Примеры расчета остаточного срока службы

Е.1. Расчет остаточного срока службы изоляционного покрытия

В результате диагностирования было определено:

газопровод из стальных труб наружным диаметром D = 0,219 м и толщиной стенки трубы h = 0,006 м проложен в грунте средней коррозионной активности удельным сопротивлением r_г =12 Ом×м на глубине Н = 1 м. Его переходное сопротивление, замеренное в шурфе, R_ф = 100 Ом×м², а исходное значение, принимаемое по табл. 1, R₀ = 5×10⁴ Ом×м². Время эксплуатации t_ф = 30 лет. Подставляем имеющиеся значения в формулу (1):

,

после арифметических упрощений имеем

.

Решаем полученное уравнение методом подбора с точностью не ниже 0,5 Ом×м².

Значение Rк для левой части уравнения	18,0	20,0
Соответствующее значение Rк в правой части уравнения	19,89	20,03

Принимаем величину критического переходного сопротивления R_к =20,0 Ом×м².

Проверяем выполнение условия 2R_к < R_ф:2´20,0 < 100, условие выполняется.

По формулам (3) и (2) проводим расчет остаточного срока службы изоляционного покрытия:

;

.

Таким образом, по результатам расчета, по истечении семи лет на продиагностированном участке газопровода ожидается снижение переходного сопротивления изоляционного покрытия за допустимые пределы и должно быть принято решение о дальнейших противокоррозионных мероприятиях, в том числе с применением пассивной и активной электрохимической защиты.

Е.2. Расчет остаточного срока службы газопровода

по изменению пластичности металла

Пример 1 (рис. E.1).

При обследовании технического состояния участка газопровода наружным диаметром 273 мм установлено: материал — Ст4 (группа А), s_то = 332 МПа, s_тф = 384 МПа, s_во = 435 МПа, s_вф = 480 МПа, h₀ = 9 мм, внутреннее давление 0,005 МПа, температура в шурфе трубопровода 10 °С, время эксплуатации t_ф = 46 лет.

Строим график функции y по формуле (4) с интервалом точности (+10 %) в виде двух кривых: y и y₁ = y + 0,1y и три прямые: s_т/s_в = 0,9; s_т/s_в = s_тф/s_вф = 0,8 и t = t_ф = 46 лет (рис.E.1).

Находим абсциссу точки пересечения кривой y₁, с прямой s_т/s_в = 0,9, t_кр = 63 года. Определяем точку пересечения прямой t = t_ф и s_т/s_в = s_тф/s_вф, Z_ф. Точка Z_ф попадает в интервал точности функции y, уточнения параметров функции y не требуется, следовательно: t_ост = t_кр - t_ф = 63 — 46 = 17 лет — остаточный срок службы по пластичности.

Время эксплуатации газопровода t, лет

Рис.Е.1

Пример 2 (рис.Е.2).

При обследовании 2-го участка газопровода с аналогичными параметрами получены следующие данные: s_то = 309 МПа, s_тф = 384 МПа, s_во = 435 МПа, s_вф = 463 МПа.

Строим графики аналогично примеру 1.

Точка Z_ф в этом случае оказалась за пределами интервала точности функции y (в области над кривой y₁), следовательно, величину остаточного срока службы t_ост определяем с использованием условно-фактического времени эксплуатации газопровода t_уф, равного абсциссе точки пересечения кривой y₁ с прямой s_т/s_в = s_тф/s_вф. В этом случае t_ост = t_кр - t_уф.

Из графиков аналогично примеру 1 получаем: t_кр = 76 лет, t_уф = 55 лет, следовательно: t_ост = t_кр - t_уф = 76 - 55 = 21 год — остаточный срок службы данного участка газопровода по пластичности.

Время эксплуатации газопровода t, лет

Рис.Е.2

Е.3. Расчет остаточного срока службы по изменению ударной вязкости

Пример 1 (рис.Е.3).

При обследовании технического состояния участка трубопровода диаметром 273 мм установлено: материал — Ст 4 (группа А), а_но = 78,4 Дж/см², а_нф = 39 Дж/см², h₀ = 9 мм, внутреннее давление 0,005 МПа, температура в шурфе трубопровода 10 °С, время эксплуатации t_ф = 46 лет.

