Методические указания по организации и исполнению программ диагностики промысловых трубопроводов Компании (стр. 33 )

При превышении любой ошибки расчета допустимых значений необходимо уменьшить шаг КЭ сетки и выполнить перерасчет.

6.6 Критерий оценки работоспособности конструкций трубопровода

Работоспособность конструкций трубопровода по результатам расчета их НДС определяется по критериям, приведенным в таблице 7.7

Если напряжения в конструкциях трубопровода не превышают допустимые значения, то по результатам расчета на прочность его эксплуатация допускается при проектных параметрах.

Если напряжения в конструкциях трубопровода превышают допустимые значения, то для продолжения эксплуатации трубопровода требуется снижение параметров нагружения конструкций, при которых напряжения не превышают допустимых значений, или вывод трубопровода в ремонт.

При выводе трубопровода в ремонт для обеспечения проектных нагрузок элементы конструкций трубопровода, в которых по результатам расчета НДС обнаружено превышение допустимых напряжений, подлежат замене.

При невыполнении критериев, приведенных в таблице 7.7, должна быть определена нагрузка на конструкции, при которой допускается эксплуатация трубопровода.

Таблица 7.7

Конструкция	Элемент модели	Критерий работоспособности
конструкции трубопровода	труба	Эквивалентные напряжения по Мизесу не должны превышать допустимое напряжение, принимаемое согласно СП 34-116-97: (6.4)

7. Оформление результатов расчета

7.1 Для выполнения расчетов срока и условий безопасной эксплуатации основного металла и сварных соединений конструкций трубопровода с дефектами определяются главные напряжения в кольцевом (sq) и продольном (sz) направлении в стенке трубопровода в зоне дефекта.

7.2 Результаты расчета должны оформляться по форме, приведенной в пунктах 7.3-7.5.

7.3 В результате проведения расчета НДС конструкций трубопровода, определены значения максимальных напряжений в конструкциях трубопровода, представленные в таблице 7.8.

Таблица 7.8

Наименование конструкции, километр трубы	Остаточная толщина конструкции, мм	Максимальные напряжения в конструкции по результатам расчета НДС, МПа	Допустимое значение напряжений, (МПа)
Проектное давление	Гидроиспытания

7.4 Выводы по результатам расчета:

-  Максимальные напряжения в конструкциях трубопровода, определенные в результате расчета НДС, превышают (не превышают) допустимые с учетом коэффициентов запаса.

-  Эксплуатация допускается (не допускается).

-  Срок эксплуатации - ___________.

-  Ограничения по эксплуатации - ___________.

7.5 Результаты расчета НДС стенки трубопровода для выполнения расчета срока эксплуатации стенки трубопровода с дефектами металла должны быть оформлены согласно таблице 7.9. Указываются максимальные из напряжений, определенных для проектного давления и гидроиспытаний.

Таблица 7.9

№ п/п	Исходные данные
Наименование конструкции (элемента)	Номер дефекта в дефектной ведомости	Наименование дефекта	Параметры дефекта	Расположение дефекта	Напряжения, действующие в зоне дефекта, МПа	Проектная и действительная толщина стенки, мм
Кольцевые (σθ)	Продольные (σz)
1	2	3	4	5	6	7	8	9

8 Пример расчета НДС трубопровода

В качестве примера расчета НДС был взят элемент трубопровода длиной L = 150 м, диаметром D = 500 мм, толщиной t = 10 мм.

К данному элементу трубопровода приложены перемещения в вертикальной плоскости в соответствии с таблицей 7.10, моделирующие процесс неравномерной деформации грунта - пучение. Узлы конечно-элементной модели, к которым приложены перемещения, взяты с шагом 5 м и представлены на рисунке 7.1.

Таблица 7.10.
№ узла КЭ модели	Перемещение трубопровода, м
1	0,0000
26	0,0202
51	0,0750
76	0,1535
101	0,2479
126	0,3529
151	0,4646
176	0,5799
201	0,6963
226	0,8116
251	0,9231
276	1,0280
301	1,1222
326	1,2003
351	1,2546
376	1,2756
401	1,2576
426	1,2056
451	1,1291
476	1,0360
501	0,9318
526	0,8207
551	0,7056
576	0,5892
601	0,4737
626	0,3616
651	0,2560
676	0,1605
701	0,0805
726	0,0235
751	0,0000
	Рисунок 7.1. Нумерация узлов модели, к которым прикладываются перемещения.

Результаты в виде перемещений трубопровода под действием нагрузки и эквивалентные напряжения, возникающие в модели, представлены на рисунке 7.1. Результаты расчета перемещений отображены с увеличением в 5 раз, фактические перемещения и напряжения указаны на шкалах.

Рисунок 7.2. Перемещения трубопровода под действием нагрузки (снизу) и эквивалентные напряжения (сверху), возникающие в модели

Максимальное перемещение трубопровода составляет 1275 мм, при этом максимальные эквивалентные напряжения в модели составляют 113 МПа.

Приложение 8 (справочное)

Расчетные схемы для дефектов типа потеря металла коррозионного происхождения

Для расчета на прочность и долговечность трубы с коррозионным дефектом потери металла используют расчетные схемы «Бездефектная труба» (п. 3) и «Объемный дефект» (п. 4) с общими правилами упруго-пластических расчетов параметров напряженно-деформированного состояния (п. 1) и коэффициентов концентрации напряжений и деформаций (п. 2).

1 Расчет параметров напряженно-деформированного состояния

1.1 Компоненты напряжений sz, sq, sr и деформаций ez, eq, er обозначаются в цилиндрической системе координат: индекс «z» относится к продольным, «q» – к кольцевым и «r» – к радиальным компонентам.

1.2 Интенсивности напряжений si и деформаций ei определяются по формулам:

(8.1)

1.3 Связь между интенсивностями напряжений и деформаций принята в виде степенной диаграммы деформирования:

(8.2)

где sт – предел текучести, eт = sт / 3m – интенсивность деформаций, соответствующая пределу текучести, m = E / 2(1 + n) – модуль сдвига, E – модуль упругости, n – коэффициент Пуассона, m – коэффициент деформационного упрочнения.

1.4 Компоненты деформаций и напряжений рассчитываются по формулам:

(8.3а)

(8.3б)

где k = E / 3(1 - 2n) – модуль объемного расширения, mp – упруго-пластический модуль сдвига:

(8.4)

Упруго-пластический модуль сдвига mp определяется по формулам

(8.5)

1.5 В расчетах также используется:

- среднее напряжение s0:

(8.6)

- объемная деформация e0:

(8.7)

- наибольшая деформация удлинения e1:

(8.8)

- угол подобия девиатора деформаций je:

(8.9)