5.1 Программа для ЭВМ

В среде программирования Lasarus на основании изложенной методики был разработан программный продукт ргс]е^8(далее по тексту программа project8).

Программа project8 предназначена для реализации процесса вычислительной оценки раз­рушающего и допустимого давления от дефекта КРН, учитывая оценку глубины дефектов КРН по внешним параметрам, на основании СТО Газпром 2-2.3-173-2007 «Инструкция по комплекс­ному обследованию и диагностике магистральных газопроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением» [27].

Разработанный программный продукт в качестве результатов расчета генерирует значе­ния величин: расчетное допустимое давление; расчетное разрушающее давление; фактический и нормативный коэффициенты запаса прочности. Необходимо ввести в качестве исходных данных основные характеристики и геометрические параметры трубопровода (номинальная толщина стенки δ и диаметр трубопровода D), рабочее давление на рассматриваемом участке Рр, механи­ческие характеристики трубной стали (фактическое или нормативное значение ударной вязкости KCV, предел прочности св), а также характеристики обнаруженного дефекта (глубина дефекта d и длина в продольном направлении).Для расчета необходимо фактическое или нормативное значение вязкости разрушения материала трубы K1C, МПа-м1/2, а в случае отсутствия его в сер­тификате, его значение определяется по формуле:

При отсутствии достоверных данных о фактическом НДС в газопроводе расчет на проч­ность производится в предположении равномерного распределения номинальных напряжений по сечению трубы. Исходная задача, таким образом, сводится к условию одноосного нагруже­ния, а возможным изменением (неоднородностью) напряжения вдоль оси дефекта пренебрегают.

Максимальные растягивающие кольцевые напряжения скц для продольных стресс-корро- зионных дефектов вычисляются по формуле:

где D - наружный диаметр трубы, мм; δ - толщина стенки трубы, мм; св - нормативный предел прочности металла трубы, МПа; Pp - рабочее давление, МПа.

Для оценки прочности газопровода со стресс-коррозионным дефектом используется двух­параметрический критерий, который учитывает взаимодействие двух механизмов разрушения: разрыва стенки вследствие продвижения хрупкой трещины и вязкого разрыва перемычки между трещиной и внутренней поверхностью газопровода по такой формуле:

119

где Снетто - напряжения, действующие в нетто-сечении стенки трубы с тещиной, K1 - максималь­ное расчетное значение коэффициента интенсивности напряжений на фронте трещины, МПа

Максимальное расчетное значение K1, входящего в (5.3), для продольного стресс-корро- зионного дефекта вычисляется по формуле:

где b - максимальная глубина эквивалентной трещины, мм; Ф - полный эллиптический интеграл второго рода, вычисляемый по формуле:

F - поправочная функция, она зависит от параметров эквивалентной трещины, которую где a - полудлина эквивалентной трещины, мм; δ - толщина стенки трубы, мм;- ап­

проксимирующие функции, которые при b ≤ а вычисляются по формулам:

Величина действующих в нетто-сечении стенки трубы при продольном положении стресс-коррозионных трещин напряжений вычисляется по формуле:

где kp - коэффициент, вычисляемый по формуле:

где A - площадь эквивалентной трещины в плоскости осевого сечения стенки трубы, мм², кото­рая определяется в соответствии с правилами схематизации стресс-коррозионных дефектов; A0 - первоначальная площадь осевого сечения стенки трубы в плоскости эквивалентной трещины, мм², вычисляемая по формуле:

fsh - коэффициент, который учитывает геометрические параметры эквивалентной трещины и трубы, вычисляется по формуле:

120

D_cp- диаметр срединной поверхности трубы, мм, вычисляемый по формуле:

После того, как были определены все необходимые параметры: критическое значение вяз­кости разрушения K1c;размеры эквивалентной трещины b, а; напряжение, действующее в нетто- сечении стенки трубы, Снетто, решается уравнение и определяется величина критического напря­жения Скр по следующей формуле:

Вычисляется значение критического давления Ркр по величине критического напряжения Скр по формуле:

