Надежность трубопроводов

Размещено на http:www.allbest.ru/

1. Расчёт вероятности отказа стенки трубы магистрального трубопровода

1. Цель расчёта

Определение вероятности отказа стенки трубы прямолинейного участка магистрального трубопровода из-за достижения средними значениями продольных суммарных напряжений в стенке трубы средних значений временного сопротивления стали трубы и исчерпания резерва прочности. магистральный трубопровод эксплуатация

2 Исходные данные

Вариант	Продукт, категория участка	Диаметр, мм	Случайные величины параметров нагрузки
			Давление, МПа	Перепад температуры, °С
7	Н/прод 3	530	6,0	3,9	6,1	6,2	3,4	15	16	-14	17	18

Параметры прочности- нормативное сопротивление стали , МПа	Допустимое значение вероятности отказа	Характеристики стали
		Марка	ТУ	Примечание
480	485	490	495	492	0,06	14ХГС	ТУ 14-3-109-73	нормализация

2.1 Определение проектной толщины стенки трубы, параметров прочности и нагрузки

1. Вычисляем случайные значения расчётного сопротивления стали трубы:

,

где - случайное значение нормативного сопротивления стали;

m- коэффициент условий работы, зависящий от категории участка и определяемый по СП 36. 13330.2012, m= 0,9;

- коэффициент надёжности по материалу, = 1,34;

- коэффициент надёжности по назначению трубопровода, =1,05;

2. Вычисляем математические ожидания давления, температурного перепада и расчётного сопротивления стали:

3. Определяем предварительное значение расчётной толщины стенки без учёта осевых сжимающих напряжений:

где - коэффициент надёжности по нагрузке- рабочему давлению, для газопроводов принимаем = 1,1;

Полученное расчётное значение толщины стенки округляем по сортаменту труб до ближайшего номинального для трубопровода диаметром 530мм =7 мм. Внутренний диаметр трубопровода

4. Вычисляем математическое ожидание продольных осевых напряжений по математическим ожиданиям температурного перепада и рабочего давления .

т. к. >0, для дальнейших расчётов принимаем =8 мм

5. Вычислим случайные значения параметров нагрузки как расчётный продольные осевые напряжения:

6. Вычислим математическое ожидание параметров нагрузки:

7. Вычисляем случайные значения параметров прочности:

где - случайное значение расчётного сопротивления стали;

- случайное значение коэффициента, учитывающего двухосное напряжённое

состояние металла трубы, при =1;

8. Математическое ожидание параметров прочности:

.

9. Математическое ожидание запаса прочности:

.

Предположим, что при эксплуатации случайные механические повреждения и повреждения от коррозии устранялись своевременно. Тогда, пренебрегая на первом этапе старением металла трубы и считая, что случайные величины подчиняются нормальному закону распределения, вычисляем дисперсии параметров нагрузки и прочности:

10. Вычисляем стандарт отклонения случайных значений запаса прочности:



где - дисперсия запаса прочности.

11. Определяем характеристику безопасности при нормальном законе распределения:

12. По таблице нормированных функций Лапласа определяем величину интеграла вероятности Гаусса Ф(г) для вычисленного значения параметра безопасности.

; .

13. Вычисляем вероятность отказа для нормального закона распределения случайных величин:

14. Проверяем условие:

0,000002< 0,02- условие выполняется, т.е. отказ не произойдёт.

2. Контроль состояния изоляционного покрытия подземных трубопроводов при эксплуатации

1 Исходные данные

№ варианта	Удельное электро- сопротивление грунта, с,	Расстояние, км	Число СКЗ	Диаметр трубо- провода, мм
		между КИП,	между СКЗ, Li
7	10	2	8	5	720

Потенциал «труба-земля», В	Защитный ток (Ii), А
при откл. СКЗ	при вкл. СКЗ на КИП №k
	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5
0,60	3	-1	4	2,3	0,7	9	2,5	11,5	9	4

Марка стали- 17Г2СФ.

Удельное электросопротивление стали трубы .

2. Последовательность расчёта:

1. На каждом КИП №kне ранее, чем через 1 сутки после отключения СКЗ m-раз измеряем естественный потенциал «труба-земля» и вычисляем его среднее значение, В:

(2.1)

2. На каждом КИПе измеряем наложенную разность потенциалов , причём, если СКЗ до этого была отключена, измерение выполняем не ранее, чем через 3 часа после включения, не менее трёх раз. Вычисляем среднее значение:

.

