Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Основные проблемы обеспечения работоспособности и безопасности магистральных нефтепроводов 8
1.1 Опыт внутритрубной диагностики и выборочного ремонта нефтепроводов 8
1.2 Оценка степени опасности повреждений на нефтепроводах 13
1.3 Определение параметров технологии устранения сваркой опасности повреждений на нефтепроводах без остановки перекачки 19
1.4 Методы снижения опасности повреждений на нефтепроводах с применением накладных элементов 24
Выводы по главе 1 30
Глава 2 Исследование напряженного состояния моделей труб с металлургическими несплошностямн 31
2.1 Модели труб с металлургическими несплошностямн 31
2.2 Теоретические основы расчетов напряженного состояния труб с несплошностямн 34
2.3 Особенности напряженного состояния труб с металлургическими несплошностямн 49
Выводы по главе 2 56
Глава 3 Повышение ресурса и снижение металлоемкости ремонтных муфт 57
3.1 Сущность предлагаемого технического решения 57
3.2 Расчеты геометрических параметров ремонтных муфт с повышенной работоспособностью 61
3.3 Расчет предельного состояния цилиндрического элемента ремонтной муфты с дополнительными кольцевыми швами 69
Выводы по главе 3 77
Глава 4 Усовершенствованная технология ремонта действующих нефтепроводов с металлургическими несплошностямн 78
4.1 Сущность предлагаемых технических решений 78
4.2 Оценка долговечности труб с металлургическими несплошностям по критериям механики разрушения 80
4.3 Определение скорости развития металлургических несплошностей в нефтепроводах 88
Выводы по главе 4 96
Основные выводы и рекомендации по работе 97
Библиографический список использованной литературы
- Оценка степени опасности повреждений на нефтепроводах
- Теоретические основы расчетов напряженного состояния труб с несплошностямн
- Расчеты геометрических параметров ремонтных муфт с повышенной работоспособностью
- Оценка долговечности труб с металлургическими несплошностям по критериям механики разрушения
Введение к работе
Работоспособность и безопасность нефтепроводов во многом предопределяет непрерывность функционирования большинства отраслей народного хозяйства. К сожалению, как показывают статистические данные, наблюдается тенденция роста количества аварий на трубопроводах, и в частности на нефтепроводах. В ряде регионов участились отказы из-за коррозионного износа и усталости металла трубопроводов, несовершенства проектных решений, заводского брака труб, брака строительно-монтажных и ремонтных работ и др. Имеющиеся на стенках трубопроводов различные дефекты, групповые или сплошные коррозионные язвы снижают несущую способность трубопровода и могут привести к отказам. Аварии на трубопроводах, вызванные разрывом стенок труб, происходят относительно редко, однако даже незначительный разрыв стенок трубопровода может нанести огромный ущерб, связанный с загрязнением окружающей среды, возможными взрывами и пожарами, человеческими жертвами, нарушением снабжения потребителей нефтью, газом и нефтепродуктами. Поэтому сохранение работоспособности линейной части трубопроводов является одной из основных проблем трубопроводного транспорта. В этом плане важное значение имеет своевременное и качественное проведение профилактических и ремонтных мероприятий, направленных на сохранение, восстановление и повышение несущей способности линейной части трубопроводов.
В настоящее время для обеспечения надежной работы трубопровода, имеющего участки с уменьшенной несущей способностью, применяют ряд методов: перекачку продукта производят под давлением ниже проектного, на отдельных участках или по всей длине трубопровода прокладывают лупинги, производят ремонт стенок трубопровода заплавкой коррозионных язв, наваркой накладок, корыт и хомутов. Если коррозионный из 4 нос превышает предельную величину, то трубы или их участки вырезают и заменяют на новые. Иногда трубопровод полностью демонтируют, производят тщательную отбраковку с целью выявления качественных труб и повторного их использования. Эти методы требуют больших затрат, связанных с остановкой перекачки, опорожнением трубопровода, выходом перекачиваемого продукта на землю и значительной его потерей. Возросшие требования к охране окружающей среды и к методам безопасного ведения ремонтных работ делают эту проблему особенно актуальной.
