Способ определения ресурса металла трубопроводов



 


Владельцы патента RU 2536783:

Открытое акционерное общество "Гипрогазцентр" (RU)

Изобретение относится к методикам оценки остаточного ресурса металла труб эксплуатируемого магистрального трубопровода. Сущность: осуществляют установление текущего срока эксплуатации трубопроводов, вырезку образцов для проведения циклических испытаний, испытаний образцов на усталость, измерение твердости поверхности металла. Образцы для испытаний вырезают из материала, не бывшего в эксплуатации, аналогичного материалу обследуемого трубопровода. Измерение твердости выполняют не менее 100 раз на каждом из образцов. Рассчитывают дисперсию показаний твердости и определяют остаточный ресурс металла трубопровода из соотношения. Технический результат: повышение достоверности и упрощение реализации способа. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к методикам оценки остаточного ресурса металла труб эксплуатируемого магистрального трубопровода.

Известен способ определения остаточного ресурса металла труб, включающий вырезку образцов, проведение механических испытаний, по результатам которых определяют ресурс металла (Патент РФ №2226681, опубл. 10.04.2004 г.). Недостатками способа являются необходимость разрушения металла и, соответственно, невозможность определения ресурса на действующем трубопроводе.

Известен способ определения остаточного ресурса конструкции, включающий измерение магнито-шумового сигнала металла конструкции, определение значения ударной вязкости по ранее полученной на образцах, подвергнутых различной степени деформационному старению, зависимости и определение остаточного ресурса по отношению полученного значения ударной вязкости к нормативному значению или к значению ударной вязкости, соответствующей хрупкому разрушению материала (Патент РФ 2108560, опубл. 10.04.1998 г.).

Недостатками способа являются следующие:

1. Низкая достоверность способа, вследствие того, что, как правило, коэффициент корреляции между ударной вязкостью и остаточным ресурсом металла не превышает 0,5.

2. Предлагаемое искусственное снижение ресурса металла за счет деформационного старения не позволяет полностью имитировать процессы, происходящие в нагруженной конструкции. Деформационное старение предполагает пластическую деформацию, при этом происходит снижение пластических свойств металла и увеличение прочностных. Однако, например, характеристики металла аварийно-разрушившихся труб магистральных газопроводов, как правило, соответствуют нормативным значениям по механическим свойствам.

3. На полученные значения магнито-шумового сигнала влияют дополнительные факторы: внешние магнитные поля, собственное напряженное состояние металла конструкции и другие, что снижает достоверность способа.

Известен способ определения остаточного ресурса трубопроводов, взятый нами в качестве прототипа, включающий дефектоскопию металла труб, измерение твердости поверхности, оценку металлографических структур, вырезку образцов металла, исследование механических свойств, включая испытания на усталость, химического состава, микроструктуры металла на образцах и последующую оценку ресурса металла с учетом коррозионного или эрозионного износа (см. Методика оценки остаточного ресурса технологических трубопроводов АООТ «ВНИКТИнефтехимоборудование», утв. зам. руководителя департамента нефтепереработки Минтопэнерго Г.А. Ведякиным 17.07.1996 г.).

К недостаткам относят:

1. Сложность реализации способа.

2. Необходимость вырезки образцов металла из обследуемого трубопровода.

3. Необоснованность прогнозирования ресурса по скорости коррозионного или эрозионного износа стенок труб.

Технической задачей является повышение достоверности и упрощение реализации способа.

Поставленная задача решается тем, что в способе оценки ресурса металла трубопроводов, включающем установление текущего срока эксплуатации трубопроводов Тэкс, вырезку образцов для проведения циклических испытаний, испытание образцов на усталость, измерения твердости поверхности металла производят из материала, не бывшего в эксплуатации, аналогичного материалу обследуемого трубопровода, измерение твердости выполняют не менее 100 раз на каждом из образцов, рассчитывают дисперсию показаний твердости, определяют остаточный ресурс металла трубопровода Тост из соотношения:

,

где , , - дисперсия твердости, измеренной на исследуемом трубопроводе, на разрушившемся образце после циклических испытаний и на неповрежденном образце, не бывшем в эксплуатации, соответственно, при этом твердость измеряют ультразвуковым измерителем твердости при усилии вдавливания индентора 5-15 Н, образец для испытаний вырезают из труб в кольцевом (окружном) направлении, а испытания на усталость выполняют, нагружая образцы симметричным изгибом.

