Диагностика оборудования ОТЭ

Оценка потенциальной опасности участков трубопроводов с дефектами Как, мы с вами уже говорили, поверхностные дефекты имеют сложный рельеф. Снять фактический рельеф дефекта с поверхности конструкции достаточно сложная, порой трудновыполнимая задача. В то же время, для проведения расчета необходимо знать площадь потери метала в области дефекта точнее площадь сечения дефектного участка, по которому проводится расчет. Определить площадь потери металла в плоскости расчета можно тремя способами. 1 Снятый рельеф дефекта, разбить на прямоугольники и определить площадь как сумму всех площадей. Это достаточно трудоемкий процесс, тем более если участь, что необходимо рассчитать не один, а несколько десятков дефектов. Точность определения площади зависит от рельефа, но все же достаточно велика. 2. Второй способ, заключается в замене фактического дефекта, прямоугольной моделью. В этом случае расчет становится достаточно простым, но степень опасности дефекта увеличивается, т.к. увеличивается его площадь. Как правило прямоугольную модель выбирают при расчете протяженных дефектов, боле 500 мм. 3. Третий способ это замена фактического дефекта параболической моделью. Эта модель достаточно точно описывает одиночные каверны и не протяженные дефекты. Т.е для упрощения расчета поверхностных дефектов применяют прямоугольную или параболическую модель дефекта. Дефекты типа металлургического расслоения ведут себя подобно поверхностным дефектам. Т.е. поврежденный слой металла оказывает снижение прочностных свойств конструкции, так же как и его отсутствие. Это подтверждено многочисленными натурными испытаниями. Для расчета дефектов типа металлургические расслоения используются модели приведения несплошностей к поверхностному дефекту. Если несплошность выходит на внутреннюю или наружную поверхность, то поврежденный слой заменяется прямоугольной моделью на наружной или внутренней поврхности. В случаи если несплошность не выходит на поверхность, то проверяются условия. 1. Если остаточная толщина до одной из поверхности больше половины поврежденного слоя и поврежденный слой меньше оставшейся толщины металла, то прямоугольную модель дефекта располагают в нутрии стенки. 2.Если оставшаяся толщина металла до поверхности дефекта, меньше толщины дефекта, то прямоугольная модель дефекта приводится к ближайшей поврхности. Таким образом, расчет несплошности допускается проводится как поверхностный дефект. Правила взаимодействия дефектов На практике поверхностные дефекты, если это не механические повреждения, достаточно редко образуются поодиночке. Как правило, это достаточно протяженные участки со скоплением каверн. Естественно возникает вопрос, какие дефекты следует считать наиболее опасными и как они взаимодействуют друг с другом. Для определения опасности протяженных коррозионных дефектов существуют правила взаимодействия близко расположенных относительно друг друга дефектов. Правила взаимодействия дефектов: Для продольных дефектов. Если осевое (продольное) расстояние меньше длины самого короткого дефекта, тогда дефекты взаимодействуют. Длина объединенного дефекта равна сумме длин отдельных дефектов и расстояний между ними. За глубину дефекта, принимается максимальная величина одного из дефектов, вошедших в объединение. Для дефектов, расположенных по окружности. Если поперечное расстояние меньше или равно толщине стенки, то дефекты взаимодействуют. Длина объединенного дефекта равна общей продольной длине. За глубину дефекта, принимается максимальная величина одного из дефектов, вошедших в объединение. Для оценки степени потенциальной опасности участка трубопровода с дефектом, рассмотрим расчет дефекта типа потеря металла, как наиболее характерного. К дефектам типа утонение стенки относятся: металлургические утонения стенки трубы, коррозионные (общая и местная коррозия) и механические повреждения. Размеры повреждений определяют на основе данных наружной де­фектоскопии или компьютерного анализа результатов внутритрубной дефектоскопии с учетом, в случае необходимости, результатов на­ружного неразрушающего контроля дефектного участка трубопровода. Расчет напряжений в области дефектов Расчет напряжений в области нетрещиноподобных дефектов трубопровода, разрушающего давления и величины допустимого рабочего давления (ДРД) проводится по модифицированной методике B31G. Особенности методики расчета поверхностных дефектов заключаются в следующем: - методика предполагает, что коррозионный дефект – тупой, т.е. он не содержит острых, трещиноподобных дефектов; -разрушение коррозионного дефекта, предположительно, происходит вследствие пластического разрушения, т.