СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА РЕЗИНОВЫХ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ КОЛЕЦ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В СОЕДИНЕНИЯХ НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДОВ Российский патент 2006 года по МПК G01N1/28 G01N33/44 

Изобретение относится к методам исследования прочностных свойств материалов уплотнительных колец для сборно-разборных нефтепродуктопроводов (СРН), имеющих быстроразъемные соединения, и может быть использовано при эксплуатации СРН.

Быстроразъемные соединения выполнены в соответствии с ГОСТ 20772 «Устройства присоединительные для технических средств заправки, перекачки, слива-налива, транспортирования и хранения нефти и нефтепродуктов. Типы, основные параметры и размеры. Общие технические требования», Москва, Издательство стандартов, 1989, с.2, 3, 11.

В последние годы все более актуальной становится задача обеспечения нефтью и нефтепродуктами районов Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока. Для решения поставленной задачи нашли широкое применение комплекты СРН, обеспечивающие возможность сооружения круглогодичной транспортной магистрали протяженностью до 150 км, средним темпом монтажа в условиях тундры ˜2,5 км в сутки, с подачей 3000 т/сут, сроком окупаемости капитальных вложений - 1 год. Применение СРН обусловлено рядом преимуществ перед сварными нефтепроводами: они имеют сравнительно невысокую стоимость сооружения, обладают возможностями быстрого возведения и многократного использования на новых направлениях. Применение подвижных соединений компенсирует силовые воздействия грунта и тепловую деформацию труб, что исключает сооружение специальных компенсаторов и позволяет прокладывать СРН без предварительного нивелирования местности.

Резиновое уплотнительное кольцо является наиболее значимым элементом быстроразъемных соединений, обеспечивающих герметичность СРН в целом. Уплотнение соединения достигается за счет давления перекачиваемой среды, которым уплотнительные кромки резинового кольца прижимаются к трубе (манжете) и раструбу, при этом степень герметичности возрастает с повышением внутреннего давления. При отсутствии избыточного давления герметичность обеспечивается за счет прижатия кромок кольца к уплотняемым поверхностям при сборке.

Одной из проблем эффективного применения СРН является определение остаточного ресурса резиновых уплотнительных колец, обеспечивающих герметичность нефтепродуктопровода в целом.

В одном комплекте СРН типа ПМТП-150 протяженностью 150 км эксплуатируется одновременно до 30000 колец. Кроме значительной стоимости самих колец (90000-150000$ за один комплект) следует учитывать затраты, связанные с демонтажом-монтажом колец при плановом техническом обслуживании на действующем нефтепродуктопроводе в условиях заболоченной, пересеченной местности Сибири и Крайнего Севера, а также колоссальные убытки при ликвидации аварийных проливов нефти и нефтепродуктов на местности (локализация и сбор с грунта, их утилизация, рекультивация земли, очистка поверхностных вод и т.д.) и штрафные санкции виновнику загрязнения в случае разгерметизации соединений из-за эксплуатации колец с исчерпанным остаточным ресурсом.

Используемая в настоящее время планово-предупредительная система замены колец СРН (средний срок службы до списания - 15 лет «Руководство по эксплуатации полевых магистральных трубопроводов», Военное издательство, 1968, с.322) не позволяет в должной мере обеспечивать надежность и экологическую безопасность СРН, а также объективно оценить техническое состояние и остаточный ресурс резиновых уплотнительных колец при эксплуатации в различных климатических зонах по транспортированию широкого спектра нефтепродуктов, а также их влияние на эксплуатационные свойства колец, работоспособность и пригодность для дальнейшего использования в соединениях СРН в процессе эксплуатации, включая этап складского хранения.

Известен способ оценки технического состояния уплотнительных колец (ТУ 38 1051962-90 «Кольца резиновые уплотнительные к полевым трубопроводам»), включающий подготовку образцов заданной геометрической формы, определение условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве, твердости по Шору А, температурного предела хрупкости образцов до контакта с нефтепродуктом и сравнение полученных показателей с заданной величиной. При отклонении хотя бы одного из показателей от заданной величины кольца считаются неработоспособными.

Недостатком известного способа является то, что все физико-механические показатели определяются до контакта с нефтепродуктами, что адекватно характеризует состояние колец только на этапе приемочных испытаний (производства), в то время как резиновые уплотнительные кольца являются изделиями многократного использования и определение указанных показателей до контакта с нефтепродуктами не учитывает основные виды воздействий на свойства резиновых уплотнительных колец в течение типового жизненного цикла, не позволяет оценить их техническое состояние и определить остаточный ресурс в процессе эксплуатации.

