ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Описаниек ИЛ № 06-012-03.

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Разработка предназначена для оборудования оболочкового типа (емкостей) и трубопроводов, используемых для транспортирования и хранения газожидкостных смесей, неочищенной нефти и других коррозионно-активных продуктов, основными параметрами, определяющими их эксплутационный ресурс с учетом эффектов старения и перекачки, металла конструкций, а также степени их защищенности от коррозии. В связи с этим на передний план выходят методы контроля технического состояния емкостного оборудования и трубопроводов, позволяющий оценить их остаточный эксплутационный ресурс с учетом старения металла и степени коррозионного повреждения поверхности металлоконструкций.

Предлагаемый метод оценки эксплутационного ресурса нефтегазохимического оборудования и трубопроводов базируется на оценке остаточного запаса пластичности металла конструкции в качестве меры повреждаемости металла в процессе накопления пластических деформаций в наиболее нагруженных и ослабленных коррозией участках конструкции использовали величину , определяющую степень деформации сдвига. Исчерпание несущей способности конструкции (т.е. ее разрушение) происходит в момент достижения величиной (t) некоторой предельной для каждого материала величины _р(t) за тот же период времени (кривая 2).

Рисунок 1 - Схема определения эксплутационного ресурса трубопроводов и емкостного оборудования

Кривая 2 может быть построена по данным, полученным при испытании образцов (рисунок 2), вырезаемых, например, из трубопроводов в процессе замены поврежденных коррозией катушек труб на стадии технического освидетельствования и ремонта. Испытания образцов с концентраторами на статический изгиб предусматривает запись диаграмм нагрузка-смещение Р -v(Р снимается с силоизмерителя испытательной машины,v- с поверхности образцов у берегов концентратора с помощью электромеханических датчиков перемещений).

Рисунок 2 - Образец с полукруглым концентратором и схема его испытания для оценки _р(t)

Для данного типа образцов установлено следующее соотношение связывающую величину фиксируемого смещенияv_с, с остаточным запасом пластичности материала _р (т.е. момент исчерпания пластических свойств материала)

(1)

где - соответственно величины смещений, отвечающие стадии страгивания трещины от вершины концентратора (последняя на диаграмме Рvможет быть определена, например, методом 5%-секущей).

Для определения вида кривой 1 необходимо решить сложную задачу по установлению взаимосвязи между степенью накопления повреждаемости (t) в наиболее опасных и пораженных коррозией участках конструкции (трубопроводов и емкостей) 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 (t _i) по результатам испытаний вырезанных образцов, базирующая на гипотезе нелинейного суммирования повреждений

, (2)

_р(0) - запас пластичности металла конструкции (трубопроводов, емкостей) на момент начала ее эксплуатации (t=0); а ₁,а ₂ - некоторые параметры, отвечающие стадии эксплуатации (трубопровода, емкости) и стадии испытания образцов, зависящие от нагруженности металла (жесткости напряженного состояния в зоне накопления локальных повреждений)

(3)

Здесь а ₀ - 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 (трубопроводов, емкостей) может быть определена исходя из данных о нагруженности конструкции в рассматриваемом участке ( - соответственно кольцевые и продольные напряжения в стенке трубопровода или емкости), полученных экспериментально, например, методом тензометрирования

. (4)

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

, (5)

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

. (6)

Здесьs,hи - основные геометрические размеры образца и концентратора;

М _с, М ₀, М _пр - соответственно величины и момента, отвечающие стадии нарушения сплошности (старта трещины) в окрестности концентратора (М _с=Р _схl, 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 ₀ и М _пр:

; (7)

(8)

Величина К (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=Рохl) может быть получена из диаграммы нагрузка-смещение Р-vпутем ее двойного логарифмирования в соответствии с методикой В.Ф. Лукьянова.

Используя полученные аппроксимированные кривые 1 и 2 с помощью экстраполяции до значенийt=t_ро(отвечающих их пересечению, т.е. (t)=_р(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 эксплутационного ресурса трубопроводов и емкостного оборудования прошел широкую апробацию на ряде предприятий, занимающихся транспортированием и хранением нефтепродуктов и других коррозийно-активных веществ.