е. при впривышении свойств растяжения стали трубы; Методика рассматривает разрушение коррозионных дефектов при воздействии внутреннего нагружения давлением. Окружные напряжения Sp (МПа), которые могут вызвать разрушение участка трубопровода, имеющего дефект, определяются по формуле: , (1) МПа, где S'- напряжение текучести- напряжение, соответствующее появле­нию пластического течения в вершине дефекта, это напряже­ние превышает предел текучести стали, но несколько ниже предела прочности; тmin - предел текучести материала трубопровода определяли по ГОСТ и ТУ на трубы, сертификатным данным (минимальный нормативный) или по результатам механических испытаний, в расчетах принимали минимальное из полученных значений, МПа; А - площадь потерь металла (площадь дефекта или повреждения) в продольном (осевом) сечении дефектного участка трубы: А = LC.2/3 при L (20 .D.t)0.5; около 500 мм. А = 0,85LС - для кор­розионных повреждений; А = L.C - для протяженных механи­ческих повреждений, а также для всех повреждений трубопроводов, транспортирующих коррозионные среды, мм2; Ао- исходная площадь продольного сечения поврежденного участка трубы, мм2: Ао = L·t, L - длина повреждения стенки трубы в осевом направлении, мм; C - глубина поверхностного повреждения стенки трубы, мм; t - номинальная, определенная по сертификатным данным или толщинометрией на бездефектном участке, толщина стенки трубы, мм. Кэффициент Фолиаса. Он количественно выражает вздутие, которое мы видим вокруг дефекта на трубопроводе при его разрушении вследствие нагружения давлением Определяют коэффициент Фолиаса, учитывающий размеры трубы и дефекта по следующей формуле: для ; примерно 700-800 мм для , где D – номинальный наружный диаметр трубы на дефектном участке, мм. После того как определены окружные напряжения Sp (МПа), которые могут вызвать разрушение участка трубопровода, определяем расчетное разрушающее давление дефектного участка по формуле: (3) Затем, находим величину допустимого рабочего давления (ДРД) поврежденного участка трубопровода по формулам: Рдоп=Рраз/Nдоп, (4) где Nдоп – проектный коэффициент запаса прочности; Расчет коэф­фициент запаса прочности дефектных участков трубопровода, транспортирующие не коррозионные среды При расчете дефектных участков трубопровода, транспортирующего некоррозионные среды, проектный коэф­фициент запаса прочности определяется по формуле: , (5) где - допускаемое номинальное напряжение, при определении ко­торого применяют частные коэффициенты запаса прочности, рекомендуемые СНиП 2.05.06-85*. За величину допускаемого номинального напряжения принима­ют минимальное из двух значений: ; , где m - коэффициент условий работы; Кн - коэффициент надежности по назначению; К1 - коэффициент надежности по материалу; n - коэффициент надежности по нагрузке; - минимальный нормативный предел прочности материала трубопровода, определяют по ГОСТу и ТУ на трубы, или по сертификатным дан­ным, уточненным по результатам механических испытаний, в расчетах используют минимальное из полученных значений, МПа. Расчет коэф­фициент запаса прочности дефектных участков трубопровода, транспортирующие коррозионные среды При расчете по модифицированным формулам B 31G дефектных участков трубопроводов, контактирующих с наводороживающими средами и содержащих внутренние и поверхностные нетрещиноподобные дефекты, за напряжение текучести принимают нормативный предел текучести материала (S'= ). Проектный коэффициент запаса прочности определяют по формуле: ; где - допускаемое номинальное напряжение с учетом транспортировки трубопроводом сероводородсодержащих сред, МПа; Н=Tmin/nk nк - коэффициент снижения допускаемых напряжений, равный 0,4; 0,5 или 0,6 в зависимости от категории участка трубопровода (I, II, III). Оценка опасности нетрещиноподобных дефектов Все дефекты, выявленные в результате внутритрубной дефектоскопии, подразделяются на три категории в зависимости от природы происхождения и запаса прочности: опасные; потенциально опасные; неопасные. Опасные дефекты - требуют ремонта в кратчайшие сроки. К ним относятся поверхностные дефекты с остаточной толщиной стенки трубы менее 20% от толщины стенки и с запасом прочности относительно разрушающего давления менее, чем для потенциально опасных дефектов трубопроводов, транспортирующих не коррозионные среды. Для трубопроводов, транспортирующих серо-водородсодержащие среды, опасными являются поверхностные дефекты с остаточной толщиной стенки трубы менее 40% от толщины стенки и с запасом прочности относительно разрушающего давления менее, чем для потенциально опасных дефектов. Потенциально опасные дефекты – дефекты, размеры которых превышают требования существующих НД, для этих дефектов требуется наружное обследование и ремонт в плановом порядке. Неопасные - не снижают несущей способности трубы и не требуют наружного обследования и ремонта. К ним относятся поверхностные аномалии металла труб, допустимые требованиями НД, а так же внутренние металлургические дефекты. Безопасность дефектного участка трубопровода обеспечивается при соблюдении условия: РразN1Рраб N1 = Рраз/ Рраб, (8) где Рраз – разрушающее давление, МПа; Рраб – фактическое давление в трубопроводе, МПа; N1 – коэффициент запаса прочности. Коэффициент запаса прочности для магистральных трубопроводов в зависимости от категории опасности дефектов составляет: • для опасных дефектов N1 0,7Nдоп +0,3; • для потенциально опасных дефектов 0,7Nдоп +0,3< N1