Наиболее эффективным является восстановление ослабленных стенок трубопроводов без остановки перекачки. В зависимости от вида дефектов и распределения их на поверхности трубопровода могут быть приняты различные методы ремонта.
Внутритрубная диагностика нефтепроводов показывает, что значительная часть обнаруженных дефектов является дефектами типа «несплошность» (расслоение металла). Некоторые из них имеют значительную протяженность и примыкают к сварным стыкам. Часто всіречаются сочетания несплошности с коррозионными и механическими дефектами.
Ремонт таких дефектов сопряжен с применением ремонтных муфт большой протяженности и металлоемкости.
В ряде случаев трубы с протяженными несплошностями квалифицируются как недопустимые и подлежащие ремонту с заменой их на новые. Очевидно, что такой технологический прием сопряжен с достаточно высокими материально-трудовыми затратами.
В связи с этим возникает ряд актуальных и имеющих научно-практическую значимость задач, связанных с ремонтом и обеспечением безопасности и работоспособности труб с обнаруженными при диагностике протяженными металлургическими несплошностями.
Цель работы - повышение эффективности ремонта нефтепроводов с протяженными металлургическими несплошностями за счет применения ремонтных муфт повышенной работоспособности и пониженной металлоемкости, совершенствования технологии ремонтно-сварочных работ и регламентации безопасного срока их эксплуатации.
Для решения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи исследования:
• анализ работоспособности и технологии ремонта действующих нефтепроводов с протяженными металлургическими несплошностями;
• исследование возможности повышения работоспособности и снижения металлоемкости накладных элементов для ремонта металлургических не-сплошностей;
• исследование возможности повышения ресурса и снижения металлоемкости накладных элементов для ремонта протяженных несплошностей;
• совершенствование технологии ремонта действующих нефтепроводов с протяженными металлургическими несплошностями с оценкой их остаточного ресурса.
Методы решения поставленных задач
При оценке напряженного состояния моделей труб с металлургическими несплошностями использованы известные методы и подходы механики разрушения, сопротивления материалов и теории упругости.
При разработке технологии ремонта нефтепроводов с протяженными металлургическими несплошностями использованы современные достижения теории надежности и ремонта в трубопроводном транспорте.
Предельные состояния элементов трубопроводов с металлургическими несплошностями и без них определялись с использованием широко известных и апробированных критериев разрушения, применяемых в теории пластичности и в механике деформирования твердых тел. Научная новизна:
1. на основе подходов механики разрушения установлены новые закономерности напряженного состояния и несущей способности моделей труб с металлургическими несплошностями. Получены функциональные зависимости для расчетов коэффициентов интенсивности напряжений в характерных зонах моделей труб с металлургическими несплошностями, имеющими перемычки;
2. методами теории пластичности произведена оценка несущей способности ремонтных муфт в зависимости от их характерных размеров;
3. разработана методика расчета остаточного ресурса труб с протяженными металлургическими несплошностями, позволяющая обеспечивать безопасность эксплуатации нефтепроводов после их ремонта.
На защиту выносятся результаты расчетов напряженного состояния, несущей способности и ресурса труб с протяженными металлургическими несплошностями; методика определения остаточного ресурса нефтепроводов после ремонта; технология ремонта нефтепроводов с протяженными металлургическими несплошностями; метод повышения ресурса и снижения металлоемкости ремонтных муфт.
Практическая ценность результатов работы
1. Предложена усовершенствованная технология ремонта труб нефтепроводов без остановки перекачки, позволяющая значительно сократить сроки и себестоимость ремонта.
2. Предложен способ повышения ресурса и снижения металлоемкости ремонтных муфт.
3. Разработанная методика расчета остаточного ресурса нефтепроводов после ремонта позволяет устанавливать безопасные сроки эксплуатации и периодичность их диагностики. Достоверность результатов
Достоверность результатов подтверждена качественным и количественным согласованиями результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, полученными автором на разработанных экспериментальных стендах с использованием современной измерительной аппаратуры. Большинство предлагаемых автором технических решений подтверждены натурными испытаниями.
Некоторые результаты автора согласуются с данными, полученными другими авторами.
Апробация работы
Материалы диссертации докладывались на научно-техническом семинаре «Работоспособность и технологичность нефтепромыслового оборудования и трубопроводов» (апрель 2006 г.) и научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (май 2006 г.).
