СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСА МЕТАЛЛА ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2014 года по МПК G01N3/00 

Изобретение относится к методикам оценки остаточного ресурса металла труб эксплуатируемого магистрального трубопровода.

Известен способ определения остаточного ресурса металла труб, включающий вырезку образцов, проведение механических испытаний, по результатам которых определяют ресурс металла (Патент РФ №2226681, опубл. 10.04.2004 г.). Недостатками способа являются необходимость разрушения металла и, соответственно, невозможность определения ресурса на действующем трубопроводе.

Известен способ определения остаточного ресурса конструкции, включающий измерение магнито-шумового сигнала металла конструкции, определение значения ударной вязкости по ранее полученной на образцах, подвергнутых различной степени деформационному старению, зависимости и определение остаточного ресурса по отношению полученного значения ударной вязкости к нормативному значению или к значению ударной вязкости, соответствующей хрупкому разрушению материала (Патент РФ 2108560, опубл. 10.04.1998 г.).

Недостатками способа являются следующие:

1. Низкая достоверность способа, вследствие того, что, как правило, коэффициент корреляции между ударной вязкостью и остаточным ресурсом металла не превышает 0,5.

2. Предлагаемое искусственное снижение ресурса металла за счет деформационного старения не позволяет полностью имитировать процессы, происходящие в нагруженной конструкции. Деформационное старение предполагает пластическую деформацию, при этом происходит снижение пластических свойств металла и увеличение прочностных. Однако, например, характеристики металла аварийно-разрушившихся труб магистральных газопроводов, как правило, соответствуют нормативным значениям по механическим свойствам.

3. На полученные значения магнито-шумового сигнала влияют дополнительные факторы: внешние магнитные поля, собственное напряженное состояние металла конструкции и другие, что снижает достоверность способа.

Известен способ определения остаточного ресурса трубопроводов, взятый нами в качестве прототипа, включающий дефектоскопию металла труб, измерение твердости поверхности, оценку металлографических структур, вырезку образцов металла, исследование механических свойств, включая испытания на усталость, химического состава, микроструктуры металла на образцах и последующую оценку ресурса металла с учетом коррозионного или эрозионного износа (см. Методика оценки остаточного ресурса технологических трубопроводов АООТ «ВНИКТИнефтехимоборудование», утв. зам. руководителя департамента нефтепереработки Минтопэнерго Г.А. Ведякиным 17.07.1996 г.).

К недостаткам относят:

1. Сложность реализации способа.

2. Необходимость вырезки образцов металла из обследуемого трубопровода.

3. Необоснованность прогнозирования ресурса по скорости коррозионного или эрозионного износа стенок труб.

Технической задачей является повышение достоверности и упрощение реализации способа.

Поставленная задача решается тем, что в способе оценки ресурса металла трубопроводов, включающем установление текущего срока эксплуатации трубопроводов Т_экс, вырезку образцов для проведения циклических испытаний, испытание образцов на усталость, измерения твердости поверхности металла производят из материала, не бывшего в эксплуатации, аналогичного материалу обследуемого трубопровода, измерение твердости выполняют не менее 100 раз на каждом из образцов, рассчитывают дисперсию показаний твердости, определяют остаточный ресурс металла трубопровода Т_ост из соотношения:

,

где , , - дисперсия твердости, измеренной на исследуемом трубопроводе, на разрушившемся образце после циклических испытаний и на неповрежденном образце, не бывшем в эксплуатации, соответственно, при этом твердость измеряют ультразвуковым измерителем твердости при усилии вдавливания индентора 5-15 Н, образец для испытаний вырезают из труб в кольцевом (окружном) направлении, а испытания на усталость выполняют, нагружая образцы симметричным изгибом.

В качестве пояснения приводим следующее.

В процессе эксплуатации работоспособность металла трубопроводов снижается под воздействием эксплуатационных факторов. Работоспособность металла трубопровода характеризуется определенной гетерогенностью механических свойств фаз металла, которая может быть определена в результате многократного измерения твердости и последующего расчета дисперсии твердости. На образцах металла труб, не бывших в эксплуатации, дисперсия имеет минимальные значения. С накоплением поврежденности (снижением работоспособности) дисперсия линейно увеличивается и достигает граничного значения на критически поврежденных образцах.

Зная дисперсию твердости на неповрежденном образце, разрушившемся образце, дисперсию твердости на исследуемом объекте (трубе) с учетом времени эксплуатации трубы, определяют ресурс металла трубопровода на момент проведения обследования.

Способ реализуется следующим образом.

