автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.09, диссертация на тему:Оценка ресурса нефтехимического оборудования по параметрам испытаний и эксплуатации

2 4 ФЕВ

На правах рукописи

Ямуров Наиль Рахимович

ОЦЕНКА РЕСУРСА НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПО ПАРАМЕТРАМ ИСПЫТАНИЙ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.04.09 - "Машины и агрегаты нефтеперерабатывающих и химических производств"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидат технических наук

Уфа 1997

Работа выполнена в АООТ "Урало-Сибирские магистральные нефтепроводы" и Уфимском государственном нефтяном техническом университете (УГНТУ)

Научный руководитель: докт.техн.наук, профессор Зайнуллин Р.С.

Официальные оппоненты: докт.техн.наук, профессор Никифоров А.,

докт.техн.наук, профессор Кузеев И.Р.

Ведущее предприятие: Башкирский научно-исследовательский

и проектный институт нефтяного машиностроения

Защита состоится " " —1997 г.

.г оо /

в / Ь часов на заседании диссертационного Совета Д 063.09.03 в

Уфимском государственном нефтяном техническом университете (УГНТУ)

по адресу: 450062, г.Уфа, ул. Космонавтов,!.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан " аУ^Лг1997 г.

Ученый секретарь диссертационного Советалокт.техн.наук, профессор

ОХдЖу - $ П.Л.Ольков

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

В общем случае оценка остаточного ресурса нефтехимического обору-вания (сосуды, аппараты и трубопроводы) может включать комплекс удоемких работ по анализу технической документации, функциональной агностики, экспертному обследованию, анализу механизмов поврежде-[я и выявлению определяющих параметров технического состояния, уточ-нию параметров технического состояния, напряженно-формированного состояния и характеристик металла, выбору критериев »вреждаемости и др.( рис. I.)

Существующие в настоящее время методы и средства неразру-зющего контроля технического состояния не обеспечивают достаточную объективную информацию о фактической дефектности материала и их арных соединений конструктивных элементов оборудования не только в юцессе эскллуатации, но и на стадии их изготовления. В связи с этим ве-ттность эксплуатации оборудования с недопустимыми дефектами и в том юле с наиболее опасными - трещинами и трещиноподобными дефектами ->сгаточно велика.

Экономическая эффективность эксплуатации нефтехимического оборудо-1ния, отработавшего срок службы, очевидна. Однако последствия от раз-'шений могут вызвать непредсказуемые экологические и экономические следствия. Поэтому вопрос продления ресурса оборудования должен :шаться на базе тщательного и всестороннего анализа напряженного со-ояния, дефектности материала и сварных соединений, условий эксплуата-ш, изменения свойств конструктивных элементов и др. Методы нрогно-фования работоспособности оборудования не достаточно совершенны и >ебуют большого количества информации, получение которой связано с хпьшими материальными и трудовыми затратами. Поэтому практический перес представляет разработка таких методов оценки остаточного ресур-I оборудования, которые гарантируют безопасную эксплуатацию в период

СХЕМА

оценки остаточного ресурса нефтехимического оборудования

Рис. I

назначенного срока последующей работы при минимальных затратах па проведение технического обследования.

В настоящей работе предлагается производить оценку остаточно! о ресурса оборудования по параметрам гидравлических испытании и эксплуатации. Разработанная методика оценки остаточного ресурса оборудования рекомендуется в тех случаях, когда не представляется возможным проводить техническое обследование неразрушающими методами и средствами диагностики.

Цель работы - разработка методов оценки остаточного ресурса оборудования по параметрам гидравлических испытаний с обеспечением критериев безопасности эксплуатации и экономичности его технического диагностирования.

Для решения поставленном цели сформулированы следующие задачи:

- анализ физико-механических милсппи. происходящих и меыл.те при испытаниях оборудования;

- исследование и установление 'закономерностей предельного состояния элементов оборудования при испытаниях;

- оценка критических дефектов мри испытаниях;

- исследование долговечное!н элементов оборудования в условиях длительного статического иагруження;

оценка ресурса элементов оборудования при повторно-статическом нагруженни и коррозии.

Научная новизна работы: -установлены критические размеры треициноиодобных дефектов в элементах оборудования при их испытаниях ;

-получена формула для расчета безопасного срока службы элементов оборудования по величине отношения испытательного давления к рабочему давлению, работающих в условиях длительного статического нагруже-ния и коррозии:

- найдена количественная зависимость долговечности элементов оборудования от параметров испытании и эксплуатации при повторно-статических нагрузках и коррозии.

Практическая ценность результатов работы заключается в том, что разработанная методика оценки работоспособности элементов оборудования по параметрам испытании и.эксплуатации позволяет расчетным путем установить возможность безопасной эксплуатации оборудования, отработавшего нормативный срок службы, и существенно сократить объем технического диагностирования.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на семинарах, конференциях и совещаниях, проведенных в УГНТУ, Международном институте безопасности сложных технических систем совместно с Госгортех-надзором РФ по вопросам оценки остаточного ресурса сосудов, аппаратов и трубопроводов в 1995-1996г.г.

Диссертация заслушана и рекомендована к защите на семинаре ка-федры'Технология нефтяного аппаратостроения"в УГНТУ и научно-техническом совете АООТ "Урало-Сибирские МН".

Работа выполнена в соответствии с первым научным направлением Государственной научно-технической программы (ГНТП) "Безопасность" - "Новые методы и критерии обеспечения безопасной и рабочих процессов технологий, конструкций, сложных технических систем, люден и окружающей среды в случае возникновения техногенных аварии и катастроф" и, в частности, его проекту 1.5 "Разработка механики катастроф и методов оценки безопасности по критериям механики разрушения и живучести и сложных технических систем в поврежденных состояниях » 1994 - 1996 г.г.".

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в девятнадцати работах, в том числе, одной монографии, семи брошюрах и одиннадцати научно-технических статьях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения.

четырех глав, выводов, приложении и содержит Ю4 страниц машинописного текста. 47 рисунков, списка литературы из 101 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика выполненной работы м фиведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе раскрываются проблемы оценки ресурса элемен-ов оборудования

На основе анализа механизмов повреждений элементов нефте-;имического оборудования установлены определяющие факторы и параметры их технического состояния: механохимическая повреждаемость ме-■алла при статическом нагружении, усиливаемая наличием дефектов и юнцентраторов напряжений; малоцикловая коррозионная усталость ме-•алла.

Существующие методы оценки ресурса дествующего оборудо->ания базируется на двух подходах.

Первый подход - традиционный, основанный на сравнении результатов диагностирования с нормативными данными по механическим :войствам, дефектности, расчетам на прочность и др.

При отсутствии коррозии и соответствии фактических конструктив-о-технологических и эксплуатационных параметров нормативным пара-;етрам, ресурс назначается как для вновь проектируемого оборудования до 12 лет).

При коррозии ресурс назначается по фактическому значению при-авки на коррозию: 1ро = (Бф - Бпр) / у0, где 1ро - срок последующей эксплуа-ации оборудования, Бф и БПр - фактическая и предельная толщина стен-и, например, обечайки, V - скорость коррозии.

Скорость коррозии, в некотрых случаях, существенно зависит от тепени напряженного состояния (механохимический эффект) металла, :оторая в процессе эксплуатации также увеличивается. Это в свою очередь 1ИВ0ДИТ к дальнейшему росту скорости коррозии и исчерпанию ресурса юрудования.

Второй подход базируется на фактических данных диагностирования. Поскольку часто, диагностической информации недостаточно для объективной оценки остаточного ресурса, то используются априорные данные, которые при расчетах должны обеспечивать запас прочности и долговечности.

На первом этапе производится расчет на прочность по существующим нормативным материалам с использованием фактических механических свойств, найденными в результате испытаний образцов, вырезанных из элементов оборудования или косвенными методами. Далее производится оценка остаточного ресурса по фактическим или априорным данным о дефектности, например, по разрешающей способности методов и средств неразрушающего контроля с учетом предыстории нагружения, а также характеристикам допускаемых технологических и конструктивных концентраторов напряжений. При оценке ресурса необходимо учитывать реальные условия эксплуатации и использовать наиболее жесткие критерии разрушения, обеспечивающие безопасность эксплуатации оборудования-

Большую практическую ценность для практики диагностирования оборудования имеют методы оценки ресурса, гарантирующие безопасную работу в назначенный срок последующей эксплуатации при минимальных затратах на проведение технической диагностики. Этому условию отвечает метод оценки ресурса оборудования по параметрам испытаний и эксплуатации.

Вторая глава посвящена установлению роли гидравлических испытаний в формировании показателей работоспособности оборудования.

В плане работоспособности оборудования испытаниям присущи положительные и отрицательные последствия. Положительными последствиями являются следующие: снятие сварочных и монтажных остаточных напряжений; выявление дефектов; реализация в зоне дефектов остаточных напряжений сжатия; притупление вершины трещиноподобных дефектов; повышение прочностных свойств металла в зоне дефектов ;снижение

краевых эффектов в области сопряжений конструктивных элементов различной формы и размеров и др. Отрицательные последствия испытании в основном связаны с возникновением локальных пластических деформации в области различных концентраторов напряжений, которые при определенных условиях приводят к деформационному охрупчиванню и старению металла [I]. Не исключается возможность инициации разрушений элементов сосудов и аппаратов в процессе испытании, в том числе, и при проведении их в заводских условиях (после изготовления). Однако следует иметь в виду, что разрушения при испытаниях не связаны с катастрофическим последствиями, как это может произойти в процессе эксплуатации, и они прогнозируемые.

Испытания следует рассматривать не только как проверку на герметичность и прочность, но и как метод активной диагностики,обеспечивающий действительный запас прочности и долговечности оборудования в отличие от коэффициентов запаса прочности по пределу текучести пт и временному сопротивлению основного металла пв. Варьируя параметрами испытаний и эксплуатации, возможно обеспечить заданный срок последующей эксплуатации.

Разработанная методика может быть использована для оценки ресурса сосудов и аппаратов, отработавших свой расчетный срок службы с целью установления возможности их дальнейшей эксплуатации. Рекомендуется в тех случаях, когда применение неразрушающих методов и средств диагностики технического состояния сосудов и аппаратов экономически нецелесообразно, невозможно или не обеспечивает достаточную достоверность необходимой информации. Испытания проводятся в соответствии с существующими нормативными документами и материалами, регламентирующими основные требования к гидравлическим испытаниям.

В третьей главе рассмотрены вопросы оценки предельных сооои-ний элементов оборудования при испытаниях.

Предельные состояния при испытаниях исследовали по зависимости параметров нагрузки Н от их геометрии Г с использованием энергии ческой теории прочности. В пластической стадии деформирования элемен

тов зависимости Н = f( Г ) установлены с учетом деформационного упрочнения металла по степенному закону вида

Oi — Ь, ,

где о, и g. - интенсивность напряжений и деформаций; Сип- константь прочности и упрочнения стали. В силу того, что в процессе испытаний эле ментов имеют место процессы упрочнения (рост внутренних напряжении а и разупрочнения (уменьшение рабочего сечения, например, толщины стен кн элемента S) в предельном состоянии ( Н = НнР): d Н I d 1=0. Для обо лочки вращения с радиусами кривизны pi и рг при испытаниях внутреннии давлением Р из уравнений равновесия следует :

Р = П- f (S,R) • Кф, (2)

где т] = S /R; R - характерный радиус элемента; <p(S, R) = о - характерно (окружное) напряжение; Кф=2 inp/ (2шр - 1) - коэффициент формы оболоч ки; П1р = рг/рь Величина Кф изменяется от единицы (цилиндр) до дву: (сфера). При испытаниях оболочки величина ri уменьшается (фактор раз упрочнения), а напряжение а увеличивается (фактор упрочнения). Устанс влены предельные параметры нагрузки Н„р и геометрии ÄРдля различ ных тонкостенных элементов [9].

Заметим, что регламентируемые в нормативных документах величины ж пытательного давления Р„ оборудования не должны вызывать общих пла( тических деформаций в бездефектном металле, поскольку Р„ < 1,5 ■ Рр, гд Рр - рабочее давление. При этом кольцевые напряжения а., £ от, где стг

предел текучести металла. Однако наличие дефектов в металле, в частности, трещиноподобных, может значительно снижать предельные параметры нагрузки Нир и геометрии ГнР элементов при испытаниях. В связи с этим представляет практический интерес оценка предельных состояний элементов оборудования в процессе испытаний при наличии в металле трещиноподобных дефектов, в том числе, и трещин. В основном, задача сводится к определению предельных значении параметров геометрии дефектов Г^' которые могут вызвать разгерметизацию элемента при их испытаниях: Г"» = Г (Ри).

Проблема оценки прочности сосудов с дефектами рассматривалась многими ученымн МГТУ им. Н.И. Баумана, ЦНИИТмаш, ВНИИнефте-маш, НИИхиммаш, ГАНГ им. И.М. Губкина, Имаш РАН и др. Однако результаты известных нам в литературе исследований не позволяют в явной форме выразить параметры критических дефектов от испытательного давления, хотя алгоритм решения задачи достаточно прост: 1) определяется значение коэффициента интенсивности напряжений (КИН); 2) устанавливается критическое значение КИН - Кс; 3) по условиям прочности К) = Кс находится величина Г*/*' . Это объясняется, с одной стороны, сложностью определения величины К| и, с другой - зависимостью Кс от параметров геометрии дефекта Г,'/*'.

На основе обобщения литературных данных и проведенных испытаний сварных сосудов с трещиноподобными дефектами получена следующая формула для оценки зависимости критических размеров дефектов от испытательного давления цилиндрических сосудов[ 9 ] '• |,(Рт) __

I 3 )

где Ри = Р„ / Р„р; К1р - параметр трещиностойкостн стали; Ь^'- критическая глубина дефекта, соответствующая испытательному давлению Ри .

При нормальных температурах испытании для большинства аипара-тостроительных низкоуглеродистых и низколег ированных сталей Кц, « 1. Уменьшение температуры испытании может снижать величину К,р и изменять характер разрушения (рнс.2). Формула (3) справедлива для протяженных дефектов (с длиной С> 1Э, где И - диаметр сосуда). Уменьшение (.

повышает прочность сосуда и Ь^-'/Б в соответствии с формулой [9

= l-P W...4

s ■=-fl-p„)/,,,?,

где CID; q - постоянная. Установлено, что параметр q може1

изменяться в пределах : 0,25...0,3.

Ь f»

При фиксированных значениях — по формуле (4) определяется .

о»

Легко показать, что Ри = ~ -0т'ан =а„-Ктв. Таким образом.

" т

установлена взаимосвязь критических параметров трещнноиодобных дефектов с величиной испытательного напряжения и механическими свойствами металла.

Гидравлическое испытание при давлении Р„, превышающем рабочее Рр, сужает интервал размеров потенциально возможных в стенках оборудования дефектов и обеспечивает фактический запас прочности пм:

п„ = Р„ IРр = аJaP = пт • а» = «в • Ктв • ст„, (5 )

где пт и Iiв - расчетные значения коэффициентов запаса прочности по пределу текучести (и = 1,5) и прочности (пв = 2,4). По заданным значениям п„. пв, пт и Ктв можно найти коэффициент запаса прочности но параметрам геометрии дефекта, обеспечиваемый испытаниями, например, по глубине трещины Ii:

-1 и п_ - К

'6)

Кт I "ц-1 _ К I "т ~ »Чв i в и V т и 1

тв

Очевидно, что повышение испытательного давления или коэффициента Ни способствует росту коэффициента запаса прочности ш., а следовательно, ресурса оборудования.

Зависимость критических размеров трещинонодобных дефектов от величины испы тательного давления

"чр

Б

0,8

0,6 0,4 0,2

\

к -1

Ч:

\

ч \

1 -стЗ. 20, 16 ГС, 17 IX -

1„с„=+20"С ;

2 - 20 - Ь.см = -15°С;

- 20 - Ь«,, = -30"С

0,2 0,4 0.6 0.8 Ри р

Рис. 2 1 р

Зависимости "и от I и N

I - фактическая; 2 - без учета механохимического эффек I а

I > годы

/ Р Р, п IV -1

о 10'

Рис. 3

10'

Ю' N

В четвертой главе приведены результаты исследившим но обоснован метода оценки ресурса элементов оборудования, рабогащнх при длитель ном статическом нагружепни в условиях механо-химическои повреждае мости металла, при повторно-статическом нагружепни и действий корро

31ЮННЫХ сред, снижении рабочих нагрузок.

В расчетах полагается, что после проведения испытаний в обечайка сосудов и аппаратов возможно наличие трещнпоподобных дефектов, ра; меры которых достигают некоторых критических, зависящих от величин! испытательного давления Рп [7]. Такой подход в некоторых случаях може дать достаточно большой запас прочности и долговечности, поскольку не полной гарантии наличия в конструктивном элементе трещиноиодобног дефекта с критическими размерами. В результате расчетов но данному м< тоду получаем величину минимально возможного срока последующей эк> плуатацнн сосуда. Минимальный ресурс сосуда, очевидно, соотвегствуь размерам грещнноподобных дефектов, определяемым чувствительное 1Ы данного метода неразрушающего контроля. Фактический ресурс сосул должен находиться между его минимальным и максимальным значешю Так как нет оснований отсутствия в обечайках дефектов с критическим размерами , определение остаточного ресурса по минимальной долгове1 ностп следует считать обоснованным. После истечения установлепно! срока последующей эксплуатации необходимо произвести повторное пень тание сосуда или снизить рабочее давление до величины, обеснечивающе заданный срок службы.

Исходными данными для выполнения расчетов являются данные и толщииометрии сосуда, механических испытаний металла, коррозионнс активности среды, режиму работы и испытаний сосуда.

Рассматриваем наиболее неблагоприятный случай, когда трещит подобный дефект располагается вдоль сосуда, который контактирует коррозионной рабочей средой. Сосуд работает под действием длительно! статического нагружения внутренним давлением.

В этом случае, для оценки долговечности (времени до наступления тределенного состояния) необходимо использовать кинетическое уравпе-1ие механохимической повреждаемости (Э.М.Гутман). представленное п ледующем виде [7]:

dh dt

= 9о(кСтБ.+1)ехр(к|1ч/о-о.)1 (7)

де — - скорость роста трещиноподобного дефекта; 8ц - скорость коррозии dt

1еталла в ненапряженном состоянии в данной среде при заданной темиера-уре; Ксг - константа, определяемая по зависимости скорости коррозии от

V

[редварительной пластической деформации; Кн = —-; V - мольный объем

кг

тали; и Т - универсальная газовая постоянная и абсолютная температуре,, .. , ст,+а2 + стз

¡а; \|/„ =—асР - шаровой тензор (а =—1---г-); Е| и а* интенспв-

а, 3

юсть деформаций и напряжений: ст(, с^, сг3 - компоненты главных напряжении. Долговечность элемента I определяется интегрированием уравнения

4):

. "г 1)11

'= .1 . \/ /1С . -Л—^ ... -V <я>

_ |У0(К„.Е!+1)ехр(К„-ч;я.ст!)-

и

|,\ и/

Поскольку в вершине трещиноподобного дефекта концентрация на-

И и

|.\ Г/ it |.\ и/

ряжений, критические размеры " и hv , а также уровень рабочих и

п р II р

испытательных напряжений достаточно высокие, то можно полагать, что

_ I V

тачения Ei и а( равны предельным значениям sinp иа!пр: sinp = 'nj—! ст = С е" : \|/- относительное сужение металла. Тогда.на основании

Шр top

формулы (7) следует

S \ K,<fn. -1 -K\f/n„ -n ) , _ О У V В V В . > 1 ,,

t------Кук. t

где Кук - коэффициент усиления коррозии от действия напряжений и д формации, который определяется по формуле

К,к = Ко (Einp+1) ехр (Ки • 4Vclnp). (И

Величина К)к >1,0, что указывает па необходимость учета механох мических эффектов при оценке ресурса оборудования (рис. з.а). В частном случае, при К,Р =1 из формулы (9) получаем

.-A fcci.

о

Vo %

Ресурс элемента оборудования будет равен tP = 11 in , где lit - коэфф циент запаса по долговечности. В силу принятых исходных условий и д пущений можно полагать lit = 1,0.

Ниже рассмотрены примеры расчетов остаточного ресурса. Необх димо установить возможность дальнейшей эксплуатации сосуда, отраб тавшего свой расчетный срок службы. Корпус сосуда изготовлен из ста; 20, внутренний диаметр Дв = 2,6 м. В процессе эксплуатации сосуд работ; под действием внутреннего давления Рр = 1,43 МПа .

Исходя из технических возможностей , принято проводить гидравл ческие испытания при давлении Рн = 1,25 Рр с предварительным внешш осмотром и измерением толщины стенки корпуса сосуда в наиболее корр зионно- опасных участках.

Установлено, что средняя скорость за время эксплуатации составля

0,12 мм/год (uo = 0,12 мм/год). При этом толщина стенки S при обследо! нии равна 14 мм.

Окружное напряжение, соответствующее рабочему давлению Рр р; но ар = 134 МПа. Испытательное давление Р„ равно: Р» = 1,25 • 1,43 = = 1,79 МПа.

Этому давлению соответствует следующее значение окружного наряжения ст„ = 1,25- 134 = 167,5 МПа.

Очевидно, что фактический коэффициент запаса прочности п» равен :

Ни = 1,25 .

В результате испытаний образцов, вырезанных из обследуемого элемента , установлены следующие значения механических свойств: ст„ = 460 МПа; от= 260 МПа; С = 860 МПа; м = 0,25; у = 0,55 ; КСг = 5.

Минимальная долговечность, определяемая по формуле ( 9), равна 1,45 года.

Расчеты произведены при Т = 300 К для стали при II = 8,31 ^

мо ль'к

и V = 7 см3. Следует отметить, что долговечность, рассчитанная без учета У1еханохимического эффекта примерно в 6 раз больше фактической £ис. 3, а).

Повышение нспытательного давления до Рр способствует увеличению долговечности до 3-х лет (в два раза). Проведение испытаний при а„ = ат = 260 МПа обеспечивает срок продления службы элемента до 5 лет. Таким образом, повышение испытательного давления в 1,5 раза но-)воляет увеличить долговечность в 4 раза.

Как известно, в процессе эксплуатации оборудования испытывает ювторно-статические нагрузки, обусловленные особенностью технологп-1еских процессов, ремонтными и непредвиденными пусками-остановками и ф. Повторно-статические нагрузки вызывают малоцикловую усталость и :нижение ресурса оборудования.

Теоретические исследования малоцикловой усталости, выполненные в '1МАШ РАН (А.П. Гусенков и др.), легли в основу методов оценки ресурса лементов оборудования при повторно-статических нагрузках. Однако существующие методы не позволяют производить оценку малоцикловой дол-овечности элементов оборудования с учетом физико-механических провесов, происходящих в области различных концентраторов напряжений п [ефектов при гидравлических испытаниях.

В процессе гидравлических испытаний металл в области концентраторо напряжений и дефектов претерпевает существенные изменения,связанные < перераспределением напряжений и деформаций, деформационным охруг чнванием и старением, снятием первоначальных остаточных и реализацие новых полей остаточных напряжений и др. Наиболее существенным факте ром, снижающим ресурс оборудования, является деформационное oxpyi чиванне металла и рост исходных трещиноподобных дефектов, размер| которых близки к критическим. Заметим, что в случаях, когда размеры tu ходных трещиноподобных дефектов меньше критических (на 10-15%), о мечается рост характеристик работоспособности элементов после про вед ния гидравлических испытаний. Эти факторы пока не поддаются теореп ческой оценке.

В работах P.C. Зайнуллина и др. показано, что долговечное! сварных сосудов с критическими дефектами после предварительной nepi грузки испытательным давлением Ри и последующим нагружением пульа рующим давлением (Рр = Ртах, Рр = Рть = 0) может быть оценена следующе формулой:

1 in

N=P = N.„(r-nh) «:

где ß, N«u, у, mu - константы, определяемые экспериментально: ß = 0,2, N*o = 225, m„ = 0,215 - для низколегированных сталей; ß = 0,4 , N*n = 250 m„ = 0,16 - для низкоуглеродпетых сталей. Параметр у = 0,91. Константа учитывает степень снижения долговечности из-за накопления повреждени в металле в области критических дефектов в процессе проведения гидра! лических испытаний.

С учетом формулы (6) выражение 02) приобретает следующий вид:

1

N = P-N..-

у . KTJ_HlL-1

(13

[ПВ~П1..

Ресурс элемента будет равен = 1М/ пм . где пм - коэффициент зана< по долговечности. Допускается принимать = 1,0.