Известен способ оценки технического состояния резинотехнических изделий по ГОСТ 7338-90 «Пластины резиновые и резинотканевые. Технические условия», Москва, Издательство стандартов, с.7-11, 15-16, 19-20, при котором осуществляют подготовку образцов заданной геометрической формы для измерения условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве, твердости по Шору, температурного предела хрупкости, затем измеряют физико-механические показатели образцов, сравнивают их с заданными величинами, по результатам рассогласования которых судят о техническом состоянии уплотнительных колец, и отбраковывают образцы, показатели которых не соответствуют заданным.

Недостатком известного способа является определение вышеуказанных показателей до контакта с нефтепродуктами, что не позволяет оценить техническое состояние уплотнений и определить их остаточный ресурс в процессе эксплуатации СРН.

Несовершенство методов определения показателей для оценки технического состояния резиновых уплотнительных колец является причиной снижения надежности и эффективности работы СРН.

Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, является способ оценки технического состояния резиновых уплотнительных колец трубного соединения (Патент РФ № по заявке №2002123656/12 (025140) от 05.09.2002 г. «Способ оценки состояния резиновых уплотнительных колец трубного соединения», решение о выдаче патента на изобретение от 20.01.2004 г.). Известный способ включает подготовку образцов заданной геометрической формы из колец, измерение исходных условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве, твердости по Шору А, температурного предела хрупкости, сравнение их с заданными величинами, отбраковку колец, показатели образцов которых не соответствуют заданным, выдержку оставшихся образцов в нефтепродукте при температуре (70±2)°С в течение не менее (120-2) ч, термостатирование образцов после извлечения из нефтепродукта при температуре (70±2)°С в течение не менее (72-2) ч, охлаждение до комнатной температуры, определение тех же физико-механических показателей и сравнение измеренных показателей с допустимыми значениями, равными:

f_p∂, МПа, ≥9,4 - условная прочность при растяжении;

ε_р∂, %, ≥111 - относительное удлинение при разрыве;

62,1 ≤Н_∂, ед. Шор А, ≤92,4 - твердость по Шору А;

Т_хр.∂, °С, ≤ минус 24 - температурный предел хрупкости. Недостатком прототипа является то, что остаточный ресурс устанавливается косвенно по результатам согласования с допустимыми значениями и не определяется количественно (в годах службы), при этом не учитываются:

климатическое районирование территории РФ, существенно влияющее на сроки службы резинотехнических изделий (РТИ);

завод-изготовитель (метод изготовления) и год выпуска;

динамика изменения при эксплуатации (хранении) геометрических размеров и относительной деформации сжатия колец, определяющих возможность размещения колец в соединениях труб;

наиболее значимые показатели оценки состояния колец методами неразрушающего контроля и отбраковка их в случае рассогласования с допустимыми значениями;

оценка остаточного ресурса с использованием принципа «слабого звена», включающая предварительную отбраковку, ранжирование и отбор колец с наименьшими значениями показателя «относительная деформация сжатия», адекватно характеризующему их эластические свойства;

индивидуальная длительность термостатирования образцов, вырезаных из колец, после воздействия нефтепродуктов, обусловленная скоростью их испарения из резины при температуре (70±2)°С ввиду различного фракционного состава индивидуальных углеводородов, входящих в состав перекачиваемых жидких рабочих сред, а также установление количественных значений времени термостатирования после воздействия рабочих сред;

условная прочность при растяжении образцов, вырезанных из колец, как наиболее значимый характеристический (в большей степени склонный к изменению при эксплуатации и хранении колец) показатель для определения остаточного ресурса, а также экспоненциальный закон распределения его изменения в течение среднего срока службы колец.

В основу изобретения положена задача создания нового метода квалификационной оценки в целях более достоверного и всестороннего определения остаточного ресурса и эксплуатационных свойств резиновых уплотнительных колец.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности результатов оценки остаточного ресурса в динамических условиях резиновых уплотнительных колец в соединениях нефтепродуктопровода с одновременным повышением экологической безопасности за счет снижения риска аварийного пролива нефтепродуктов.

Технический результат достигается за счет того, что в способе определения остаточного ресурса резиновых уплотнительных колец, используемых в соединениях нефтепродуктопроводов, включающем подготовку образцов заданной геометрической формы из колец, измерение исходных условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве, твердости по Шору А, температурного предела хрупкости, сравнение их с заданными величинами, отбраковку колец, показатели образцов которых не соответствуют заданным, выдержку оставшихся образцов в нефтепродукте при температуре (70±2)°С в течение не менее (120-2) ч, термостатирование образцов после извлечения из нефтепродукта при температуре (70±2)°С в течение не менее (72-2) ч, охлаждение до комнатной температуры, определение тех же физико-механических показателей и сравнение измеренных показателей с допустимыми значениями, равными:

f_p∂, МПа, ≥9,4 - условная прочность при растяжении;

ε_р∂, %, ≥111 - относительное удлинение при разрыве;

62,1 ≤Н_∂, ед. Шор А, ≤ 92,4 - твердость по Шору А;

Т_хр.∂, °С, ≤ минус 24 - температурный предел хрупкости, согласно изобретению перед подготовкой образцов заданной геометрической формы кольца формируют в партии одного завода-изготовителя и года выпуска, дополнительно измеряют наружный d₁ и внутренний d₂ диаметры колец каждой партии, относительную деформацию сжатия Е_сж этих колец, рассчитывают их отклонение от нормативного и производят отбраковку партий колец по допустимым значениям Δd₁, Δd₂ и Е_сж, при этом за допустимые значения принимают

25%≤Е_сж≤70%; Δd₁, Δd₂≤3%,

после чего из оставшихся колец с наименьшими значениями относительной деформации сжатия Е_сж готовят образцы заданной геометрической формы, а остаточный ресурс определяют по следующей зависимости

где ΔT - остаточный ресурс, лет;

k_i - коэффициент, характеризующий изменение остаточного ресурса ΔT в зависимости от климатического района i эксплуатации резиновых уплотнительных колец принимают:

i - климатические районы I₁-II₁₂ (справочные данные);

Т - средний срок службы резиновых уплотнительных колец до списания (по техническим условиям завода-изготовителя и/или руководству по эксплуатации), лет;

Т_n - период эксплуатации резиновых уплотнительных колец с года выпуска (маркировка завода-изготовителя) до момента определения ΔТ, лет;

f_p∂=9,4 МПа - минимально допустимое значение условной прочности при растяжении образца;

f_pj - значение условной прочности при растяжении после термостатирования образца, МПа.

Кроме того, технический результат достигается еще тем, что при использовании в качестве рабочей среды реактивного или дизельного топлив термостатирование образцов после выдержки в нефтепродукте при температуре (70±2)°С осуществляют в течение (120-2) ч, а также тем, что при использовании в качестве рабочей среды нефти, подготовленной к транспортированию, термостатирование образцов после выдержки в нефти при температуре (70±2)°С осуществляют в течение (168-2) ч.

На фиг.1 представлена блок-схема реализации способа определения остаточного ресурса резиновых уплотнительных колец, используемых в соединениях нефтепродуктопроводов;

на фиг.2 - резиновое уплотнительное кольцо марки Р 150;

на фиг.3 - образец в форме двусторонней лопатки, вырезанный из кольца, для определения условной прочности при растяжении (f_p) и относительного удлинения при разрыве (ε_р) с указанием геометрических размеров;

на фиг.4 - графическая зависимость изменения показателя условной прочности при растяжении образцов, вырезанных из резиновых уплотнительных колец после эксплуатации в различных климатических районах: умеренно холодном I₁-II₄, умеренно теплом II₅-II₈, жарком сухом -II₉-II₁₂.

Резиновое уплотнительное кольцо имеет профиль, напоминающий «ласточкин хвост» (фиг.2). Геометрические размеры кольца - наружный d₁ и внутренний d₂ диаметры, а также их отклонение Δd₁ и Δd₂ от заданного являются определяющими при установке кольца на манжету или в раструб трубного соединения.

Относительная деформация сжатия Е_сж позволяет оценить эластические свойства уплотнительных колец.

На представленном алгоритме (фиг.1) цифрами от 1 до 28 обозначены этапы (операции) способа определения остаточного ресурса резиновых уплотнительных колец, используемых в соединениях нефтепродуктопровода.

Для обоснования режимных параметров термостатирования после выдержки в различных нефтепродуктах были проведены исследования образцов широко выпускаемых серийных резиновых уплотнительных колец по следующим показателям, характеризующим физическое состояние колец: условная прочность при растяжении f_p характеризует предельное сопротивление механическому разрушению; относительное удлинение при разрыве ε_р позволяет прямо или косвенно оценить высокоэластические и упругие свойства резин при воздействии деформаций растяжения, сжатия, изгиба, сдвига и др.; твердость по Шору А Н характеризует сопротивляемость материала воздействию сосредоточенной нагрузки, совокупность упругих свойств и модуль упругости; температурный предел хрупкости Т_хр характеризует морозостойкость резин, возможность эксплуатации колец СРН в различных климатических зонах.

Установлено (табл.1), что время термостатирования образцов до полного испарения рабочей среды (стабилизации значений физико-механических показателей) для различных нефтепродуктов составляет: автомобильные бензины - (72-2) ч; дизельные и реактивные топлива - (120-2) ч; нефть - (168-2) ч.

