Введение

Для обеспечения безопасной эксплуатации магистрального трубопровода необходимо точно оценивать техническое состояние его объектов. В основе оценки технического состояния объектов магистрального трубопровода могут лежать расчёты на прочность и долговечность.

В предлагаемых задачах приводится порядок расчётов на прочность труб с различными дефектами. Результаты этих расчётов дают возможность оценить техническое состояние трубы с дефектом.

Исходными данными для решения задач являются: геометрические параметры трубы – наружный диаметр и толщина стенки (таблица 1); геометрические параметры дефекта, которые могут быть получены после проведения внутритрубной дефектоскопии или во время визуальных измерений дефекта (таблица 1); механические характеристики металла труб (таблица 2 и таблица 3), марку стали выбрать самостоятельно.

В процессе расчётов определяются напряжения (измеряются в МПа) и относительные деформации (безразмерные величины) в стенке трубы, то есть рассчитывается напряжённо-деформированное состояние трубы. Вычисляются критерии предельной прочности и предельной пластичности (безразмерные параметры). Значения этих критериев служат оценкой технического состояния. Расчёты основываются на общепринятой схеме нагружения труб внутренним давлением. Используется цилиндрическая система координат (координаты: Θ – кольцевое направление, z – продольное направление и r – радиальное направление). Для каждого вида дефекта применяется определённая расчётная схема или несколько расчётных схем.

В задаче №1 определяется напряжённо-деформированное состояние бездефектной трубы, находятся номинальные (то есть относящиеся к бездефектной трубе) напряжения и деформации. В задаче №2 определяется напряжённо-деформированное состояние трубы с поверхностным объёмным дефектом. В задаче №3 рассчитывается труба с поверхностной трещиной. Задача №4 – расчёт напряжённо-деформированного состояния трубы с объёмным дефектом потери металла. В задаче №5 рассчитывается прочность трубы с дефектом геометрии (вмятина, гофр, сужение, вмятина с риской). В конце каждой задачи определяются критерии предельной прочности и предельной пластичности. Если хотя бы один из критериев больше (или равен) единицы, то делается вывод: труба при заданных параметрах дефекта разрушается, то есть достигнуто предельное состояние трубы. Если оба критерия меньше единицы, то предельное состояние не достигнуто и труба с дефектом выдерживает заданное внутреннее давление.

Дефекты могут располагаться непосредственно на стенке трубы (или внутри стенки трубы), и для расчётов применяются механические характеристики разных марок стали из таблицы 1. Также дефекты могут находиться в сварном шве (кольцевом, продольном или спиральном) или примыкать к сварному шву; в этих случаях следует использовать значения механических характеристик металла из таблицы 3.

Для более точных, практически значимых и комплексных оценок технического состояния трубопровода используются ЭВМ. С помощью ЭВМ определяют разрушающее давление (давление, когда или критерий предельной прочности, или критерий пластичности становится равным единице), предельное давление, срок предельной эксплуатации трубопровода с дефектом (дефектами) и другие показатели.