ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Для обоснования расчетной модели прогнозирования остаточного рабочего ресурса газопровода для его наиболее поврежденного и опасного участка необходима информация о техническом состоянии, включающая в себя механические свойства металла труб и их сварных соединений: предел текучести (s_т), предел прочности (s_в), относительное удлинение (d) и сужение (y), степень коррозионного износа стенки трубds(ds=s-s₀, гдеsиs₀- исходная и остаточная толщина стенки соответственно); наличие дефектов в кольцевых стыках трубопровода и их размеры (глубина и остротаrв вершине) и т. д.

В основу предлагаемого подхода прогнозирования остаточного рабочего ресурса газопроводов положена расчетная модель оценки долговечности пораженного коррозией участка трубопровода, ослабленного концентраторами (непроваров и т. п.), в соответствие с которой рабочий ресурс трубопровода определяется по формуле:

,

гдеs₀- остаточная (с учетомds) величина стенки газопровода (рис. 1);

s_д- допустимая величина стенки газопровода (соответствующая допустимому значению напряжений в стенке труб [s]);

n₀- скорость коррозии, устанавливаемая либо по образцам-свидетелям, либо по данным диагностирования с использованием метода толщинометрии на объекте исследования (мм/год);

v- мольный объем стали (см/моль);

r- универсальная газовая постоянная (r=8,31 Дж/мольЧ°К);

t- температура рабочей среды (°К);

s_рф- фактические окружные (кольцевые) напряжения при рабочем давлении в газопроводе.

,

гдеd=2r- внутренний диаметр трубы;

r- радиус трубы.

Рис.1. Кольцевой стык трубопровода с дефектом в корневой части шва

Допустимая величина стенки газопроводаs_допределяется величиной допустимых кольцевых напряжений [s], исключающих разрушение газопровода в интервале рабочих значений действующего давления [0,p_р]. Последнее предполагает оценку несущей способности участка газопровода, ослабленного концентратором в кольцевом стыке с позиции предотвращения как вязких так и хрупких разрушений в диапазоне действия рабочего давления в газопроводе.

Для статического нагружения трубопроводов, работающих под давлением, в зависимости от взаимного сочетания наиболее значимых факторов, определяющих их работоспособность (степень коррозионного износа стенки труб, наличие дефектов, температура эксплуатации и т. п.), исчерпание несущей способности газопровода может проявляться в виде вязкого либо хрупкого разрушения.

Допустимая величина , обеспечивающая безаварийную эксплуатации газопровода при давленииp_рс позиции предотвращения вязких разрушений, может быть определена по формуле:

,

где - коэффициент, определяющий месторасположения сварного шва в трубе (для кольцевых стыков );

- степень толстостенности трубы;

- коэффициент запаса прочности;

- параметр, учитывающий формоизменение трубы в процессе потери ее пластической устойчивости на стадии, предшествующей вязкому разрушению (для тонкостенных труб с параметр и может быть определен по рис. 2).

Рис.2. Номограмма для определения параметра

Допустимая величина стенки труб , обеспечивающая безаварийную эксплуатацию газопровода при давленииp_рс позиции предотвращения возникновения хрупкого разрушения, может быть определена по формуле:

,

где - критический коэффициент интенсивности напряжений;

- радиус пластической зоны в окрестности вершины непровара ( );

- поправка Федерсена на конечность стенки труб ( );

,s₀,c- основные геометрические параметры (рис. 1);

- поправка на конечность радиуса в вершине непровара ( приr>r₀; =1 приrЈr₀;r₀- эффективное значение радиуса непровара, эквивалентного по своему действию усталостной трещины,r₀=0,1 ).

Для оценки остаточного рабочего ресурса используется максимальная из рассчитанных величин и :

.

Данным значениям отвечает следующая допустимая величина напряжений в стенке трубы, определяемая по формуле:

.

Предлагаемый подход прогнозирования остаточного рабочего ресурса газопроводов может быть распространен и на другие случаи коррозионных повреждений труб, типы дефектов и место их расположения путем использования соответствующих расчетных соотношений для определения и .