Влияние овализации, поверхностных коррозионных и эрозионных повреждений на надежность и остаточный ресурс участков линейной части магистральных газопроводов

Пименов, Станислав Александрович

Влияние овализации, поверхностных коррозионных и эрозионных повреждений на надежность и остаточный ресурс участков линейной части магистральных газопроводов тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

Пименов, Станислав Александрович АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Нижний Новгород МЕСТО ЗАЩИТЫ

2003 ГОД ЗАЩИТЫ

01.02.06 КОД ВАК РФ

Диссертация по механике на тему «Влияние овализации, поверхностных коррозионных и эрозионных повреждений на надежность и остаточный ресурс участков линейной части магистральных газопроводов»

Автореферат диссертации на тему "Влияние овализации, поверхностных коррозионных и эрозионных повреждений на надежность и остаточный ресурс участков линейной части магистральных газопроводов"

На правах рукописи

Пименов Станислав Александрович

ВЛИЯНИЕ ОВАЛИЗАЦИИ, ПОВЕРХНОСТНЫХ КОРРОЗИОННЫХ И ЭРОЗИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ НА НАДЕЖНОСТЬ И ОСТАТОЧНЫЙ РЕСУРС УЧАСТКОВ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ

01.02.06. - Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород 2003

Работа выполнена на кафедре «Строительная механика корабля и сопротивление материалов» Нижегородского государственного технического университета

Научный руководитель - заслуженный деятель науки Российской

Федерации, доктор технических наук, профессор В.М. Волков

Официальные оппоненты: - д.ф-м.н., с.н.с. А.И. Садырин

- к.т.н., доцент Ю.М. Кулагин

Ведущая организация - Федеральное Государственное Унитарное

предприятие "Научно Исследовательская Лаборатория Испытания Материалов" (ФГУПНИЛИМ)

Защита состоится "_"_2003 г. в_часов на заседании

специализированного совета Д212.165.08 в Нижегородском государственном техническом университете по адресу: 603600, Нижний Новгород, ул. Минина, 24, ауд._.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "_"_2003 г.

Ученый секретарь специализированного Совета Д. 212.165.08 д.т.н., профессор ^г^^уС А.Н. Попов

2004-4

J 2*5$ О

25438

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Протяженность магистральных газопроводов России составляет свыше 150 тысяч километров. Большинство из них находятся в эксплуатации 20...30 лет и приближаются к исчерпанию назначенного ресурса. Переход газовой отрасли от традиционного регламентного ремонтно - технического обслуживания газопроводов к эксплуатации по их техническому состоянию предусматривает развитие системы диагностического обслуживания и разработку расчетных методик оценки работоспособности, надежности и остаточного ресурса участков газопроводов, имеющих дефекты и повреждения, для принятия решения о выводе их из эксплуатации и проведении ремонта.

Оценка состояния газопроводов, анализ безопасности их эксплуатации и ранжирование участков трубопроводов по срокам ремонта являются важной и актуальной задачей для газовой промышленности.

В результате проведения внутритрубных обследований обнаруживаются дефекты поперечного сечения труб, вызванные механическими воздействиями нарушения формы поперечного сечения (наиболее распространенной из которых является овальность) и изменения геометрии стенки - утонение вследствие коррозионных и эрозионных процессов.

Критерием вывода из эксплуатации того или иного участка газопровода является реальное его состояние, характеризуемое уровнем его надежности и остаточного ресурса. Исходя из этого, актуальной задачей является разработка моделей, комплекса алгоритмов, программного обеспечения и инженерных методик для определения надежности и оценки остаточного ресурса дефектных участков газопроводов.

Насущность решения данной проблемы на современном этапе, помимо социальных и экологических факторов, обусловлена большой стоимостью замены или ремонта газопроводов. Ранжирование участков газопроводов по срокам их замены или ремонта позволяет минимизировать затраты эксплуатирующих предприятий, делает эти затраты сбалансированными и обоснованными.

Актуальность вышеперечисленных задач обуславливает важность поиска методов их решения и позволяет избрать их в качестве темы для диссертации.

Цель и задачи исследований

Целью диссертационной работы является разработка методик оценки надежности и остаточного ресурса участков газопроводов с дефектами типа овализации, поверхностными коррозионными и эрозионными повреждениями.

На надежность и ресурс влияет множество факторов: конструктивных, технологических, эксплуатационных. В работе рассматривается влияние конструктивных и эксплуатационных факторов; исходя из этого для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

- построение механико-математических моделей для расчета надежности и проведения вероятностных оценок остаточного ресурса участков линейной части

магистральных газопроводов (ЛЧМГ) с дефектами типа овализации и с поверхностными коррозионными и эрозионными повреждениями (далее -дефектных участков газопроводов);

- построение алгоритмов и программного обеспечения для расчета надежности и проведения вероятностных оценок остаточного ресурса дефектных участков газопроводов;

- отработка инженерных методик на базе построенных алгоритмов и программного обеспечения, позволяющих оперативно оценивать надежность дефектных участков газопроводов и прогнозировать их остаточный ресурс.

Научная новизна и основные защищаемые положения работы

модели оценки надежности и остаточного ресурса применительно к дефектным участкам линейной части магистральных газопроводов;

учет в моделях факторов: стохастичности механических свойств материала конструкции, воздействующих нагрузок вероятностного характера, случайности геометрии дефектов;

методики оценки надежности и остаточного ресурса дефектных участков линейной части магистральных газопроводов.

Практическая значимость

Определяется:

- предложенными алгоритмами расчета надежности и прогнозирования остаточного ресурса дефектных участков газопроводов;

- разработанным программным обеспечением и методиками, которые могут использоваться в производственной практике предприятий газовой промышленности, организаций, осуществляющих диагностический контроль, а также в практике работы научно-исследовательских и проектных институтов.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с научно-техническими программами каф."Строительная механика корабля и сопротивление материалов" НГТУ по темам: "Прогнозирование ресурса и надежности тонкостенных конструкций" (Программа по головному совету "Механика" при Минвузе РФ) и "Механика материалов и конструкций" (Федеральная целевая программа "Интеграция").

Достоверность результатов

Достоверность результатов определения надежности и ресурса по разработанной автором методике подтверждается: корректным использованием метода линеаризации функций многих случайных переменных при построении моделей, а также проведенным сравнением результатов расчетов автора и исследований, приведенных в литературе.

участка газопровода на нитке "Оренбург-Новопсков" (Оренбург ГАЗПРОМ);

; л: .4*» '

- двух участков ЛПУМГ "Мышкино" (СеверГАЗПРОМ); штампосварного отвода на входе компрессорной станции "Юбилейная"

(СеверГАЗПРОМ).

Точность расчета остаточного ресурса коррозионно поврежденных участков определялась сравнением с результатами, полученными по методике, разработанной в РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались и (или) публиковались на:

3-ей международной конференции «Энергодиагностика и condition monitoring» (Н.Новгород, 2000г.);

3-ей международной конференции «Диагностика трубопроводов» (Москва, 2001г.).

Региональном, молодежном научно-техническом форуме «Будущее технической науки нижегородского региона» (Н.Новгород, 2002);

ХХ-ой международной конференции «Теория оболочек и пластин» (Н.Новгород, 2002);

Всероссийской научно-технической конференции, посвященной памяти В.М. Керичева «Современные технологии в кораблестроительном образовании, науке и производстве» (Н.Новгород, 2002).

Внедрение результатов исследования:

- разработанные в диссертации программное обеспечение и инженерные методики, а также результаты численных исследований используются в Нижегородском Центре Технической Диагностики (НЦТД) для определения надежности, остаточного ресурса элементов тонкостенных сосудов давления и трубопроводов.

- результаты работы внедрены в учебную программу преподавания специальных дисциплин "Надежность машин и конструкций" и "Прогнозирование ресурса тонкостенных конструкций и машин" для студентов специальности "Динамика и прочность машин".

- результаты работы использовались в совместной НИР "НАДЕЖНОСТЬ ОАО", разрабатываемой НИИИС и ГАЗПРОМ, а также в практике работ ВНИИГАЗ при оценке надежности и у % ресурса дефектных участков газопроводов.

Публикации

Основное содержание диссертационной работы изложено в [1-6].

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения (основные результаты и выводы по работе), списка литературы и пяти приложений. Основной печатный текст вместе с 29 иллюстрациями и 15 таблицами занимает 99 страниц, список литературы состоит из 72 наименований, объем приложений составляет 109 страниц.

Краткое содержание диссертации

Во введении сформулированы направления исследований (влияние овализации, поверхностных коррозионных и эрозионных повреждений на надежность и остаточный ресурс участков ЛЧМГ), обоснованы их актуальность и правомерность избрания в качестве темы диссертации.

В первой главе дается обзор литературы по теме диссертации. В обзоре затронуты вопросы условий эксплуатации магистральных газопроводов, приведены литературные данные о современных методах оценки работоспособности, надежности и ресурса газопроводных конструкций. Целью обзора является анализ изученности темы, а также анализ методов и подходов к оценке надежности и ресурса дефектных участков газопроводов.

Материалы обзора охватывают статистические методы строительной механики, методы теории надежности, вероятностные и детерминированные методы оценки ресурса применительно к трубопроводным конструкциям.

Первые работы, посвященные критике классической концепции условия прочности и применению методов теории вероятностей для расчета сооружений, принадлежат М. Майеру (М. Maier) и Н.Ф. Хоциалову. Выдающаяся роль в деле развития статистических методов в строительной механике принадлежит Н.С. Стрелецкому, который опубликовал по данной теме ряд работ. Работы М. Майера, Н.Ф. Хоциалова и Н.С. Стрелецкого были, по существу, первыми работами в области прочностной теории надежности. Важное место принадлежит исследованиям А.Р. Ржаницына, В.В. Болотина.

Работы по применению теории вероятностей и математической статистики к расчетам на прочность газопроводов сыграли существенную роль в подготовке перехода к более совершенному методу расчета конструкций по предельному состоянию.

Построение общей концепции надежности и ресурса для трубопроводов приведено в работах В.В Хариановского, И.Н. Кургановой, Е.Е. Зорина, О.М. Иванцова, О.И. Стеклова, П.П. Бородавкина, B.JI. Березина и др. Общая концепция построена на теоретических разработках, выполненных в других отраслях -машиностроении, авиации, а также на современных достижениях механики конструкций и материалов и теории надежности конструкций. При этом учитывались принципиальные особенности, характерные для магистральных трубопроводов.

Теоретико-экспериментальные исследования надежности и ресурса конструкций получили в последнее время широкое развитие. Увеличение мощностей, параметров нагрузок, ужесточение условий работы и повышение степени ответственности конструкций потребовали установления гарантийного срока службы и оценки безопасности. В связи с этим был разработан ряд теорий, в развитие которых важный вклад внесли работы А.Р. Ржаницына, В.В. Болотина, H.A. Махутова, В.В Хариановского, В.М. Волкова, Е.Е. Зорина, Д.Ж. Джоунса (D.G. Jones), К. Граймса (К. Grimes) и др.

Анализ работ, посвященных разработке методов и подходов к оценке

надежности и ресурса конструкций газопроводов, а также опыт эксплуатации показали:

1) Магистральные газопроводы относятся к ответственным энергетическим сооружениям, требующим обеспечения высокого уровня надежности и безопасности. Специфика газопроводных систем России состоит в сложных природно-климатических условиях строительства и эксплуатации, широком использовании труб большого диаметра и создании протяженных многониточных систем. Конструкции газопроводов, несмотря на кажущуюся простоту, принципиально отличаются от других сооружений сложным комплексом воздействующих нагрузок вероятностного характера, широким статистическим разбросом параметров материала, сложностью определения напряженно-деформированного состояния, масштабностью.

2) На надежность и ресурс участков линейной части магистральных газопроводов влияет множество факторов: конструктивных, технологических, эксплуатационных.

3) Изучение проблемы надежности газопроводов показывает, что практически при проектировании новых и реконструкции существующих магистральных и промысловых газопроводов не проводится расчет их надежности, ресурса и безопасности, отсутствует прогноз срока службы объекта с учетом режимов эксплуатации, потерь механических свойств материала труб и т.д. Существующие нормативные документы содержат определенные требования по обеспечению надежности и безопасности трубопроводов, в том числе касающиеся материалов, конструкции, технологии строительства, расчетов на прочность и устойчивость. Но эти нормативы используют традиционные методы и не учитывают в полной мере сочетания различных факторов, статистический разброс механических свойств труб и сварных соединений, параметров формы, начальную дефектность и возможность ее роста в процессе эксплуатации. В нормативных материалах указываются допустимые параметры овализации труб, разнотолщинности, дефекты в сварных соединениях, но отсутствуют методы, позволяющие оценить влияние стохастичности этих дефектов на прочность и надежность, особенно с учетом фактора времени. Кроме того, в них отсутствует сама постановка задачи оценки надежности линейного сооружения на стадии проектирования с учетом указанных допустимых дефектов и их сочетаний, а также прогноза срока службы. При этом имеются теоретические наработки по системной надежности трубопроводов, но требуются методики расчета надежности, которые бы для конкретных повреждений включали комплекс теоретических обоснований, нормативных документов и их практическую реализацию.

4) Имеющиеся в настоящее время отечественные и зарубежные методики, базирующиеся на проведении детерминированных оценок ресурса газопроводов, могут быть применены при условии мониторинга всей конструкции или ее элементов. Переход газовой отрасли от традиционного регламентного ремонтно -технического обслуживания газопроводов к эксплуатации по техническому состоянию предусматривает развитие системы диагностического обслуживания и разработку подходов, в том числе и расчетных, к оценке надежности и остаточного

ресурса участков, имеющих дефекты и повреждения, для принятия решения о выводе их из эксплуатации и проведения ремонта. Исходя из этого, требуется разработать методику вероятностной оценки остаточного ресурса дефектных участков газопроводов.

Во второй главе: разработаны модели и алгоритмы для оценки надежности участков газопроводов с дефектами поперечного сечения труб: нарушениями формы поперечного сечения (овальность), изменениями геометрии стенки (поверхностные коррозионные повреждения и эрозионное утонение стенок) для прямолинейных и криволинейных участков; разработаны алгоритмы оценки надежности комбинированного участка с учетом и без учета корреляции определяющих параметров дефектов; приведено описание разработанного программного обеспечения для оценки надежности участков газопроводов с дефектами.

Вероятностные статические модели для оценки надежности участков газопроводов с дефектами типа овализации, поверхностными коррозионными и эрозионными повреждениями основаны на использовании модели «слабейшего звена», построении функций неразрушимости для каждого из этих участков, с последующим применением метода линеаризации, разработанного в теории вероятностей. Такие статические модели соответствуют случаю однократного приложения нагрузки, отсутствия циклики (К- Капур, Л. Ламберсон). При построении функций неразрушимости использована методика расчетной оценки напряженного состояния, приведенная в документе «Рекомендации по оценке работоспособности дефектных участков газопроводов» (Р 51-31323949-42-99). Функция неразрушимости представляет нелинейную зависимость определяющих параметров нагрузки и несущей способности. Определяющие параметры являются случайными величинами с заданными параметрами законов распределения вероятностей (математическое ожидание, дисперсия). Согласно приведенных в литературе исследований для магистральных трубопроводов и отдельных их участков параметры нагрузки и несущей способности распределены по нормальному закону.

« Л

Рисунок 1

Для участков с дефектом типа овализации (рисунок 1) максимальные кольцевые

напряжения имеют место в точках трубы с координатами ^ = и

= = - рисунок 2. На рисунке 2 показано распределение напряжений по толщине стенки с овальным поперечным сечением.

г « ' Г. ц 1ле.

I чЫ «

4 в-0.x

Рисунок 2 Максимальные кольцевые напряжения:

- • 3*

_ррн 28

6Д

Допускаемые кольцевые напряжения:

Ы=

0.9^.

-Л,"

•2 .

(1)

(2)

В формулах (1) и (2): Р-рабочее давление, МПа; £>#- наружный диаметр

трубы, мм; <У- толщина стенки трубы, мм; ?= ^ 2£ безразмерный

параметр давления; модуль Юнга; /¿-коэффициент Пуассона; координата

Г ¿^«П

(рисунок 2) по толщине стенки! ъ 5 у I; окружная координата (О<052я);

Л - амплитудное значение изменения половины номинального диаметра трубы, равное одной четвертой разности максимального и минимального диаметров

трубы, измеренных в одном сечении при отсутствии давления в трубе; К" -предел текучести; т - коэффициент условий работы газопровода, принимаемый согласно Р 51-31323949-42-99; Кн - коэффициента надежности по назначению газопровода, принимаемый согласно Р 51-31323949-42-99.

Согласно Р 51-31323949-42-99 используется следующий критерий:

Функция неразрушимости для участков с дефектом типа овализации имеет

вид:

„, _ пи РРц

¥о* 2--

1 + -

,6Д_

(4)

В выражении (4) параметры Он ,§,Р, А,Я" полагаются независимыми

случайными величинами,

2Е

Для участков с дефектом типа овализации построен алгоритм определения надежности, блок-схема которого приведена на рисунке 3.

В»од исходных данных

>*> • - У» .<5,ЛО„,Д, , Е, ц

Вычисление безразмерного параметра давления н коэффициентов нпияшл определяющих параметров

ел

д л,

4Л ( ' Т бй 1

ЗРЯ] Г5ГЧ1

Вычисление условного коэффициента запаса

__ 2Ж"

- Я>я 11 бЛ

Вычисление юантнлн

Численное ютегртфоваиие

^--кУ*

Вычисление надежности

Рисунок 3

Согласно Р 51-31323949-42-99 уровень кольцевых напряжений в трубе, имеющей обширные коррозионные повреждения (рисунок 4), должен удовлетворять условию:

(5)

2{5-с)

где с - фактическое утонение стенки трубы, мм; Д,„ - внутренний диаметр трубы.

ша

Рисунок 4

Функция неразрушимости для участков с поверхностными коррозионными повреждениями имеет вид:

¥т~Кг ~ 2(1-с) ' (6)

В выражении (6) параметры Ввн,д,Р,С,Я2 полагаются независимыми случайными величинами.

Для участков с поверхностными коррозионными повреждениями построен алгоритм определения надежности, блок-схема которого приведена на рисунке 5.

При отсутствии корреляции определяющих параметров дефектов,

надежность Ров.пп комбинированного участка с сочетанием повреждений типа овализации и поверхностными коррозионными повреждениями определяется по формуле:

Ровмп = ^ов * Рпп, (7)

где Р0в - надежность участка с дефектом типа овализации;

Рпп - надежность участка с поверхностными коррозионными повреждениями.

Ваод исходных данных

Ч '"»'"А- Р- Ови,С,^.Е,м

Вычисление коэффициентов влияния определяющих параметров

2>„,+2е ■

с(13 + Рви) __£_

(¿-с)(2с + Х)гя); * 3-е

Вычисление условного коэффициента запаса

п пп

2Я?[3-С] Р[0.Я + 2С]

Вычисление квантили

1т

" Г * (V. Г * (V, Г]

Численное интегрфовакне

Вычисление надежности

Рисунок 5

Рассмотрен также участок с дефектом типа овализации и поверхностными коррозионными повреждениями, когда имеет место корреляция 2-х определяющих параметров с=ДЛ) при гсА=1 :

- параметр овализации Л\

- параметр утонения стенки трубы с.

Для данного случая выражение функции неразрушимости имеет вид:

6Д

■—я - 1 + —-/—(8)

2($-с)[ (¿-с)(1 + р)_|-

В выражении (8) параметры Он,§,Р,А,с,Я" полагаются случайными величинами.

Для участков с дефектом типа овализации и поверхностными коррозионными

— пН РР„

оа.пп 2

повреждениями построен алгоритм определения надежности, блок-схема которого приведена на рисунке 6.

Ввод исходных ланньк

Вычисление безразмерного параметра давления и коэффициентов влияния определяющих параметров

♦ [и—" )

.1, I с«ЯП:

Н-'чгаЫ (

Вычисление условного коэффициента запаса

2 П?(5-с)

РО„ 1 1 6Л

Вычисление квантили

и'т"' V Г АМ * * М * чя. V.)

Численное интегрцювание

■Ля

Вычисление надежности

Рисунок 6

Функция неразрушимости для участков с эрозионным утонением стенки (рисунок 7) имеет вид:

(9)

т.е. фактическая толщина стенки отвода на выпуклой стороне не должна быть меньше допустимой , где

(¿1= пРВ» у 1 ] 2 (Я.+пР)*'

п - коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый согласно

СНиП 2.05.06-85; х" коэффициент несущей способности для выпуклой стороны

отвода, принимаемый в соответствии с документом Р 51-31323949-42-99; _ н

"1 = „ „ - расчетное сопротивление материала; Rí - нормативное л,лн

сопротивление растяжению (МПа), принимаемое, как правило, равным минимальному значению временного сопротивления материала отвода );

. коэффициент надежности по материалу, принимаемый согласно СНиП 2.05.06-85.

Функция рУ в развернутом виде имеет следующее выражение:

В выражении (10) параметры Е)и ,3Ф, Р,полагаются независимыми случайными величинами.

Для участков с эрозионным утонением стенки построен алгоритм определения надежности, блок-схема которого приведена на рисунке 8.

В третьей главе: разработаны модели и алгоритмы для оценки остаточного ресурса участков газопроводов с дефектами поперечного сечения труб; приведено описание разработанного программного обеспечения для оценки остаточного ресурса участков газопроводов с дефектами.

Модель надежности с учетом фактора времени строится на основе модели, изложенной в главе 2, путем ввода функций изменения математических ожидания случайных величин (параметров дефектов и прочности металла трубы) по времени. Данные функции определяют развитие дефектов и деградацию свойств металла в процессе эксплуатации. На базе данной модели строится алгоритм оценки остаточного ресурса (рисунок 9).

Ввод исходных данных

Вычисление я, • расчетного сопротивления материала и коэффициенте» влияния определяющих паршстро»

Вычисление условного коэффициента запас«

Лзру

2(Я1+пР)Зф пРЕ>нХ

Вычислем» шаитили

II -

■¡Чэм^кГ»? -Ы

Численное ннгегрцхжанне

1гИ

у, -г

Г «т<й

Вычисление надежности

Рисунок 8

Для численного определения остаточного ресурса используется итерационный метод по времени. Вычисляется надежность на итерационном шаге по времени для определенного дефектного участка согласно алгоритмам главы 2. При этом должны быть определены функции изменения математических ожидания случайных величин (параметров дефектов и прочности металла трубы) во времени. Коэффициенты вариации параметров дефектов и прочности металла трубы вводятся как постоянные величины. Итерационный процесс считается завершенным, когда нарушается условие:

Щ1)>[Ю, (11)

где: N(1) - изменяющаяся во времени надежность конструкции;

[Ы] - нижняя граница надежности конструкции (определяется при ат ~ [а*ч ] или нормируется).

Определение функции неразрушимости, ввод коэффициентов вариации определяющих параметров, допускаемой надежности, определение начальных пуаиетров_

I/»Ия.о,.....а,,-а,), уя,Уф, [Щ, г* М

■

Определение функций развития дефектов и функций деградации свойств металла в процессе эксплуатации

М-ГМ; оыЮ-т

Вычисление конструктивной надежности с учетом фактора _времени_

Щ)

Рисунок 9

При оценке ресурса на стадии проекта вводятся предположения о развитии дефектов (с, Д) и о деградации свойств металла в процессе эксплуатации:

а) законы изменения параметров дефекта как фиксированной случайной величины:

1) линейный:

ФЫо+У^, (12)

где: с10 - величина дефекта в начальный момент времени; Уа - скорость роста дефекта;

2) экспоненциальный:

(К0=^+А(еа-1), (13)

где: А - амплитуда прироста дефекта; а - показатель роста дефекта.