В качестве пояснения приводим следующее.

В процессе эксплуатации работоспособность металла трубопроводов снижается под воздействием эксплуатационных факторов. Работоспособность металла трубопровода характеризуется определенной гетерогенностью механических свойств фаз металла, которая может быть определена в результате многократного измерения твердости и последующего расчета дисперсии твердости. На образцах металла труб, не бывших в эксплуатации, дисперсия имеет минимальные значения. С накоплением поврежденности (снижением работоспособности) дисперсия линейно увеличивается и достигает граничного значения на критически поврежденных образцах.

Зная дисперсию твердости на неповрежденном образце, разрушившемся образце, дисперсию твердости на исследуемом объекте (трубе) с учетом времени эксплуатации трубы, определяют ресурс металла трубопровода на момент проведения обследования.

Способ реализуется следующим образом.

Из металла труб, аналогичного по металлу исследуемого трубопровода, которые не были в эксплуатации, в окружном (кольцевом) направлении вырезают образцы металла для испытания на усталость.

На неповрежденном образце до проведения испытания многократно измеряют твердость. Рассчитывают дисперсию твердости неповрежденного образца .

Испытывают образец на усталость. Доводят образец до разрушения. Многократно измеряют твердость на разрушившемся образце. Рассчитывают дисперсию твердости разрушившегося образца .

Многократно измеряют твердость на исследуемом трубопроводе с текущим сроком эксплуатации Тэкс. Рассчитывают дисперсию твердости, измеренной на исследуемом трубопроводе .

Рассчитывают дисперсию показаний твердости, определяют остаточный ресурс металла трубопровода Тост из соотношения:

.

Пример.

При проведении капитального ремонта магистрального подземного газопровода, необходимо определить ресурс металла труб для принятия решения о необходимости замены труб.

Трубы выполнены из стали марки 17Г1С-У. Текущий срок эксплуатации газопровода к моменту обследования составлял Тэкс=38 лет.

Из трубы аварийного запаса, которая не была в эксплуатации, в окружном направлении вырезают образцы размерами 50×4×4 мм. При изготовлении образцов не допускают их перегревания свыше температуры 100 град. Цельсия.

Ультразвуковым измерителем твердости МЕТ-1У с использованием датчика с усилием вдавливания индентора 14,7Н измеряют твердость поверхности неповрежденного образца в количестве 100 раз, при этом датчик перемещают относительно образца после каждого измерения на 1-2 мм. Переносят данные измерения твердости в ПЭВМ.

На машине для испытания на усталость путем нагружения изгибающей нагрузкой с симметричным циклом, испытывают образец, доводя его до разрушения. Деформации при изгибе образца подбирают таким образом, чтобы образец разрушался при количестве циклов, равном 1·104-3·104.

На разрушенных фрагментах образца прибором МЕТ-1У измеряют твердость поверхности разрушившегося образца в количестве 100 раз, при этом датчик перемещают относительно образца после каждого измерения на 1-2 мм. Переносят данные измерения твердости в ПЭВМ.

На обследуемом трубопроводе удаляют фрагмент изоляционного покрытия с хорошей адгезией к металлу трубы размером 100×100 мм. Зачищают поверхность металла до достижения шероховатости не хуже Rz50. Прибором МЕТ-1У измеряют твердость поверхности трубы в количестве 100 раз, при этом датчик перемещают относительно образца после каждого измерения на 2-5 мм. Переносят данные измерения твердости в ПЭВМ.

На ПЭВМ при помощи программы Microsoft Excel рассчитывают дисперсии твердости измеренной на неповрежденном образце, не бывшем в эксплуатации: , на разрушившемся образце после циклических испытаний: и исследуемом трубопроводе: .

Рассчитывают остаточный ресурс металла трубопровода Тост:

.