Авторами определено, что наиболее значимым показателем, склонным к изменению в течение срока службы резиновых уплотнительных колец, является условная прочность при растяжении f_р. Динамика изменения условной прочности при растяжении образцов, вырезанных из резиновых уплотнительных колец после эксплуатации в различных климатических районах по ГОСТ 16350 «Климат СССР. Районирование и статические параметры климатических факторов для технических целей», представлена на фиг.4. Установлено, что наиболее интенсивное снижение условной прочности при растяжении по отношению к исходному значению (13,0 МПа) происходит в районах эксплуатации с жарким сухим климатом (зависимость «с»), при этом в районах умеренного теплого (зависимость «b») и холодного климата (зависимость «а») прочностные свойства снижаются и достигают допустимого значения (f_p∂=9,4 МПа, зависимость «d») в 2-3 раза медленнее.

Исходя из результатов проведенных исследований колец, находящихся в эксплуатации в различных климатических зонах, выявлено, что для определения остаточного ресурса необходимо учитывать условную прочность при растяжении. Исследования позволили установить коэффициенты, характеризующие изменение остаточного ресурса в зависимости от климатического района эксплуатации:

Таким образом, суть способа определения остаточного ресурса резиновых уплотнительных колец, используемых в соединениях нефтепродуктопроводов, заключается в том, что дополнительно вводят этапы, представленные на фиг.1:

формирование групп однородной продукции - ранжирование партий колец по годам выпуска и заводам-изготовителям (методам изготовления) - этапы 2, 3;

проведение неразрушающего контроля - диагностирование технического состояния по наиболее значимым показателям, характеризующим геометрические и эластические параметры колец (измерение наружного d₁, внутреннего d₂ диаметров, относительной деформации сжатия Е_сж) - этапы 4, 5, 6;

оценка технического состояния и отбраковки партий колец по результатам рассогласования с допустимыми значениями изменений наружного Δd₁ и внутреннего Δd₂ диаметров, относительной деформации сжатия Е_сж в процессе эксплуатации и хранения (Δd₁, Δd₂>3%, 25%>Е_сж>70%) - этапы 7, 8, 9;

отбор колец с наименьшими допустимыми значениями относительной деформации сжатия - этап 10, изготовление из них образцов заданной геометрической формы - этап 11, определение исходных показателей (этап 12) условной прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве, твердости по Шору А, температурного предела хрупкости - этапы 13, 14, 15, 16;

сравнение показателей с заданными величинами - этап 17 и отбраковка партий колец по результатам рассогласования с заданными значениями (f_p<11,8 МПа; ε_р<130%; 69>Н, ед. Шор А>84; Т_хр>минус 30°С) - этап 18;

выдержка оставшихся образцов в нефтепродукте в течение (120-2) ч при температуре (70±2)°С и их термостатирование при температуре (70±2)°С в течение заданного отрезка времени (этап 19), обусловленного скоростью испарения индивидуальных углеводородов, входящих в состав жидких рабочих сред:

автобензины - (72-2) ч;

дизельные и реактивные топлива - (120-2) ч;

нефть, подготовленная к транспортированию - (168-2) ч;

определение показателей после термостатирования (этап 20) условной прочности при растяжении f_pj, относительного удлинения при разрыве ε_pj, твердости по Шору A H_j, температурного предела хрупкости T_xpj - этапы 21, 22, 23, 24;

сравнение показателей, полученных после термостатирования, с допустимыми значениями (этап 25) и отбраковка партий колец по результатам рассогласования с допустимьми значениями (f_pj<9,4 МПа; ε_pj<111%; 62,1>H_j, ед. Шор А>92,4; T_xpj>минус 24°С) - этап 26;

определение остаточного ресурса ΔT и выдача рекомендаций потребителю - этапы 27, 28.

Способ реализуется следующим образом.

Пример 1. На складе г. Тюмень (климатический район -умеренно холодный, II₄, k_II4=3) в составе комплекта сборно-разборного нефтепродуктопровода в неотапливаемом помещении в ящиках хранятся резиновые уплотнительные кольца 1991, 1993, 1996 и 1999 годов выпуска, поступившие с Курского и Уральского заводов-изготовителей РТИ. Резиновые уплотнительные кольца Р 150 Курского завода РТИ изготовлены методом литья под давлением, а Уральского завода РТИ - методом формования.

Для определения остаточного ресурса колец, хранящихся на складе, производят сортировку колец с целью формирования партий (3000 шт.) по заводам-изготовителям и годам выпуска. Сортировка производится на основании рельефной маркировки, нанесенной на нерабочей поверхности кольца и содержащей условное обозначение кольца, товарный знак производителя и год выпуска (фиг.2).