3. Вычисляем смещение наложенной разности потенциалов в каждом КИП:



Рисунок 3.1. Расчётная схема определения среднего (интегрального) переходного сопротивления «труба-земля» магистрального трубопровода при эксплуатации.

4. Определяем средневзвешенное смещение разности потенциалов в зоне действия СКЗ №iна всём участке длиной Li:

,

5. Вычисляем среднюю плотность тока СКЗ №i:



,

6. Определим переходное сопротивление в зоне действия СКЗ №i:

где - сопротивление растеканию тока от газопровода,

- продольное сопротивление трубопровода,

- конечное значение переходного сопротивления «труба-земля», определяемое по номограмме ВНИИСТа, ;

7. Вычисляем переходное сопротивление контролируемого длиной о участка трубопровода длиной L:

Величину сравниваем с допустимой по ГОСТ Р 51164-98.

<= 12500 Ом•м (покрытие битумное, срок эксплуатации более 20 лет). Величина не соответствует требованиям ГОСТ.

3. Расчёт остаточного ресурса нефтепроводов по характеристикам трещиностойкости стали

1. Цель расчёта: определение остаточного ресурса нефтепроводов по характеристикам трещиностойкости стали.

2. Исходные данные

Таблица 2.1 Результаты испытания образцов на трещиностойкость при статическом нагружении по ГОСТ 25.506-85

№ вари анта	№ образца	Геометрические характеристики	Максимальное усилие при разрушении, МН	Средняя длина трещины Lср, мм	Глубина усталостной трещины h, мм	Число циклов нагружения N
		ширина b, мм	толщина, t, мм	глуби- на над-реза, мм	площадь сечения нетто, мм
7	3/2-1	30	6	1,5	141	0,04935	1,796	3,296	54800

Таблица 2.2 Сводные исходные данные к расчётам остаточного ресурса

№ образца	Временное сопротивление растяжению , МПа	Условный предел текучести , МПа	Относи тельное сужение после после разрыва , %	Максимальное рабочее давление , МПа	Среднее рабочее давление , МПа	Толщина стенки трубы, мм	Наружный диаметр трубы, мм	Число циклов перепада давления за год N
3/2-1	598	391	54,3	3,63	3,15	12,5	1020	295

Таблица 2.3 Коэффициенты равномерного сужения сечения образцов при испытаниях на растяжение по ГОСТ 1497-84

Номер образца	Усреднённые рабочие характеристики рабочего сечения	Коэффициент равномерного сужения
	начальный диметр	диаметр шейки	диаметр сечения равномерного сужения
3/2-1	5	2,85	4,63	14,26

3. Расчёты характеристик трещиностойкости и параметров циклического нагружения

Предварительно по данным механических испытаний вычисляются:

1) параметры циклического загружения:

где - коэффициент равномерного сужения сечения при растяжении;

- коэффициент относительного сужения при разрыве;

- исходная рабочая площадь сечения образца;

=0,002- относительная остаточная деформация, равная 0,2 %;

разрушающее напряжение по максимальной разрушающей силе для образца с трещиной:

2) степень снижения разрушающих напряжений от наличия трещин в образце при относительной глубине трещины, равной

3) предел трещиностойкости для относительной глубины, равной

4) разрушающие кольцевые напряжения для бездефектной трубы с учётом характеристик циклической трещиностойкости:

4. Расчёт допускаемой глубины трещины

Допускаемая глубина трещины определяется по максимальному усреднённому давлению из совместного решения двух функций, образующих равенство

, (4.1)

где - коэффициент интенсивности напряжений при максимальном усреднённом давлении;

- коэффициент запаса по пределу трещиностойкости, определяемый по формуле

где - уровень рабочих напряжений, в данном случае равен кольцевым напряжениям при максимальном давлении

, (4.3)

Коэффициент интенсивности напряжений

(4.4)

где - полином, зависящий от текущего значения относительной глубины трещины :

(4.5)

Предел трещиностойкости определяется по формуле

, (4.6)

где - степень разрушающих напряжений при текущем значении

, (4.7)