1. Способ оценки ресурса металла трубопроводов, включающий установление текущего срока эксплуатации трубопроводов Тэкс, вырезку образцов для проведения циклических испытаний, испытаний образцов на усталость, измерение твердости поверхности металла, отличающийся тем, что образцы для испытаний вырезают из материала, не бывшего в эксплуатации, аналогичного материалу обследуемого трубопровода, измерение твердости выполняют не менее 100 раз на каждом из образцов, рассчитывают дисперсию показаний твердости, определяют остаточный ресурс металла трубопровода Тост из соотношения:
,
где , , - дисперсия твердости, измеренная на обследуемом трубопроводе, на разрушившемся образце после циклических испытаний и на неповрежденном образце, не бывшем в эксплуатации, соответственно.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердость измеряют ультразвуковым измерителем твердости при усилии вдавливания индентора 5-15 Н.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что образец для испытаний вырезают из трубы в кольцевом (окружном) направлении.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что испытания на усталость выполняют, нагружая образец симметричным изгибом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к методикам оценки ресурса металла трубопроводов, корпусов сосудов и технологических аппаратов, а также их конструктивных элементов - входных и выходных патрубков, штуцеров и пр.

Изобретение относится к области обеспечения надежности и безопасности технических устройств, преимущественно тонкостенных конструкций, в частности сосудов и аппаратов, применяемых для сетей газораспределения, а именно цельносварных шаровых кранов, проведением ресурсно-прочностных исследований и обследования технического состояния средствами неразрушающего контроля.

Устройство предназначено для высокотемпературного испытания металлов и сплавов в вакууме или газовой среде. Устройство содержит герметизированную разъемную камеру, состоящую из верхней и нижней частей, скрепленных между собой фланцевым соединением, тигель с размещенным в нем испытуемым образцом из металла или сплава, трубопроводы для откачки воздуха из камеры и подачи в нее газа, измеритель температуры, индукционный нагреватель.

Изобретение относится к инженерно-геологическим исследованиям грунтов, в частности к экспресс-методам определения удельного сцепления грунтов. Способ определения удельного сцепления грунтов заключается в том, что на образец грунта наносится 6 капель смачивающей жидкости с известными значениями поверхностного натяжения.

Изобретение относится к технике определения разрушения металлической пластины, детали, сформированной из металлической пластины (листа), и конструкции, сформированной из металлической пластины, и подобного при моделировании столкновения для автомобиля, моделировании штамповки детали или подобного.

Изобретение относится к области моделирования автомобильных аварий. Сущность: максимальные значения допустимой нагрузки сваренной части в соответствующих режимах разрушения из нагрузочного разрушения, моментного разрушения и внутреннего разрушения ядра сварной точки находятся на основе, по меньшей мере, одного из толщины t листа, прочности TS на растяжение, удлинения Еl и химического состава части ядра сварной точки в каждом из точечно сваренных стальных листов, диаметра d ядра сварной точки сваренной части, эффективной ширины В сваренной части, определенной посредством расстояния между смежными сваренными частями, ребрами или линиями хребта, и высоты Н в сечении.

Изобретение относится к области генерирования воздушной ударной волны в ударных трубах и может быть использовано для испытаний конструкций в ударных трубах на действие воздушной ударной волны.

Изобретение относится к горячей листовой штамповке (вытяжке) и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для установления технологических параметров деформирования листовых материалов из титановых сплавов.

Использование: для контроля прочности железобетонного изделия в условиях чистого изгиба. Сущность: заключается в том, что изделие циклически нагружают от нуля с постепенно возрастающей амплитудой до появления сигналов акустической эмиссии перед окончанием разгружения, и по среднему для максимальных нагрузок двух последних циклов судят о максимальной неразрушающей нагрузке изделия, причем при появлении сигналов акустической эмиссии перед окончанием разгружения определяют координаты ее источника (дефекта), амплитуды и нагрузки возникновения этих сигналов, после чего продолжают циклическое нагружение с повышением амплитуды, после каждого разгружения определяют координаты новых источников сигналов акустической эмиссии, амплитуды и нагрузки возникновения сигналов, контролируют изменение амплитуды и нагрузки возникновения сигналов для каждого источника от цикла к циклу, а при их возрастании у одного из источников прекращают нагружения.

Изобретение относится к горному делу, предназначено для определения твердости и может быть использовано для определения твердости обсадной колонны в скважине. .