Для измерения наружного d₁, внутреннего d₂ диаметров и относительной деформации сжатия Е_сж от партий отбирают по 20 шт. колец каждого завода-изготовителя и года выпуска. Измеряют значения d₁, d₂ и Е_сж известными методами, рассчитывают в процентах отклонение диаметров колец (Δd₁, Δd₂) от их нормативного значения (табл. 2, 3), сравнивают полученные величины Е_сж, Δd₁, Δd₂ с допустимыми, определенными экспериментально:

25%≤Е_сж≤70%; Δd₁, Δd₂≤3%.

При рассогласовании хотя бы одного значения с допустимыми производят отбраковку всей исследуемой партии колец. По результатам испытаний определено, что кольца Курского завода 1991 года выпуска (№№2, 3, 12, 14, 17) и Уральского завода 1991 (№№6, 8, 10, 12, 14, 16, 17, 18, 20) и 1993 (№№7, 16) годов выпуска имеют сверхнормативные отклонения по геометрическим размерам Δd₁, Δd₂ и / или относительной деформации сжатия Есж и все подлежат отбраковке. Бракуются партии колец Курского завода 1991 года выпуска и Уральского завода 1991, 1993 годов выпуска.

При соответствии Δd₁, Δd₂ и Е_сж допустимым значениям из оставшихся колецпартий (Курский завод 1993, 1996, 1999 года выпуска и Уральский завод 1996, 1999 года выпуска) отбирают не менее 7шт. (при доверительной вероятности q=0,95, РД 50-690-89 «Методические указания. Надежность в технике. Методы оценки показателей надежности по экспериментальным данным».- М.: Изд. стандартов, 1990, с.15-16) с наименьшими значениями деформации сжатия 25%<Е_сж<70% (отмечены в табл. 2 и 3), из которых изготавливают образцы заданной геометрической формы для определения исходных показателей - условной прочности при растяжении f_p0, относительного удлинения при разрыве ε_p0, твердости по Шору А Н₀, температурного предела хрупкости Т_хр.0.

Образцы для определения физико-механических показателей изготавливаются в соответствии с требованиями ГОСТ 269-66 «Резина. Общие требования к проведению физико-механических испытаний» и стандартов на метод определения показателя (вырезка заготовок требуемой толщины производится из колец, а вырубка образцов из них производится штанцевым ножом, форма и размеры которого определяется конфигурацией образца и измеряемым показателем):

условная прочность при растяжении и относительное удлинение при разрыве по ГОСТ 270-75 «Резина. Метод определения упругопрочностных свойств при растяжении» определяется на образцах в форме двусторонней лопатки, форма которой приведена на фиг. 3, общей длиной L=115 мм, шириной широкой части В=(25±1,0) мм, длиной рабочего участка 1=(25±0,5) мм и шириной узкой части b=(6,0^+0,4) мм. Сущность метода заключается в растяжении образцов с постоянной скоростью до разрыва и измерения силы и удлинения образца в момент разрыва;

твердость по Шору А по ГОСТ 263-75 «Резина. Метод определения твердости по Шору А» определяется на пластине с параллельными плоскостями. Сущность метода заключается в измерении сопротивления образца погружению в него индентора;

температурный предел хрупкости по ГОСТ 7912-74 «Резина. Метод определения температурного предела хрупкости» определяется на образцах в виде полосок шириной (6,0±0,5) мм и длиной 25 мм. Сущность метода заключается в определении наивысшей температуры, при которой консольно закрепленный и охлажденный образец, подвергнутый изгибу при ударе с постоянной скоростью, ломается или дает трещину.

Определив исходные физико-механические показатели образцов (табл. 4, 5) и сравнив их с заданными:

f_р0,МПа,≥11,8;

ε_р0,%,≥130;

69≤Н₀, ед. Шор А,≤84;

T_xp.0, °C, ≤ минус 30,

отбраковывают образцы, физико-механические показатели которых не соответствуют заданным величинам, и, соответственно, партии колец, из которых подготовлены образцы (Курский завод 1993, Уральский завод 1996 года выпуска). Оставшиеся образцы, пригодные по полученным показателям, помещают в топливо ТС-1, нагретое до температуры (70±2)°С, и при этой температуре выдерживают в течение (120-2) ч.

После извлечения из топлива ТС-1 образцы термостатируют при температуре (70±2)° ч в течение (120-2) ч, после термостатирования их охлаждают до комнатной температуры, затем определяют значения тех же физико-механических показателей известными методами (табл.6,7) и сравнивают с допустимыми значениями показателей:

f_pj, МПа, ≥9,4;

ε_pj,%≥111;

62,1≤,ед.ШорА, ≤92,4;

T_xp.j, °C, ≤ минус 24.