б) законы изменения по времени предела текучести или прочности металла трубы как фиксированной случайной величины:

1) линейный:

Сг.&Ыо^о-Чл, (14)

где: {(Тг_в)о - значение предела текучести или прочности в начальный момент времени;

V„- скорость старения металла;

2) экспоненциальный:

<7т,М=(0г.в)ое(15)

где: /?- показатель старения металла.

Значения параметров do, (<?т.в)о ,Vd ,Va,A , а, ^определяются эмпирическим путем, т.е. функции (12) - (15) получаются путем аппроксимации данных

технической диагностики. В определенные плановые сроки tx,t1,...,ti,...tM проводится контроль дефектных участков газопроводов с замером фактических значений параметров, определяющих снижение их надежности (пределы текучести и прочности металла, степень овализации, утонение стенки трубы, фактическая толщина стенки на выпуклой стороне отвода). Аппроксимация производится по методу наименьших квадратов.

Согласно разработанных моделей и алгоритмов автором построено программное обеспечение для оценки надежности и остаточного ресурса дефектных участков газопроводов. Разработанное программное обеспечение прошло необходимые испытания и тестирование, предусмотренные ГОСТом 19.301-79. Общая схема построения программного обеспечения приведена на рисунке 10. Программное обеспечение разработано под операционную систему Windows (Windows 95,98,2000,NT). Интерфейс ПО построен средствами визуального программирования. Рабочая часть программной оболочки выполнена на Delphi 5 с использованием библиотеки компонентов Microsoft Win32 API (Application Programming Interface - интерфейса взаимодействия прикладной программы с операционной системой).

В четвертой главе приведены результаты тестирования программного обеспечения, проведено (с помощью разработанного программного обеспечения) исследование влияния овализации, коррозионных и эрозионных утонений на уровень надежности и остаточного ресурса поврежденных участков газопроводов.

Выполнен расчет участка газопровода с дефектом типа овализации на нитке "Оренбург-Новопсков" (Оренбург ГАЗПРОМ). Результаты расчета показаны на рисунке 11. Согласно (2) для данного участка допускаемые кольцевые напряжения [ащ ] =345.3 МПа. В документе Р 51-31323949-42-99 рассмотрен случай, когда параметр овализации Д=6.5 мм. При этом уровень кольцевых напряжений сг^ =340.3 МПа ниже допускаемых. По критерию напряжений, согласно Р 51-31323949-42-99, допускается дальнейшая эксплуатация данного участка газопровода. Нижняя граница надежности определяется при сгщ=[ащ] и для данного случая [N]=90%. Рассчитанный уровень надежности N=93% при Д=6,5 мм выше нижней границы, таким образом, по критерию надежности (11) также возможна дальнейшая эксплуатация данного участка.

Новый расчет Сохраненные исходные данные

Выбор типа дефектного участка Затру

Сопровождение базы данных

Ввод и редактирование исходных данных

Ввод и редактирование коэффициентов вариации определяющих параметров, допускаемой надежности, определение начальных параметров, функций развития дефектов и функций деградации свойств металла в процессе эксплуатации.

Выбор типа расчета

Расчет надежности

■мщажицяшиимвЦшиинмпю» ¡л • /и 'У

Ткмкмж мм тшмт

»-, .

1 •/ ~ «К«,), -д» /с' Л

ПЫЧИОМИ МЦПМЯЛИ

Расчет остаточного ресурса

Г* Оцящотиис фуиадй [¿мпня й^шат м I | лпрмчи аоЯст» шшяям * ярвшаа явщнвж

Вмовввм юсфукммй ммпш с >«1Лр* фшвра

N(0

I-IV

ОстоточкиЯ рссурс

Печать

Формирование результатов расчета

Сохранение

Рисунок 10

350 340 330 320 310 300 200 280 270 N.

,МПа

✓

Бн = 1220 мм 5- 12 мм Р = 5.4 МПа [Скв] = 345.3 МПа ... 1 ........ 1 ....

\ 1

Ч !

Г)н= 1220 мм 5 = 12 мм Р - 5.4 МПа

1 \, 1 \

I —'—^—'—1

0 1 2 3 4 5 в 6.5 7

Рисунок 11

Выполнен расчет двух участков ЛПУМГ "Мышкино" (СеверГАЗПРОМ) с дефектами обширного утонения стенки. Результаты расчета показаны на рисунке 12. Для данных участков допускаемые кольцевые напряжения [ег^ ] =401.1 МПа. В документе Р 51-31323949-42-99 рассмотрены два случая:

- участок с первым дефектом (с=3 мм при Р=7.2 МПа);

- участок со вторым дефектом (с=4 мм при Р=6.9 МПа). При этом уровень кольцевых напряжений:

- участок с первым дефектом =395.3 (ниже допускаемых);

- участок со вторым дефектом а,, =411.8 (выше допускаемых). По критерию напряжений, согласно Р 51-31323949-42-99, для участка:

- с первым дефектом (с=3 мм при Р-1.2 МПа) допускается эксплуатация;

- со вторым дефектом (с=4 мм при Р= 6.9 МПа) эксплуатация не допускается (необходимо либо установить уплотнительную муфту, либо снизить рабочее давление).

Нижняя граница надежности определяется при ощ=[<?т]. Для участка с первым

дефектом при Р-1.2 МПа нижняя граница надежности /'N/=98%. Для участка со вторьш дефектом при Р=6.9 МПа нижняя граница надежности [N¡=98%. Рассчитанная надежность участка:

- с первым дефектом N=99.2% (выше нижней границы надежности);

- со вторым дефектом N=93.3% (меньше нижней границы надежности). По критерию надежности (11) для участка:

- с первым дефектом (с=3 мм при Р=1.2 МПа) допускается эксплуатация;

- со вторым дефектом (с=4 мм при Р=6.9 МПа) эксплуатация не допускается.

- ——— >—— ——— - V Ч

1 'Ч

- Он- 1420 ММ 6- 13.7 мм —О— при Р » 7.2 МП» -О — Р„, "К при Р - 6.9 МП»

■ ■ ■ 1----1--+--

О 0Л 1 1Д 2 2.5 3 3.5 4

Рисунок 12

Выполнен расчет штампосварного отвода на входе компрессорной станции "Юбилейная" (СеверГАЗПРОМ). Результаты расчета показаны на рисунке 13. Уровень надежности снижается при увеличении величины утонения сот". Нижняя граница надежности определяется для сот" = [с01™], где [с0™] - допускаемое значение величины утонения согласно документа Р 51-31323949-42-99. Для данного случая [сот,]= 6.1 мм (Р 51-31323949-42-99), а вычисленная нижняя граница надежности /Л7=98.78%. Для данного участка при сот°-&т" - <5^=2.8 мм значение надежности N=99.99% выше нижней границы надежности, таким

образом, по критерию надежности (11) возможна дальнейшая эксплуатация с соответствующим контролем толщины стенки. По критерию работоспособности, согласно Р 51-31323949-42-99, при ср"м=<Ри - ¿^=2.8 мм разрешается дальнейшая эксплуатация данного участка с последующим контролем толщины стенки один

Выполнен расчет штампосварного отвода (дополнительный пример из Р 51-31323949-42-99). Результаты расчета показаны на рисунке 14. Уровень надежности снижается при увеличении величины утонения с""*. Для данного случая [сот']= 5 мм (Р 51-31323949-42-99), а нижняя граница надежности [Ы]=99.27%. Для данного участка при сом*=<?"м - ¿^=8 мм значение надежности N=46.1% меньше нижней границы надежности, таким образом, по критерию надежности (11) не допускается дальнейшая эксплуатация. По критерию работоспособности, согласно Р 51-31323949-42-99, при сот'=<?т' - 5Ф=% мм необходима замена отвода.

Рисунок 14

Оценка остаточного ресурса проводилась на примере коррозионно поврежденного участка со следующими исходными данными: наружный диаметр 0„=1420 мм; внутренний диаметр £>,„ = - 28; номинальная толщина стенки

¿¡, = 18 мм; нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла (предел текучести) R2H =500 МПа; участок трубопровода III категории; рабочее давление Р=7.5 МПа; утонение стенки с=0.9 мм (5%); скорость коррозии 1 мм/год.

Нижняя граница надежности определяется при = Для данного случая нижняя граница надежности составляет 99% (график 3 на рисунке 16). Расчеты проводились различными методами: по детерминированной методике, разработанной в РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина (график 4 на рисунке 16), и согласно алгоритма главы 3 при различных уровнях разброса определяющих

параметров. Уровень разброса параметров Dbh, ä Р. с, Р" определялся согласно данных статистики и данных допускаемых отклонений, приведенных в нормативной документации. На рисунке 16: графическая зависимость 1 построена

при уровне разброса параметров DBH, S, Р, с, R" согласно данных статистики; графическая зависимость 2 построена при уровне разброса параметров DBh, & Р с, R" согласно данных допускаемых отклонений. По данным графиков 1 и 2 (рисунок 16) возможно оценить полный и остаточный у% ресурс.

N(T), %

85 90

86 80

75 70 65 60 55 50

О 0 23 0 5 0 77 1 05 1 33 1 6 1 87 2 15 2 43 2 7 2 97 3.25 3 63 3 8 4 07 4 35 4 63 4 Э 517 5 4в

Рисунок 16

В приложениях приведены исходные тексты программ, инженерная методика для оценки надежности участков газопроводов с дефектами и инженерная методика для оценки остаточного ресурса участков газопроводов с дефектами.

Основные результаты и выводы по работе:

автором использовались как результаты собственных теоретических исследований, так и результаты экспериментально-теоретических работ, выполненных на кафедре "Строительная механика корабля и сопротивление материалов" НГТУ, ВНИИГАЗе и РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина.

В результате были решены следующие задачи:

1. Разработаны:

- алгоритмы и методики оценки надежности участков газопроводов с дефектами (овализация, поверхностные коррозионные повреждения и эрозионное утонение стенок);

- алгоритмы оценки надежности комбинированного участка с учетом и без учета корреляции определяющих параметров дефектов;

- программное обеспечение для оценки надежности участков газопроводов с дефектами, которое прошло необходимые испытания и тестирование;

- инженерная методика для оценки надежности участков газопроводов с дефектами;

- алгоритмы для оценки остаточного ресурса участков газопроводов с дефектами (овализация, поверхностные коррозионные повреждения и эрозионное утонение стенок);

- программное обеспечение для оценки остаточного ресурса участков газопроводов с дефектами, которое прошло необходимые испытания и тестирование;

- инженерная методика для оценки остаточного ресурса участков газопроводов с дефектами;

2. Проведено исследование влияния овализации, коррозионных и эрозионных утонений на уровень надежности и остаточного ресурса поврежденных участков газопроводов.

На основе полученных результатов можно сделать следующие выводы:

- предложенные инженерные методики и программное обеспечение позволяют оценить надежность и остаточный ресурс участков газопроводов с дефектами (овализация, поверхностные коррозионные повреждения и эрозионное утонение стенок);

- полученные результаты численных исследований надежности и остаточного ресурса поврежденных участков газопроводов имеют практическое значение для предприятий газовой промышленности, в том числе организаций, осуществляющих диагностический контроль;

- разработанная методика и программное обеспечение для оценки надежности и остаточного ресурса участков газопроводов с дефектами могут быть использованы в практике научных, проектных и конструкторских организаций на стадии сопоставительных расчетов остаточного ресурса проектируемых или эксплуатируемых газопроводных конструкций.

газа имени И.М. Губкина, основанной на детерминированном подходе, составляет не более 25% в безопасную сторону.

Заключение

Автор выражает глубокую благодарность за помощь и консультации руководителю работы доктору технических наук, профессору, зав.каф. СМК и СМ НГТУ В.М.Волкову, сотрудникам НИИИСа и ВНИИГАЗа: д.ф-м.н. В.К. Киселеву, к.ф-м.н. В.П. Столову, к.т.н. Ю.А. Слепову, с.н.с. А.А. Кишьяну, д.т.н. В.В. Хариановскому, к.т.н. И.С. Кургановой, а также всему коллективу кафедры СМК и СМ за помощь и поддержку в процессе написания работы.

Список публикаций по теме диссертации:

1. Киселев В.К., Кишьян А.А., Кудаев А.П., Слепов Ю.А., Тремасов Н.З., Пименов С.А., Спиридович Е.А., Лисин В.Н., Хариановский В.В., Курганова И.Н. Разработка динамической модели и программно-математического обеспечения для оценки остаточного у-процентного ресурса газопроводов с длительным периодом эксплуатации. Сб. трудов 3-ей международной конференции «Энергодиагностика и condition monitoring», Н.Новгород, 2000. С.86-99;

2. Жданов Д.В., Киселев В.К., Кишьян А.А., Слепов Ю.А., Столов В.П., Пименов С.А., Курганова И.Н., Нефедов С.В., Силкин В.М., Хариановский В.В. Анализ и развитие полуэмпирических методов для оценки опасности поверхностных повреждений участков трубопроводов. Тезисы докладов 111-ей международной конференции «Диагностика трубопроводов», Москва, 2001. С. 106;

3. Пименов С.А. Оценка конструктивной надежности и риска отказа дефектных участков газопроводов. Тезисы докладов регионального молодежного научно-технического форума, Н.Новгород, 2002. С.220-221;

4. Пименов С.А. Разработка программного обеспечения для оценки конструктивной надежности и риска отказа дефектных участков газопроводов. Сборник докладов всероссийской научно-технической конференции, посвященной памяти В.М. Керичева «Современные технологии в кораблестроительном образовании, науке и производстве», Н.Новгород, 2002. С.338-341;

5. Волков В.М., Кишьян А.А., Пименов С.А. Программное обеспечение для оценки ресурса дефектных участков газопроводов. Сборник тезисов второй всероссийской конференции «Методы и программное обеспечение расчетов на прочность», Геленджик, 2002. С.15;

6. Волков В.М., Пименов С.А. Учет эксплуатационных и технологических факторов в задаче оценки надежности линейной части магистральных трубопроводов. Сборник докладов ХХ-ой Международной конференции по теории оболочек и пластин, Н.Новгород, 2002. С.111-116.

Подписано в печать 23.07.03. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1. Заказ 550. Тираж 100 экз.

Типография НГТУ, 603000, Н.Новгород, ул. Минина, 24

РНБ Русский фонд

20044 25438

! i

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Пименов, Станислав Александрович

Введение

1 Обзор расчетных методов определения надежности и ресурса участков газопроводов

1.1 Состояние проблемы

1.1.1 Вводные замечания

1.1.2 Современные представления о надежности конструкций ф газопроводов

1.1.3 Подходы к оценке ресурса конструкций газопроводов

1.2 Выводы

2 Определение надежности дефектных участков газопроводов

2.1 Общая схема

2.2 Оценка надежности участков газопроводов с дефектами типа овализации

2.3 Оценка надежности участков газопроводов с поверхностными повреждениями

2.4 Оценка надежности отводов с эрозионным утонением стенки

2.5 Оценка надежности участков газопроводов с различными ф сочетаниями повреждений

2.6 Разработка программного обеспечения для оценки надежности дефектных участков газопроводов

2.7 Выводы

3 Оценка ресурса дефектных участков газопроводов

3.1 Общая схема

3.2 Оценка ресурса участков газопроводов с дефектами типа овализации, поверхностными повреждениями и отводов с эрозионным утонением стенки

3.3 Разработка программного обеспечения для оценки ресурса дефектных участков газопроводов ф 3.4 Выводы

4 Результаты исследования надежности и остаточного ресурса дефектных участков газопроводов

4.1 Результаты исследования надежности

4.2 Результаты исследования остаточного ресурса

4.3 Выводы

Введение диссертация по механике, на тему "Влияние овализации, поверхностных коррозионных и эрозионных повреждений на надежность и остаточный ресурс участков линейной части магистральных газопроводов"

Актуальность темы

Протяженность магистральных газопроводов России составляет свыше 150 тысяч километров. Большинство из них находятся в эксплуатации 20.30 лет и приближаются к исчерпанию назначенного ресурса. Переход газовой отрасли от традиционного регламентного ремонтно - технического обслуживания газопроводов к эксплуатации по их техническому состоянию предусматривает развитие системы диагностического обслуживания и разработку расчетных методик оценки работоспособности, надежности и остаточного ресурса участков газопроводов, имеющих дефекты и повреждения, для принятия решения о выводе их из эксплуатации и проведении ремонта.

