ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТРУБОПРОВОДОВ ПО МОДЕЛЯМ МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ

Содержание

Слайд 2

Модели коррозионного разрушения трубопроводов

Подавляющее большинство трубопроводов эксплуатируются в условиях одновременного воздействия механических

Модели коррозионного разрушения трубопроводов Подавляющее большинство трубопроводов эксплуатируются в условиях одновременного воздействия
нагрузок и активных сред. Причем эти факторы могут действовать в самых неблагоприятных сочетаниях. Такое совместное действие понижает долговечность и предел выносливости материала. Это приводит к значительно более быстрому разрушению металла труб, чем при действии каждого фактора в отдельности. Поэтому необходимо отслеживать не только общие коррозионные повреждения (равномерное уменьшение толщины), но и локальные: питтинг, язвенная, щелевая и ручейковая коррозия, которые при наложении механических воздействий могут стать источником коррозионной трещины.

Слайд 3

Модели коррозионного разрушения трубопроводов

В настоящее время нет общей теории, описывающей механизм КРН.

Модели коррозионного разрушения трубопроводов В настоящее время нет общей теории, описывающей механизм
Коррозионное разрушение под напряжением изучают материаловеды, химики и механики. В методике для оценки остаточного ресурса трубопроводов в зависимости от полноты исходных априорных данных предлагается два подхода. Первый подход базируется на моделях, исследующих процесс (механизм) разрушения, второй - на классических критериях прочности.

Слайд 4

Расчет остаточного ресурса участка трубопровода по коррозионному износу


Расчет остаточного ресурса

Расчет остаточного ресурса участка трубопровода по коррозионному износу Расчет остаточного ресурса обследуемого
обследуемого участка трубопровода следует производить в следующей последовательности. Определяют по результатом толщинометрии минимальное и максимальное значения скорости коррозии металла обследуемого локального участка трубопровода по формуле:
где - минимальное и максимальное значение глубины _____коррозии, мм;
Тэ - фактическое время эксплуатации трубопровода, год.

(1)

Слайд 5

Расчет остаточного ресурса участка трубопровода по коррозионному износу

Вычисляют минимальное и максимальное значения

Расчет остаточного ресурса участка трубопровода по коррозионному износу Вычисляют минимальное и максимальное
скорости коррозии с учетом коэффициента разброса скорости коррозии по формуле:
Определяют остаточный ресурс обследуемого локального участка трубопровода по формуле:
где hф.min - фактическая минимальная остаточная толщина стенки трубы, мм;
hдоп.min - минимально допустимая толщина стенки трубы.

(2)

(3)

Слайд 6

Расчет остаточного ресурса участка трубопровода с учетом механохимической коррозии

Модель механохимической коррозии
где -

Расчет остаточного ресурса участка трубопровода с учетом механохимической коррозии Модель механохимической коррозии
интенсивность напряжений;
- среднее напряжение;
Э - удельная энергия деформации;
- функция температуры;
- коэффициенты, определяемые из эксперимента.

(4)

(5)

Слайд 7

Расчет остаточного ресурса участка трубопровода с учетом механохимической коррозии

(6)

где σн – начальное

Расчет остаточного ресурса участка трубопровода с учетом механохимической коррозии (6) где σн
кольцевое напряжение в трубе, кгс/мм2;
hH – начальная толщина стенки трубы, мм.

где σ - абсолютная величина напряжений в металле при одноосном нагружении до предела упругости, кгс/мм2;
υ0 - начальная скорость коррозии, мм/год;
V - мольный объем металла (для стали 7 см3/моль);
R - газовая постоянная (82,1 см3 атм/моль⋅град);
T - температура, К.

Слайд 8

Расчет остаточного ресурса участка трубопровода с учетом механохимической коррозии

Остаточный ресурс локального участка

Расчет остаточного ресурса участка трубопровода с учетом механохимической коррозии Остаточный ресурс локального
трубопровода до наступления предельного состояния в стенке трубы следует определять по следующей зависимости:
За остаточный ресурс обследуемого участка трубопровода следует принимать величину Тр.к = min Тр.кi.

(8)

(7)

Относительную долговечность участка:

где FH – коэффициент использования несущей способности;
a – поправочный коэффициент;
Ei – интегральная функция.

Слайд 9

Объединенная модель КРН трубопроводов


Условие роста дефекта

Меры микроповреждений:

Процесс накопления
микроповреждений:

где ts, tc –

Объединенная модель КРН трубопроводов Условие роста дефекта Меры микроповреждений: Процесс накопления микроповреждений:
постоянные времени; fs, fc – некоторые функции.

где

(9)

(10)

(11)

(12)

Мера ψs описывает чисто механическое повреждение, мера ψc – чисто коррозионное.

Слайд 10

Объединенная модель КРН трубопроводов

где t – время;
σy – значения напряжений

Объединенная модель КРН трубопроводов где t – время; σy – значения напряжений
отрыва на фронте дефекта и ее продолжении;
ts – постоянная времени;
σf – характеристика сопротивления материала накоплению
механических повреждений;
σth – пороговое значение этого сопротивления;
mf – положительный показатель

Модель накопления
микроповреждений:


(13)

Слайд 11

Объединенная модель КРН трубопроводов

Распределение напряжений

Коэффициент концентрации напряжений около эллиптического отверстия

(14)

(15)

Объединенная модель КРН трубопроводов Распределение напряжений Коэффициент концентрации напряжений около эллиптического отверстия (14) (15)

Слайд 12

Объединенная модель КРН трубопроводов

В инженерных расчетах для вычисления напряжений можно использовать формулу

где

Объединенная модель КРН трубопроводов В инженерных расчетах для вычисления напряжений можно использовать
ca – установившееся значение концентрации на неподвижном фронте; λс – параметр длины; ta – временной параметр, который характеризует скорость изменения ct(t) при остановившемся фронте

(16)

(17)

Слайд 13

Объединенная модель КРН трубопроводов

Концентрацию ca введем как

где с∞ – концентрация у

Объединенная модель КРН трубопроводов Концентрацию ca введем как где с∞ – концентрация
входа в дефект; a∞ – параметр материала, размерности длины.