Строим график функции а_н по формуле (7) с интервалом точности (-10 %) в виде двух кривых: а_н и а₁ = а_н - 0,1а_н и три прямые: а_н = 30 Дж/см², а_н = а_нф = 38 Дж/см² и t = t_ф = 46 лет (рис.Е.2).

Находим абсциссу точки пересечения кривой а₁ с прямой а_н = 30 Дж/см², t_кр = 61 год. Определяем точку пересечения прямой t = t_ф и а_н = а_нф, Z_ф. Точка Z_ф попадает в интервал точности функции а_н, уточнения параметров функции а_н не требуется, следовательно: t_ост = t_кр - t_ф = 61 — 46 = 15 лет — остаточный срок службы по ударной вязкости.

Время эксплуатации газопровода t, лет

Рис.Е.3

Пример 2 (рис.Е.4).

При обследовании 2-го участка газопровода с аналогичными параметрами получены следующие данные: а_но = 78,4 Дж/см², а_нф = 38 Дж/см². Строим графики аналогично примеру 1.

Точка Z_ф в этом случае оказалась за пределами интервала точности функции а_н (в области под кривой а₁), следовательно, величину остаточного срока службы t_ост определяем с использованием условно-фактического времени эксплуатации газопровода t_уф, равного абсциссе точки пересечения кривой а₁ с прямой а_н = а_нф. В этом случае t_ост =t_кр -t_уф.

Из графиков аналогично примеру 1 получаем: t_кр = 61 год, t_уф = 47 лет, следовательно: t_ост = t_кр - t_уф = 61 - 47 = 14 лет — остаточный срок службы данного участка газопровода по ударной вязкости.

Время эксплуатации газопровода t, лет

Рис.Е.4

Е.4. Расчет остаточного срока службы газопровода

при действии фронтальной коррозии

При обследовании технического состояния участка трубопровода диаметром 219 мм установлено: материал — Ст3 (группа А), s_т = 216 МПа, s_в = 362 МПа, h₀ = 6 мм, внутреннее давление Р = 1,2 МПа, время эксплуатации t_ф = 30 лет, грунт — суглинок, обнаружена общая (фронтальная) коррозия, толщина стенки трубы в зоне наибольших повреждений (дефекта) h_т = 3,84 мм.

Определяем по формулам (14) и (13) начальное кольцевое и фактически действующее кольцевое напряжения с учетом утонения стенки трубы:

s_кц0 =1,2´(0,219 - 2´0,006)/(2´0,006) = 20,7 МПа;

s_кцф = 1,2´(0,219 - 2´0,006)/(2´0,00384) = 32,34 МПа.

По формуле (15) определяем среднюю скорость коррозии

V_к = 2,16/30 = 0,072 мм/год.

Определяем по формуле (12) максимальное время «жизни» ненапряженного элемента

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

Согласно формуле (11) находим остаточный срок службы

t_ост = 72,2ехр (-7/(8,31´293)´0,5´162´(32,34/162)^0,5) - 30 = 65,9 - 30 = 35,9 лет.

Е.5. Расчет остаточного срока службы

при наличии язвенной (питтинговой) коррозии

При обследовании технического состояния участка трубопровода диаметром 219 мм установлено: материал — Ст3 (группа А), s_т = 216 МПа, s_в = 362 МПа, h₀ = 6 мм, внутреннее давление Р_ф = 1,2 МПа, время эксплуатации t_ф = 30 лет, грунт — суглинок, обнаружена точечная (питтинговая) коррозия, толщина стенки трубы в месте коррозионного дефекта h_т = 3,84 мм с размером (по верхней кромке) d_i = 4 мм.

Определим s_max = 0,75s_т = 162 МПа.

Определяем по формуле (19) критическую глубину дефекта

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

Аналогично предыдущему примеру скорость коррозии V_к = 0,072 мм/год. V_д =0,13, V_к1 = 0,103.

Согласно формуле (17) определим остаточный срок службы

t_ост = (5,8-2,16)/0,103 = 35,3 года.

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж