Изчисляване на ресурса на съществуващи стоманени тръбопроводи според остатъчната дебелина на стената

Въпросите за изчисляване на остатъчния живот на съществуващите стоманени тръбопроводи са в съответствие с определянето на първоначалната дебелина на стената на тръбопровода. Релевантността на подобни задачи е извън съмнение за повечето комунални съоръжения в градовете на България, където стоманените тръбопроводи традиционно се използват във водоснабдителните системи. Например, при дължина на тръбопроводите на градската водоснабдителна мрежа на Москва от над 11 хиляди км, около 72% от тръбопроводите са стоманени тръби, 26% са чугунени тръби и само 2% са стоманобетонни, полиетиленови и поливинилхлоридни тръби. При стандартен експлоатационен живот на стоманени тръбопроводи от 20 години, средната възраст на стоманените тръбопроводи на московската водоснабдителна система е 24 години, а на чугунените тръбопроводи - 41 години. Настоящата ситуация води до увеличаване на авариите на тръбопроводната мрежа. Анализът на причините за авариите на тръбопроводите показва, че най-честите повреди по стоманените тръби са дупки, причинени от въздействието на външната и вътрешната корозия на тръбите. Най-голям брой аварии (приблизително 90%) възникват в тръбопроводи на водоснабдителната мрежа с малък диаметър (100-300 mm) поради относително малката дебелина на стената на тръбата.

Като мерки, които допринасят за удължаване на експлоатационния живот на стари стоманени тръбопроводи, на първо място е необходимо да се разгледа техният безизкопен ремонт по различни методи. Въпреки това, преди да извършат ремонтни и възстановителни работи и да изберат най-ефективния вариант за обновяване на тръбопровода, проектантите трябва да идентифицират остатъчния им живот, който до голяма степен зависи от физическото състояние на участъка от мрежата към момента на вземане на решение за обновяване.

Под остатъчен ресурс (остатъчен експлоатационен живот) се разбира времето на работа на тръбопровода от момента на неговата диагностика до достигане на граничното състояние. Остатъчен ресурсследва да се разграничава от момента на последваща диагностика на техническото състояние. Остатъчният ресурс като случайна величина се характеризира с числените параметри на времето на работа и вероятността през това време на работа да не бъде достигнато граничното състояние.

За да определите остатъчния ресурс, трябва да знаете:

параметри, определящи техническото състояние на обекта, промяната на които може да доведе до гранично състояние (например остатъчната дебелина на стената на тръбопровода);
стойността на следните параметри към момента на диагностицирането: вътрешна корозия, която възниква поради промяна в качествените показатели на транспортираната вода, което се отразява негативно на вътрешните стени на тръбопровода; външна корозия на почвата, включително в местата на прекъсване на антикорозионното покритие; корозивна активност на почвите около тръбопровода;
скоростта на промяна на горните параметри по време на по-нататъшна диагностика и експлоатация на тръбопроводната мрежа.

Математически техническото състояние на обекта, за който се изчислява остатъчният живот, може да се опише с помощта на линейни, експоненциални, логаритмични или експоненциални зависимости. Например, за определяне на остатъчния ресурс на обект под въздействието на обща корозия, експоненциалният модел е най-подходящ.

За стоманени градски водоснабдителни и дренажни мрежи под налягане най-приемливата оценка на състоянието е намаляване на дебелината (изтъняване) на стената в резултат на обща (фронтална) и питингова (питингова) корозия, както и ерозионно износване на стените на тръбопровода от транспортираната течност до стойност, под която не се осигурява границата на безопасност.

Същността на проблема за оценка на остатъчния живот на тръбопровода във времетов зависимост от дебелината на стената се състои в цялостен анализ на изменението на дебелината на стената и влиянието на външни обстоятелства, натоварвания и въздействия върху участъка на тръбопровода, свързани по-специално с местоположението на тръбопровода спрямо транспортната инфраструктура, неговата дълбочина, наличието на подземни води по трасето, характеристиките на почвата, експлоатационния живот на отделните участъци от мрежата и др., както и при сравняване на стойностите:

изчислена необходима дебелина на стената на тръбопровода dcalc.tr
проектна дебелина на стената dproject (съгласно GOST за съответния диаметър на тръбата и клас стомана);
остатъчна дебелина на стената (в резултат на проявата на корозионни процеси по вътрешните и външните повърхности на тръбопровода във времето).

Изчислената минимална дебелина на стената се взема въз основа на опростен метод или сложно изчисление на якостта, като се използват данни за диаметрите на тръбопровода и околната среда, а проектната дебелина на стената се определя като дебелината на стената на фабрично произведена тръба, направена в съответствие със спецификациите. Остатъчната дебелина на стената съответства на нейната дебелина след n-тия брой години експлоатация на участъка от тръбопровода. Определя се въз основа на резултатите от редовна диагностика (измерване на дебелината) или специални полеви диагностични изследвания, предписани при спешни случаи.

При определяне на ресурса на тръбопровода се използват следните изчислени зависимости:

за определяне на средната скорост на корозия V, mm/год

където N е експлоатационният живот на тръбопровода до определяне на дебелината на стената, година; d проект - проектна дебелина на стената, mm;

за определяне на остатъчния ресурс N ost , год

където do е остатъчната дебелина на стената, mm;dost * - остатъчна дебелина на стената, при която не се спазват установените гранични условия за първо гранично състояние (допустими напрежения на опън в тавата) или за второ гранично състояние (допустими деформации в покрива).

Методът на неговото обновяване пряко зависи от стойността на остатъчния ресурс на тръбопровода.

Ако тръбопроводът има достатъчно дълъг остатъчен живот (обикновено повече от 10 години), тогава защитни покрития чрез пръскане (цимент-пясък или полимер) могат да се разглеждат като метод за неговото възстановяване. Тези покрития ще осигурят плътността на конструкцията на тръбата, но няма да увеличат нейната носеща способност. Ако тръбопроводът има значителни фистулни повреди и остатъчният му живот е значително по-малък от 10 години, най-приемливият метод за безизкопен ремонт може да бъде издърпването на полимерна тръба в тръбопровода или нанасянето на непрекъснато вътрешно защитно покритие от полимерни материали, което ще увеличи носещата способност на двуслойна тръбна конструкция.

Изчисляването на остатъчния живот на участък от съществуващ разрушен стоманен тръбопровод по отношение на дебелината на стената и степента на корозия се извършва с помощта на автоматизирана програма, чийто първи диалогов прозорец е показан на фигурата по-долу.

Диалогов прозорец

при липса на информация за (височината на подпочвените води над тръбопровода) са необходими предварителни инженерни и геоложки проучвания (например изкопаване) и ако е невъзможно да се организират, величината на появата на вода трябва да се вземе равна на дълбочината на тръбопровода, което ще увеличи границата на безопасност;
обемното тегло на почвата се определя от вида на почвата, преобладаваща по трасето на тръбопровода (за пясък -1,5 t/m3; глинеста почва - 1,7; глина - 1,9; скали - 2,1 t / m 3);
при липса на информация е необходимо да се поставят нули (в този случай няма да се извърши изчислението за точкова корозия).

Работата със софтуерния пакет започва с натискане на бутона Първоначални данни и въвеждане на необходимата първоначална информация, фигурата по-горе.

След като въведете първоначалните данни, натиснете бутона Ok и на екрана отново се появява първият диалогов прозорец. Чрез щракване върху съответните бутони на екрана се извеждат резултатите от якостното изчисляване по гранични състояния и информация за остатъчната дебелина на стената, която осигурява („ресурсът не е изчерпан“) или не осигурява („ресурсът е изчерпан“) носимоспособността на тръбата.

Следната информация е представена като първоначални данни на входната информация (фигурата по-горе):

външен диаметър на участъка на тръбопровода, m;
дълбочина на тръбопровода (от повърхността на земята до канала), m;
височина на подземните води над тръбния канал, m;
вътрешно налягане на водата в тръбопровода, m вода. Изкуство. или t/m 2;
проектна (първоначална) дебелина на стената на тръбопровода, mm;
остатъчна дебелина на стената на тръбопровода (по диагностика), mm;
продължителност на експлоатация на тръбопровода преди диагностика, години;
обемно тегло на материала на тръбата, t/m 3 ;
обемно тегло на почвата, t/m 3 ;
обемно тегло на транспортираната вода, t/m 3 ;
дълбочина на дефекта в зоната на максимално увреждане, mm;
най-големият размер (диаметър) на корозионната яма по горния ръб на дефекта, mm;
реално време от възникване на дефекта (по диагностика), години.

Като референтни данни за входната информация се въвежда следната информация:

граница на провлачванестомана, MPa;
модул на еластичност на стоманата, t/m 2;
модул на деформация на масата на почвата, t/m 2 ;
Коефициент на Поасон за стомана;
Коефициент на Поасон за почвата;
надлъжни гранични наклони на земната повърхност;
надлъжни деформации на земната повърхност.

Изходната информация се представя под формата на три форми:

форма 1 - резултати от изчисляване на остатъчния живот при излагане на обща корозия;
форма 2 - резултатите от изчисляването на остатъчния живот под въздействието на питинг (питингова) корозия;
форма 3 - определяне на остатъчния ресурс.

Форма 1 (излагане на обща корозия)

При съставянето на формуляр 1 се използват резултатите от изчислението за първото гранично състояние (якост в тавата) - A, второто гранично състояние (деформации в дъгата) - B и теста за стабилност, като се вземат предвид пластичните деформации - C.

A. Изчислението за първото гранично състояние предвижда определянето на:

напрежения на опън от собственото тегло на тръбата, MPa;
напрежения на натиск от подземни води, MPa;
напрежения на опън от вътрешно водно налягане, MPa;
контактни напрежения от скален натиск, като се вземат предвид натоварванията на колелата, MPa;
общи стойности на контактни и опънни напрежения (∑σ0), MPa.

За подробен анализ на динамиката на промените в стойностите на напрежението изходната информация трябва да включва също информация за следните междинни изчислителни параметри:

контактни напрежения, t/m2: Q1, A1, S1
намалено обемно тегло, t/m 3 ;
натоварвания върху работния контур на мината, t/m 2 :P0, P2

Според резултатите от изчисленията за първото гранично състояние се правят следните изводи:

оставащата дебелина на стената осигурява носещата способност на тръбата (∑σ0 Up.slope и Up.def) - ресурсът е изчерпан.

В. Въз основа на резултатите от изчисленията за проверка на стабилността, като се вземат предвид пластичните деформации, се правят следните заключения:

остатъчната дебелина на стената осигурява носещата способност на тръбата (Pcr > Hb) - ресурсът не е изчерпан;
остатъчната дебелина на стената не осигурява носещата способност на тръбата (Rcr g: Q1, A1, S1
намалено обемно тегло, t/m 3 ;
натоварвания върху работния контур на мината, t/m 2 : Р0, Р2.

Според резултатите от изчисленията за първото гранично състояние се правят следните изводи:

оставащата дебелина на стената осигурява носещата способност на тръбата (∑Pфакт 0,75 σm за стомана, т.е. 270 MPa) - ресурсът е изчерпан.

Ако ресурсът на тръбопровода е изчерпан, тогава в изходната форма 2 се прави общо заключение: ресурсът на тръбопровода е изчерпан - той трябва да бъде заменен.

Ако ресурсът не е изчерпан, оставащият ресурс се изчислява чрез извеждане на следната информация към принтера:

критична дълбочина на дефекта при работни напрежения, mm;
скорост на нарастване на дефекта в равнината на тръбата, mm/година;
средна скорост на обща корозия, mm/година;
обща скорост на корозия, mm/година;
остатъчен живот в случай на питингова корозия, година.

Формуляр 3 (определяне на остатъчен ресурс)

Разпечатките на формуляр 3 трябва да съдържат обобщаващи заключения за остатъчния живот на участъка от тръбопровода. Получената информация отразява остатъчния живот на тръбопровода в случай на обща (челна) и точкова (питинг) корозия. Въз основа на сравнението на получените стойности автоматично се избира най-малката стойност, която се счита заостатъчен ресурс:

ресурс на тръбопровода с обща (челна) корозия, година;
ресурс на тръбопровода при точкова (питингова) корозия, година;
най-малък ресурс на участъка от тръбопровода, година.

Таблицата по-долу показва приблизителна разпечатка на резултатите от автоматизирано изчисление.