Порядок виконання роботи

1. Вивчити методичні вказівки і отримати завдання у викладача.

Завдання.

При обстеженні технічного стану ділянки трубопроводу діаметром 1220 мм встановлено: матеріал – сталь N, , , , P_ф, температура у шурфі трубопроводу Т_Ф, час експлуатації t_ф.

Визначити залишковий ресурс газопроводу за ударною в’язкістю.

Таблиця 17.1 – Вихідні дані

Сталь	, Дж/см2	, Дж/см2	Рф, МПа	Тф,0С	tф, роки.
Сталь 20(А)	78,4	45	0,1	5	37
Ст4 (А)	78,4	50	0,09	8	40
15ГС (Б)	78,4	35	0,11	10	43
17Г1С (Б)	78,4	57	0,05	6	40
19Г (Б)	78,4	39	0,01	9	39

2. За отриманими даними розрахувати залишковий термін експлуатування трубопроводу за зміною ударної в’язкості.

3. Оформити звіт по практичній роботі. Зробити висновки.

4. Захистити звіт по практичній роботі при співбесіді з викладачем.

Запитання до самоконтролю

17.1 Як змінюється ударна в’язкість металу газопроводів у ході тривалої експлуатації?

17.2 Які параметри та характеристики газопроводу необхідно знати для розрахунку його залишкового ресурсу за ударною в’язкістю?

17.3 Який порядок розрахунку залишкового ресурсу газопроводу за ударною в’язкістю?

Практична робота № 18 вивчення методики розрахунку залишкового ресурсу металоконструкцій при корозійних пошкодженнях

Мета роботи: Вивчення методики розрахунку залишкового ресурсу металоконструкцій на прикладі трубопроводів при пошкодженнях, зумовлених загальною і язвовою корозіями.

Завдання заняття: розрахувати залишковий термін експлуатування трубопроводу при дії загальної та язвової корозії металу.

Тривалість: 2 год.

Основні теоретичні положення

Прийняття обґрунтованих рішень відносно терміну подальшого експлуатування металоконструкцій, порядку та обсягів проведення ремонтних робіт, встановлення придатних термінів до найближчих діагностичних обстежень або експлуатаційного моніторингу параметрів, що є критичними, вимагає проведення оцінки їх фактичного технічного стану, а за його результатами – розрахунок залишкового ресурсу. Розрахунок залишкового ресурсу полягає у перевірці виконання умови переходу конструкції (з дефектом чи без) у критичний стан за максимальних робочих параметрів навантажувань та врахування швидкості росту дефектів з плином часу (зміни розмірів дефекту), зміни механічних характеристик матеріалу. Розрахунковий залишковий ресурс визначається мінімальним проміжком часу від поточного стану до кінцевого, який відповідає руйнуванню конструкції. Виходячи з цього, поняття ресурсу допускає різне пояснення у залежності від вибраного критерію. За відсутності макродефектів (типу тріщин) граничний стан визначається критичними величинами локальних напружень або деформацій з урахуванням зон концентрації напружень і виділення характерних місць і величин напружень. Необхідно відзначити, що значний вплив на накопичення пошкоджень, а відповідно і на ресурс, здійснюють як конструкційні фактори, включаючи концентратори напружень, так і технологічні, що визначаються механічними властивостями матеріалу.

Залишковий ресурс – сумарне напрацювання об’єкта від моменту контролю його технічного стану до переходу в граничний стан.

У більшості практичних розрахунків залишкового ресурсу трубопроводів застосовують підхід, що ґрунтується на оцінюванні зносу стінки за рахунок поверхневої корозії (загальної або локальної). У деяких випадках такий підхід є виправданим, проте у решті він є занадто спрощеним, оскільки у розрахунку враховують і використовують тільки один найбільш доступний фактор, який впливає на ресурс – корозійне зношення.

Визначальним при оцінці залишкового ресурсу в умовах корозійно-ерозійного зносу трубопроводів є розрахунок на дію внутрішнього тиску. Експлуатація трубопроводу вважається можливою, якщо фактична товщина стінки всіх елементів перевищує бракувальну. При визначенні бракувальної товщини стінки оцінюють несучу здатність елементів у цілому, на відміну від перевірочного розрахунку, коли визначається напруження в найбільш небезпечній точці.

Проте добре відомо, що у процесі експлуатування метал деградує, а ступінь деградування у кінцевому результаті визначає залишковий ресурс металоконструкції. Цей процес є багатофакторним і, зокрема, залежить не тільки від поверхневого корозійного зносу, але й від процесів, що погіршують тріщиностійкість металу, у тому числі зміни (погіршення) механічних характеристик.

Залишковим ресурсом роботи газопроводу приймається мінімальне значення з залишкових термінів служби, розрахованих за кожним із наступних параметрів: пластичності металу труб, ударної в’язкості металу, напружено-деформованого стану за наявності фронтальної корозії, локальному напружено-деформованому стані у місцях корозійних язв.