Публикации. По результатам работы опубликовано 11 научных работ.
Оценка степени опасности повреждений на нефтепроводах
Эта задача в работах [16, 19, 44] решается в двух направлениях. Первое направление связано с установлением закономерностей взаимосвязи остаточной дефектности конструктивных элементов с величиной внутреннего давления в трубопроводе. В результате этого определяется коэффициент снижения несущей способности ф_, представляющий собой отношение разрушающего давления конструктивного элемента с повреждением Рш, к разрушающему давлению Ри бездефектного конструктивного элемента: Фр=Рвп/Рв. Второе направление ставит вопрос оценки коэффициента снижения долговечности ф, для конструктивных элементов трубопроводов. При этом ф[ = tnn /tB, где tB„ и tB - соответственно долговечности конструктивных элементов с повреждением и без него. Заметим, что ф1 = ґ(фр)
Установленные значения фр и (pt могут бытьиспользованы для оценки: - степени и очередности устранения дефектов, обнаруженных при диагностике; - остаточного ресурса нефтепроводов и их конструктивных элементов; - периодичности диагностики и испытаний нефтепроводов; - причин механических отказов нефтепроводов.
В общем виде величина фр определяется свойствами металла и характеристиками повреждения, поэтому ф =ап-Кп, где коэффициент с/.„ характеризует степень снижения предельных напряжений конструктивного элемента в сравнении с временным сопротивлением металла; К,, - коэффициент, характеризующий степень ослабления конструктивного элемента данным повреждением. Он зависит от размеров, ориентации и местоположения повреждений.
Базируясь на основных подходах механики разрушения, теории упругости и пластичности, а также проведенных лабораторных и натурных испы таний произведена оценка коэффициентов ап и Кп для конструктивных элементов нефтепроводов с различными трещиноподобными повреждениями, дефектами сварных соединений, а также повреждениями коррозионно-механического характера (общая и локализованная коррозия). В качестве примера на рисунках 1.1 и 1.2 приведены данные по оценке фр для трещино подобных повреждений в конструктивных элементах нефтепроводов. На этих же рисунках даны фотографии муаровых полос, которые иллюстрируют неравномерность распределения деформаций элементов, обусловленных повреждениями. Установлено, что для наиболее распространенных низкоуглеродистых и низколегированных сталей повышенной прочности коэффициент ссп близок к единице (ап 1,0) Это свидетельствует о достаточно высокой трещиностойкости этих трубных сталей. При этом в нетто-сечении элементов разрушающие напряжения практически равны пределу прочности стали за.
Другими словами, в рассматриваемом случае повреждения приводят к уменьшению фр лишь за счет снижения рабочего сечения элемента (об этом свидетельствуют данные рисунков 1.1, в и 1.2, в). Следовательно, фр «Кп.
Например, для труб с протяженными трещиноподобными повреждениями Кп =l-mh,raemh -относительная глубина повреждения. Для коротких повреждений величина фр больше, чем для протяженных. Этот факт объясняется проявлением поддерживающего эффекта. В опубликованных работах автором получены аналитические зависимости для оценки поддерживающего эффекта для различных повреждений и конструктивных концентраторов напряжений в элементах нефтепроводов.
В ряде случаев возникает необходимость оценки ф для элементов со сквозными повреждениями, например при образовании сквозной коррозионной язвы, питтинга и др. Основываясь на подходах теории пластичности и механики разрушения, в работе получены соответствующие формулы для расчетов ф для труб со сквозными повреждениями. На основании данных по ф можно производить оценку критических параметров коэффициента К„. Такие данные необходимы при выполнении расчетов долговечности элементов с повреждениями, а следовательно, при оценке коэффициента (pt при различных условиях работы нефтепродукто-провода. В частности, в работе установлена следующая взаимосвязь между (pt и фр для конструктивных элементов, работающих в условиях цикличе 111,, ского нагружения по отнулевому пульсирующему циклу: cpt = р ", где m„ константа, определяемая экспериментально. По данным ИМАШ РАН им. А.А. Благонравова (В.П. Когаев, А.П. Гусенков и Н.А. Махутов), во многих случаях тц =12,5. Кроме этого, в работе предложен метод оценки остаточного ресурса конструктивных элементов с повреждениями, базирующийся на усовершенствованном нами уравнении Коффина-Мэнсона. В отличие от известных подходов к оценке малоцикловой долговечности элементов в работе производится учет изменения свойств металла (относительного сужения ф, пределов усталости о_{ и прочности ав) в результате проявления эффекта деформационного охрупчивания и старения.