Из металла труб, аналогичного по металлу исследуемого трубопровода, которые не были в эксплуатации, в окружном (кольцевом) направлении вырезают образцы металла для испытания на усталость.

На неповрежденном образце до проведения испытания многократно измеряют твердость. Рассчитывают дисперсию твердости неповрежденного образца .

Испытывают образец на усталость. Доводят образец до разрушения. Многократно измеряют твердость на разрушившемся образце. Рассчитывают дисперсию твердости разрушившегося образца .

Многократно измеряют твердость на исследуемом трубопроводе с текущим сроком эксплуатации Т_экс. Рассчитывают дисперсию твердости, измеренной на исследуемом трубопроводе .

Рассчитывают дисперсию показаний твердости, определяют остаточный ресурс металла трубопровода Т_ост из соотношения:

.

Пример.

При проведении капитального ремонта магистрального подземного газопровода, необходимо определить ресурс металла труб для принятия решения о необходимости замены труб.

Трубы выполнены из стали марки 17Г1С-У. Текущий срок эксплуатации газопровода к моменту обследования составлял Т_экс=38 лет.

Из трубы аварийного запаса, которая не была в эксплуатации, в окружном направлении вырезают образцы размерами 50×4×4 мм. При изготовлении образцов не допускают их перегревания свыше температуры 100 град. Цельсия.

Ультразвуковым измерителем твердости МЕТ-1У с использованием датчика с усилием вдавливания индентора 14,7Н измеряют твердость поверхности неповрежденного образца в количестве 100 раз, при этом датчик перемещают относительно образца после каждого измерения на 1-2 мм. Переносят данные измерения твердости в ПЭВМ.

На машине для испытания на усталость путем нагружения изгибающей нагрузкой с симметричным циклом, испытывают образец, доводя его до разрушения. Деформации при изгибе образца подбирают таким образом, чтобы образец разрушался при количестве циклов, равном 1·10⁴-3·10⁴.

На разрушенных фрагментах образца прибором МЕТ-1У измеряют твердость поверхности разрушившегося образца в количестве 100 раз, при этом датчик перемещают относительно образца после каждого измерения на 1-2 мм. Переносят данные измерения твердости в ПЭВМ.

На обследуемом трубопроводе удаляют фрагмент изоляционного покрытия с хорошей адгезией к металлу трубы размером 100×100 мм. Зачищают поверхность металла до достижения шероховатости не хуже Rz50. Прибором МЕТ-1У измеряют твердость поверхности трубы в количестве 100 раз, при этом датчик перемещают относительно образца после каждого измерения на 2-5 мм. Переносят данные измерения твердости в ПЭВМ.

На ПЭВМ при помощи программы Microsoft Excel рассчитывают дисперсии твердости измеренной на неповрежденном образце, не бывшем в эксплуатации: , на разрушившемся образце после циклических испытаний: и исследуемом трубопроводе: .

Рассчитывают остаточный ресурс металла трубопровода Т_ост:

.

Изобретение относится к методикам оценки остаточного ресурса металла труб эксплуатируемого магистрального трубопровода. Сущность: осуществляют установление текущего срока эксплуатации трубопроводов, вырезку образцов для проведения циклических испытаний, испытаний образцов на усталость, измерение твердости поверхности металла. Образцы для испытаний вырезают из материала, не бывшего в эксплуатации, аналогичного материалу обследуемого трубопровода. Измерение твердости выполняют не менее 100 раз на каждом из образцов. Рассчитывают дисперсию показаний твердости и определяют остаточный ресурс металла трубопровода из соотношения. Технический результат: повышение достоверности и упрощение реализации способа. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ оценки ресурса металла трубопроводов, включающий установление текущего срока эксплуатации трубопроводов Т_экс, вырезку образцов для проведения циклических испытаний, испытаний образцов на усталость, измерение твердости поверхности металла, отличающийся тем, что образцы для испытаний вырезают из материала, не бывшего в эксплуатации, аналогичного материалу обследуемого трубопровода, измерение твердости выполняют не менее 100 раз на каждом из образцов, рассчитывают дисперсию показаний твердости, определяют остаточный ресурс металла трубопровода Т_ост из соотношения:
,
где , , - дисперсия твердости, измеренная на обследуемом трубопроводе, на разрушившемся образце после циклических испытаний и на неповрежденном образце, не бывшем в эксплуатации, соответственно.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердость измеряют ультразвуковым измерителем твердости при усилии вдавливания индентора 5-15 Н.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что образец для испытаний вырезают из трубы в кольцевом (окружном) направлении.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что испытания на усталость выполняют, нагружая образец симметричным изгибом.