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к области инженерных изысканий, и может быть использовано для определения напряженно-деформированного состояния пород, а именно определения стадии развития деформационных процессов в массиве материала (в горном массиве, грунтов под инженерным сооружением и т.п.). Сущность: отбирают образцы материала с хрупким скелетом. Осуществляют нагружение образцов с регистрацией физико-механических характеристик материала и строят кривую напряжение-деформация, по которой находят параметры, характеризующие предвестник разрушения материала. При сжатии образцов определяют коэффициенты α p − , α-, αJ, характеризующие изменение потенциальной энергии упругого деформирования при рассеянном разрушении материала, а предвестник разрушения материала находят по формуле ω = α _ I 1 + α J J + α p − Δ p − γ − , где γ- - положительный параметр, задающий квадратичную зависимость поверхностной энергии накопленного ансамбля микротрещин в хрупком материале, I1 - относительное изменение объема материала, J - интенсивность касательных деформаций, Δp - изменение внутрипорового давления. Технический результат: возможность характеризовать стадию состояния материала перед разрушением, что и является предвестником разрушения материала, путем сокращения времени измерения за счет уменьшения количества испытываемых образцов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области строительства, в частности к испытанию строительных материалов на прочность при растяжении и сжатии, и может быть использовано для определения параметров деформирования бетона при статическом и динамическом приложении нагрузки. Способ осуществляют закреплением опытного бетонного образца в виде призмы в зажимах испытательного стенда с использованием центрирующего устройства, обеспечивающего центральное приложение растягивающей нагрузки в процессе нагружения, и регистрацией усилия и деформаций образца во времени с использованием динамометра и тензостанции при нагружении, осуществляемом через рычажную систему в два этапа: на первом - ступенчатое статическое нагружение образца до заданного уровня посредством укладки штучных грузов на грузовую платформу, на втором - мгновенное или ступенчатое динамическое догружение или разгружение посредством кратковременного изменения диаметра оси в точке передачи силы от рычага компенсирующему элементу, задавая в случае необходимости величину перемещений в упругом элементе. Достигается упрощение методики и повышение достоверности и надежности результатов испытаний. 5 ил., 2 пр.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения характеристик буровой скважины для проведения операции бурения. Заявлены способы и системы для сбора, получения и отображения индекса азимутальной хрупкости буровой скважины. По меньшей мере некоторые варианты осуществления включают в себя различные способы для вычисления и отображения измерений буровой скважины в реальном времени для геологического сопровождения бурения скважины и операций бурения. По меньшей мере один вариант осуществления раскрытого способа для вычисления и отображения азимутальной хрупкости включает в себя этап, на котором производят измерения скоростей продольной и поперечной волн как функции положения и ориентации изнутри буровой скважины. Эти измерения скоростей произведены посредством азимутального акустического прибора. Азимутальную хрупкость затем получают на основе по меньшей мере частично скоростей продольной и поперечной волн. Технический результат - повышение достоверности данных планирования геолого-разведочных мероприятий. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области прогнозирования остаточного ресурса резервуаров и магистральных газопроводов, эксплуатирующихся в условиях Крайнего Севера с применением способов неразрушающего контроля. Сущность: осуществляют вычисление допустимого суммарного повреждения - потеря пластичности за все время эксплуатации. После измерений твердости металла устанавливается фактическая потеря пластичности. В течение назначенного срока определяется скорость увеличения суммарных повреждений - потери пластичности от различных факторов. Принимается значение эксплуатационного повреждения - потеря пластичности и определяется остаточный ресурс конструкции. Технический результат: возможность учитывать как условия эксплуатации металлоконструкций, так и происходящие при этом изменения структуры и свойств металла. 1 ил.

Изобретение относится к способам установления возможности термического совмещения различных конструкционных сталей в плакированных изделиях и может найти применение на предприятиях энергетической отрасли, в проектных и научно-исследовательских организациях при проектировании и изготовлении энергетического оборудования. Для обеспечения совместимости конструкционных сталей плакированного изделия способ включает подготовку эталонов из каждой стали, проведение их термоциклирования, по результатам которого вычисляют остаточные напряжения первого рода после соответствующих температур термоциклирования. Определяют зависимости остаточных напряжений первого рода от температуры термоциклирования для каждого эталона и предел прочности σв для каждой рассматриваемой стали. Сравнивают модуль разности остаточных напряжений первого рода эталонов при рабочей температуре изделия с наименьшим из значений предела прочности σв при этой же температуре. По результатам определяют термическую совместимость конструкционных сталей, используемых в плакированном изделии, для которых модуль разности остаточных напряжений первого рода при температуре термоциклирования эталонов должен быть меньше наименьшего из значений пределов прочности σв. 2 ил., 4 табл., 3 пр.

