ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР

Одним из характерных повреждений линейных участков трубопровода являются коррозионные каверны, возникающие в результате коррозии металла труб. Схематизация геометрии каверн может быть представлена выемкой со следующими геометрическими параметрами: глубиной Н, длинойl, ширинойw(рисунок 1).

Рисунок 1 - Линейный участок трубопровода с коррозионной каверной, восстановленной наплавкой

Специфика нагруженности линейных участков магистральных трубопроводов в процессе их эксплуатации заключается в том, что наиболее нагруженным является кольцевое направление стенки трубы. В связи с этим наличие поля остаточных напряжений в кольцевом направлении существенно скажется на уровне работоспособности восстановленного участка трубопровода.

Начальные условия:

1. Участок наплавки составляет зону размерамиw=m(pd) (гдеmЈ1) - в кольцевом направлении,l=l_тр(l_тр- размер линейного участка трубопровода в пределах коррозионной каверны) - в направлении продольной оси трубы иh_нап=h- в направлении толщины стенкиs.

2. Кольцевые остаточные напряжения действуют только в наплавленном слое.

Средние предельные напряжения , характеризующие несущую способность рассматриваемого восстановленного участка трубопровода, определяли из предположения, что металл наплавляемого слоя при наличии кольцевых остаточных напряжений может дополнительно воспринимать усилие равноеp_нап=( - )lh_нап(где - предел прочности), а основной металл трубы в месте коррозионного повреждения -p_ом= l(s-h). Восстановленный участок трубопровода в границахl=l_трработает как биметалл и

, (1)

откуда

. (2)

Для перехода к рассмотрению наплавки каверн ограниченной протяженностиl<>_триспользовали подход, базирующийся на следующих предположениях: полученное соотношение (2) сводится к виду

, (3)

где - эффективная длина трещины.

Выражение (3) с точки зрения оценки работоспособности трубопроводов с позиций вязкого разрушения отвечает случаю ослабления стенки трубопровода дефектом глубиной неограниченной протяженности (l=l_тр) и позволяет оценить уровень средних предельных напряжений, характеризующих несущую способность трубопровода, ослабленного трещиноподобным дефектом. Переход к дефектам ограниченной протяженности в рамках рассматриваемой задачи может быть осуществлен путем введения поправки на в виде

,l/d<>

(4)

,l/dі1.

Используя (4), соотношение (2), представленное в форме (3), было преобразовано к следующему виду

, (5)

гдеh/s- относительная степень ослабления стенки трубопровода (h,s-cоответственно глубина каверны и толщина стенки трубы);

l/d- относительная протяженность каверны в направлении продольной оси трубы.

Данному уровню средних кольцевых напряжений в стенке трубопровода отвечает давление внутри трубы равное

. (6)

Максимальная величина давления , определяющая несущую способность магистрального трубопровода при отсутствии коррозионного повреждения стенки труб определяли как:

, (7)

где - напряжение течи.

С учетом соотношений (6) и (7) было получено выражение, позволяющее оценить предельно допустимые размеры коррозионных каверн, подлежащих восстановлению с помощью наплавки

, (8)

где - склонность металла труб к деформационному упрочнению.

В процессе выполнения кольцевых наплавочных валиков при остывании металла в них возникают усадочные усилияp_усвдоль направления наплавки. В соответствие с этим принималась расчетная схема, отвечающая условиям нагружения трубопровода на участке выполнения наплавочных восстановительных работ (рисунок 2).

Рисунок 2 - Расчетная схема для оценки остаточных напряжений в наплавленных слоях

В соответствии с принятой схемой приложения усадочных усилийp_ускольцевые усилия в наплавленном слое по его длинеn_усможно описать следующим соотношением

, (9)

гдеj- угловая координата в пределах сектораw(-a, +a).

Усредняя усилие на участке наплавки было получено следующее соотношение для определения средних усадочных усилий

, (11)

которым отвечают значения остаточных сварочных напряжений в наплавленном слое

, (12)

где - поправочная функция на жесткость.

Выражение (12) отвечает граничному условию, в соответствии с которым при выполнении кольцевой наплавки по всему периметру трубы (a=p) (т.е. случаю, отвечающему свободной усадки остывающего металла наплавленных валиков) =0.

При наплавке в условиях максимальной жесткости (a®0): =1

. (13)

Уровень остаточных напряжений в данных условиях достигает значений , откуда следует

. (14)

С учетом (14) и (8) было получено окончательное выражение для оценки допустимых размеров коррозионных каверн, подлежащих восстановлению с помощью наплавки

, (15)

здесьa- угол, определяющий сектор наплавки

(16)