Цель и задачи исследований

- построение механико-математических моделей для расчета надежности и проведения вероятностных оценок остаточного ресурса участков линейной части магистральных газопроводов с дефектами типа овализации и с поверхностными коррозионными и эрозионными повреждениями (далее -дефектных участков газопроводов);

Научная новизна и основные защищаемые положения работы модели оценки надежности и остаточного ресурса применительно к дефектным участкам линейной части магистральных газопроводов; учет в моделях факторов: стохастичности механических свойств материала конструкции, воздействующих нагрузок вероятностного характера, случайности геометрии дефектов; методики оценки надежности и остаточного ресурса дефектных участков линейной части магистральных газопроводов.

Практическая значимость

Определяется:

Диссертационная работа выполнена в соответствии с научно-техническими программами каф "Строительная механика корабля и сопротивление материалов" НГТУ по темам: "Прогнозирование ресурса и надежности тонкостенных конструкций" (Программа по головному совету "Механика" при Минвузе РФ) и "Механика материалов и конструкций" (Федеральная целевая программа "Интеграция").

Достоверность результатов

В соответствии с исходными данными ВНИИГАЗа и с применением разработанного программного обеспечения были проведены сравнительные оценки по расчету надежности для следующих дефектных участков газопроводов: участка газопровода на нитке "Оренбург-Новопсков" (Оренбург ГАЗПРОМ); двух участков ЛПУМГ "Мышкино" (СеверГАЗПРОМ); штампосварного отвода на входе компрессорной станции "Юбилейная" (СеверГАЗПРОМ).

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались и (или) публиковались на:

3-ей международной конференции «Энергодиагностика и condition monitoring» (Н.Новгород, 2000г.);

3-ей международной конференции «Диагностика трубопроводов» (Москва,2001г.).

Региональном, молодежном научно-техническом форуме «Будущее технической науки нижегородского региона» (Н.Новгород, 2002); ХХ-ой международной конференции «Теория оболочек и пластин» (Н.Новгород, 2002);

Внедрение результатов исследования:

- результаты работы внедрены в учебную программу преподавания специальных дисциплин ''"'Надежность машин и конструкций" и "Прогнозирование ресурса тонкостенных конструкций и машин" для студентов специальности "Динамика и прочность машин";

- результаты работы использовались в совместной НИР "НАДЕЖНОСТЬ ОАО", разрабатываемой НИИИС и ГАЗПРОМ, а также в практике работ

ВНИИГАЗ при оценке надежности и у% ресурса дефектных участков газопроводов.

Публикации

Основное содержание диссертационной работы изложено в [10,11,20,24,36,37].

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения (основные результаты и выводы по работе), списка литературы и пяти приложений. Основной печатный текст вместе с 30 иллюстрациями и 16 таблицами занимает 101 страниц, список литературы состоит из 82 наименований, объем приложений составляет 109 страниц.

Заключение диссертации по теме "Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры"

Основные результаты и выводы по работе

В данной работе излагается методика оценки надежности и остаточного ресурса участков газопроводов с дефектами поперечного сечения труб: нарушениями формы поперечного сечения (овальность), изменениями геометрии стенки (поверхностные коррозионные повреждения и эрозионное утонение стенок) для прямолинейных и криволинейных участков. При построении методики автором использовались как результаты собственных теоретических исследований, так и результаты экспериментально-теоретических работ, выполненных на кафедре "Строительная механика корабля и сопротивление материалов" НГТУ, НИИИСе, ВНИИГАЗе и РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина.

В результате были решены следующие задачи:

1. Разработаны:

- инженерная методика для оценки надежности участков газопроводов с дефектами;

- программное обеспечение для оценки остаточного ресурса участков газопроводов с дефектами, которое прошло необходимые испытания и тестирование.

- инженерная методика для оценки остаточного ресурса участков газопроводов с дефектами;

На основе полученных результатов можно сделать следующие выводы:

- разработанная методика и программное обеспечение для оценки надежности и остаточного ресурса участков газопроводов с дефектами могут бьггь использованы в практике научных, проектных и конструкторских организаций на стадии сопоставительных расчетов остаточного ресурса проектируемых или эксплуатируемых газопроводных конструкций.

Необходимо отметить, что относительная разница результатов оценки остаточного ресурса участков газопроводов с дефектами по авторской методике, основанной на вероятностном подходе, и методике разработанной в РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, основанной на детерминированном подходе, составляет не более 25.6% в безопасную сторону.

Заключение

Автор выражает глубокую благодарность за помощь и консультации руководителю работы доктору технических наук, профессору, зав.каф. СМК и СМ НГТУ В.М.Волкову, сотрудникам НИИИСа и ВНИИГАЗа: д.ф-м.н. В.К. Киселеву, к.ф-м.н. В.П. Столову, к.т.н. Ю.А. Слепову, ст.н.с. А.А. Кишьяну, д.т.н. В.В. Хариановскому, к.т.н. И.С. Кургановой, а также всему коллективу кафедры СМК и СМ за помощь и поддержку в процессе написания работы.

Основные обозначения

Q - нагрузка, действующая на конструкцию, усилие в элементах конструкции, напряжения;

R - несущая способность, выраженная в тех же единицах, что и величина нагрузки; Г— гарантия неразрушимости;

Zj,a1,.ai,.an определяющие параметры (случайные величины);

Q(ar+i,ar+2, . ап) - нагрузка как функция п случайных аргументов; R(alfa2,. аг) - несущая способность как функция г случайных аргументов; *Р(а],а2,. ап) - функция неразрушимости;

Р( ¥)■> p(Qh P(R) ~ плотности вероятности ц/, Q, R соответственно;

Q — среднее значение функции нагрузки;

R — среднее значение функции несущей способности; у/- среднее значение функции неразрушимости;

SQ - среднеквадратичное отклонение функции нагрузки;

SR—среднеквадратичное отклонение функции несущей способности;

Sy - среднеквадратичное отклонение функции неразрушимости; tj - коэффициент запаса прочности; vQ- коэффициент вариации нагрузки; vR- коэффициент вариации несущей способности конструкции; коэффициент вариации функции неразрушимости; Р(—) — вероятность наступления предельного состояния (отказа); Р(+) - вероятность безотказной работы; N(t) - изменяющаяся во времени надежность конструкции; [N] - предельная (допускаемая) надежность конструкции; Up - гауссовский уровень надежности; иР (г) - квантиль, отвечающая вероятности безотказной работы, как функция времени;

Ф(иР) - нормированная функция Лапласа; kij - коэффициент корреляции величин

- коэффициент вариации i-го определяющего параметра;

Д - коэффициент влияния i-го определяющего параметра; Ajr,Aiq - коэффициенты влияния определяющих параметров; vri*vqi - коэффициенты вариации определяющих параметров [ст^] - допускаемые кольцевые напряжения; [£] — допустимая толщина стенки;

R" - норматавное сопротивление растяжению (сжатию) металла трубы (предел текучести);

R" - нормативное сопротивление растяжению металла трубы (предел прочности); Rl - расчетное сопротивление материала; сг^ - кольцевые напряжения;

- кольцевые напряжения при овализации; ащм - кольцевые напряжения для участка с поверхностными коррозионными поврежцениями; ** ярм - продольные осевые напряжения;

Р - рабочее давление; DH - наружный диаметр трубы; DeH - внутренний диаметр трубы; 8- толщина стенки трубы;

Р - безразмерный параметр давления; Е - модуль Юнга; /г - коэффициент Пуассона; S ; 2 2 в— окружная координата (0 < 0 < 2л:);

Alk, ^-коэффициенты ряда Фурье разложения функции отклонения формы сечения от круговой; п - коэффициент надежности по нагрузке; т - коэффициент условий работы газопровода; Кх - коэффициент надежности по материалу; Кн - коэффициент надежности по назначению газопровода; X - коэффициент несущей способности для выпуклой стороны отвода; А — амплитудное значение изменения половины номинального диаметра трубы;

A(t) — изменение величины А в процессе эксплуатации;

Ао - амплитудное значение изменения половины номинального диаметра трубы в момент времени t=0; VA - скорость изменения величины Д; A j - амплитуда изменения величины А; ай - показатель изменения величины А; с — фактическое утонение стенки трубы; c(t) - изменение фактического утонения стенки трубы в процессе эксплуатации; с0 - фактическое утонение стенки трубы в момент времени t=0; Vc - скорость утонения стенки трубы;

Ас - амплитуда изменения величины фактического утонения стенки трубы; ас - показатель изменения величины фактического утонения стенки трубы; дф — фактическая толщина стенки на выпуклой стороне отвода;

S,p(t) - изменение фактической толщины стенки отвода на выпуклой стороне в процессе эксплуатации; come(t) - изменение фактического утонения стенки отвода на выпуклой стороне в процессе эксплуатации; со°те — фактическое утонение стенки отвода на выпуклой стороне в момент времени t=0; уотв СКОрОСТЬ утонения стенки отвода на выпуклой стороне; 81тв - толщина стенки бездефектной части отвода; доте амшшТуда изменения величины фактического утонения стенки отвода на выпуклой стороне; сfme - показатель изменения величины фактического утонения стенки отвода на выпуклой стороне; UРт - квантиль, соответствующая вероятности безотказной работы участка с дефектом типа овализации; Uрпп - квантиль, соответствующая вероятности безотказной работы участка с поверхностными повреждениями; Up — квантиль, соответствующая вероятности безотказной работы отвода с эрозионным утонением стенки; Т]0в - коэффициент запаса для участка с дефектом типа овализации; rjnn — коэффициент запаса для участка с поверхностными повреждениями; г}эру - коэффициент запаса для отвода с эрозионным утонением стенки;

Лов,пп- коэффициент запаса для участка с сочетанием повреждений типа овализации и поверхностными повреждениями при корреляции определяющих параметров дефектов; Ркн - конструктивная надежность;

Ров - конструктивная надежность участка с дефектом типа овализации; Рпп - конструктивная надежность участка с поверхностными повреждениями; Рэру - конструктивная надежность отвода с эрозионным утонением стенки; Ров.пп ~ конструктивная надежность участка с сочетанием повреждений типа овализации и поверхностными повреждениями; Рэрумп — конструктивная надежность отвода с сочетанием эрозионного утонения стенки и поверхностными повреждениями; d(t) - закон изменения величины дефекта по времени; d0 - величина дефекта в момент времени t=0;

Vd - скорость роста дефекта;

А - амплитуда роста дефекта; а — показатель роста дефекта;

Or,B(t) - закон изменения по времени предела текучести или прочности металла трубы;

От,в)о - значение предела текучести или прочности в момент времени t=0;

Vа- скорость старения металла;

3 - показатель старения металла;

Y(t) - аппроксимирующая функция; bo^bi- параметры аппроксимирующей функции;

М - количество технических освидетельствований конструкции;

At)i - итерационный шаг; kd - параметр, определяющий изменение в % величины дефекта за один итерационный шаг; ксг - параметр, определяющий величину изменения предела текучести или прочности за один итерационный шаг (задается в %);

Ту - остаточный ресурс;

Vrh - коэффициент вариации нормативного сопротивления растяжению (сжатию) металла трубы (предела текучести);

Vp - коэффициент вариации рабочего давления;

Уdh - коэффициент вариации наружного диаметра трубы;

УА — коэффициент вариации амплитудного значения изменения половины номинального диаметра трубы;

Vg — коэффициент вариации толщины стенки трубы;

У с - коэффициент вариации фактического утонения стенки трубы;

Ущ — коэффициент вариации расчетного сопротивления материала;

Урвн - коэффициент вариации внутреннего диаметра трубы;

У8Ф— коэффициент вариации фактической толщины стенки на выпуклой стороне отвода;

Arh - коэффициент влияния нормативного сопротивления растяжению (сжатию) металла трубы (предела текучести); - коэффициент влияния рабочего давления;

ЛПн — коэффициент влияния наружного диаметра трубы;

Лл — коэффициент влияния амплитудного значения изменения половины номинального диаметра трубы;

Ду - коэффициент влияния толщины стенки трубы; А: - коэффициент влияния фактического утонения стенки трубы; ^ - коэффициент влияния расчетного сопротивления материала; ЛВвн - коэффициент влияния внутреннего диаметра трубы; коэффициент влияния фактической толщины стенки на выпуклой стороне отвода; в - относительная погрешность.

Принятые сокращения

ИНУ - изгибно-напряженный участок; КС - компрессорная станция;

ЛЧМГ - линейная часть магистрального газопровода;

НДС - напряженно-деформированное состояние;

ОС - операционная система;

ПК - персональный компьютер;

ПМО - программно-математическое обеспечение;

ПО - программное обеспечение;

ПОУ - потенциально опасный участок;

ПЭВМ - персональная электронная вычислительная машина;

ТУ — технические условия.

Список источников диссертации и автореферата по механике, кандидата технических наук, Пименов, Станислав Александрович, Нижний Новгород

1. Айнбиндер А.Б, Камерштейн А.Г. Расчет магистральных трубопроводов на прочность и устойчивость. Справочное пособие. -М.: Недра, 1982.

2. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. -М.: Физматгиз, 1965.

3. Болотин В.В. Применение методов теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. -М.: Стройиздат, 1971.

4. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. -М.: Машиностроение,1984.

5. Болотин В.В. Статистические методы в строительной механике. -М.: Стройиздат, 1965.

6. Бородавкин П.П., Березин B.JI. Сооружение магистральных трубопроводов, М.: Недра, 1987.

7. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗОВ. -М.: Накуа, 1966.

8. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. -М.: Наука, 1969.

9. Волков В.М. Живучесть тонкостенных конструкций в эксплуатационных условиях // Механика разрушения и надежностьсудовых конструкций: Межвуз. сб. / Горьков. политехи, ин-т.1. Р Горький, 1987.

10. Волков В.М., Кишьян А.А., Пименов С.А. Программное обеспечение для оценки ресурса дефектных участков газопроводов. Сборник тезисов второй всероссийской конференции «Методы и программное обеспечение расчетов на прочность», Геленджик, 2002.

11. Волков В.М., Пименов С.А. Учет эксплуатационных и технологических факторов в задаче оценки надежности линейной части магистральных трубопроводов. Сборник докладов ХХ-ой Международной конференции по теории оболочек и пластин, Н.Новгород, 2002.

12. Вожов Л.И., Шишкин A.M. Надежность летательных аппаратов -М.: Высшая школа, 1975.

13. Гусенков А.П. Прочность при изотермическом и низкотермическом малоцикловом нагружении. -М.: Наука, 1979.

14. Гутман Э.М. Зайнуллин Р.С., Шаталов Ф.Т., и др., Прочность газопромысловых труб в условиях коррозионного износа. -М.: Недра, 1984.

15. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ. -М.: Наука, 1989.

16. Единая система программной документации. Программа и методика испытаний. Требования к содержанию и оформлению. ГОСТ 19.301-79 (Ст. СЭВ 3747-82), -М.: Изд-во Стандартов, 1983.

17. Екимов В.В. Вероятностные методы в строительной механике корабля — Л: Судостроение, 1966.

18. Зорин Е.Е., Ланчаков Г.А, Степаненко А.И., и др. Работоспособность трубопроводов. Расчетная и эксплуатационная надежность. -М.: Недра, 2000.

19. Иванцов О.М., Надежность строительных конструкций магистральных газопроводов. М.: Недра, 1985.

20. Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем. -М: Мир, 1980.

21. Коллакот Р. Диагностика повреждений. -М: Мир, 1989.

22. Козлов Б.А, Ушаков И.А. Краткий справочник по расчету надежности радиоэлектронной аппаратуры. М: Советское радио, 1966.

23. Кубарев А.И. Надежность в машиностроении. -М: Изд-во Стандартов, 1989.

24. Кузнецов А.А. Надежность конструкций баллистических ракет. -М: Машиностроение, 1978.

25. Либовиц Г. Разрушение. -М: Машиностроение, 1977.

26. Махутов Н.А: Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. -М.: Машиностроение, 1990.

27. Металлы. Методы испытаний на растяжение. ГОСТ 1497-84 (Ст. СЭВ 471-77), ГОСТ 9651-84 (Ст. СЭВ 1194-78), ГОСТ 11150-84, ГОСТ 11701-84, -М.: Изд-во Стандартов, 1985.

28. Методические рекомендации по расчетам конструктивной надежности магистральных газопроводов РД 51-4.2.-003-97, -М.: ВНИИИГАЗ, 1997 г.

29. Москаленко В.Н., Хариановский В.В. Прочность элементов теплообменных устройств в условиях случайных пульсаций температур. -М.: Атомиздат, 1979.

30. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. ГОСТ 27.002-89. -М.: Изд-во Стандартов, 1990.

31. Нейман Ю. Вводный курс теории вероятностей и математической статистики.-М: Наука, 1968.

32. Пименов С.А. Оценка конструктивной надежности и риска отказа дефектных участков газопроводов. Тезисы докладов регионального молодежного научно-технического форума, Н.Новгород, 2002.

33. Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали. Общие технические условия. ГОСТ 1050-88. -М.: Изд-во Стандартов, 1988.

34. Рекомендации по оценке работоспособности дефектных участков газопроводов. Р 51-31323949-42-99. -М.: ВНИИГАЗ, 1998.

35. Романов В.В. Влияние коррозионной среды на циклическую прочность металлов. М.: Наука, 1969.

36. Ржаницын А.Р. Метод определения допускаемых нагрузок на сооружения. Сб. «Исследовательские работы по инженерным конструкциям», под. ред. В.В.Бургмана, вып. 2. Стройиздат, 1949.

37. Ржаницын А.Р. Применение статистических методов в расчетах сооружений на прочность и безопасность. Строительная промышленность, №6,1952.

38. Ржаницын А.Р. К проблеме расчетов сооружений на безопасность. Сб. «Вопросы безопасности и прочности строительных конструкций». Стройиздат, 1952.

39. Ржаницын А.Р. Необходимо совершенствовать нормы расчета строительных конструкций. Строительная промышленность, №8,1957.

40. Ржаницын А.Р. Определение запаса прочности сооружений. Строительная промышленность, №8, 1947.

41. Ржаницын А.Р. Расчет сооружений с учетом пластических свойств материалов, Стройиздат, 1954.

42. Ржаницын А.Р. Статистические методы определения напряжений при продольном изгибе. Научные сообщения ЦНИПСа, вып. 3. Стройиздат, 1951.

43. Ржаницын А.Р. Статистическое обоснование расчетных коэффициентов. Материалы к теории расчета по предельному состоянию, вып. П.Стройиздат, 1949.

44. Ржаницын А.Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность.-М,: Стройиздат, 1986.

45. Свиридов Ю.Т., Тюкачев Н. Delphi 5. Создание мультимедийных приложений. -М.: Нолидж, 2000.

46. Стеклов О.И, Аладинский В.В., Есиев Т.С. Прогнозирование ресурса газопроводов с коррозионными повреждениями. // Надежность газопроводных конструкций. М.: ВНИИГАЗ, 2000.

47. Стрелецкий Н.С. К вопросу о возможности повышения допускаемых напряжений. Строительная промышленность, №№2-3,1942.

48. Стрелецкий Н.С. К вопросу общего коэффициента безопасности, Проект и стандарт, №10,1935.

49. Стрелецкий Н.С. К вопросу определения допускаемых напряжений. Строительная промышленность, №7,1940.

50. Стрелецкий Н.С. К вопросу установления коэффициентов запаса сооружений. Известия АН СССР, ОТН, №1, 1947.

51. Стрелецкий Н.С. О возможности повышения допускаемых напряжений. Строительная промышленность. №7,1943.

52. Стрелецкий Н.С. Об исчислении запасов прочности сооружения. Сборник трудов МИСИ, №1,1938.

53. Стрелецкий Н.С. Основные направления исследований по уточнению метода расчета строительных конструкций по предельному состоянию. Академия строительства и архитектуры СССР-НТО строительной промышленности СССР, 1958.

54. Стрелецкий Н.С. Основы статистического учета коэффициента запаса прочности сооружений. Стройиздат, 1947.

55. Строительные нормы и правила. СНиП 2.05.06-85. Магистральные газопроводы. -М.: Госстрой, 1985.

56. Строительные нормы и правила. СНиП Ш-42-80. Правила производства и приемки работ. Магистральные трубопроводы. -М.: Стройиздат, 1981.

57. Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент. ГОСТ 10704-91, -М.: Изд-во Стандартов, 1992.

58. Труфяков В.И. Усталость сварных соединений. -Киев: Наукова думка, 1974.

59. Труханов В.М. Надежность изделий в машиностроении. Теория и практика. -М: Машиностроение, 1996.

60. Фаронов В.В. Delphi 5. Учебный курс. -М.: Нолидж, 2000.

61. Харнановский В.В. Диагностика и ресурс газопроводов: состояние и перспективы. // Газовая промышленность, №11,1995.

62. Харнановский В.В. Надежность и ресурс конструкций газопроводов. -М.: Недра, 2000.

63. Хоциалов Н.Ф. Запасы прочности. Строительная промышленность, №10, 1929.

64. Хоциалов Н.Ф. Массовый анализ в железобетонном деле. Строительная промышленность, №1,1932.

65. Шамис В.А. Borland С++ Builder 4. Техника визуального программирования. -М.: Нолидж, 2000.

66. Широков М.А. Анализ методов оценки работоспособности газопроводов с дефектами. // Надежность газопроводных конструкций. М.: ВНИИГАЗ, 2000.

67. Шумаков П.В., Фаронов В.В. Delphi 5. Создание приложений БД. -М.: Нолидж, 2000.

68. An American National Standard. ASME B31G 1991. Code For Pressure Piping. Manual for Determining the Remeining Strength of Corroded Pipelines. N.Y. ASME, 1991.

69. An American National Standart. ASME B31.8 1992. Code For Pressure Piping. Gas Transmission And Distribution Piping Systems. N.Y.: ASME, 1993.

70. Kharionovsky V. Practical diagnostic of gas transmission pipeline in Russia. //Proceeding of 1-st Internat. Pipeline conf., -1996, v.l, p.p. 137148, ASME, New York.

71. Kiefner J.F. Vieth P.H. New method corrects criterion for evaluating corroded pipe // Oil & Gas Joumalm, Aug. 6, 1990. P. 56-59.

72. Kiefner J.F. Vieth P.H. PC programm speeds new criterion for evaluating corroded pipe // Oil & Gas Joumalm, Aug. 20, 1990.

73. Mackenstein P., Schmidt W. Evaluating the strength of defective pipes: methods and assesment criteria// Pipes & Pipelines International, September-October, 1996. P. 23-30.

74. Maier Max. Die Sicherheit der Bauwerke und ihre Berechnung nach Grenzkraften anstatt nach zulassigen Spannungen. Springer-Verlag, Berlin, 1926.

75. Mok D.H., Pick R.J., Glover F.J., Hoff R. Bursting of line pipe with long external corrosion // Int. Journal Pressure Vessel & Piping, V. 46.1991.P.195-215.

76. O'Grady T.J., Hisey D.T., Kiefner J.F. Method for evaluating corroded pipe addresses variety of patterns // Oli & Gas Journal, Oct. 12. 1992. P.77-82.

77. O'Grady T.J., Hisey D.T., Kiefner J.F. Pressure calculation for corroded pipe developed // Oli & Gas Journal, Oct. 19. 1992. P.84-89.