Изобретение относится к методам испытания металлов, в частности к методам определения толщины наклепанного слоя металлических деталей, и может быть применено в дробеструйной обработке рабочих поверхностей. Сущность: осуществляют поверхностное пластическое деформирование до получения остаточного отпечатка, измерение диаметра остаточного отпечатка на поверхности детали и определение расчетным путем толщины упрочненного дробеструйной обработкой поверхностного слоя. Перед проведением дробеструйной обработки определяют исходную твердость материала детали по методу Бринелля, измеряют плотность материала дроби, а также рассчитывают скорость дроби в момент удара, исходя из которых определяют толщину упрочненного дробеструйной обработкой поверхностного слоя, измеряя диаметр шара (дроби) D, плотность материала ρ и скорость шаров в момент удара V, а также статическую твердость обрабатываемой поверхности HB. Рассчитывают толщину упрочненного наклепом поверхностного слоя по формуле. Технический результат: снижение времени определения толщины наклепанного слоя за счет уменьшения количества измеряемых параметров.

Изобретение относится к области судостроения, а более конкретно - к ледовым опытовым бассейнам для проведения испытаний моделей судов и инженерных сооружений, касается вопроса определения прочности льда в ледовом опытовом бассейне. Способ определения прочности льда в ледовом опытовом бассейне включает измерение средней солености льда и средней температуры льда по его толщине и определение прочностных свойств льда на изгиб методом разрушения консольных балок льда на плаву. При этом предварительно в выбранном опытовом ледовом бассейне намораживают моделированные ледяные покровы, имеющие различную среднюю температуру, среднюю соленость и структуру, в которых затем проводят эксперименты по упомянутому определению прочности льда путем разрушения консольных балок льда на плаву с измерением средней солености льда S и средней температуры t по его толщине, в результате которых получают данные о прочности льда σ в виде зависимости σ=f(S,t), и структуры льда для выбранного опытового бассейна. А перед проведением модельных испытаний перед каждым экспериментом с буксируемыми моделями измеряют в ледовом опытовом бассейне среднюю соленость льда и температуру приледного слоя воды, которые вводят в бортовой компьютер. После чего, в процессе проведения испытаний с буксируемыми моделями, в темпе ведения эксперимента определяют температуру поверхности льда непосредственно перед буксируемой моделью на расстоянии, равном не менее восьми толщинам ледового покрова опытового бассейна перед буксируемой моделью в полосе шириной в 1,1-1,2 ширины испытуемой модели с помощью измерительного тепловизора, сканирующего поверхность льда в указанной полосе, значения которой постоянно регистрируют на бортовом компьютере, который на основе полученных данных вычисляют среднюю температуру льда по формуле: где tпов. - температура поверхности льда, tприл. - температура приледного слоя воды. С использованием полученных результатов измерений характеристик льда и результатов расчета компьютера и с применением ранее полученной зависимости σ=f(S,t), после обработки на компьютере, получают в процессе буксировки модели информацию о прочности льда вдоль полосы буксировки. Техническим результатом является повышение точности и достоверности результатов модельного эксперимента при одновременном повышении эффективности использования ледового поля для проведения в нем указанных экспериментов, что их выгодно отличает от прототипов. 2 ил.

Группа изобретений относится к области строительства, в частности к испытаниям бетона монолитных вертикальных строительных конструкций методом отрыва со скалыванием. Представлен способ испытания прочности бетона монолитных строительных конструкций путем отрыва со скалыванием силовым устройством куска бетона монолитных строительных конструкций посредством анкерного приспособления и измерение прилагаемой силы отрыва, причем анкерное приспособление, закрепленное на трубке, предварительно устанавливают при монтаже опалубки монолитных строительных конструкций в зоне расположения тяжей, соединяющих щиты опалубки. Также описано анкерное приспособление для испытания прочности бетона монолитных строительных конструкций. Достигается снижение трудоемкости и повышение точности результатов испытаний. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх