Задача 2. Оценка опасности дефектов магистрального трубопровода, определяемых с помощью внутритрубной диагностики

Постановка задачи: Классифицировать дефекты магистрального трубопровода диаметром Dн и толщиной стенки d по степени опасности, если задана марка стали трубопровода, длины дефектов – L1, L2, L3, глубина дефекта (табл. 3.3). Построить зависимость коэффициента снижения прочности от длины и глубины дефекта.

В трубопроводе с наружным диаметром D_н и толщи­ной стенки d по результатам внутритрубной диагностики обнаружены поверхнос­тные дефекты (рис. 1).

Рис. 1. Расчетная схема трубы с дефектом

Разрушение трубы с дефектом произойдет в том случае, если кольцевое напряже­ние достигнет значения s, под­считываемого по формуле [16]:

, (3.47)

где предел текучести, МПа; проекция площади дефекта на продольное сечение трубы, м²;

глубина дефекта, м; проекция площади бездефектной трубы на продольное сечение трубы, м²; длина дефекта, м; толщина стенки, м; параметр Фолиаса, определяется по формуле:

- (3.48)

В расчетах трубопроводов использует­ся понятие коэффициента снижения прочно­сти j, равного отношению предель­ных давлений для трубы с дефектом и бездефектной трубы.

Преобразовывая выражение в квадратных скобках в эмпирическом уравнении (1), получаем для осевого дефекта посто­янной глубины следующую формулу для коэффициента сниже­ния прочности:

, (3.49)

где с= t /d, t– остаточная толщина стенки трубы, м; t= d; .

Пример 4. Классифицировать дефекты магистрального трубопровода диаметром 1220 мм и толщиной стенки 12 мм по степени опасности, марка стали 13Г1С-У (Волжский трубный завод), длины дефектов – 0.1, 0.2, 0.3 м, глубина дефекта d=0.2d и d=0.4d. Построить зависимость коэффициента снижения прочности от длины и глубины дефекта.

Решение

Длина дефекта L=0.1 м, глубина дефекта d=0.2d.

Тогда оставшаяся толщина стенки t= d - d = 0.8d . Значение с = 0.8d/ d=0.8.

По формуле (3.48) определяем парамет­р Фолиаса М (L=0.1 м):

= 1.24

Для определения кольцевого напряже­ния по формуле (3.47), при котором произойдет разрушение трубы с дефектом, рассчитаем значения А и А₀ .

А=0.1×0.2d= 0.1×0.2×0.012=0.00024

А₀ = 0.1×d = 0.1×0.012 = 0.0012 м²

Значение предела текучести для заданной марки стали найдем по техническому каталогу на трубы: =461 МПа [11]

Тогда =461×0.564=260 МПа

По формуле (3.49) определяем коэффициент сниже­ния прочности j_е:

= 0.95

Точно также проведем расчет для других длин и глубин дефекта. Результаты расчета сведены в табл. 3.2 и рис. 3.5.

Таблица 3.2

Значения коэффициентов сниже­ния прочности j_е и параметра

Фолиаса М в зависимости от длины L и глубины дефекта d

d	Длина дефекта L, м (d =12 мм)
0,1	0,2	0,3
М	jе	М	jе	М	jе
0.2d	1,24	0,95	1,785	0,9	2,43	0,87
0.4d	1,24	0,88	1,785	0,77	2,43	0,72

При дефекты относят к опасным, требующим первоочередного ремонта, а при к неопасным дефектам.

Как видно из рис. 3.5, дефекты трубопровода с глубиной d=0.4d, т.е. 4,8 мм и длинами дефекта 0,2 м и 0,3 м относятся к опасным дефектам, а остальные - к неопасным.

Данный график показывает: чем больше глубина и длина дефекта, тем выше вероятность его попадания в зону опасных дефектов.

Таблица 3.3

Исходные данные для расчета (задача 2)

№ вар.	Dн, мм	Марка стали	Глубина дефекта, d	Длина дефекта, м
L1	L2	L3
		13Г1С-У	0,8× d	0,2× d	0,1	0,3	0,5
		17Г1С	0,75× d	0,3× d	0,2	0,4	0,6
		13Г2АФ	0,95× d	0,4× d	0,15	0,35	0,55
		13Г1С-У	0,25× d	0,6× d	0,25	0,35	0,55
		09ГБЮ	0,15× d	0,8× d	0,1	0,35	0,6
		12Г2СБ	0,75× d	0,2× d	0,3	0,45	0,65
		09Г2ФБ	0,1× d	0,5× d	0,1	0,35	0,45
		13Г1СБ-У	0,15× d	0,7× d	0,1	0,3	0,45
		10Г2ФБ	0,95× d	0,4× d	0,2	0,35	0,5
		10Г2ФБЮ	0,1× d	0,6× d	0,1	0,3	0,5
		13Г1С-У	0,65× d	0,2× d	0,15	0,35	0,55
		17Г1С	0,95× d	0,3× d	0,25	0,35	0,55
		13Г2АФ	0,85× d	0,4× d	0,1	0,35	0,6
		13Г1С-У	0,15× d	0,6× d	0,3	0,45	0,65
		09ГБЮ	0,18× d	0,8× d	0,1	0,35	0,45
		12Г2СБ	0,27× d	0,2× d	0,1	0,3	0,45
		09Г2ФБ	0,14× d	0,5× d	0,2	0,35	0,5
		13Г1СБ-У	0,23× d	0,7× d	0,1	0,3	0,5
		10Г2ФБ	0,74× d	0,4× d	0,2	0,35	0,5
		10Г2ФБЮ	0,27× d	0,6× d	0,1	0,3	0,5
		12Г2СБ	0,98 d	0,2× d	0,3	0,45	0,65
		09Г2ФБ	0,88× d	0,3× d	0,1	0,35	0,45
		13Г1СБ-У	0,78× d	0,4× d	0,1	0,3	0,45
		10Г2ФБ	0,18× d	0,6× d	0,2	0,35	0,5
		10Г2ФБЮ	0,08× d	0,8× d	0,1	0,3	0,5

Приложение 2