На основе сопоставления значений рабочего (нормативного) давления и критического давления Ркр проводится классификация стресс-коррозионных дефектов. Для этого последова­тельно определяются:

фактический коэффициент запаса прочностипо критическому напряжению:

нормативный коэффициент запаса прочности по наибольшему давлению, который допу­стимом при испытании линейных участков трубопроводов, согласно СНиП 2.05.06-85*:

где верхний индекс «f» в выражении (5.17) введен для обозначения фактического коэффициента запаса прочности, а индекс «п» в выражении (5.18) - для нормативного коэффициента запаса прочности; p02 - давление, которое соответствует возникновению кольцевых напряжений в стенке трубы, равных нормативному пределу текучести материала трубы, МПа.

В зависимости от величины рассчитанного коэффициента запаса, классификация стресс- коррозионных дефектов производится по следующим условиям:

дефект классифицируется как недопустимый, если фактический коэффициент запаса прочности n'меньше или равен нормативному запасу прочности п^н, т.е. n'≤ п,

дефект классифицируется как условно допустимый, если фактический коэффициент за­паса прочности n^fбольше нормативного запаса прочности п^н, т.е. n^f>п^н.

Классификация стресс-коррозионных дефектов в зависимости от геометрических харак­теристик обнаруженного дефекта производится по следующим условиям.

К условно допустимым дефектам относят:

1. дефекты глубиной до 5 % включительно от толщины стенки δ независимо от их протяженности. При этом проверка прочности трубы не требуется;

2. дефекты глубинойот толщины стенки при условии, что макси­

мальная протяженность стресс-коррозионного дефекта не превышает значение 40δ;

3. дефекты глубиной 1 . __ _ _ от толщины стенки при условии, что макси­

мальная протяженность стресс-коррозионного дефекта не превышает значение 20δ.

К недопустимым дефектам относят дефекты глубиной 50 % и более от толщины стенки трубы независимо от их протяженности.

Для стресс-коррозионных дефектов, чьи размеры не удовлетворяют перечисленным усло­виям, степень опасности необходимо оценивать по изложенному ранее алгоритму.

Если по результатам расчета значение фактического коэффициента запаса прочности n^f оказывается меньше нормативного значения коэффициента запаса п^н, то на время устранения дефекта действующее в газопроводе давление снижают до безопасного уровня Рдоп, рассчитыва­емого по формуле:

Принимается одно из следующих решений в зависимости от результатов классификации по степени опасности стресс-коррозионных дефектов:

• ремонт трубы со стресс-коррозионным дефектом;

• замена дефектной трубы (катушки);

• организация наблюдения за оставленными в газопроводе дефектами.

Замена трубы (катушки) производится при наличии в ней дефектов, которые классифици­рованы как недопустимые, а также в том случае, если ремонт дефектов, классифицированных как условно допустимые, экономически нецелесообразен.

Для оценки экономической целесообразности ремонта дефектных труб рассчитывают суммарную площадь имеющихся на теле трубы стресс-коррозионных дефектов по формуле:

где n - количество стресс-коррозионных дефектов на трубе; ki, Bi - протяженность и ширина і-го стресс-коррозионного дефекта соответственно.

Если суммарная площадь стресс-коррозионных дефектов превышает 0,3 м², дефектную трубу подвергают замене.

Программный продукт project8 предоставляет пользователю (инженеру) удобный инстру­мент для оценки ремонтопригодности и общего состояния участка трубопровода по действую­щим на данный момент в отрасли нормативным документам [27], учитывая оценку дефектов по внешним проявлениям (рисунок5.1).

Рисунок 5.1 - Интерфейс программы project8

Программа project8 апробирована и используется с 2018 года в системе контроля техни­ческого состояния газотранспортной системы ООО «Газпром трансгаз Самара». Акты использо­вания программного продукта в производственном процессе и свидетельство о его регистрации № 2019660974 представлены на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 - Акты внедрения программного продукта на предприятии ООО «Газпром трансгаз Самара» и свидетельство о регистрации

5.2