ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ НАДЗЕМНОГО МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА С ДЕФЕКТАМИ
В работе был проведен проверочный прочностной расчет трубопровода с дефектами.
Объект представляет собой надземный магистральный газопровод (далее трубопровод) протяженностью около 100 км, который был построен в 1973 году для транспортировки газа (рис. 1). Трубопровод состоит из типовых участков длиной 350…450 м.
Рис. 1. Общий вид трубопровода |
При проведении технического диагностирования на участке трубопровода был обнаружен ряд дефектов. Описание наиболее характерных дефектов приведено в табл. 1.
Таблица 1. Характерные дефекты
Вмятина – местное изменение формы поверхности трубы, не сопровождающееся утонением стенки. Вмятина образуется в результате взаимодействия трубы с твердым телом, не имеющим острых кромок. Это взаимодействие может быть как статическим, так и динамическим. | |
Подбой – нарушение формы стыка труб, возникшее под воздействием ударов на край трубы, для устранения смещения сварных кромок. | |
Сегментный (секторный) отвод – отвод, изготовленный из нескольких сегментов трубы. |
Для оценки влияния данных дефектов на дальнейшую возможность эксплуатации трубопровода был проведен их прочностной расчет.
С целью определения граничных условий для последующего субмоделирования дефектов первоначально был произведен расчет бездефектного участка трубопровода.
Согласно СП 36.13330.2012 и СП 20.13330.2011 на участок трубопровода были приложены следующие расчетные нагрузки для зимнего (-60 °С) и летнего (+40 °С) периода:
- собственный вес трубы с учетом нагрузки от веса транспортируемого продукта, обледенения и снега;
- внутреннее давление;
- температурные воздействия;
- сила трения в опорах;
- ветровое воздействие.
Ниже приведен пример расчета одного из выявленных дефектов - вмятины.
В системе трехмерного твердотельного и поверхностного проектирования Autodesk Inventor LT была создана поверхностная модель дефекта трубы «вмятина».
Поверхностная модель была импортирована в ANSYS, где была создана конечно-элементная модель, к которой прикладывались соответствующие расчетные нагрузки.
Результаты расчета НДС при субмоделировании представлены на рис. 2.
а) продольные напряжения | б) кольцевые напряжения |
Рис. 2. Карты распределения составляющих напряжений, [Па] | |
/, - места, в которых продольные растягивающие (σпр.р) / продольные сжимающие (σпр.с), кольцевые (σк) напряжения первыми достигают допускаемых значений |
По полученным картам распределения напряжений было определено, что σпр.р/σпр.с, σк напряжения превышают допускаемые значения при расчетных нагрузках.
С целью определения допускаемого рабочего давления, при котором составляющие напряжений (S) не будут превышать допускаемых значений, был построен график зависимости продольных и кольцевых напряжений в выделенных местах при увеличении внутреннего давления от 0 до расчетного значения (шаг нагружения N=0..20) (граф. 1).
Граф. 1. Зависимость от нагрузки составляющих напряжений: |
- σпр.р; - σпр.с; - σк |
По граф. 1 было определено, что максимальные σпр.р/σпр.с и σк не превышают допускаемых напряжений при максимальном шаге нагружения N = 4 (20% от расчетного давления).
Выводы:
1) Наиболее опасное место находится в дефекте «вмятина».
2) Необходимое условие прочности не выполняется при расчетных нагрузках.
3) Для безопасной эксплуатации участка рабочее давление не должно превышать 20% от первоначального расчетного давления.
скачать "ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ НАДЗЕМНОГО МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА С ДЕФЕКТАМИ" |