При рассогласовании полученных результатов с допустимыми значениями бракуют исследуемую партию колец. Установлено (табл.6, 7), что физико-механические показатели всех образцов после термостатирования соответствуют допустимым требованиям. Для расчета остаточного ресурса выбирают наименьшее значение условной прочности при растяжении после термостатирования f_pj. Определяют остаточный ресурс AT для колец (Курский завод 1996, 1999 и Уральский завод 1999 года выпуска) по следующей зависимости

лет

Курский завод РТИ:

ΔT₁₉₉₆=3(15-8)ln10,1/9,4=2 года;

ΔT₁₉₉₉=3(15-5)ln12,8/9,4=9 лет.

Уральский завод РТИ:

ΔT₁₉₉₉=3(15-5)ln10,4/9,4=3 года.

По результатам испытаний образцов, вырезанных из резиновых уплотнительных колец Р 150, находящихся на хранении в составе сборно-разборного нефтепродуктопровода ПМТП-150 в г.Тюмени, установлено, что физико-механические показатели материала колец находятся в пределах допустимых значений и могут эксплуатироваться (храниться) в течение:

2 лет для колец 1996 г. и 9 лет 1999 г. выпуска Курского завода РТИ;

3 лет для колец 1999 г. выпуска Уральского завода РТИ, после чего данные кольца подлежат списанию и утилизации установленным порядком.

Пример 2. Для определения остаточного ресурса резиновых уплотнительных колец Р 150, эксплуатирующихся в составе начального участка (протяженностью 17 км и имеющим 3000 соединений труб) сборно-разборного нефтепродуктопровода Талакан-Витим в условиях Республики Саха (Якутия) в течение восьми лет для перекачки нефти осуществляют демонтаж 20 произвольно выбранных соединений «Раструб». Резиновые уплотнительные кольца в количестве 20 шт. извлекают из раструбов отрезков труб и по маркировке на нерабочей поверхности кольца определяют завод-изготовитель и год выпуска (фиг.2).

Определено, что кольца изготовлены на Саранском заводе РТИ в 1996 году методом литья под давлением

Измеряют значения d₁, d₂ и Е_сж известными методами, рассчитывают в процентах отклонение диаметров колец (Δd₁, Δd₂) от их нормативного значения (табл. 8), сравнивают полученные величины Е_сж, Δd₁, Δd₂ с допустимыми:

25%≤Е_сж≤70%; Δd₁,Δd₂≤3%.

По результатам испытаний определено, что все кольца соответствуют допустимым значениям.

Отбирают 7 шт. колец с наименьшими значениями деформации сжатия 25%≤Е_сж≤70% (отмечены ^* в табл. 8), из которых изготавливают образцы заданной геометрической формы для определения исходных показателей.

Определив исходные физико-механические показатели образцов (табл. 9) и сравнив их с заданными: f_p0, МПа,≥11,8; ε_р0, %, ≥130; 69≤Н₀, ед. Шор А, ≤84; T_xp.0, °C, ≤ минус 30, установлено, что полученные значения показателей соответствуют допустимым значениям.

Образцы помещают в нефть Талаканского месторождения, нагретую до температуры (70±2)°С, и при этой температуре выдерживают в течение (120-2) ч.

После извлечения из нефти образцы термостатируют при температуре (70±2)°ч в течение (168-2) ч, после термостатирования их охлаждают до комнатной температуры, затем определяют значения тех же физико-механических показателей известными методами (табл. 10) и сравнивают с допустимыми значениями показателей: f_pj, МПа, ≥9,4; ε_pj, %, ≥111

62,1≤H_j, ед. Шор А, ≤92,4; T_xp.j, °C, ≤ минус 24.

Таблица 8
Результаты испытаний колец Р 150 Саранского завода РТИ, отобранных с начального участка сборно-разборного нефтепродуктопровода «Талакан-Витим»№ п/пГод выпуска1996d₁, ммΔd₁,%d₂, ммΔd₂, %Е_сж, %Норма188,23,00155,03,0025-701188,80,32155,20,13552188,40,11155,90,60573188,60,21155,60,37564188,50,16156,61,05535189,80,87155,20,1351*6188,90,38155,30,1950*7190,41,17155,40,26588190,81,38154,1-0,61559192,02,02156,61,065910188,30,05156,00,6550*11191,81,91155,40,2651*12188,50,16155,90,565613188,40,11155,50,326114188,20,00157,21,445915190,51,22157,01,295716192,62,34155,40,2346*17188,60,21155,80,5248*18188,90,37156,30,8547*19188,60,21156,00,6550*20190,91,43155,80,5255

