×
29.05.2018
218.016.544e

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТРУБОПРОВОДА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к диагностике трубопроводов для оценки их остаточного ресурса. Способ определения остаточного ресурса трубопровода может быть применен для определения остаточного ресурса трубопровода в напорных трубопроводах круглого сечения. Исходными данными для определения остаточного ресурса являются относительные деформации, получаемые с экстензометров, и величины давления внутри трубопровода, получаемые с датчиков давления. Способ определения остаточного ресурса трубопровода заключается в том, что в трубопроводе выявляют зону с потенциально пониженным ресурсом, в этой зоне определяют место, устанавливаются экстензометры и датчик давления, на основе показаний которых непрерывно производится расчет остаточного ресурса.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к диагностике трубопроводов и может быть использовано при оценке остаточного ресурса трубопроводов в процессе эксплуатации.

Известен способ определения остаточного ресурса металла труб магистрального трубопровода, предназначенных для повторного использования (патент РФ №2226681, кл. G01N 3/00, от 19.08.2002 г.). Такой способ включает в себя контроль неразрушающими методами, изготовление образцов, проведение механических испытаний и определение остаточного ресурса. При этом трубы распределяют в партию одной марки стали, одного диаметра и толщины стенки, отбирают от партии трубы с максимальными диаметрами, выбирают из них неразрушающими методами контроля трубу с максимальными средними значениями твердости и коэрцитивной силы для изготовления образцов и проведения механических испытаний двух равных групп образцов, одну из которых предварительно подвергают термообработке, а остаточный ресурс достижения нормативных значений механических свойств металла труб определяют расчетным путем.

Основным недостатком данного способа является косвенный характер определения остаточного ресурса и связанные с ним значительные погрешности.

Известен способ определения остаточного ресурса трубопроводов (патент РФ №2413195, кл. G01N 3/00, от 20.07.2009 г.), относящийся к обеспечению безопасной эксплуатации трубопроводов длительной эксплуатации в нефтяной и газовой промышленности. Из контролируемого участка вырезают образцы, свидетельствующие о ресурсе трубопровода. Образцы вырезают из наименее подверженных износу участков трубопровода, причем половину образцов подвергают отжигу, а вторую половину оставляют в исходном состоянии. Обе части образцов - исходный (отожженный) и неотожженный - подвергают испытаниям (статическим и усталостным) и проводят сравнительный анализ, а по результатам испытаний определяют по формуле остаточный ресурс.

Недостатками данного способа является большая трудоемкость и разрушающий метод определения остаточного ресурса трубопроводов.

Известен способ диагностики технического состояния магистрального трубопровода (патент РФ №2423644, кл. F17D 5/06, от 23.09.2009 г.). Способ относится к трубопроводному транспорту и может быть использован для прогнозирования появления опасного состояния магистрального трубопровода, например при переходах магистрального трубопровода через дороги или в местах пересечений нескольких трубопроводов. Способ диагностики технического состояния магистрального трубопровода заключается в контроле с помощью датчика линейных деформаций величины напряженно-деформированного состояния трубопровода, а с помощью датчика акустической эмиссии - уровня акустической эмиссии от развивающихся дефектов трубопровода. Величину напряженно-деформированного состояния трубопровода и уровень акустической эмиссии от развивающихся дефектов трубопровода измеряют одновременно с последующим определением величины коэффициента корреляции между измеренными величинами и при превышении коэффициентом корреляции заданного порогового значения диагностируют угрозу опасного состояния магистрального трубопровода.

Недостатком данного способа является низкая точность прогнозирования остаточного ресурса магистрального трубопровода.

Цель изобретения - снижение трудоемкости и повышение точности определения времени до разрушения трубопровода.

Цель достигают тем, что в трубопроводе выявляют зону с потенциально пониженным ресурсом, в этой зоне определяют место установки датчика давления и четырех розеток экстензометров, на основе показаний которых непрерывно производится расчет остаточного ресурса сечения трубопровода.

Исходными данными для определения остаточного ресурса являются относительные деформации, получаемые с экстензометров, и величины давления внутри трубопровода, получаемые с датчика давления.

Расчет остаточного ресурса трубопровода производится следующим образом.

Для каждой из четырех розеток экстензометров, установленных в исследуемом сечении, решается система уравнений:

где ε0 - относительная деформация, измеренная экстензометром, направленным вдоль оси трубы;

ε90 - относительная деформация, измеренная экстензометром, направленным по касательной к диаметру трубы;

ε45 - относительная деформация, измеренная экстензометром в направлении 45° к оси трубы;

εt - относительная деформация трубы в окружном направлении;

εz - относительная деформация трубы в осевом направлении;

εr - относительная деформация трубы в радиальном направлении;

γ - относительная деформация кручения трубы.

В данной системе известными являются величины ε0, ε90 и ε45, которые измеряются экстензометрами. Решив данную систему, вычисляются величины относительных деформаций εz, εt и γ на наружной поверхности трубы (при радиусе R) для четырех точек данной поверхности. Таким образом, в результате рассчитываются 12 величин относительных деформаций, а именно εz1,2,3,4, εt1,2,3,4 и γ1,2,3,4, где индексы 1-4 обозначают номер точки, в которой получено значение деформации. Причем введем обозначения таким образом, что точки 1 и 3 противоположны друг другу, соответственно точки 2 и 4 также противоположны друг другу.

Далее находится распределение деформаций по наружной и внутренней поверхностям трубы из следующих уравнений:

где μ - коэффициент Пуассона;

Е - модуль Юнга, МПа;

р - избыточное давление в трубе, МПа;

r - внутренний радиус трубы, мм;

R - наружный радиус трубы, мм;

ϕ - угловая координата, рад;

εэ(R,ϕ) - эквивалентная относительная деформация для наружной поверхности трубы;

εэ(r,ϕ) - эквивалентная относительная деформация для внутренней поверхности трубы.

За положительное направление угловой координаты принято направление от точки 2 к точке 1 по кратчайшему пути. При этом ϕ=0 в точке 2.

Затем вычисляется эквивалентная относительная деформация для наружной и внутренней поверхностей трубы:

Для вычисления по приведенным выше функциям (12) и (13) необходимо определить n точек наружной и внутренней поверхности сечения исследуемого трубопровода. Для каждой из этих точек по результатам предыдущих циклов расчета находятся локальные максимумы и минимумы эквивалентной относительной деформации εmax,j и εmin,j, где j=1…n. Затем вычисляются характеристики локального цикла нагружения в каждой из точек:

где εmax - локальный максимум по времени эквивалентной относительной деформации;

εmin - локальный минимум по времени эквивалентной относительной деформации.

Затем находится эквивалентная относительная деформация цикла εэц для каждой точки:

где σ-1 - предел выносливости при симметричном цикле, МПа;

σ0 - предел выносливости при пульсирующем цикле, МПа.

Число циклов Nэц для каждой точки внутренней и наружной поверхности, которое может выдержать участок трубопровода при данном типе нагружения, определяется из уравнения Морроу-Мэнсона:

Здесь:

- εƒ - усталостная вязкость (значение амплитуды пластической деформации, при котором разрушение (отказ) произойдет в ходе одного полуцикла нагружения при условии отсутствия упругих деформаций)

-ψ - относительное сужение материала при разрыве;

- σƒ - усталостная прочность (значение амплитуды напряжений, при котором разрушение (отказ) произойдет в ходе одного полуцикла нагружения при условии отсутствия пластических деформаций)

- b - экспонента усталостной прочности (экспонента Басквина)

- с - экспонента усталостной вязкости

Далее вычисляем накопленные повреждения в каждой точке:

где - величина накопленных повреждений, определяемая в ходе текущего цикла расчета;

- величина накопленных повреждений, определенная в ходе предыдущего цикла расчета.

Из вычисленных величин накопленных повреждений для каждой из отдельных точек внутренней и наружной поверхностей трубопровода в данном сечении находится максимум:

Величина израсходованного ресурса в часах для исследуемого трубопровода в данном сечении определяется согласно выражению:

где Tслужбы.норм - нормативный срок службы трубопровода, ч.

Величина остаточного ресурса определяется согласно выражению:

Пример осуществления изобретения.

Дан участок трубопровода длиной 4,5 м круглого сечения, диаметром Ду=100 мм (R=57 мм, r=50 мм). Характеристики материала трубы (сталь 20):

Е=212000 МПа;

μ=0,33;

σ-1=193 МПа;

σ0=320 МПа;

ψ=0,5;

σв=412МПа.

В среднем сечении трубопровода установлены четыре розетки экстензометров и один датчик давления. В начальный момент времени все относительные деформации равны нулю.

В среднем участке исследуемого трубопровода приложена нагрузка, изменяющаяся циклически от 0 до 9450 Н, которая создает изгибное усилие, что соответствует прогибу трубопровода в средней части на 0-25 мм соответственно. При этом рассматривается 2⋅108 циклов нагружения трубопровода.

При этом величины относительной деформации, зарегистрированные розеткой экстензометров при максимальном прогибе, соответствуют:

Величина давления в трубопроводе равнялась 0,5 МПа.

Для розеток №1 и №2 после подстановки величин ε0, ε45 и ε90 из (1)-(3) получаем:

и ее решение:

εz=7,0⋅10-4;

εt=-3,5⋅10-6;

γ=-6,23⋅10-7.

Для розеток №3 и №4 система уравнений будет выглядеть следующим образом:

и ее решение:

εz=-7,0⋅10-4;

εt=3,5⋅10-6;

γ=3,77⋅10-7.

В результате решения приведенных выше систем уравнений получена совокупность относительных деформаций εz, εt и γ из 12 величин:

Подстановкой этих значений в (4)-(11) получаем следующую систему уравнений:

.

Далее находятся эквивалентные относительные деформации для наружной и внутренней поверхностей трубы согласно (12)-(13):

;

На наружной и внутренней поверхности сечения исследуемого трубопровода выбираем 8 точек (n=8), отстоящие друг от друга на 45 градусов (или π/4). Поскольку рассматривается первый цикл расчета, то для всех точек εmin,j=0, a εmax,j равняется значению функции εэ(R, ϕ) для наружной поверхности и εэ(r, ϕ) для внутренней поверхности. Эти значения равны:

Таким образом, при подстановке этих значений в (14)-(15), получаем следующие результаты:

Для уравнения Морроу-Мэнсона коэффициенты согласно (18)-(21) равны:

Количество циклов Nэц для каждой рассматриваемой точки трубопровода, рассчитанное по (17), составляет:

Накопленные повреждения, согласно (22), в каждой точке составляют:

Как видно из этих данных, максимальная величина накопленных повреждений наблюдается в точке №6 и составляет для одного полуцикла нагружения:

.

Величина израсходованного ресурса в часах по (24), учитывая, что нормативный срок службы составляет 25 лет (ГОСТ 27751-2014), то есть 25⋅8760=219 000 ч, а количество полуциклов нагружения Nцп равно 4⋅108:

Величина остаточного ресурса Тост согласно (25) составляет:

219000 ч - 152950 ч = 66050 ч или 7,5 года.

Таким образом, предложенный способ позволяет полнее использовать ресурс трубопровода без риска его отказа.


СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТРУБОПРОВОДА
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТРУБОПРОВОДА
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТРУБОПРОВОДА
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТРУБОПРОВОДА
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТРУБОПРОВОДА
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТРУБОПРОВОДА
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТРУБОПРОВОДА
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТРУБОПРОВОДА
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТРУБОПРОВОДА
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТРУБОПРОВОДА
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТРУБОПРОВОДА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 16.
20.02.2013
№216.012.27d1

Устройство для измерения температуры поверхности, находящейся под электрическим напряжением

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании и применении устройств и систем для измерения температуры поверхностей, находящихся под напряжением. Заявленное устройство содержит магнитосвязанные контура. Первый контур, расположенный вблизи поверхности температуру...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475713
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.04.2013
№216.012.3b6f

Способ контроля сопротивления изоляции разветвленных сетей постоянного тока и устройство для его осуществления

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для автоматического измерения сопротивлений изоляции в сетях постоянного тока, находящихся под напряжением. Сущность изобретения состоит в том, что производится измерение среднего значения тока утечки через сопротивление изоляции на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480776
Дата охранного документа: 27.04.2013
27.07.2013
№216.012.5a78

Устройство для определения массового расхода текучих сред

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения массового расхода жидких сред в напорных трубопроводах. Решает задачу непрерывного определения массового расхода текущей среды в широком диапазоне плотностей и скоростей. Устройство для определения массового расхода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488781
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.08.2013
№216.012.6343

Несъемный комбинированный зубной протез с полиуретановым каркасом и способ его изготовления

Группа изобретений относится к области медицины, а именно к ортопедической стоматологии. Предложен несъемный комбинированный зубной протез, содержащий полиуретановый каркас с нанесенным на него облицовочным покрытием, при этом каркас выполняют из полиуретановой композиции, содержащей изоцианат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491048
Дата охранного документа: 27.08.2013
20.08.2014
№216.012.e934

Кювета зуботехническая

Кювета зуботехническая относится к ортопедической стоматологии и может быть использована для изготовления съемных зубных протезов. Кювета зуботехническая содержит разборный корпус, выполненный в виде симметрично расположенных относительно друг друга и сжатых между собой посредством резьбового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525508
Дата охранного документа: 20.08.2014
25.08.2017
№217.015.97e7

Способ контроля сопротивления изоляции разветвленных сетей постоянного тока

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании устройств контроля изоляции сетей постоянного оперативного тока. В сети постоянного тока периодически осуществляют тестовое воздействие путем подключения к полюсам высокоточного резистора, при этом измеряют величины...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002609277
Дата охранного документа: 01.02.2017
13.02.2018
№218.016.2079

Способ изготовления фотодетектора с ограниченным диапазоном спектральной чувствительности на основе массива наностержней оксида цинка

Изобретение относится к оптоэлектронным приборам, в частности к нанотехнологиям солнечно-слепых фотодетекторов ближнего ультрафиолетового излучения (БУФИ) на основе 1D наноструктурированного оксида цинка. Изобретение обеспечивает повышение спектральной чувствительности солнечно-слепого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641504
Дата охранного документа: 17.01.2018
29.05.2018
№218.016.535e

Комплекс мониторинга систем постоянного оперативного тока

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей комплекса. Комплекс мониторинга систем постоянного оперативного тока представляет собой совокупность функциональных блоков, в состав комплекса входят: блок индикации для обработки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653699
Дата охранного документа: 14.05.2018
11.06.2018
№218.016.613e

Способ получения пленок теллурида кадмия магнетронным распылением на постоянном токе

Изобретение относится к способу получения тонких пленок теллурида кадмия. Способ включает предварительный подогрев поверхности распыляемой мишени из теллурида кадмия до заданной температуры и ее магнетронное распыление на постоянном токе. Поверхность мишени предварительно нагревают до...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657275
Дата охранного документа: 09.06.2018
20.12.2018
№218.016.a9b8

Способ изготовления базовых слоев гибких фотоэлектрических преобразователей на основе cdte в квазизамкнутом объеме

Изобретение относится к технологиям формирования базовых слоев тонкопленочных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) на основе CdTe. Способ изготовления в квазизамкнутом объеме базовых слоев гибких фотоэлектрических преобразователей на основе CdTe, в котором расстояние от зоны испарения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002675403
Дата охранного документа: 19.12.2018
+ добавить свой РИД