НАЦІОНАЛЬНИЙ СТАНДАРТ УКРАЇНИ
Магістральні трубопроводи
НАСТАНОВА
ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛИШКОВОЇ МІЦНОСТІ
МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ
З ДЕФЕКТАМИ
ДСТУ-Н Б В.2.3-21:2008
Київ
Мінрегіонбуд України
2008
ПЕРЕДМОВА
1 РОЗРОБЛЕНО: Інститут проблем міцності ім. Г.С.Писаренка НАН України,
Інститут електрозварювання ім. Є.О.Патона НАН України,
ТОВ "ІПП-Центр" ТОВ "Науково-виробниче об'єднання "Вектор"
РОЗРОБНИКИ: М. Бородій, д-р техн наук; І. Ориняк, д-р техн. наук (керівник розробки); В. Тороп, д-р техн. наук
Наукові консультанти: А. Красовський, член.-кор. НАН України; В. Махненко, акад. НАН України
2 ПРИЙНЯТО ТА НАДАНО ЧИННОСТІ: наказ Міністерства регіонального розвитку табудівництва України від 20 серпня 2008 р. № 376, чинний з 2009-01-01
3 НА ЗАМІНУ: ВБН В.2.3-00018201.04-2000
ЗМІСТ
|
[0.1] НАЦІОНАЛЬНИЙ СТАНДАРТ УКРАЇНИ [1] НАСТАНОВА [1.0.1] Настанова [1.0.2] Визначення залишкової міцності магістральних трубопроводів з дефектами [2] 1.СФЕРА ЗАСТОСУВАННЯ [3] 2.НОРМАТИВНІ ПОСИЛАННЯ [4] 3 ТЕРМІНИ ТА ВИЗНАЧЕННЯ ПОНЯТЬ [5] 4 ПОЗНАКИ ТА СКОРОЧЕННЯ [6] 5 ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ [7] 6 ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРІАЛУ ТРУБ [8] 7 КЛАСИФІКАЦІЯ ДЕФЕКТІВ ТРУБОПРОВОДІВ ТА ЇХ СХЕМАТИЗАЦІЯ [9] 8 НАВАНТАЖЕННЯ ТРУБОПРОВОДУ ТА РОЗРАХУНКОВІ СИЛОВІ ХАРАКТЕРИСТИКИ [10] 9 КОЕФІЦІЄНТИ НАДІЙНОСТІ ТА ЗАПАСУ МІЦНОСТІ [11] 10 РОЗРАХУНОК НА СТАТИЧНУ МІЦНІСТЬ [12] Рівень 3 [12.1] Рівень 3 [13] 11 РОЗРАХУНОК ДОВГОВІЧНОСТІ [14] 12 ВИСНОВКИ ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ [15] 13 ОФОРМЛЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ РОЗРАХУНКІВ [16] 14 ВИМОГИ БЕЗПЕКИ ТА КВАЛІФІКАЦІЇ ПЕРСОНАЛУ [16.1] [16.2] [16.3] [16.4] [16.5] [16.6] [16.7] [17] ДОДАТОК И [17.0.1] РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРА ЗМЕНШЕННЯ МІЦНОСТІ [18] [19] |
НАЦІОНАЛЬНИЙ СТАНДАРТ УКРАЇНИ
Настанова
Визначення залишкової міцності магістральних трубопроводів з дефектами
Установка
Определение остаточной прочности магистральных трубопроводов с дефектами
Transmission pipelines with defects residual strength determination
Чинний від 2009-01-01
1.СФЕРА ЗАСТОСУВАННЯ
1.1 Цей стандарт поширюється на магістральні трубопроводи, до яких входять:
трубопровід від місця виходу з промислу, переходи через штучні та природні перешкоди та відводи від них умовним діаметром до 1400 мм з надлишковим тиском середовища до 10 МПа для транспортування нафти, нафтопродуктів, зріджених вуглеводних газів, нафтогазової продукції у межах компресорних станцій, нафтоперекачувальних станцій, станцій підземного зберігання газу, дожимних компресорних станцій, газорозподільних станцій, вузлів виміру витрат газу, трубопроводів імпульсного паливного та пускового газу, вузлів запуску та приймання очисних пристроїв.
1.2 У цьому стандарті встановлені правила розрахунку на міцність та довговічність ділянокмагістральних трубопроводів підземного та надземного прокладання, трійників та згинів труб, що містять дефекти, виявлені під час діагностичних обстежень. Стандарт встановлює: критерії граничних станів, систему коефіцієнтів запасу міцності, класифікацію та схематизацію дефектів трубопроводів, розрахункові характеристики навантаженості трубопроводу і визначає методику багаторівневої кількісної оцінки дефектів, їх ранжування за ступенем небезпеки, правила надання висновків і рекомендацій.
1.3 Стандарт застосовують для визначення залишкової міцності та довговічності ділянок магістральних трубопроводів підземного та надземного прокладання, трійників та згинів труб, що були в експлуатації, або підлягали ремонту після технічного огляду, випробувань, експертного обстеження (технічного діагностування).
1.4 Стандарт регламентує значення допустимого коефіцієнта запасу міцності k та метод визначення коефіцієнта запасу міцності n. Виконання умови статичної міцності базується на порівнянні цих коефіцієнтів.
1.5 Стандарт не поширюється на трубопроводи, що прокладені в морських та річкових акваторіях, та іншу трубопровідну арматуру, а також на трубопроводи для транспортування корозійно-небезпечних речовин при прогнозуванні довговічності.
1.6 Даний стандарт не розглядає процедури оцінки залишкової міцності для складних дефектів (дефекти суцільності матеріалу, що розташовані в зоні дефекту форми).
2.НОРМАТИВНІ ПОСИЛАННЯ
У цьому стандарті є посилання на такі нормативні документи:
Закон України "Про наукову і науково-технічну експертизу" № 52/95-ВР від 10.02.95 (Із змінами, внесеними згідно із Законом № 1069-XIV (1069-14) від 21.09.99
НПАОП 0.00-6.14-97 Порядок сертифікації персоналу з неруйнівного контролю
НПАОП 60.3-1.35-03 Правила безпеки під час будівництва та реконструкції магістральних трубопроводів
НПАОП 60.3-1.03-04 Правила безпечної експлуатації магістральних газопроводів
ДСТУ 2442-94 Розрахунки та випробування на міцність. Механіка руйнування. Терміни та визначення
ДСТУ 2444-94 Розрахунки та випробування на міцність. Опір втомі. Терміни та визначення
ДСТУ 2733-94 Корозія та тимчасовий протикорозійний захист металевих виробів. Терміни та визначення
ДСТУ 2825-94 Розрахунки та випробування на міцність. Терміни та визначення основних понять
ДСТУ 3008-95 Документація. Звіти у сфері науки і техніки. Структура і правила оформлення
ДСТУ 3830-98 Корозія металів і сплавів. Терміни та визначення понять
ДСТУ 4046-2001 Обладнання технологічне нафтопереробних, нафтохімічних та хімічних виробництв. Технічне діагностування. Загальні технічні вимоги
ДСТУ 4611:2006 Магістральні трубопроводи. Терміни та визначення основних понять
ДСТУ ISO/IEC 17025-2001 Загальні вимоги до компетентності випробувальних та калібрувальних лабораторій
ГОСТ 8.062-85 Государственая система обеспечения единства измерений. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств измерения твёрдости по шкалам Бринелля (Державна система забезпечення єдності вимірів. Державний спеціальний еталон і державна повірочна схема для засобів вимірювання твердості за шкалами Брінеля)
ГОСТ 25.506-85 Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении (Методи механічних випробувань металів. Визначення характеристик тріщиностійкості (в'язкості руйнування) за статичного навантажування)
ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения (Надійність у техніці. Основні поняття. Терміни та визначення)
ГОСТ 1497-84 Металлы. Методы испытания на растяжение (Метали. Методи випробування на розтяг)
ГОСТ 5272-68 Коррозия металлов. Термины (Корозія металів. Терміни)
ГОСТ 9454-78 Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенных температурах (Метали. Метод випробування на ударний згин за знижених, кімнатній та підвищених температур)
ГОСТ 15467-79 Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения (Управління якістю продукції. Основні поняття. Терміни та визначення)
ГОСТ 18661-73 Сталь. Измерение твердости методом ударного отпечатка. (Сталь. Вимірювання твердості методом ударного відбитку)
ГОСТ 22761-77 Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Бринеллю переносными твердомерами статического действия (Метали і сплави. Метод виміру твердості за Бринелем переносними твердомірами статичної дії)
СНиП 2.05.06-85 Магистральные трубопроводы (Магістральні трубопроводи)
СНиП III-42-80 Магистральные трубопроводы (Магістральні трубопроводи)
3 ТЕРМІНИ ТА ВИЗНАЧЕННЯ ПОНЯТЬ
Нижче подано терміни, вжиті в цьому стандарті, та визначення позначених ними понять.
У цьому стандарті використано терміни, встановлені:
ДСТУ 2442: діаграма втомного руйнування кінетична, коефіцієнт асиметрії циклу, коефіцієнт інтенсивності напружень, критерій механіки руйнування, навантаження граничне в'язкого руйнування, ріст тріщини сталий, тріщиностійкість, тріщиностійкість циклічна, швидкість росту втомної тріщини;
ДСТУ 2444: амплітуда напруження циклу, границя витривалості, граничний стан, крива втоми, навантажування жорстке, навантажування м'яке, пошкодження втомне, розмах коефіцієнта інтенсивності напружень у циклі, тріщина втомна;
ДСТУ 2825: в'язкість ударна, границя текучості, границя міцності, коефіцієнт запасу міцності, залишкове напруження, навантажування статичне, напруження допустиме, руйнування в'язке, руйнування крихке, стан деформований, схема розрахункова;
ДСТУ 3830: корозійне середовище, суцільна корозія, місцева корозія, пітінгова корозія, розтріскування корозійне, швидкість корозії;
ДСТУ 4046-2001: технічне діагностування;
ГОСТ 15467: дефект, критичний дефект.
3.1 вторинні напруження
Напруження, що діють у закріпленнях з'єднувальних деталей, розвиваються в зонах обмеження переміщень або викликані дією крайових умов. Рівнодіючі сила і сума моментів таких напружень по перерізу тіла тотожно дорівнюють нулю
3.2 в'язке руйнування
Граничний стан, що настає під час в'язкого руйнування конструкції з дефектом
3.3 граничне навантаження
Система прикладених зовнішніх зусиль та моментів, за умови досягнення якого об'єкт набуває граничного (передруйнівного) стану
3.4 дефект груповий
Три і більше дефектів, залишкова міцність труби з якими менша за міцність труби з кожним окремо
3.5 зведений дефект
Дефект, отриманий шляхом об'єднання декількох дефектів на основі моделей взаємодії дефектів
3.6 дефект значний
Дефект, що істотно впливає на використання продукції за призначенням і (або) на її довговічність, але не є критичним (ГОСТ 15467-79)
3.7 дефект критичний
Дефект, за наявності якого використання продукції за призначенням є практично неможливим або неприпустимим (ГОСТ 15467-79)
3.8 дефект незначний
Дефект, що істотно не впливає на використання продукції за призначенням та довговічність (ГОСТ 15467-79).
3.9 дефект парний
Два сусідніх дефекти, залишкова міцність труби з якими менша за міцність труби з кожним окремо
3.10 дефект помірний
Дефект, що впливає на використання продукції за призначенням і (або) на її довговічність, але не є значним та критичним (ГОСТ 15467-79)
3.11 дефект корозійний
Дефект, що виник внаслідок корозії (ГОСТ 5272-68)
3.11.1 місцева корозія
Експлуатаційний дефект, що охоплює окремі ділянки поверхні металу (ДСТУ 3830-98)
3.11.2 місцева корозія з піттінговими виразками
Складний корозійний дефект
3.11.3 пітінгова корозія
Корозія, що супроводжується утворюванням виразок у металі, тобто порожнин, які починаються з поверхні (ДСТУ 3830-98)
3.11.4 суцільна корозія
Експлуатаційний дефект, що розповсюджується по всій поверхні металу. Розділяється на рівномірну та нерівномірну корозію. Рівномірна - це корозія, що поширюється з однаковою швидкістю по всій поверхні металу. Нерівномірна - це суцільна корозія, що поширюється з неоднаковою швидкістю на різних ділянках поверхні металу (ДСТУ 3830-98)
3.12 дефект суцільності матеріалу
Дефект, що характеризується місцевими змінами щільності матеріалу або її втратою
3.12.1 включення
Технологічний дефект, що характеризується накопиченням неметалічних включень, які утворюються під час кристалізації сталей внаслідок ліквідації домішок
3.12.2 закат
Технологічний дефект, що виникає при прокатці заготовок із надрізами, напливами та іншими виступами, заповнений окалиною
3.12.3 міжкристалітна корозія
Корозія, що розповсюджується по границях зерен металу
3.12.4 непровар
Дефект зварювання, викликаний несплавленням основного металу з наплавленням, а також несплавленням між собою окремих шарів шва під час багатопрохідного зварювання
3.12.5 підріз
Дефект, що має вигляд поглиблення і виникає у основному металі вздовж краю зварювального шва за рахунок великої сили електричної дуги
3.12.6 пузир
Технологічний дефект, що представляє собою порожнини, які утворюються в литому металі в результаті виділення газів під час кристалізації внутрішніх або поверхневих шарів
3.12.7 пора
Дефект зварювання, що утворюється внаслідок швидкого затвердіння насиченого газами розплавленого металу, під час якого гази не встигають вийти в атмосферу
3.12.8 раковина
Технологічний дефект, порожнина, що виникає внаслідок усадки металу (зменшення об'єму рідкого металу) під час його охолодження та затвердіння
3.12.9 риска, подряпина
Технологічний або експлуатаційний дефект у вигляді поздовжньої канавки, що утворюється від дряпання поверхні металу наварами та іншими виступами на прокатному інструменті або під час експлуатації від ударів гострих предметів
3.12.10 розшарування
Технологічний дефект, що виникає після розкатки або ковки з міжкристалітних тріщин, газових бульбашок, неметалічних включень
3.12.11 свищ
Дефект, що супроводжується втратою герметичності конструкції і виникає при корозійному пошкодженні матеріалу або при проростанні тріщини наскрізь
3.12.12 тріщина
Дефект суцільності матеріалу, що характеризується довжиною і глибиною, а ширина не враховується. Розрізняють поверхневі, підповерхневі та наскрізні, осьові та кільцеві тріщини
3.12.13 шлакове включення
Дефект зварювання, що є результатом неохайного зачищення деталей від окалини, іржі та бруду, а також під час багатопрохідного зварювання від неповного видалення шлаків із попередніх шарів
3.13 дефект форми
Дефект, зумовлений викривленням початкової геометрії конструкції або недотриманням технології монтажу
3.13.1 згин
Пошкодження (експлуатаційний дефект), що виникає в результаті взаємодії трубопроводу з грунтом внаслідок зміни рель'єфу місцевості, або поздовжньої втрати стійкості
3.13.2 вм'ятина
Дефект, що виникає під час взаємодії поверхні труби з твердим тілом. Вм'ятина має плавне сполучення поверхонь та характеризується глибиною та площею
3.13.3 забоїна
Дефект, що виникає в результаті динамічної взаємодії поверхні труби з твердим тілом, що має гострі краї
3.13.4 неспіввісність
Монтажний дефект, викликаний відхиленням розмірів труб, що зварюються між собою
3.13.5 різнотовщинне з'єднання
Монтажний дефект, зумовлений з'єднанням трубопровідних секцій із різною товщиною стінки
3.14 діаграма оцінки руйнування
Двокритеріальна діаграма, що дозволяє одночасно оцінювати ступінь небезпеки крихкого та в'язкого руйнування конструкції і визначає область безпечних і небезпечних станів
3.15 довідкове напруження
Умовне напруження, що дорівнює умовній границі текучості жорстко-пластичного тіла, за якого тіло набуває граничного стану при заданих зовнішніх навантаженнях
3.16 допустимий коефіцієнт запасу міцності
Коефіцієнт встановлюється даним стандартом на основі прийнятої системи коефіцієнтів надійності, що регламентуються нормами на проектування
3.17 еквівалентне напруження
Напруження, визначене за певним критерієм міцності
3.18 залишкова міцність
Міцність, яку набуває об'єкт за час експлуатації на момент контролю
3.19 залишковий термін експлуатування
Термін часу від моменту визначення технічного стану до моменту відпрацювання призначеного терміну експлуатації
3.20 запас міцності
Кількісний показник, що визначається відношенням коефіцієнта запасу міцності до допустимого коефіцієнта запасу міцності
3.21 інтегральний коефіцієнт надійності
Розрахунковий коефіцієнт; що враховує наступні коефіцієнти надійності: умов роботи, надійності за матеріалом та надійності за призначенням трубопроводу, які визначені для певної ділянки трубопроводу і регламентуються згідно зі СНиП 2.05.06
3.22 кільцевий підповерхневий дефект
Дефект кільцевої орієнтації, нормальний до твірної циліндра труби і не виходить на жодну із її вільних поверхонь
3.23 кільцевий поверхневий дефект
Дефект кільцевої орієнтації, нормальний до твірної стінки труби і виходить на одну із її вільних поверхонь (зовнішню/внутрішню)
3.24 кільцевий наскрізний дефект
Дефект кільцевої орієнтації, нормальний до твірної циліндра труби і виходить на протилежні поверхні стінки труби
3.25 коефіцієнт запасу міцності
Коефіцієнт, що визначається розрахунковим шляхом і характеризує, у скільки разів можна збільшити всі навантаження або пропорційно зменшити характеристики матеріалу, щоб конструкція досягла граничного стану
3.26 коефіцієнт надійності
Коефіцієнт, що встановлюється нормативними документами на проектування і характеризує регламентований запас міцності за певним параметром
3.27 консервативна оцінка
Оцінка, здійснена на основі наближених розрахункових моделей, які гарантовано забезпечують значний запас міцності
3.28 корозія металів
Руйнування металів унаслідок хімічної або електрохімічної взаємодії з корозійним середовищем
3.29 крихке руйнування
Граничний стан, що характеризує крихку міцність матеріалу з тріщиноподібним дефектом. Розрахунки за цим станом здійснюють із застосуванням методів механіки руйнування
3.30 моніторинг
Захід технічного обслуговування, що передбачає періодичне візуальне або апаратне спостереження за об'єктом спостереження
3.31 осьовий наскрізний дефект
Дефект, орієнтований вздовж твірної стінки труби і виходить на протилежні поверхні стінки труби
3.32 осьовий підповерхневий дефект
Дефект, орієнтований вздовж твірної стінки труби і не виходить на жодну з її вільних поверхонь
3.33 осьовий поверхневий дефект
Дефект, орієнтований вздовж твірної стінки труби і виходить на одну з її вільних поверхонь (зовніш-
ню/внутрішню)
3.34 параметр зменшення міцності
Параметр, що характеризує, у скільки разів наявність дефекту знижує запас міцності ділянки трубопроводу у порівнянні з бездефектним станом за умови дії однієї і тієї ж системи навантаження
3.35 первинні напруження
Напруження, які задовольняють рівняння рівноваги і врівноважують прикладені зовнішні навантаження
3.36 пластична нестабільність
Граничний стан, пов'язаний із виникненням розвинених пластичних деформацій по всьому перерізу конструктивного елемента
3.37 призначений термін експлуатації
Гарантований період безаварійної експлуатації конструкції, що визначається на етапі проектування і регламентується ТУ або правилами експлуатації
3.38 поточний стан
Сукупність істотних характеристик об'єкта і (або) його складових частин, що відображає його стан у даний час
3.39 режим трубопроводу "аварійна зупинка"
Зупинка трубопроводу, що настала внаслідок аварії або відмови
3.40 режим трубопроводу "гідровипробування"
Режим трубопроводу, якого він набуває під час проведення гідровипробувань
3.41 режим трубопроводу "зупинка"
Технологічний режим експлуатації трубопроводу, за якого настає припинення транспорту продукту
3.42 режим трубопроводу "пуск"
Технологічний режим експлуатації трубопроводу, за якого трубопровід переходить від режиму припинення транспорту продукту до стаціонарного режиму
3.43 режим трубопроводу "стаціонарний"
Технологічний режим експлуатації трубопроводу, за якого транспорт продукту здійснюється у проектному режимі
3.44. розрахована довговічність
Довговічність, що розрахована за поточними параметрами за встановленими процедурами розрахунку без урахування коефіцієнта запасу міцності за довговічністю
3.45 розрахунок довговічності
Сукупність розрахункових операцій із визначення проміжку часу від поточного до граничного стану з урахуванням дії на трубопровід циклічного довготривалого навантаження
3.46 розрахунок на статичну міцність
Сукупність розрахункових операцій, що спрямовані на визначення коефіцієнта запасу міцності та подальше порівняння його з допустимим коефіцієнтом запасу міцності з урахуванням дії на трубопровід статичного навантаження
3.47 умова статичної міцності
Стан міцності, за яким коефіцієнт запасу міцності є не меншим від допустимого коефіцієнта запасу міцності
4 ПОЗНАКИ ТА СКОРОЧЕННЯ
4.1 Скорочення
ДОР -діаграма оцінки руйнування
КЗМ -коефіцієнт запасу міцності
КІН -коефіцієнт інтенсивності напружень
КС -компресорна станція
ЛМР -лінійна механіка руйнування
ЛЧМТ -лінійна частина магістрального трубопроводу
МСЕ - метод скінченних елементів
НД - нормативний документ
НДС - напружено-деформований стан
НПС -нафтоперекачувальна станція
ПЗМ -параметр зменшення міцності
ТУ -технічні умови
4.2 Познаки
Окремі познаки фізичних величин, вказані у додатках до цього стандарту:
а - глибина дефекту, мм;
а0 - поточне значення глибини дефекту, мм;
а1 - перший замір глибини дефекту, мм;
а2 - другий замір глибини дефекту, мм;
Ast - константа матеріалу, параметр у рівнянні росту тріщини стрес-корозії;
Az, Вz - коефіцієнти ряду Фур'є;
?' - параметр зменшення міцності (ПЗМ);
? Т - коефіцієнт лінійного теплового розширення металу труб (1/°С);
b -півширина дефекту, мм;
Bf -константа матеріалу, параметр рівняння Періса для втомних тріщин;
ДКС - допустиме корозійне спрацювання матеріалу, мм;
D - зовнішній діаметр труби, мм;
Dвн - внутрішній діаметр труби, мм;
- номінальна товщина стінки, мм;
??1 - розмах коефіцієнта інтенсивності напружень, МПа;
Т - інтервал часу між двома послідовними замірами розмірів дефекту;
е - відстань між серединними лініями по товщині стінки труб, що з'єднуються, мм;
Е - модуль пружності (модуль Юнга), МПа;
? - відносне подовження об'єкта (деформація);
f - мінімальна відстань між контурами сусідніх дефектів, мм;
h - мінімальна відстань від контура підповерхневого дефекту до найближчої вільної поверхні, мм;
і - коефіцієнт категорії напружень,i = 1 для первинних напружень, i = k для
вторинних напружень
j - номер поточної точки на контурі перерізу труби;
KCV - ударна в'язкість, Дж/см2;
?1 - розрахунковий КІН, МПа;
?1C - характеристика тріщиностійкості - критичний КІН, МПа;
K1max - максимальне значення коефіцієнта інтенсивності напружень, МПа;
K1min - мінімальне значення коефіцієнта інтенсивності напружень, МПа;
Kr - безрозмірний КІН, що характеризує міру наближення до крихкого руйнування;
KrA - значення безрозмірного КІН у точці А діаграми ДОР;
k - допустимий КЗМ трубопроводу, становить 0,9 від інтегрального коефіцієнта
надійності згідно зі СНиП 2.05.06;
k1 - коефіцієнт надійності за матеріалом трубопроводу;
kкp - коефіцієнт надійності за швидкістю корозії;
kp - коефіцієнт надійності за навантаженням трубопроводу (дорівнює n, визначеному
СНиП 2.05.06);
L - максимальний лінійний розмір дефекту, мм;
l - півдовжина дефекту, мм;
М? - локальний оболонковий згинальний момент у поздовжньому напрямку, МН м;
Mу - згинальний момент відносно осі у поперечного перерізу труби, МН? м;
Mz - згинальний момент відносно осі z поперечного перерізу труби, МН?м;
Мкр - крутний момент в площині поперечного перерізу труби, МН? м;
- локальний оболонковий згинальний момент в окружному напрямку, МН ? м;
т - коефіцієнт умов роботи трубопроводу;
т' - константа матеріалу, показник рівняння Періса для втомних тріщин;
? - коефіцієнт поперечної деформації (коефіцієнт Пуассона);
N - цикл навантажування;
?? - осьове зусилля в поздовжньому напрямку труби х (МН);
- кількість точок розбивки окружного перерізу труби;
n - коефіцієнт запасу міцності (КЗМ);
n' - константа матеріалу, показник у рівнянні росту тріщини стрес-корозії;
Р -прикладене узагальнене зусилля;
Pll - граничне навантаження в'язкого руйнування;
? - максимально допустимий експлуатаційний внутрішній тиск, МПа;
- відношення довжини кола до діаметра дорівнює 3,1415926;
q - параметр розрахунку еквівалентного напруження;
R - середній радіус труби, мм;
R' - коефіцієнт асиметрії циклу;
R1 - середній радіус першої труби в з'єднанні двох трубних секцій, мм;
R2 - середній радіус другої труби в з'єднанні двох трубних секцій, мм;
R - нормативне значення тимчасового опору, МПа;
R - нормативне значення границі текучості, МПа;
- нормативне значення ударної в'язкості KCV, Дж/см2;
R -нормативне значення критичного КІН, МПа;
- радіус в j-й точці, мм;
S - максимальна площа дефекту, мм2;
Sr - безрозмірне довідкове напруження, міра наближення до в'язкого руйнування;
S - безрозмірне поточне довідкове напруження у точці А діаграми ДОР;
? - механічне напруження, МПа;
? 2 - значення напруження, що відповідає деформації 2 %;
? + - максимальне осьове напруження, МПа;
? - - мінімальне осьове напруження, МПа;
?в - границя міцності матеріалу, МПа;
?екв - еквівалентне напруження, МПа;
?? - номінальні окружні напруження, МПа;
?Н - номінальні напруження, МПа;
?r -довідкові напруження, МПа;
? T - границя текучості, МПа;
? х - номінальні осьові напруження, МПа;
[?] -допустимі напруження, МПа;
Т - залишковий ресурс (рік);
Т' - момент часу, на який визначається розмір дефекту;
?? - температурний перепад між температурою монтажу та температурою експлуатаціїї, що
приймається додатнім при нагріванні, °С;
t - товщина стінки труби, мм;
t1 - поточна товщина стінки першої труби в з'єднанні двох трубних секцій, мм;
t2 - поточна товщина стінки другої труби в з'єднанні двох трубних секцій (t2 > t1), мм;
tн - мінімальна товщина стінки труби, мм;
?j кут в окружному напрямку для j-ї точки, град;
vа - швидкість корозії у глибину, мм/рік;
vb - швидкість корозії у поперечному напрямку відносно осі трубопроводу, мм/рік;
vj - швидкість корозії у поздовжньоиу напрямку відносно осі трубопроводу, мм/рік;
Uc - енергія руйнування під час вимірювання ударної в'язкості, Дж;
W - глибина вм'ятини або забоїни, мм;
Yа, Yс - поправочні функції;
z - кількість членів розкладу в ряді Фур'є.
5 ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ
5.1 Класифікація, категорії ділянок магістральних трубопроводів, а також коефіцієнти надійності визначають згідно зі СНиП 2.05.06.
5.2 Оцінювання залишкової міцності та довговічності трубопроводу повинно здійснюватися після відпрацювання призначеного терміну експлуатації; проведення чергової технічної діагностикизасобами неруйнівного контролю і виявлення дефектомістких ділянок; виникнення пошкоджень та відмов; перед запланованими змінами режимів навантажування.
5.3 Оцінювання залишкової міцності та залишкового терміну експлуатування ділянок трубопроводу повинне таким чином збігатися з проведенням робіт з технічного діагностування, щоб забезпечити достовірність відображення технічного стану ділянки на момент оцінювання.
5.4 Оцінювання поточного технічного стану трубопроводу з аналізом його міцності та довговічності включає наступні роботи:
вивчення проектної та виконавчої документації;
визначення відхилень від проектних рішень, що пов'язані з виконанням технологічних операцій при будівництві;
вивчення діагностичної та експлуатаційної документації;
визначення механічних характеристик металу;
визначення діючих навантажень, пошкоджень та основних механізмів пошкоджуваності;
розрахунки на міцність і довговічність із врахуванням експлуатаційних та пошкоджуючих факторів.
5.4.1 Вивчення діагностичної та експлуатаційної документації повинно включати аналіз паспортних даних ділянок магістрального трубопроводу з метою визначення: поточних характеристик матеріалу, умов монтажу труб, експлуатаційних режимів, пошкоджувальних факторів, напружено-деформованого стану (НДС), результатів попередніх обстежень тощо. Діагностична та експлуатаційна документація повинна містити наступні відомості:
- рік виготовлення труб та введення ділянки трубопроводу в експлуатацію;
- основні геометричні розміри та розкладку труб із визначенням марок сталей, способу виготовлення, особливостей трубних секцій (пряма, згин тощо);
- спосіб монтажу та просторові характеристики конструктивних елементів трубопроводу, температуру під час монтажу трубопроводу, робочий та розрахунковий тиск, циклічність навантаження, склад і температуру робочого продукту, тривалість експлуатації тощо;
- кліматичні умови траси (річні, сезонні перепади температури повітря та грунту, вологість, об'єм опадів);
- геоморфологічні умови (якісні та кількісні характеристики рельєфу місцевості в зоні траси, можливі зсуви та просадки грунту, мінеральний склад та фізико-механічні характеристики грунтів);
- топографічні дані про населені пункти, енергетичні, транспортні та промислові об'єкти, що знаходяться в зоні проходження траси трубопроводу;
- акти діагностичних обстежень;
- технічна документація про проведення поточних та капітальних ремонтів;
- інформація про зареєстровані випадки відхилень від робочих параметрів та відмови, що мали місце впродовж терміну експлуатації.
У разі відсутності необхідних даних потрібно проводити спеціальне технічне діагностування або лабораторні дослідження.
5.4.2 Дані, отримані у ході технічного діагностування, лабораторних досліджень, мають перевагу перед даними, отриманими з технічної та експлуатаційної документації.
Технічне діагностування, лабораторні дослідження проводять обов'язково:
якщо є труднощі при визначенні марки сталі;
при неповній інформації про механічні властивості та характеристики тріщиностійкості металу та зварного шва;
при тривалій експлуатацій трубопроводу, що може призвести до деградації механічних властивостей матеріалу труб внаслідок старіння;
при виявленні випучувань, гофрів або значних переміщень трубопроводу;
після аварій, якщо ділянка трубопроводу підлягає відбудові.
5.4.3 Для оцінки довговічності ділянок трубопроводу слід визначитись з аналітичними або експериментальними моделями пошкоджуваності матеріалу з часом згідно з додатком Ж.
5.4.4 У разі неможливості виміряти напружено-деформований стан (НДС) трубопроводу експериментальним шляхом НДС розраховується з урахуванням зовнішніх навантажень. На основі технічної інформації про спосіб прокладання і просторове розміщення трубопроводу, умов його закріплення і взаємодії з середовищем визначають зовнішні навантаження. Слід урахувати діючі фактори навантаження: механічні, температурні, кінематичні. Результатом вимірювань та розрахунку є осьові і поперечні зусилля, згинальні та крутні моменти і спричинені ними напруження і деформації.
5.4.5 Розрахунки на міцність та довговічність проводять шляхом технічного діагностування з урахуванням механічних властивостей і основних навантажувальних факторів та режимів експлуатації. Вимоги щодо проведення технічного діагностування регламентуються згідно з ДСТУ 4046.
5.4.5.1 Вхідною інформацією для виконання розрахунків за даним стандартом є фізико-механічні характеристики матеріалу труб, параметри дефектів трубопроводу та його геометричні характеристики.
5.4.5.2 Визначені відповідно до 5.4.4 силові фактори використовують у процедурах визначення параметрів, що характеризують напружено-деформований стан в околі дефектів. За необхідності підвищення точності потрібно застосовувати методи теорії оболонок. Ці напруження разом із залишковими напруженнями використовують для оцінки стану міцності. Слід взяти до уваги, що напруження різної природи і локалізації по-різному впливають на досягнення граничного стану [1],тому слід розрізняти первинні та вторинні напруження (класифікація за чинниками, що їх породжують), а також мембранні, згинальні та пікові напруження (класифікація за характером розподілу, локалізацією) згідно з розділом 8.
5.4.5.3 Основними розрахунковими режимами є "пуск", "стаціонарний режим", "зупинка", "гідро-випробування", відхилення від проектних режимів та нормальних умов експлуатації - "аварійні ситуації".
5.4.6 Розрахунки проводяться за наступними граничними станами:
- крихка міцність (тільки для тріщиноподібних дефектів);
- в'язке руйнування (для всіх дефектів);
- довговічність.
5.4.7 Передбачено три рівні розрахунків на статичну міцність (по відношенню до граничного стану "в'язке руйнування"), які відрізняються за ступенем складності (ступенем консервативності) розрахункових схем. Із збільшенням номера рівня розрахунку разом із складністю збільшується ступінь наближення до більш точної розрахункової схеми і відповідно зменшується ступінь консервативності оцінок. Для всіх рівнів розрахунку використовують граничні стани, що пов'язані з крихкою міцністю і/або в'язким руйнуванням. У відповідності з цими станами та в залежності від типу дефектів встановлюють критерії граничних станів. Для тріщиноподібних дефектів - це діаграма оцінки руйнування (ДОР), яка дозволяє оцінювати стан міцності при взаємодії двох граничних станів - крихкого та в'язкого руйнування, а для тривимірних дефектів і дефектів форми - граничне навантаження в'язкого руйнування, що характеризує в'язке руйнування і відповідно є однією із двох складових ДОР.
Якщо за першим рівнем розрахунку дефект виявився недопустимим, то можна скористатись наступними рівнями оцінки, які є менш консервативними.
5.4.8 Для отримання консервативних оцінок слід проводити багатоваріантні розрахунки з використанням максимальних/мінімальних значень вхідних параметрів.
5.4.9 Розрахунок на статичну міцність полягає у визначенні коефіцієнта запасу міцності (КЗМ)для труби з дефектом за максимальних значень прикладених навантажень із подальшим порівнянням його з допустимим КЗМ, який визначається даним стандартом. Дефект вважається безпечним, якщо КЗМ більше допустимого.
5.4.10 Розрахунок довговічності полягає у перевірці виконання умови статичної міцності за ма ксимальних робочих параметрів навантажувань з урахуванням зміни розмірів дефектів із часом.Розрахунок здійснюється, виходячи з чотирьох можливих пошкоджувальних факторів, що погіршують із часом стан конструкції, а саме: деградації механічних властивостей матеріалу, корозійного ураження, стрес-корозії та втомного циклічного навантажування. Довговічність (залишковий ресурс) визначається мінімальним проміжком часу від поточного стану до такого, за яким умовастатичної міцності згідно з 5.4.9 не виконується або дефект проросте вглиб матеріалу до значення 80% від товщини стінки.
5.4.11 Процедури проведення розрахунків на міцність і довговічність наводяться в розділах 10 та 11 відповідно.
5.4.12 Розрахунки на міцність та довговічність трубопроводів та висновки щодо допуску до експлуатації ділянок трубопроводів, де були виявлені дефекти, в зв'язку з особливою складністю та відповідальністю проводяться спеціалізованими організаціями Держгірпромнагляду, організаціями-розробниками даного стандарту, спеціалізованими організаціями, які мають достатню кваліфікацію та необхідні дозволи. Відповідальність за якість розрахункових робіт за даним стандартом несе організація, що виконала розрахунки.
5.4.13 Результати розрахунку дефектів оформляють відповідно до розділу 13.
6 ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРІАЛУ ТРУБ
6.1 При проведенні розрахунків на статичну міцність слід використовувати наступні механічні характеристики матеріалу:
нормативне R або поточне значення границі міцності матеріалу; ? в
нормативне R або поточне значення границі текучості матеріалу, ? T ;
нормативне R або поточне значення ударної в'язкості KCV;
нормативне R або поточне значення характеристики тріщиностійкості К1С або інші критерії механіки руйнування.
За нормативні значення зазначених характеристик приймають відповідно мінімально гарантовані значення границі міцності матеріалу, границі текучості матеріалу, ударної в'язкості KCV, характеристики тріщиностійкості К1С, що визначені відповідними стандартами, нормами та технічними умовами із вимогами до матеріалу труб (додаток А).
6.2 Значення характеристик матеріалу труб визначають неруйнівними методами контролю або за необхідності, експериментальними випробуваннями вирізок матеріалу труб контрольованої ділянки трубопроводу. Дані, отримані з документації об'єкта контролю, вважають довідковими.
6.2.1 Обсяг контролю визначають достатньо обгрунтованою експериментальною вибіркою згідно з ДСТУ 4046 для отримання значень наступних величин:
границі текучості, границі міцності та відносного подовження після розриву матеріалу згідно з ГОСТ 1497;
характеристики тріщиностійкості К1С згідно з ГОСТ 25.506;
ударної в'зкості KCV згідно з ГОСТ 9454.
6.2.2 Зразки для випробувань виготовляють із контрольних вирізок трубопроводу. Виготовлення темплета та його характеристики визначають за нормативною документацією на метод контролю. Для врахування анізотропії механічних властивостей матеріалу зразки слід виготовляти з урахуванням орієнтації, тобто вздовж та поперек прокатки.
6.2.3 Допускається визначення механічних властивостей металу неруйнівними методами через випробування на твердість за Бринелем НВ згідно з ГОСТ 22761, ГОСТ 18661 тощо із використанням твердомірів, що відповідають вимогам згідно з ГОСТ 8.062 та використанням кореляційних зележностей, що регламентуються чинними нормативними документами.
6.2.4 Поточні механічні характеристики матеріалу за недостатності обгрунтування можуть коригуватись, уточнюватись за допомогою інших методів досліджень та випробувань, наприклад, проведення металографічних досліджень тощо.
6.2.5 За наявності нормативних та експериментальних значень механічних характеристик матеріалу перевагу надають експериментальним значенням за винятком випадку, коли характеристики визначають за кореляційними залежностями на основі експериментальних значень.
6.3 За відсутності даних про матеріали, що використані при будівництві магістрального трубопроводу, їх механічні характеристики та характеристики ударної в'язкості та тріщиностійкості дозволяється визначати згідно з додатком А.
6.4 За відсутності довідкової інформації про К1С для трубних сталей, а також через певні методичні труднощі при експериментальному визначенні К1С дозволяється:
використання кореляційних залежностей між К1С і ударною в'язкістю KCV згідно з додатком Б;
у разі наявності лише одиничних значень ударної в'язкості KCV можна скористатись консервативним підходом для визначення К1С саме:
К1С = 7,36 ( KCV) 0'63,
де розмірність величини К1С - МПа, а ударної в'язкості KCV- Дж/см2;