Из совместного решения уравнений (4.4) и (4.6) с учётом коэффициента =3,427 в соответствии с равенством (4.1) получим допустимую относительную глубину трещины

h	n	Yi(n)	Ki	Amp	Ic	Ic/mi	mi	у раб
0	0,00	1,99	0,00	1	65,80	35,38	1,86	301
0,0009	0,10	2,10	16,15	0,9856	61,68	33,16	1,86	301
0,0018	0,20	2,43	26,44	0,9744	62,75	33,74	1,86	301
0,0027	0,30	2,95	39,20	0,9664	65,93	35,44	1,86	301
0,0036	0,40	3,73	57,35	0,9616	71,23	38,30	1,86	301
0,0045	0,50	5,02	86,13	0,96	79,61	42,80	1,86	301
0,0054	0,60	7,14	134,38	0,9616	90,85	48,85	1,86	301
0,0063	0,70	10,60	215,32	0,9664	101,59	54,62	1,86	301
0,0072	0,80	15,99	347,24	0,9744	103,01	55,38	1,86	301
0,0081	0,90	24,05	554,04	0,9856	78,37	42,13	1,86	301
0,009	1,00	35,65	865,81	1	0,00	0,00	1,86	301

Графическая иллюстрация совместного решения уравнений приведена на рис. 4.1.

5. Расчёт критической глубины трещины

Критическая глубина трещины определяется для среднего рабочего давления за исследуемый период.

Для этого из совместного решения уравнений (4.4) и (4.6) при коэффициенте запаса по пределу трещиностойкости =1, определим относительное значение критической глубины трещины .

Рабочие напряжения

Графический метод решения уравнений показан на рис. 4.2,

h	n	Yi(n)	Ki	Amp	Ic	Ic/mi	mi	ураб
0	0,00	1,99	0,00	1	65,80	65,80	1	261
0,0009	0,10	2,10	15,33	0,9856	61,68	61,68	1	261
0,0018	0,20	2,43	25,10	0,9744	62,75	62,75	1	261
0,0027	0,30	2,95	37,21	0,9664	65,93	65,93	1	261
0,0036	0,40	3,73	54,44	0,9616	71,23	71,23	1	261
0,0045	0,50	5,02	81,76	0,96	79,61	79,61	1	261
0,0054	0,60	7,14	127,56	0,9616	90,85	90,85	1	261
0,0063	0,70	10,60	204,39	0,9664	101,59	101,59	1	261
0,0072	0,80	15,99	329,60	0,9744	103,01	103,01	1	261
0,0081	0,90	24,05	525,91	0,9856	78,37	78,37	1	261
0,009	1,00	35,65	821,84	1	0,00	0,00	1	261

6. Расчёт остаточного ресурса

Определим остаточный ресурс по времени роста трещины от допускаемой глубины до критической при усреднённом максимальном давлении перекачки

,

где - расчётное число циклов перепада рабочего давления за 1 год;

- долговечность труб при циклическом нагружении (в числах циклов),

,

где - начальная глубина трещины, принимаемой допускаемой,

- предельное число циклов нагружения,

где - коэффициент интенсивности упругопластических деформаций

- коэффициент интенсивности напряжений для максимального усреднённого рабочего давления и начальной глубины трещины,

7. Расчёт предельного разрешённого давления

Предельное разрешённое давление определим по характеристикам трещиностойкости, определённым при испытаниях на малоцикловую трещиностойкость

,

где - разрушающее окружное напряжение для трубы с трещиной

где - относительная глубина трещины, вычисляемая по начальной глубине трещины, принимаемой равной допускаемой глубине, ;

- степень снижения разрушающих напряжений;

,

- разрушающее кольцевое напряжение для бездефектной трубы по формуле (2.9);

1.59Мпа

1) Вычисляется коэффициент концентрации напряжений

2) Рассчитываются минимальные и максимальные напряжения в концентраторе

3) C использованием графика зависимости истинных напряжений от деформации определим (рисунок 4.1)

e_max =0.016

e_min=0

4) Вычисляется амплитуда деформации по вершине дефекта и средняя деформация

e=

e=

5) Вычисляется истинная деформация в вершине дефекта с учетом асимметрии



6) Из уравнения Мессона-Коффина для данного случая определяется число циклов до зарождения трещины

7) Определяется долговечность по зарождению трещины

Размещено на Allbest.ru

...