Таблица 9
Результаты определения исходных физико-механических показателей образцов из колец Р 150 Саранского завода РТИ№ п/пГод выпуска1996 f_p0, МПаε_p0, %Н₀, ед. Шор АТ_хр.0, °СЗаданная величинаНе менее 11,8Не менее 13069-84Не выше - 30114,015581-31214,915780-33314,515078-35414,915580-32514,315879-30615,015582-30715,515080-33Таблица 10
Результаты определения физико-механических показателей образцов из колец Р 150 после термостатирования Саранского завода РТИ№п/пГод выпуска1996f_pj, МПаε_pj, %H_j, ед. Шор АТ_xp.j, °СДопустимая величинаНе менее 9,4Не менее 11162,1-92,4Не выше - 24113,513088-29214,113787-273 13,985-29413,112588-27514,313887-28613,013590-28713,112988-27

Установлено (табл. 10), что физико-механические показатели всех образцов после термостатирования соответствуют допустимым требованиям. Для расчета остаточного ресурса выбирают наименьшее значение условной прочности при растяжении после термостатирования f_pj. Определяют остаточный ресурс ΔT для колец по следующей зависимости

Саранский завод РТИ:

ΔT₁₉₉₆=3(15-8)ln 13,0/9,4=7 лет.

По результатам испытаний образцов, вырезанных из резиновых уплотнительных колец Р 150, эксплуатировавшихся в составе сборно-разборного нефтепродуктопровода "Талакан-Витим", установлено, что физико-механические показатели материала колец находятся в пределах допустимых значений и могут эксплуатироваться для перекачки нефти в течение срока не более 7 лет, после чего данные кольца подлежат замене и утилизации установленным порядком.

Используя заявленный способ, авторам удалось наиболее точно определить остаточный ресурс уплотнительных колец, что обеспечило надежную работу СРН Талакан-Витим в течение 8 лет. За весь период работы СРН не было аварий и неисправностей, связанных с проливами нефти и загрязнения окружающей среды.

Таким образом, способ определения остаточного ресурса резиновых уплотнительных колец, используемых в соединениях нефтепродуктопроводов, позволяет адекватно оценить работоспособность и остаточный ресурс резиновых уплотнительных колец, в процессе эксплуатации повысить надежность, экологическую безопасность и эффективность использования СРН.

Изобретение может быть использовано для определения технического состояния для вновь выпускаемых колец (новых), для колец, находящихся на хранении, а также бывших или находящихся в эксплуатации, когда требуется определение их остаточного ресурса. Для этого методами неразрушающего контроля получены допустимые (браковочные) значения показателей

25%≤Е_сж≤70%; Δd₁, Δd₂≤3%

и математическая расчетная формула определения остаточного ресурса резиновых уплотнительных колец с учетом климатических районов и года выпуска конкретного завода.

Источники информации

1. ГОСТ 20772-81 Устройства присоединительные для технических средств заправки, перекачки, слива-налива, транспортирования и хранения нефти и нефтепродуктов. Типы, основные параметры и размеры. Общие технические требования, Москва: Издательство стандартов, 1989, с.2, 3, 11.

2. Руководство по эксплуатации полевых магистральных трубопроводов, Москва: Военное издательство, 1968, с.322.

3. ТУ 38 1051962-90 Кольца резиновые уплотнительные к полевым трубопроводам, ДФ ВНИИЭМИ, 1990, с.7-9.

4. ГОСТ 7338-90 Пластины резиновые и резинотканевые. Технические условия, Москва: Издательство стандартов, 1990, с.7-11, 15-16.

5. Патент РФ по заявке №2002123656/12 (025140) от 05.09.2002 г. Способ оценки состояния резиновых уплотнительных колец трубного соединения. Решение о выдаче патента на изобретение от 20.01.2004 г.(прототип).

6. ГОСТ 16350-80 Климат СССР. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей, Москва: Издательство стандартов, 1986, 2-3.

7. РД 50-690-89 Методические указания. Надежность в технике. Методы оценки показателей надежности по экспериментальным данным, Москва: Издательство стандартов, 1990, с.15-16.

8. ГОСТ 269-66 Резина. Общие требования к проведению физико-механических испытаний, Москва: Издательство стандартов, 1980, с.1-2.

9. ГОСТ 270-75 Резина. Метод определения упругопрочностных свойств при растяжении, Москва: Издательство стандартов, 1980, с.1-2.

10. ГОСТ 263-75 Резина. Метод определения твердости по Шору А, Москва: Издательство стандартов, 1975, с.1-2.

11. ГОСТ 7912-74 Резина. Метод определения температурного предела хрупкости, Москва: Издательство стандартов, 1974, с.1.

