Файл: Учебнометодические указания по курсу Морские нефтегазовые сооружения для студентов направления подготовки 21. 03. 01 Нефтегазовое дело.pdf

22
p
1t
≥1,05p
1i
, (2.1) где p
li
– местное аварийное давление.
Низкий класс безопасности при обычных условиях эксплуатации:
p
1t
≥1,03p
1i
(2.2)
Если аварийное давление на 10% превышает расчетное давление, то приведенное выше требование задает испытательное давление системы в виде расчетного давления умноженного на 1.15, при условии, что расчетное давление относится к самой высокой точке трубопроводной системы.
Испытательное давление системы обеспечивает проверку утечек после завершения строительства и является функцией местного аварийного давления.
По соглашению, от испытаний системы давлением можно отказаться, при условии что:
– сварные трубы сварены по методу SAW (сварка под флюсом);
– расчет толщины стенки определяется наружным давлением и используется менее 75 % от несущей способности по внутреннему давлению;
– документы показывают, что технические условия были выполнены должным образом в ходе изготовления, сборки и монтажа;
– было выполнено требование к заводским испытаниям давлением;
– все соединительные детали и стояки прошли гидростатические испытания давлением в ходе изготовления;
– проведены местные испытания на герметичность после завершения монтажа и стыковки элементов и стояков;
– определен режим контроля и проверок для всего проекта трубопровода и продемонстрировано, что он обеспечивает необходимый уровень безопасности;
– после монтажной сварки был проведен автоматический ультразвуковой контроль;
– недопустимо, чтобы работы по монтажу и другие воздействия вызвали повреждение трубопровода. Особое внимание в этом случае должно быть уделено дноуглубительным работам, другим методам разработки траншей или повреждениям других воздействий, например якорями;

23
– труба после проведения автоматического ультразвукового контроля не подвергалась накопленным пластическим деформациям, превышающим 2 %.
В течение испытаний системы давлением должны быть удовлетворены все предельные состояния для класса безопасности «низкий».
2.2.3 Технический контроль в ходе эксплуатации
Требования к техническому контролю, влияющему на безопасность и надежность в течение эксплуатации трубопроводной системы, должны быть определены на стадии проектирования, и они должны быть отражены в DFI - отчете.
2.2.4 Минимальная толщина стенки
Если с помощью иных мер не обеспечивается эквивалентная защита от случайных нагрузок, падающих объектов и других внешних нагрузок, должна приниматься минимальная толщина стенки в 12 мм для всех трубопроводов со следующими параметрами:
– номинальным диаметром, равным 8” и выше;
– классом безопасности «Высокий»;
– классом местоположения 2.
Должна содержаться особая оценка случайных нагрузок, падающих объектов и других внешних нагрузок при определении минимальной требуемой толщины стенки для трубопроводов со следующими параметрами:
– номинальным диаметром, меньшим 8”,
– классом безопасности «Высокий»,
– классом местоположения 2.
Требование к минимальной толщине стенки основано на статистике разрушений, которая ясно указывает, что ударные нагрузки являются наиболее вероятной причиной разрушений и оказывают решающее влияние на расчет толщины.

24
2.2.5 Выбор материалов
Материалы для трубопроводных систем должны быть выбраны с учетом свойств транспортируемого продукта, нагрузок, температуры и возможных видов отказов в период монтажа и эксплуатации. Выбор материалов должен гарантировать совместимость всех элементов трубопроводной системы.
Должны рассматриваться следующие характеристики материалов:
– механические свойства;
– твердость;
– ударная вязкость;
– усталостная прочность;
– свариваемость;
– коррозионная стойкость.
Выбор материалов должен включать в себя обозначение следующих дополнительных требований, в зависимости от необходимости:
– дополнительное требование S: эксплуатация в кислой среде;
– дополнительное требование F: свойства остановки разрушения;
– дополнительное требование Р: труба, подверженная пластическим деформациям, превышающим 2 %;
– дополнительное требование U: повышенное использование;
– дополнительное требование D: более жесткие требования к размерам.
Выбор материалов должен включать в себя выбор уровня неразрушающего контроля (NDT) для труб.
Уровень NDT I для труб требуется для использования критерия местной потери устойчивости при условии контролируемых деформаций (расчет, основанный на деформациях).
При наличии в перекачиваемом продукте воды, кислорода и хлора, нержавеющие стали могут быть восприимчивы как к местной коррозии, так и к растрескиванию вследствие действия природных факторов и, следовательно,

25 коррозионная стойкость должна рассматриваться отдельно для каждого особого случая применения.
Для особых назначений должны быть проведены коррозионные испытания, чтобы утвердить использование материала для предполагаемого назначения.
Перекачка продуктов, хорошо стимулирующих коррозию трубопроводов из сталей, выплавленных дуплекс-процессом, и мартенситных нержавеющих сталей требует особой предосторожности.
Особые меры предосторожности потребуются, чтобы, при испытаниях системы давлением с использованием морской воды, избежать коррозионных повреждений CRA – трубопроводов (CRA – коррозионностойкий сплав).
Трубы из стали, выплавленной дуплекс-процессом, мартенситной нержавеющей стали и трубы из углеродисто-марганцевой стали с нормативным минимальным пределом текучести более 450 МПа требуют особого рассмотрения склонности к растрескиванию под действия природных факторов
(включая сульфидное растрескивание под напряжением и водородное растрескивание, связанное с катодной защитой). В частности, это относится к материалу, подвергающемуся существенным пластическим деформациям в течение изготовления, монтажа и эксплуатации.
Таблица 2.1 – Использование расчетного сопротивления как функции от уровня NDT и дополнительного требования U
Уровень NDT для труб
I
II
Дополнительное требование U
Да
Нет
Да
Нет
Расчет на действие внутреннего давления
Высокое
Низкое Высокое Низкое
Местная потеря устойчивости при контролируемых нагрузках
Высокое
Низкое Высокое Низкое
Местная потеря устойчивости при контролируемых перемещениях
Высокое
Низкое
Не применимо
Примечание к таблице: «Высокое» и «Низкое» в приведенной выше таблице относится к допускаемому использованию.

26
Труба уровня NDT I задает более жесткие требования к NDT, чем уровень
NDT II. Для дополнительного требования U коэффициент прочности на 4% выше, что обычно дает экономию материала приблизительно равную 4%.
Взаимосвязь между различными требованиями к материалам и проектированием проиллюстрирована в приведенной выше таблице.

2.2.6 Нормативные свойства материалов
Нормативные свойства материалов должны использоваться при определениях сопротивлений. Предел текучести и предел прочности на растяжение должны быть основаны на графике «напряжения – деформации», полученном в результате инженерных расчетов.
Дополнительное требование U гарантирует повышенное доверие к пределу текучести, что отражено в более высоком коэффициенте прочности материала, приведенном в таблице 2.2. Расчетная прочность является функцией этой величины.
Таблица 2.2 - Коэффициент прочности материала, a
U
Коэффициент
Обычные условия
Дополнительное требование U a
U
0,96 1,00
Примечание: Для испытаний системы давлением а
U
должен равняться 1,00, что дает допускаемое кольцевое напряжение в 96% от нормативного минимального предела текучести как для материалов, удовлетворяющих дополнительному требованию U, так и для материалов, которые ему не удовлетворяют.
Механические свойства для различных марок материалов приняты при комнатной температуре. Должны учитываться возможные температурные воздействия на свойства материалов при температурах выше 50°С для углеродисто-марганцевой стали и выше 20°С для сталей 22Cr и 25Cr. Эти

