5. Порядок выполнения расчета на прочность и долговечность

Порядок расчетов на прочность и долговечность труб с дефектами геометрии приведен на рис. 5.1.

Для каждого «дефекта», выявленного в результате диагностического обследования, по исходным данным (диаметр D_н, толщина стенки трубы , длина L, ширина W и глубина H «дефекта», механические характеристики металла ) рассчитывается предельное давление при стационарных режимах перекачки p_пр.

Предельное давление p_пр – максимальное внутреннее давление стационарного режима перекачки, которое может выдержать труба с «дефектом» без разрушений и отказов. Предельное давление представляет собой «несущую способность трубы», рассчитанную с учетом фактической толщины стенки, свойств металла, «дефектов», коэффициентов запаса.

Проводится оценка статической прочности по условию:

p_проект  p_пр, (5.1)

где p_проект – проектное давление; p_пр – предельное давление для трубы с «дефектом».

«Дефекты», для которых условие статической прочности (5.1) не выполняется, относятся к категории дефектов ПОР.

«Дефекты», для которых условие статической прочности (5.1) выполняется, рассчитываются на долговечность (предельное число циклов нагружения N_пр, предельный срок эксплуатации t_пр = N_пр/N_год) при давлении p_проект .

«Дефекты» с предельным сроком эксплуатации t_пр один год и менее от даты проведения обследования относятся к категории дефектов ПОР. Для «дефектов» с предельным сроком эксплуатации t_пр больше 1 года предельное давление устанавливается равным проектному: p_пр = p_проект.

Для дефектов ПОР предельный срок эксплуатации трубы с «дефектом» t_пр устанавливается равным одному году от даты проведения обследования.

Для «дефектов», не отнесенных к категории ПОР, t_пр определяет срок, в течение которого условие статической прочности (5.1) выполняется.

«Дефекты» должны быть устранены в период t_пр, при этом до устранения рабочее давление в трубе с «дефектом» не должно превышать предельного давления p_пр.

Для «дефектов» с предельным сроком эксплуатации t_пр более 1 года проводится расчет на долговечность для дефекта геометрии с размерами по ВТД с трещиной, протяженностью 50 мм и глубиной 2 мм, для определения предельного срока ДДК (t_ДДК).

По результатам повторных диагностических обследований для всех «дефектов» проводится перерасчет t_пр.

Результаты расчетов по методике:

Предельное давление для трубы с «дефектом» при стационарных режимах перекачки (p_пр).

Предельный срок проведения ДДК (t_ДДК), предельный срок устранения «дефекта» (t_пр), отсчитываемые от даты проведения обследования.

Перечень дефектов первоочередного ремонта (ПОР).

Рис. 5.1 Порядок расчетов на прочность и долговечность труб

с дефектами геометрии

Расчетные схемы для расчета на прочность и долговечность труб с дефектами геометрии используют расчетные схемы «Бездефектная труба», «Дефект геометрии», «Дефект геометрии с поверхностной продольной трещиной», «Дефект геометрии с поверхностной окружной трещиной» с общими правилами упруго-пластических расчетов параметров напряженно-деформированного состояния и коэффициентов концентрации напряжений и деформаций.

5.1. Расчет параметров напряженно-деформированного состояния

Компоненты напряжений _z, _, _r и деформаций _z, _, _r обозначаются в цилиндрической системе координат: индекс «z» относится к продольным, «» – к кольцевым и «r» – к радиальным компонентам.

Интенсивности напряжений _i и деформаций _i определяются по формулам:

(5.2)

Связь между интенсивностями напряжений и деформаций принята в виде степенной диаграммы деформирования:

(5.3)

где _т – предел текучести, _т = _т / 3 – интенсивность деформаций, соответствующая пределу текучести,  = E / 2(1  ) – модуль сдвига, E – модуль упругости,  – коэффициент Пуассона, m – коэффициент деформационного упрочнения.

Компоненты деформаций и напряжений рассчитываются по формулам:

(5.4)

(5.5)

где k = E / 3(1  2) – модуль объемного расширения, _p – упруго-пластический модуль сдвига:

(5.6)

Упруго-пластический модуль сдвига _p определяется по формулам

(5.7)

В расчетах также используется:

- среднее напряжение ₀:

(5.8)

- объемная деформация ₀:

(5.9)

- наибольшая деформация удлинения ₁:

(5.10)

- угол подобия девиатора деформаций _:

(5.11)

5.2. Расчет коэффициентов концентрации напряжений и деформаций в зоне «дефекта»

Вне зоны влияния «дефекта» напряжения в стенке трубы описываются номинальными значениями _кц и _пр, рассчитываемыми без учета дефекта.

В области, содержащей «дефект», повышение напряжений и деформаций относительно номинальных значений оценивается коэффициентами концентрации напряжений _ и деформаций _:

_ = _i / _i ном, (5.12)

_ = _i / _i ном, (5.13)

где _i и _i – интенсивности напряжений и деформаций в зоне «дефекта» (в нетто-сечении или у вершины трещины); _i ном и _i ном – интенсивности номинальных напряжений и деформаций в трубе вне зоны влияния «дефекта».

Коэффициенты концентрации напряжений и деформаций рассчитываются по формулам:

(5.14)

(5.15)

(5.16)