ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Для оборудования и трубопроводов, используемых для транспортирования и хранения газожидкостных смесей, неочищенной нефти и других коррозионно-активных продуктов, основными параметрами, определяющими их эксплуатационный ресурс, являются физико-химические свойства продуктов хранения и перекачки и металла конструкций, а также степень их защищенности от коррозии. В связи с этим на передний план выходят методы контроля технического состояния емкостного оборудования и трубопроводов, позволяющие оценить их остаточный эксплуатационный ресурс с учетом эффектов старения металла и степени коррозионного повреждения поверхности металлоконструкций.

Рис. 1 Схема определения эксплуатационного ресурса трубопроводов

и емкостного оборудования t _po

Рис. 2 Образец с полукруглым концентратором и схема его испытания для оценки l_p(t)

Для данного типа образцов установлено следующее соотношение, связывающее величину фиксируемого смещения v _c с остаточным запасом пластичности материала l_р (т.е. в момент исчерпания пластических свойств материала)

(1)

где v _c(t _i), v _c(0) - соответственно величины смещений, отвечающие стадии страгивания трещины от вершины концентратора (последняя на диаграмме Р - v может быть определена, например, методом 5% -секущей).

Для определения вида кривой 1 необходимо решить сложную задачу по установлению взаимосвязи между степенью накопления повреждаемости l( t) в наиболее опасных и пораженных коррозией участках конструкции и условиями ее нагружения в процессе эксплуатации. Получение даже приближенного решения поставленной задачи весьма проблематично. В связи с этим весьма удобной является косвенная оценка накопленных повреждений l(t _i) по результатам испытаний вырезанных образцов, базирующаяся на гипотезе нелинейного суммирования повреждений

(2)

где l_р(0) - запас пластичности металла конструкций на момент начала ее эксплуатации (t=0); a ₁, a ₂ - некоторые параметры, отвечающие стадии эксплуатации конструкции и стадии испытания образцов, зависящие от нагруженности металла (жесткости напряженного состояния в зоне накопления локальных повреждений)

a _1,2 = a _oexp(1+0,238П _1,2). (3)

Здесь а _о - постоянная материала, определяемая из кривой деформирования;

П ₁, П ₂ - соответственно показатели жесткости напряженного состояния в зонах

накопления повреждаемости в конструкции и образце.

Величина П ₁ в процессе эксплуатации конструкций может быть определена исходя из данных о нагруженности конструкции в рассматриваемом участке n = s₂ / s₁(s₁,s₂ - соответственно кольцевые и продольные напряжения в стенке), полученных экспериментально, например, методом тензометрирования

(4)

Величина П ₂, характеризующая жесткость напряженного состояния в окрестности вершины концентратора в момент исчерпания запаса пластичности металла (т.е. старта трещины от вершины концентратора), определяется соотношением

(5)

где d - геометрический параметр, характеризующий положение нейтральной оси в образце с концентратором (см. рис.2), определяющийся из выражения

(6)

Здесь s,h, р - основные геометрические размеры образца и концентратора;

Мс, Мо, mnp - соответственно величины моментов, отвечающие стадии нарушения сплошности (старта трещины) в окрестности концентратора (М _с = Р _с х l, Р _с - нагрузка, снимаемая с диаграммы нагрузка - смещение Р - v, соответствующая старту трещины; l - плечо приложения силы Р);

стадии начала пластического деформирования в окрестности дефекта и стадии предельного состояния.

Для предлагаемого типа вырезаемых образцов получены следующие выражения для определения М _о и М _пр:

(7)

(8)

Величина К s (коэффициент концентрации напряжений для образца с полукруглым концентратором) может быть определен, например, методом фотоупругости либо по тарировочным кривым Петерсена Р. Кроме того значение Мо (Мо=Ро х l) может быть получено из диаграммы нагрузка - смещение p - v путем ее двойного логарифмирования в соответствии с методикой В.Ф. Лукьянова.

Используя полученные аппроксимированные кривые 1 и 2 с помощью экстраполяции до значений t=t _po (отвечающих их пересечению, т.е. l(t)=l_p(t)) определяем остаточный эксплуатационный ресурс конструкции (т.е. срок эксплуатации рассматриваемой конструкции до полного исчерпания запаса пластичности металла в наиболее нагруженных и ослабленных ее участках).

Предлагаемый метод оценки эксплуатационного ресурса трубопроводов и емкостного оборудования прошел широкую апробацию на ряде предприятий, занимающихся транспортированием и хранением нефтепродуктов и других коррозионно-активных веществ.