Процесс накопления коррозионных повреждений будем описывать уравнением вида:

где t – время; ct – концентрация активного агента в момент времени t.

(18)

(19)

Слайд 14

Объединенная модель КРН трубопроводов

Аналитическая модель описывающая радиус кривизны дефекта:

Простейшая связь радиуса кривизны

Объединенная модель КРН трубопроводов Аналитическая модель описывающая радиус кривизны дефекта: Простейшая связь
с мерами микроповреждений – конечное соотношение вида

ρ=ρs + ρfψs + ρcψc.

(20)

(21)

Здесь ρs – радиус «острого» дефекта, ρf – радиус «тупого» дефекта от механических повреждений, ρc – радиус «тупого» дефекта от коррозии. λρ – масштаб длины, характеризует расстояние, которое должен пройти фронт дефекта, чтобы заострение дефекта стало заметным.
Мера ψs описывает чисто механическое повреждение, мера ψc – чисто коррозионное.

Слайд 15

Объединенная модель КРН трубопроводов


Медленно растущий дефект в квазистационарном приближении:

Где Kc -

Объединенная модель КРН трубопроводов Медленно растущий дефект в квазистационарном приближении: Где Kc
критическое значение коэффициента интенсивности напряжений

Коэффициент интенсивности напряжений:

Дальнейшее углубление ямки можно описать с помощью приближенного уравнения

(22)

(23)

(24)

Слайд 16

Модель КРН трубопроводов, основанная на оценке остаточной прочности


Связь давления в трубопроводе

Модель КРН трубопроводов, основанная на оценке остаточной прочности Связь давления в трубопроводе
с геометрическими параметрами дефекта

Где Р - давление в трубе,
- напряжение течения (flow stress),
h - толщина стенки трубы,
R - радиус трубы,
A - площадь потери металла на проекции дефектного участка в продольном сечении стенки трубы,
A0 - первоначальная (без коррозии) площадь продольного сечения стенки трубы по длине дефектного участка, А0 = Lh,
L - длина дефектного участка,
М - коэффициент Фолиаса

(25)

Слайд 17

Модель КРН трубопроводов, основанная на оценке остаточной прочности


Для одномерного дефекта:

Срок безопасной

Модель КРН трубопроводов, основанная на оценке остаточной прочности Для одномерного дефекта: Срок
эксплуатации трубы с дефектом определяют по формуле

где τэкс – время работы трубопровода с момента его ввода в эксплуатацию до момента обследования, годы

где Рраб – рабочее давление в трубопроводе, МПа;
Ки – коэффициент , зависящий от минимального нормативного испытательного давления

tmax раб – максимальная допустимая при рабочем давлении глубина дефекта

(26)

(27)

Слайд 18

Рис. 1. Распределение напряжений и концентрации агрессивного агента (а) механических и коррозионных

Рис. 1. Распределение напряжений и концентрации агрессивного агента (а) механических и коррозионных
повреждений (б) при воздействии на участок поверхности тела под действием напряжений отрыва и активной среды.

Слайд 19

Рис. 2. Поведение концентрации активного агента (а), эффективного радиуса кривизны на фронте

Рис. 2. Поведение концентрации активного агента (а), эффективного радиуса кривизны на фронте
дефекта б) при изменении концентрации активного агента на входе в дефект в безразмерных величинах, отнесенных к параметру материала 0.25, 0.5, 0.75, 1.(соответственно кривые 1,2,3,4). Некоторые численные данные и результаты: E=200 ГПа, глубина 1мм, напряжение отрыва 100МПа.

Слайд 20

Рис. 3. Распространение дефекта в материале (а) и зависимость скорости роста дефекта

Рис. 3. Распространение дефекта в материале (а) и зависимость скорости роста дефекта
от коэффициента интенсивности напряжений (б) при изменении концентрации активного агента на входе в дефект в безразмерных величинах, отнесенных к параметру материала 0.25, 0.5, 0.75, 1. и 0 (соответственно кривые 1, 2, 3, 4, 5)

Слайд 21

Характер взаимодействия механических и коррозионных механизмов при росте дефекта иллюстрируют на рис.

Характер взаимодействия механических и коррозионных механизмов при росте дефекта иллюстрируют на рис.
4 меры механических и коррозионных повреждений ( а) – концентрация 0.25, б) – концентрация 0.5).

Рис. 4. Меры механических ψf, коррозионных ψc, и их сумма ψ.

Слайд 22

Таблица 1. Требования к составу исходной информации

Таблица 1. Требования к составу исходной информации
Имя файла: ОЦЕНКА-ОСТАТОЧНОГО-РЕСУРСА-ТРУБОПРОВОДОВ-ПО-МОДЕЛЯМ-МЕХАНИКИ-РАЗРУШЕНИЯ.pptx
Количество просмотров: 264
Количество скачиваний: 2