Измерения напряженного состояния металла труб с применением тензометрии

Напряженно-деформированное состояние (НДС) трубопровода является одним из важных параметров для оценки несущей способности труб линейной части трубопроводов.

К натурным измерениям параметров НДС участков МТ в силу целого ряда причин, предъявляются специфические требования, которым должны удовлетворять применяемые методы и средства для длительного натурного контроля. Это связано с отсутствием специальной измерительной аппаратуры, способной работать в сложных условиях, и надлежащего методического обеспечения. Измерения выполняются в сложных условиях - высоком давлении продукта и влажности, иногда при полном обводнении контролируемых сечений, широком перепаде температур и т. п. Следует учитывать взрывопожароопасность транспортируемого продукта.

Измерения носят дискретный характер, так как контролируются только те сечения, в которых установлены датчики. Немаловажное значение имеет масштабный фактор трубопроводных систем и, как следствие, значительный объем работ по подготовке мест измерения

В отличие от лабораторного применения натурная тензометрия требует: 100%-ой своевременной и качественной гидроизоляции тензорезисторов; использования самокомпенсированных тензорезисторов; применения схемы подключения тензорезисторов, обеспечивающей полную электрическую и гидроизоляционную развязку; не обычного - пооперационного, а модульного принципа монтажа схемы тензоизмерений; периодической проверки сопротивления изоляции тензорезисторов, установленных на трубопровод, и др.

Для того, чтобы обеспечить достоверное измерение деформаций в диапазоне температур от +50 до -50° С, применяемые тензорезисторы не должны изменять своих параметров в зависимости от колебаний температуры окружающей среды, т.е. должны быть самотермокомпенсированы.

Метод тензометрирования позволяет определить не абсолютные, а лишь относительные напряжения в действующем трубопроводе, т.к. тензодатчики монтируются в действующем трубопроводе, кроме того, в трубопроводе сохраняются напряжения, вызванные действием температурного перепада и сварочно-монтажных нагрузок строительного периода.

Таким образом, даже применение хорошей аппаратуры не дает возможности оценить методом натурной тензометрии действительное напряженное состояние стали трубопровода, хотя бы в локальном сечении, не говоря уже об участке значительной протяженности.

Основной причиной этого является то, что первичный датчик прикрепляется к уже напряженному металлу трубы, то есть отсутствует нулевое показание. Второй особенностью таких измерений является множество причин, которые влияют на нестабильность показания характеристик тензодатчиков, изменяющихся со временем, что практически исключает возможность их использования в течение нескольких лет.

Для получения нулевых показаний на незагруженном участке трубы предлагается использовать катушки труб (представители) с заранее смонтированными на них датчиками, защищенными от механических повреждений, ввариваемые в трубопровод на участках, требующих наблюдений.

Такой способ позволяет оценить действительные напряжения на участке трубопровода; возникающие на всех этапах его сооружения и эксплуатации. Для обеспечения возможности проводить измерения несколько лет подряд, в качестве датчиков возможно использовать струнные датчики, изменяющие частоту колебаний струны под воздействием деформаций трубопровода.

Катушки труб, оборудованные такими приборами, могут давать информацию о напряжениях и температуре участка трубопровода в течение десятков лет. Их надо устанавливать на наиболее напряженных участках, например, на КС, на переходах через реки, на участках-представителях, на участках, проложенных в особо сложных геокриологических условиях, где ожидаются пучение или осадка грунтов, а также при использовании автоматизированных систем мониторинга.

Приборы, в которых для измерения напряжений в металле используются ультразвуковой, магнитный, рентгеновский и другие методы, нельзя применять для длительных измерений на протяженных объектах. Они могут использоваться как дополнение к другим средствам, при этом достоверность результатов измерений во многом зависит от аппаратуры, методики обработки измерений, соответствия эталонов натуре и др. факторов. Более широкое применение они находят в дефектоскопии металла и сварных соединений трубопроводов.