27 свойства должны отбираться с особым вниманием к типу материала и потенциальному температурному эффекту старения и должны включать в себя:
– предел текучести;
– предел прочности на растяжение;
– модуль Юнга;
– коэффициент линейного расширения.
Нанесение покрытий на монтажные стыки в ходе монтажа также может приводить к действию температур, превышающих указанные выше, и, как следствие, это должно быть учтено в расчете.
Нормативные сопротивления материала, которые должны использоваться в критериях предельных состояний, приведены в таблице 2.3.
Таблица 2.3 - Нормативные сопротивления материала, f y
, f u
Свойство
Величина
Нормативный предел текучести
,
(
)
y
y temp
U
f
SMYS
f
a



Нормативный предел прочности на растяжение
,
(
)
u
u temp
U
A
f
SMTS
f
a
a




где f y,temp и f u,temp
– значения отклонений от нормы под влиянием температуры для предела текучести и предела прочности на растяжение, соответственно
SMYC – нормативный минимальный предел текучести;
SMTC – нормативный минимальный предел прочности на растяжение;
α
U
– коэффициент прочности материала, по таблице 2.2;
α
А
– коэффициент анизотропии, равен 0,95 для осевого (продольного) направления; 1,0 – во всех остальных случаях.
Если не имеется другой информации о влиянии отклонений от нормы предела текучести, могут быть использованы рекомендации для углеродисто- марганцевой стали, нержавеющих сталей, выплавленных дуплекс-процессом,
22Cr или 25Cr, приведенные ниже на рисунке 2.1.

28
Рисунок 2.1 – Значения отклонений от нормы для предела текучести
Должны быть учтены любые изменения в температурных воздействиях на отклонения от нормы для растяжения и сжатия.
Различия в температурных воздействиях на отклонения от нормы для растяжения и сжатия были получены для стали с 13% содержанием Cr.
Для процессов изготовления, которые включают в себя холодные деформации, придающие различную прочность при растяжении и сжатии, должен быть определен коэффициент изготовления α
fab
. Если не имеется другой информации, максимальные коэффициенты изготовления для труб, производимых в соответствии с процессами UO (Условное обозначение процесса изготовления сварных труб) или UOE (Условное обозначение процесса изготовления сварных труб), приведены в таблице 2.3. Эти коэффициенты также применяются для других процессов изготовления, которые включают в себя подобные холодные деформации, такие как трехвалковая гибка (TRB). Коэффициент изготовления может быть улучшен путем термообработки, если на это имеется документальное подтверждение.

29
Таблица 2.3 – Максимальный коэффициент изготовления, α
fab
Труба
Бесшовная
UO и TRB
UOE
α
fab
1,00 0,93 0,85
2.2.7 Припуск на коррозию
Для трубопроводов из углеродисто-марганцевой стали, транспортирующих потенциально коррозионноопасные продукты и/или подверженных действию наружной агрессивной окружающей среды и не имеющих катодной защиты, должно быть в полной мере рассмотрено использование дополнительной толщины стенки, которая бы компенсировала любые коррозионные ухудшения характеристик в ходе эксплуатации («припуск на коррозию»)
Припуск на коррозию в первую очередь используется для компенсации тех форм коррозионного разрушения, которые воздействуют на несущую способность трубопровода по внутреннему давлению, т.е. равномерной коррозии и, в меньшей степени, таких коррозионных дефектов, как язвы и пятна. Однако припуск на коррозию может также улучшить эксплуатационную надежность и повысить полезный срок эксплуатации, если коррозионные дефекты возникают в виде отдельных точек; хотя маловероятно, что такие дефекты повлияют на прочность трубопровода, они будут вызывать точечные утечки, когда пройдут всю толщину стенки. Однако дополнительная толщина стенки будет только откладывать во времени появление утечек.
Должны быть оценены необходимость в припуске на коррозию и достоинства его применения и учтены, как минимум, следующие факторы:
– расчетный срок эксплуатации и потенциальная коррозионная активность продукта и/или внешней окружающей среды;
– ожидаемая форма коррозионных дефектов;