Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 [ 76 ] 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101

виях здесь допустимые напряжения должны быть ниже по сравнению с участками с низкой категорией.

Итак, на допустимы1е напряжения при ремонте трубопроводов категория участка оказывает влияние в двух противоположных направлениях. Поэтому, как результат, допустимые напряжения возможно принимать примерно одинаковыми на участках трубопроводов различных категорий, тем более что безопасность работ должна быть обеспечена в первую очередь для самой ремонтной бригады, которая находится в соприкосновении с трубопроводом и в случае аварии одинаково пострадает независимо от категории участка.

Исходя из вышеприведенных рассуждений введем коэффициент снижения допустимого напряжения на категорию (коэффициент категории) трубопровода Km, удовлетворяющий следующему требованию:

Km = 0,5

1 + m

(5.87)

П редлагается рассчитать допустимое напряжение для участка трубопровода самой низкой категории (четвертая), затем для участков более высоких категорий допустимое напряжение уменьшить путем умножения на соответствующий коэффициент Km. Ниже приведены значения коэффициента Km и коэффициента условий работы m для участков трубопроводов разной категории:

Категория участка трубопровода ............... В I II III IV

Коэффициент условий работы m............... 0,6 0,75 0,75 0,9 0,9

Коэффициент категории участка Km......... 0,83 0,92 0,92 1,0 1,0

2. При вы1боре допустимы1х напряжений необходимо учитывать степень старения металла труб. Как правило, капитальному ремонту подвергаются трубопроводы, эксплуатируемые длительное время, не менее 20 лет. За это время в металле труб и сварных швов успевают протекать процессы, приводящие к изменению механических свойств. Старение в первую очередь приводит к охрупчиванию металла в зонах дефектов и конструктивных концентраторов напряжений.

Степень старения металлов трубопроводов характеризуется коэффициентом старения Kс, на который следует снизить допустимое напряжение по сравнению с напряжениями, характерными для новых нефтепроводов.

Определить точное значение коэффициента старения Kс стали трубопровода невозможно по многим причинам. Во-первых, скорость старения зависит от многих плохо контро-

лируемых параметров, например, химического состава металла, дислокационной структуры, остаточных (послесварочных) напряжений, интенсивности изменений рабочих давлений, видов дефектов и концентраторов напряжений. На различных участках трубопровода все эти факторы неодинаковы.

Во-вторых, в настоящее время нет нормативного документа, регламентирующего метод экспериментального определения коэффициента старения металла труб. Из известных экспериментальных методов можно отметить следующие:

метод, основанный на измерениях параметров кристаллической решетки металла труб;

метод, основанный на исследовании ударной вязкости металла труб и сварных швов;

метод, основанный на определении остаточного ресурса металла труб на С-образных образцах при циклическом на-гружении.

Из перечисленных методов наиболее подходит последний. Он более прост и доступен, параметры образцов, нагруже-ния, испытательного оборудования конкретизированы.

Допускается определение коэффициента старения по следующей упрощенной формуле:

Kc = (1 + 0,025Сз,,Гз)05, (5.88)

где Тэ - длительность эксплуатации участка нефтепровода, годы1; Сэкв - углеродный эквивалент стали, %; определяется согласно СНиП 05.06-85* по следующей формуле:

Сз,, = C + M£+Cr+Mo + {v+Ti+Nb) + cu + 15B, (5.89)

здесь С, Mn, Сг, Mo, V, Ti, Nb, Cu, Ni, B - процентное содержание в составе металла трубы соответственно углерода, марганца, хрома, молибдена, ванадия, титана, ниобия, меди, никеля, бора.

Для справки: по требованию этого же СНиП углеродный эквивалент трубных сталей магистральных трубопроводов не должен превышать значения 0,46 %. П оэтому за 40 лет эксплуатации магистрального нефтепровода коэффициент старения сталей может достигать максимального значения

= (1 + 0,025 • 0,46 • 40)05 = 1,21.

Это происходит при максимально интенсивной эксплуатации трубопровода (рабочее давление на уровне проектного значения, число перепадов давления не менее 360 в год) и макси-

мально допустимом количестве углерода и легирующих элементов в составе металла. При этом в год т еряет ся в среднем 0,5 % прочности магистрального нефтепровода.

3. Степень опасности дефектов можно определить с помощью коэффициента дефектности, /деф, численно характеризующего степень ослабления трубопровода от наличия дефекта. Параметр /деф главным образом зависит от вида и размеров дефекта. Кроме того, он в меньшей степени зависит от диаметра и толщины стенки трубы, механических характеристик металла трубы или сварного шва.

Для реальных дефектов трубопроводов не существуют универсальные расчетные формулы, позволяющие достаточно точно рассчитать параметр /деф. Получение формулы для дефекта каждого типа является сложной, но практически важной задачей, которая может быть решена только методами механики разрушения.

При определении параметра /деф необходимо иметь в виду следующие особенности.

Во-первых, при капитальном ремонте представляют опасность осевые напряжения в стенке трубы, а не кольцевые. Поэтому при оценке параметра /деф следует рассматривать только те дефекты, которые образуют концентрацию осевых напряжений. Дефекты, создающие концентрацию кольцевых напряжений и не создающие концентрацию осевых напряжений, при капитальном ремонте не представляют опасности. Н апример, продольные царапины стенки трубы, наиболее опасные при нормальной эксплуатации трубопровода, не представляют опасности при капитальном ремонте.

Во-вторых, при капитальном ремонте трубопровода стенка трубы испытывает несколько раз перегрузки в осевом направлении. Количество перегрузок зависит от технологии ремонта, но составляет не более 5. Поэтому при оценке опасности дефекта в данном случае необходимо исходить из статического или квазистатического механизма разрушения.

В-третьих, ремонтные напряжения являются напряжениями изгиба, которые по сечению трубопровода распределяются неравномерно. П оэтому степень опасности дефекта зависит от того, в каком месте он расположен по окружности сечения. Н апример, если изгиб участка трубопровода происходит в вертикальной плоскости, а дефект стенки трубы находится на боковой поверхности, то он не представляет опасности при ремонте.

В-четвертых, опасность дефектов стенки трубы при ремонте определяется двумя механизмами выхода из строя тру-