Изобретение относится к методам исследования прочностных свойств материалов уплотнительных колец для сборно-разборных нефтепродуктопроводов. В способе определения остаточного ресурса резиновых уплотнительных колец, используемых в соединениях нефтепродуктопроводов, осуществляют подготовку образцов заданной геометрической формы из колец, измерение исходных условий прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве, твердости по Шору А, температурного предела хрупкости, сравнение их с заданными величинами, отбраковку колец, показатели образцов которых не соответствуют заданным. Выдерживают оставшиеся образцы в нефтепродукте, термостатируют образцы после извлечения из нефтепродукта, охлаждают до комнатной температуры, определяют те же физико-механические показатели с допустимыми значениями. Перед подготовкой образцов заданной геометрической формы кольца формируют в партии одного завода-изготовителя и года выпуска, дополнительно измеряют наружный d₁ и внутренний d₂ диаметры колец каждой партии, относительную деформацию сжатия Е_сж этих колец. Рассчитывают их отклонение от нормативного и производят отбраковку партий колец по допустимым значениям Δd₁, Δd₂, и Е_сж, при этом за допустимые значения принимают Δd₁, Δd₂≤3 %; 25%≤Е_сж≤70 %. После этого из оставшихся колец с наименьшими значениями относительной деформации сжатия Е_сж готовят образцы заданной геометрической формы. Остаточный ресурс ΔТ определяют по следующей зависимости: ΔТ=k_i(Т-T_n) - лет, где k_i - коэффициент, характеризующий изменение остаточного ресурса ΔТ в зависимости от климатического района i эксплуатации резиновых уплотнительных колец, принимают i - климатические районы I₁-II₁₂, справочные данные, Т - средний срок службы резиновых уплотнительных колец, до списания по техническим условиям завода-изготовителя и/или руководству по эксплуатации, лет, Т_n - период эксплуатации резиновых уплотнительных колец с года выпуска - маркировка завода-изготовителя, до момента определения ΔT, лет, f_p∂=9,4 МПа - минимально допустимое значение условной прочности при растяжении образца, f_pj - значение условной прочности при растяжении после термостатирования образца, МПа. Способ обеспечивает получение достоверных результатов оценки остаточного ресурса в динамических условиях резиновых уплотнительных колец в соединениях нефтепродуктопровода с одновременным повышением экологической безопасности за счет снижения риска аварийного пролива нефтепродуктов. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ определения остаточного ресурса резиновых уплотнительных колец, используемых в соединениях нефтепродуктопроводов, включающий подготовку образцов заданной геометрической формы из колец, измерение исходных условий прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве, твердости по Шору А, температурного предела хрупкости, сравнение их с заданными величинами, отбраковку колец, показатели образцов которых не соответствуют заданным, выдержку оставшихся образцов в нефтепродукте при температуре (70±2)°С в течение не менее (120-2) ч, термостатирование образцов после извлечения из нефтепродукта при температуре (70±2)°С в течение не менее (72-2) ч, охлаждение до комнатной температуры, определение тех же физико-механических показателей и сравнение измеренных показателей с допустимыми значениями, равными: f_p∂,МПа≥9,4 - условная прочность при растяжении, ε_p∂,%≥111 - относительное удлинение при разрыве, 62,1≤Н_∂, ед. Шор А,≤92,4 - твердость по Шору А, Т_хр.∂, °С, ≤ минус 24 - температурный предел хрупкости, отличающийся тем, что перед подготовкой образцов заданной геометрической формы кольца формируют в партии одного завода-изготовителя и года выпуска, дополнительно измеряют наружный d₁ и внутренний d₂ диаметры колец каждой партии, относительную деформацию сжатия Е_сж этих колец, рассчитывают их отклонение от нормативного и производят отбраковку партий колец по допустимым значениям Δd₁, Δd₂, и Е_сж, при этом за допустимые значения принимают Δd₁, Δd₂≤3%; 25%≤Е_сж≤70 %, после чего из оставшихся колец с наименьшими значениями относительной деформации сжатия Е_сж готовят образцы заданной геометрической формы, а остаточный ресурс ΔТ определяют по следующей зависимости:

где k_i - коэффициент, характеризующий изменение остаточного ресурса ΔТ в зависимости от климатического района i эксплуатации резиновых уплотнительных колец принимают:

i - климатические районы I₁-II₁₂, справочные данные;

Т - средний срок службы резиновых уплотнительных колец до списания по техническим условиям завода-изготовителя и/или руководству по эксплуатации, лет;

Т_n - период эксплуатации резиновых уплотнительных колец с года выпуска - маркировка завода-изготовителя, до момента определения ΔТ, лет;

f_p∂=9,4 МПа - минимально допустимое значение условной прочности при растяжении образца;

f_pj - значение условной прочности при растяжении после термостатирования образца, МПа.