Розрахунок залишкового ресурсу газопроводу за величиною НДС при дії фронтальної (загальної) корозії.

Залишковий термін служби t_зал з врахуванням суцільної кількості і діючих напружень має вигляд

(18.1)

де t₀ – максимальний час до руйнування напруженого елемента конструкції (газопроводу) в роках, що визначається за формулою

(18.2)

де σ_кцф – фактично діюче кільцеве напруження, МПа, з врахуванням потоншення стінки труби за суцільної корозії розраховується за формулою

(18.3)

де D – зовнішній діаметр газопроводу, мм;

σ_кцо – початкове кільцеве напруження, МПа, що визначається за формулою

(18.4)

де h₀ – товщина стінки труби на початку експлуатування, мм;

V_К – середня швидкість корозії, мм/рік, що визначається за формулою

(18.5)

де h_T – товщина стінки труби у зоні найбільших пошкоджень (дефекту), мм;

σ_кцр – допустиме робоче кільцеве напруження, МПа;

K_n – константа робочого середовища, МПа^-1, що визначається за формулою

(18.6)

де V – мольний об’єм сталі, рівний 7,0 см³/моль;

R – універсальна газова стала, рівна 8,31 Дж/(моль·К);

Т – температура Т_ф(К), за 20⁰С=293 К.

Розрахунок залишкового ресурсу газопроводу при наявності язвової (піттінгової) корозії.

Пошкодження труб у вигляді корозійних язв (піттінгів), призводять до нерівномірного розподілу напружень в стінці газопроводу, збільшуючи їх у місцях найбільш глибоких пошкоджень.

Залишковий термін служби з врахуванням язвової (піттінгової) корозії і діючих напружень визначається за формулою:

(18.7)

де h_деф – критична глибина дефекту при діючому рівні напружень, мм;

h_тр – глибина дефекту в зоні максимальних пошкоджень, мм;

V_К – швидкість корозії, яка розраховується за формулою (18.5) і швидкість росту дефекту в площині труби

(18.8)

(18.9)

де d_i – найбільший розмір корозійної язви по верхній кромці, мм; σ_max =0,75σ_T.

Приклад. Розрахунок залишкового терміну служби газопроводу при дії фронтальної корозії.

При обстеженні технічного стану ділянки трубопроводу діаметром 219 мм встановлено: матеріал - Ст3 (група А), σ_T = 216 МПа, σ_В = 362 МПа, h₀ = 6 мм, внутрішній тиск Р_ф = 1,2 МПа, час експлуатування t_ф = 30 років, грунт – суглинок, виявлена загальна (фронтальна) корозія, товщина стінки труби у місці найбільшого корозійного дефекту h_T = 3,84 мм.

Визначаємо за формулами (18.4) і (18.3) початкові і фактичні діючі напруження з врахуванням потоншення стінки труби:

σ_{к цо} = 1,2·(0,219-2·0,006)/(2·0,006) = 20,7 МПа;

σ_{к цф} = 1,2·(0,219-2·0,006)/(2·0,00384) = 32,34 МПа.

За формулою (18.5) визначаємо середню швидкість корозії:

V_K = 2,16/30 = 0,072 мм/рік.

Визначаємо за формулою (18.2) максимальний час “життя” ненапруженого елемента:

t₀ = (6/0,072)·(1-20,7/162) = 72,7 роки.

Відповідно формулі (18.1) знаходимо залишковий ресурс:

t_зал = 72,7·ехр(-7/8,31·293)·0,5·162·(32,34/162)^0,5)-30 = =65,9-30=35,9 років.

Приклад. Розрахунок залишкового терміну служби при наявності язвової (піттінгової) корозії.

При обстеженні технічного стану ділянки трубопроводу діаметром 219 мм встановлено: матеріал - Ст3 (група А), σ_T = 216 МПа, σ_В = 362 МПа, h₀ = 6 мм, внутрішній тиск Р_ф = 1,2 МПа, час експлуатування t_ф = 30 років, грунт – суглинок, виявлена точкова (піттінгова) корозія, товщина стінки труби у місці корозійного дефекту h_T = 3,84 мм з розміром (по верхній кромці) d_i = 4 мм.

Визначаємо σ_max = 0,75σ_Т = 162 МПа.

Визначаємо за формулою (18.9) критичну глибину дефекту:

h_деф = 6-4·(0,19·1,2/162)^0,5 = 5,8 мм.

Аналогічно попередньому прикладу швидкість корозії V_K = 0,072 мм/рік.

V_Д =0,13.

V_к1 = 0,103.

Відповідно до формули (18.7) визначаємо залишковий термін служби:

t_зал = (5,8-2,16)/0,103 = 35,3 роки.