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

Эти функции можно определить из анализа результатов систематических исследований механических свойств металла за период эксплуатации трубопровода. Некоторые данные, полученные многолетним изучением явления старения металла трубопровода, приведены в разделе 2.4.2.

Функции изменения механических свойств металла труб в результате старения удобнее выбирать в виде полиномов второго порядка (повышение порядка аппроксимирующих полиномов нецелесообразно):

(3.37)

Тогда параметрами старения следует считать коэффициенты этих полиномов. Величины с верхним индексом «0» (например, ) соответствуют механическим свойствам «исходного» металла трубы (в начале эксплуатации).

Для получения параметров старения можно, например, на участке трубопровода выбрать одну контрольную трубу и пе-

Рис. 3.7. Зависимость механических характеристик стали марки 17ГС от времени эксплуатации магистрального нефтепровода (усредненные данные)

Таблица 3.2

Параметры аппроксимирующих полиномов для стали марки 17ГС

риодически следить за механическими свойствами этой трубы. С этой целью, в частности, можно 1 раз в 5 лет из этой трубы вырезать катушку длиной 2 м и подробно измерять все механические свойства по одной и той же методике. Тогда накопятся все необходимые данные об изменении механических свойств металла труб данного трубопровода.

Н а рис. 3.7 в качестве примера приведены зависимости параметров KCV, Тк, ат от времени t эксплуатации магистральных нефтепроводов из стали марки 17ГС. Соответствующие параметры аппроксимирующих полиномов приведены в табл. 3.2.

П редлагаемая методика позволяет по известным функциям (3.36) учитывать изменение механических характеристик металла трубы при оценке статической прочности и остаточного ресурса дефектных участков магистральных нефтепроводов.

Существуют подходы! [51, 74, 75], связывающие коэффициенты в выражениях (3.36) и (3.37) с углеродным эквивалентом металла (т.е. с химическим составом).

3.4. КРИТЕРИИ БЕЗОПАСНОСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ

Безопасность магистральных нефтепроводов, как и любых других технических устройств и конструкций, определяется прочностью, долговечностью, надежностью. Если исключить разрушения и другие виды отказов трубопроводов и их элементов, то этим и будет достигнута их безопасность. Поэтому важнейшей группой критериев безопасности являются также критерии прочности, долговечности, надежности в тех условиях, в которых эксплуатируются магистральные нефтепроводы.

Существуют также другие критерии безопасности, которые можно характеризовать как проектные (например, расстояние до населенных пунктов, наличие и исправность за-

порной арматуры и др.). Эти критерии в данной работе не будут рассматриваться.

К ак известно, любой расчет прочности, остаточного ресурса или других эксплуатационных свойств трубопровода проводится по следующему алгоритму:

1) определяют механизм разрушения;

2) определяют напряженно-деформированное состояние в слабом элементе (в данном случае - на дефектах труб);

3) в зависимости от механизма разрушения выбирают критерий разрушения (или критерий прочности);

4) сопоставляя соответствующие параметры напряженно-деформированного состояния и предельные значения для данного элемента конструкции определяют предельные эксплуатационные характеристики: прочность, долговечность и др.

Критериями разрушения называют условия (математические уравнения), соответствующие предельному состоянию конструкции. Поскольку разрушения могут происходить по разным механизмам (физическим, механическим), то и критерии разрушения бывают различными. Поэтому рассмотрим основные механизмы разрушения и соответствующие критерии прочности.

3.4.1. КРИТЕРИИ СТАТИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ТРУБ С ДЕФЕКТАМИ

Критерии прочности и методы расчета элементов конструкций, в том числе элементов труб и нефтепроводов, изложены в многочисленных справочниках, монографиях и нормативных документах [1, 2, 5, 13, 38, 42, 56, 59, 61, 65, 66, 68, 85, 86, 87, 88, 91].

Здесь собраны критерии (условия разрушения), которые приемлемы для труб магистральных нефтепроводов. Считается, что статическое разрушение трубы с дефектом происходит при достижении хотя бы одного из следующих условий разрушения.

1. Среднее условное напряжение в нетто-сечении достигнет предела прочности металла:

"нетто = "в, (3.38)

где "нетто определяется по формуле (3.32).

2. Зарождение трещины в вершине дефекта (но не полное разрушение трубы) происходит при достижении критической деформации в вершине дефекта: