Дефекты коррозионного происхождения

Утонение стенки трубы на значительной площади обычно вызывается сплошной (равномерной или неравномерной) коррозией трубопровода. Критерием именно такого повреждения является то, что максимальные напряжения в ослабленной зоне не зависят от поверхностных размеров дефекта, а определяются только в зависимости от минимальной толщины стенки в зоне утонения. В дефектах типа утонений практически отсутствуют пиковые концентрации напряжений.

Локальное повреждение стенки трубы - это дефект стенки с характерными размерами, сопоставимыми с ее толщиной (но не более 5 толщин). К этим повреждениям относится питтинговая коррозия, каверны различного происхождения, забоины.

 

 

Дефекты механического характера

Линейно-протяженные дефекты - относительно длинные поверхностные повреждения стенок труб, у которых один размер - длина во много раз превышает два других - ширину и глубину. К линейно-протяженным дефектам относят: - царапины;- задиры; -трещины.

Царапины - дефект, поперечное сечение которого имеет треугольную или трапециевидную форму малой ширины.

Задир - отличается от царапины несколько большей шириной и зазубренными краями.

Происхождение этих дефектов имеет механический характер. Прочность газопровода с подобными дефектами определяется степенью концентраций напряжений в сечении дефекта. Дополнительно характеризуются углом между направлением дефекта и образующей трубопровода. Чем этот угол меньше, тем опаснее дефект.

 

Усталостные и коррозионные трещины

Трещины, развивающиеся на поверхности или в объеме стенки трубы, под воздействием различных нагрузок и коррозионной среды. Они могут иметь различную ориентацию и характеризуются углом между направлением дефекта и образующей трубопровода. Чем этот угол меньше, тем опаснее дефект.

Дефекты сварных соединений

Это дефекты технологического происхождения в самом сварном шве или в околошовной зоне, типы и параметры которых установлены нормативными документами [СНиП III-42-80, ВСН 012-88, СП 34-101-98].

К дефектам сварных швов относят:

Трещина, непровар, несплавление – дефекты в виде несплошности металла по сварным швам (поперечному, продольному или спиральному). Классифицируются как «несплошности плоскостного типа».

Поры, шлаковые включения, наружные дефекты (утяжина, подрез, превышение проплава) классифицируются как «аномалии» швов (поперечных, продольных или спиральных).

Смещение кромок - дефект сборки в виде несовпадения срединного стенок стыкуемых труб (для кольцевого шва) или стыкуемых листов (для спиральных и продольных швов), классифицируется как «смещение» поперечного/продольного спирального сварного шва

Комбинированные дефекты

К четвертому классу относят дефекты, представляющие собой комбинации из приведенных ранее дефектов. К таким дефектам относятся: дефект геометрии в сочетании с риской, потерей металла, расслоение с трещиной; дефект геометрии, примыкающий или находящийся на сварном шве; аномалии сварных швов в сочетании со смещениями; расслоение, примыкающее к дефектному сварному шву.

Недопустимые конструктивные элементы

К дефектам МГ относятся недопустимые конструктивные эле менты, соединительные детали, не соответствующие требованиям СНиП2.05.06-85*: тройники; плоские и другие заглушки и днища; сварные секторные отводы; переходники; патрубки с арматурой, не соответствующие действующим нормам и заплаты вварные и накладные всех видов и размеров; накладные элементы из труб («корыта»), приваренные на трубы; конструктивные элементы, не регламентированные имеющимися РД или нормативными документами.

2.12.10 Дефекты изоляционных покрытий

Дефекты изоляционных покрытий определяются по внешнему виду и сплошности; толщине; адгезии покрытия к стали; диэлектрической сплошности (испытанием на электрический пробой); переходным сопротивлением покрытия; сопротивлением пенетрации (вдавливанию); стойкостью к растрескиванию; прочностью при ударе, прочностью при растяжении; грибостойкостью; относительным удлинением при разрыве, стойкостью к термическому окислению; стойкостью к термоциклированию.

 

КЛАССИФИКАЦИЯ ОТКАЗОВ И ПРЕДЕЛЬНЫХ

СОСТОЯНИЙ

Классификация состояний трубопровода построена на основе рекомендаций, представленных в терминологическом стандарте. В соответствии с ними различают понятия исправного и работоспособного состояния объекта:

Исправным называется состояние, при котором объект полностью соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Неисправным называется состояние, при котором объект не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Работоспособным называется состояние, при котором значения всех параметров, характеризующих способность объекта выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Неработоспособное состояние - состояние объекта, при котором значение хотя бы одного из параметров, характеризующих способность объекта выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Для сложных объектов, в частности для трубопроводов, допускается более глубокая классификация неработоспособных состояний с выделением частично работоспособных состояний, при которых объект способен частично выполнять требуемые функции.

Из приведенных ранее определений следует, что понятие исправного состояния шире понятия работоспособного состояния и включает его в качестве подмножества. В отличие от исправного объекта, который всегда находится в работоспособном состоянии, неисправный объект может находиться как в работоспособном, так и в неработоспособном состоянии.

Повреждением называется событие, состоящее в нарушении исправного состояния при сохранении работоспособного состояния объекта.

Отказом называется событие, состоящее в нарушении работоспособного состояния объекта.

Признак или совокупность признаков нарушения исправного состояния при сохранении работоспособного состояния объекта называется критерием повреждения.

Признак или совокупность признаков нарушения работоспособного состояния объекта называется критерием отказа.

Основное требование к трубопроводам как к транспортным системам повышенной ответственности, с точки зрения обеспечения безопасности, заключается в сохранении герметичности и конструкционной целостности в течение всего срока службы. Поэтому любое событие, связанное с нарушением герметичности конструкции трубопровода, должно быть классифицировано как отказ.

Классификация отказов по степени критичности должна быть построена на анализе последствий предполагаемого отказа. Отказы ЛЧМГ, последствия которых могут создать угрозу жизни и здоровью людей либо привести к опасным для человека изменениям в окружающей среде, классифицируются как критические и (или) катастрофические отказы.

Содержание критериев для деления отказов по степени критичности зависит от целого ряда факторов. В их число могут входить параметры, характеризующие размещение различных объектов вдоль трассы, плотность населения, попадающего в предполагаемую зону поражения, конкретные особенности конструктивной схемы трубопровода, учитывающие возможности по диагностированию аварийной ситуации и локализации ее развития, параметры, характеризующие территории, по которым проложена трасса трубопровода, с точки зрения вида и уровня возможного ущерба для окружающей среды.

В зависимости от типа территорий, по которым проложен трубопровод, отказ, вызванный локальной негерметичностью конструкции типа свища, в условиях малообитаемых пустынных территорий может быть классифицирован как некритический.

Напротив, аналогичный отказ на трубопроводе, проходящем через густонаселенные территории и при условиях, допускающих скопления газа до взрывоопасных концентраций, должен быть классифицирован как критический или даже катастрофический отказ.

Состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна либо восстановление его работоспособности невозможно или нецелесообразно, называется предельным для данного объекта.

Для сложных объектов может быть введено несколько типов предельных состояний. Для каждого типа предельного состояния должен быть установлен признак или совокупность признаков, называемых критерием предельного состояния.

Для потенциально опасных сооружений и конструкций, к которым принадлежат газопроводы, к категории предельных могут быть отнесены состояния, реализация которых не приводит к необходимости безоговорочного прекращения функционирования по назначению и снятию объекта с эксплуатации.

Для таких состояний характерно сохранение работоспособности конструкции, а, следовательно, отсутствие признаков отказа в рамках регламентируемой /3/ терминологии. Выделение данной группы состояний связано с тем, что дальнейшая эксплуатация объекта сопряжена с существенным повышением риска возникновения критических и (или) катастрофических отказов.

К таким состояниям могут быть отнесены предельные состояния, сформулированные в традиционном для строительной механики и механики разрушения смысле. На практике в большинстве нормативных документов, регламентирующих систему прочностных, деформационных и связанных с ними расчетов, понятие предельного состояния используется в основном в смысле близком тому, что представлено в данном разделе.

На основе анализа условий работы трубопроводов и выделении базовых обобщающих признаков предельных состояний можно ввести следующие группы критериев предельных состояний:

- избыточные пластические деформации;

- местная потеря устойчивости;

- общая потеря устойчивости;

- усталостное разрушение (малоцикловое и многоцикловое);

- хрупкое разрушение;

- вязкое разрушение;

- коррозионное растрескивание.

События, связанные с реализацией избыточных пластических деформаций (или превышением заданного уровня напряжений), местной и общей потерей устойчивости следует трактовать как повреждения.

К этой же группе должны быть отнесены события, связанные с реализацией усталостных явлений, развитием хрупких и вязких разрушений и коррозионного растрескивания, если они не привели к нарушению герметичности конструкции, а рассматриваются в процессе развития. В противном случае эти события должны быть признаны отказами.

Классификация предельных состояний должна быть проведена отдельно по типам конструктивных элементов:

- основной металл,

- продольные (заводские) сварные стыковые соединения,

- отводы,

- тройниковые соединения,

- переходники (и др. элементы по выбору проектировщика).

Форма представления критериев предельных состояний определяется типом связанной с данным критерием прочностной, динамической или статической задачи, выбранной для реализации механико-математической модели конструкции, действующих на трубопровод нагрузок и воздействий.

Ниже рассмотрены формализации некоторых основных критериев предельных состояний (символы , расположенные слева от записи, представляют собой формальное имя критерия, в дальнейшем используемое для ссылок на данный критерий):

Критерий допускаемых напряжений:

где - эффективное напряжение в стенке трубы, вычисленное по заданному критерию прочности;

- максимальное допускаемое напряжение, заданное в форме, согласованной с выбранным критерием прочности;

Критерий больших пластических деформаций:

где - эффективная деформация в стенке трубы;

- допускаемое предельное значение деформации;

Усталостный критерий для бездефектного материала:

где - число циклов или блоков квазициклического нагружения,

- предельное число циклов по испытаниям материала на усталость;

Усталостный критерий для дефектного материала:

где - число циклов или блоков квазициклического нагружения с учетом дефекта структуры -го типа,

- предельное число циклов по испытаниям материала с дефектом -го типа на усталость;

- вектор характеристических управляющих параметров дефекта -го типа;

Критерий трещиностойкости для трещиноподобных дефектов и трещин (герметичность):

где - число циклов или блоков квазициклического нагружения до сквозного прорастания дефекта -го типа, - допустимое число циклов; - вектор характеристических управляющих параметров трещины или трещиноподобного дефекта -го типа. Допускается альтернативная формулировка критерия вида:

где - глубина трещины, - толщина стенки трубы;

Критерий трещиностойкости для трещиноподобных дефектов и трещин (устойчивость):

где - максимальный коэффициент интенсивности напряжений на фронте трещины нормального отрыва, - критический КИН для трещин нормального отрыва в данном материале. Можно сформулировать более общий критерий для трещины других или совместных мод.

Перечень критериев является открытым для расширения при учете новых типов предельных состояний.

Практическая реализация критериев предельных состояний основана на разработке и применении соответствующих расчетных моделей. Общие требования к выбору и построению расчетных схем и оценки параметров напряженно-деформированного состояния будут рассмотрены ниже.

Если критический отказ ЛЧМГ является зависимым отказом, то необходимо в расчетной методике рассмотреть дерево (деревья) отказов с учетом критериев предельных состояний промежуточных отказов.

 

 

Рисунок 1 - Техническое обследование участка газопровода

 

Рисунок 2 - Основные (примерные) принципы диагностики магистральных газопроводов