По заданному количеству циклов нагружения [1\] можно установить ¡обходимое значение [п.,] но формуле

[п.,

„1 = "в-У '("в-1) -ГГГГ

М

(14)

еличина [пи] можег обеспечиваться как за счет изменения иснытательного-шления Рн, так и рабочего давления Рр.Завнсимость п„ 0т N дана на рис. 3. б.

• В случае одновременного действия циклических нагрузок и коррозп-шых сред долговечность определяется с использованием известного шиципа линейного суммирования повреждений по формулам: при заданном количестве циклов нагружения [N1

ГР= Гр-(1- (N1 / ГУР); (15)

при заданном количестве времени эксплуатации

1ЧР= Нр (1-|11/ Ь, (16)

е (Р и ^ - минимальная долговечность, рассчитанная по формулам I и (13 ).

Далее рассмотрим методику оценки сроков последующей эксплуата-1И за счет снижения рабочих давлений. Положим, что по техническим и ономическим воображениям не представляется возможным проведение пытаний повышенным давлением. Однако технологический процесс до-скает возможность снижения рабочего давления при последующей рабо-сосуда или аппарата.

Принимая те же исходные допущения, что и в предыдущих разделах, лучаем следующую формулу для оценки долговечности сосуда при сни-:нии рабочего давления на величину А Рр:

в условиях длительного статического нагружения

р»-лр„ р р

'о

Кт,|

пв • Кук

(17)

в условиях повторно-статического нагружения

1

г

пв -1

\

р„ - др„ р р

Рассмотрим примеры расчетов.

Определить допускаемое количество циклов нагружения сосуда после проведения испытании. Сосуд при эксплуатации периодически испытывает пульсирующий отнулевой цикл изменения давления (Р„ш, = Рр, Рты = 0). Необходимые данные взять из примера. 1.

Сосуд испытан при окружном напряжении ам = 217 МПа, что примерно соответствует нормативным документам по расчетам на прочность.

По формуле (б) определяется коэффициент запаса прочности по глубине трещнноподобного дефекта : пь = 1,33.

Минимальная долговечность, определяемая по формуле (13), будет равна 1\Р = 339 циклов.

Таким образом, при отсутствии коррозии количество циклов нагружения сосуда в период последующей эксплуатации не должно превышать 329.

Повышение уровня испытательного напряжения ст» до предела текучести приводит к увеличению коэффициента запаса прочности ш, до 1,63. При этом минимальная долговечность возрастает в 3,5 раза.

Другой пример. Сосуд с исходными параметрами предыдущего примера работает в условиях одновременного действия циклических нагрузок и коррозионной среды. Количество циклов нагружения за период последующей работы сосуда ограничивается до 100 циклов.

На основании формулы (9) определяем величину ГР: ГР = 3,5 года.

По формуле (15) находим минимальную долговечность сосуда, работающего при одновременном действии циклических нагрузок и коррозионной среды: 1Р = 2,45 года.

Цикличность нагружения существенно снижает долговечность сосуда, работающего под давлением коррозионной среды. В данном случае почти в 1,5 раза.

Если задано время эксплуатации сосуда под давлением коррозионной среды, |1| = 1,5 года, то наосновании формулы (16) находим количество

циклов до разрушения N,, = 191 цикл.

Далее рассмотрим пример определения срока безопасной экеилуаш-цпп сосуда, работающего под давлением коррозионной среды за счет снижения рабочего давления I*,. па 25%. Необходимые данные брать с предыдущих примеров. Время до наступления предельного состояния определяется но формуле (17): !р = 1,45 года.

Снижение рабочего давления на 25% дает такой же эффект, как и испытания повышенным давлением I',, = 1,25 • IV Однако следует иметь в виду, что при испытаниях повышенным давлением условия эксплуатации не меняются (сохраняется прежнее значение рабочего давления).

Выводы и рекомендации но результатам работы

I. Установлено, что гидравлическим испытаниям присущи позитивные ят пе сварочных и монтажных напряжений; выявление дефектов ; благо -иятное перераспределение напряжений; затупление вершины трещиноподоб-IX дефектов; повышение прочностных свойств металла в зонах, iipeiepirci«-IX пластическую деформацию; снижение краевых эффектов при последующем гружешш элемен тов сопряжений различной формы и размеров ) и нега i ин -le ( основном связаны с возникновением локальных пластических |юрмацнн в облает дефектов и концентраторов напряжений, которые при ределепиых условиях приводя т к деформ ацп о иному охрупчнваншо и трепню ) эффекты . сказывающиеся на характеристиках работоспособности орудоваппя.

