекта;

t_max

---

Смотрите также файлы

• Руководство пользователя Проигрыватель с ременным приводом 1 Введение.pdf

• Организация учета денежных средств по дисциплине Бухгалтерский учет.docx

• Что же такое позитивизм Позитивизм.docx

• Кодекс воспитателя на тему.docx

• Аннотация в данной статье была проанализирована система налогообложения самозанятых граждан в России. Были рассмотрены основные принципы и механизмы функционирования этой системы, а также преимущества и недостатки использования данной системы налогообложе.docx