2. Покатано, что основным определяющим ресурс оборудования па Петром является отношение испытательною данлеиия I',, к рабо-iy давлению !',,. которое нитерпретнруется какдепствительиыйкоэффи ;нт запаса прочности им. Чем больше 1'ц , тем выше коэффициент иппкм )Чпост п п., п долговечност ь оборудования.

3. I hi Gane проведенного комплекса исследовании по оценке напряженно-деформированного состояния, прочности н мехапо,химического разрушения и процессе испытаний и эксплуатации элемент», разраГш пша методика для определения ресурса сосудов, аппарат» п трубопромп дои ио oí ношению испытательною давления Р„ к рабочему Рг.

4. Предложены колнчестенпые заиисимосш, связывающие oiiiuiiiciiik испыпислыюго давления к рабочему (Рм/1',.) с эксплуакщнонными хараг теристикамп оборудования, работающего при длшелыюм аашческом i иовгорпо-сташческом пагружеипях а нейтральных н коррозионных срела-

5. 1'азрабо1апиыс методы оценки ресурса оборудования согласованы i головным институтом ио диагностике сосудои и аппарат) ( ШШШШФТиМАШ , г. Москва) н Госгор1схпадзором России.

Применение методов при оценке ресурса оборудования позволяем tapan тировать безопасную эксплуатацию в период расчепкм о срока службы i снизит ь трудоемкость диагностирования.

список опубликованных РЛ ьо г

1. Заинуллин P.C., Иадршнн A.C., Сабиров У.П.. Ямуров H.P. H.'it пне старения мепшла на служебные хараюернстпкн труб.- 13 кн.: Вопро безопасности эксплуатации сосудов п трубопроводов систем таю- и по; снабжения / Под ред. Л.В.Бакиева, Р.С.Зайнуллнна.- Уфа: All "Ьаштсхппформ". 1995.- С.53-С>6.

2. Зайнуллпн P.C., Надршнп A.C., Кожикин М.И., Шарафиев Р Ямуров II.Р. Оценка ресурса сосудов и трубопроводов по кршерням t тпческой прочности.-Уфа: Изд-воУГНТУ, 1995.-4В с.

3. Ямуров Н.Р. Оценка остаточного ресурса элементов нефтехимиче-:кого оборудования по параметрам испытаний и эксплуатации.- В Kif.: Техническая диагностика, промышленная и экологическая безопасность Предприятий.- Уфа: Изд-воУГНТУ, 1996.-С.9-11.

4. Зайнуллин P.C., Шарафиев Р.Г., Ямуров Н.Р. Оценка остаточпот )есурса элементов конструкций.- М.: МИ БСТС. 1996.-157 с.

5. Зайнуллин P.C., Шарафиев Р.Г., Ямуров Н.Р. и др. Оценка ресурса )борудования по параметрам испытаний и эксплуатации // Заводская лаборатория (диагностика материалов), 1996.-№6.-С.57-58.

6. Зайнуллин P.C., Ямуров Н.Р. Оценка ресурса оборудования на )снове диагностической информации // Заводская лаборатория диагностика материалов), 1996.- № 7.- С.31-36.

7. Зайнуллин P.C., Шарафиев Р.Г., Ямуров Н.Р. Расчетная оценка работоспособности элементов оборудования при длительном статическом тгруженни в коррозионных средах.- В кн.: Техническая диагностика, фомышленная и экологическая безопасность предприятий.- Уфа: Изд-во /ГНТУ, 1996,-С. 77-80.

8. Методика оценки ресурса оборудования по параметрам нспьпанпй I эксплуатации / Под ред. Р.С.Зайнуллина.- М.: Металлургия, 1996.- 10 с.

9. Зайнуллин P.C., Шарафиев Р.Г., Ямуров Н.Р., Мокроусов С.И. ценна предельных состояний при испытаниях элементов оборудования с зещиноподобнмми дефектами. // Заводская лаборатория (диагностика атериалов), 1996.- № 11C.5U-51.