Степень опасности повреждений на трубопроводах, работающих при длительном статическом нагружении и коррозии, оценивается по данным интегрирования кинетического уравнения механохимической повреждаемости элементов с повреждениями и без них (Р.С. Зайнуллин и др.). Для оценки предельной долговечности бездефектных конструктивных элементов получена следующая формула: (l + kCT -CTB/Vn7X1 + kc ,К»/-АУ"В) б0 -фактическая где tB=[S„(nB-l)]/u0-nB-толщина стенки элемента (трубы); пв=ав/стр; ар-рабочее окружное напряжение, определяемое по СНиП 2.05.06-85 ; и0 -скорость коррозии стали без приложения нагрузок; к0 и кс -механохимические параметры; \\)н -равномерное сужение стали; п - коэффициент деформационного упрочнения стали. Здесь механические характеристики определяются с учетом деформационного старения и охрупчивания
Теоретические основы расчетов напряженного состояния труб с несплошностямн
Критерии начала распространения трещины могут быть получены как на основе энергетических соображений, так и силовых. Исторически сложилось так, что сначала А.А. Гриффитсом в 1920 г. был предложен энергетический критерий разрушения, а силовой критерий был сформулирован Дж. Р. Ирвином лишь в 1957 г. Ирвин также показал эквивалентность этих двух критериев.
Сущность критерия Гриффитса состоит в следующем. Пусть имеется идеально упругое тело с начальным разрезом. Для того чтобы этот разрез стал распространяться, увеличивая свою поверхность, требуется израсходовать энергию, равную по величине работе, которую надо затратить, чтобы обеспечить разрыв материала перед кромкой разреза. Эту работу можно назвать работой разрушения. Одновременно с образованием новой поверхности, свободной от нагрузок, в некотором объеме тела уменьшается деформация. Это приводит к соответствующему выделению из тела упругой энергии. Таким образом, на основании закона сохранения энергии, в пренебрежении иными возможными потоками энергии, при развитии трещины на величину 5S соблюдается энергетическое условие вида 5 T = G8S. (2.1)
Здесь 8Г - работа разрушения, необходимая для образования новой поверхности разрыва площадью 8S, G - поток энергии в вершину трещины, отнесенный к единице площади трещины или, иными словами, интенсивность освобождающейся упругой энергии.
А.А. Гриффите предполагал, что величина 5Г есть поверхностная энергия твердого тела, имеющая ту же физическую природу, что и для жидкости. Однако впоследствии выяснилось, что затраты энергии при создании новых поверхностей при развитии трещины связаны, главным образом, с работой пластической деформации объемов материала, расположенного перед фронтом трещины. Если линейные размеры этих объемов малы сравнительно с длиной трещины, то поток упругой энергии по-прежнему можно вычислить, сообразуясь только с упругим решением, а затрату энергии на разрушение относить теперь к работе пластической деформации. В этом состоит концепция квазихрупкого разрушения Е.О. Орована и Дж. Р. Ирвина. Эта концепция явилась крупным вкладом в процесс перехода от идеального материала в схеме Гриффитса к реальным металлическим материалам. Благотворность этой концепции объясняется тем, что разрушение реальных конструкций практически всегда происходит квазихрупким образом - макрохрупкий излом содержит значительные остаточные деформации вблизи поверхности разрушения. Таким образом, был открыт путь применения теории разрушения Гриффитса к решению инженерных проблем. Энергия Г обеспечивает существование твердого тела как единого целого, а при образовании новых поверхностей (из начального разреза) можно считать, что энергия Г имеет поверхностную природу и поэтому 5Г = 2у5 5. (2.2) Здесь у - интенсивность поверхностной энергии, затрачиваемой на разрушение.
Баланс энергии (2.1) имеет один и тот же вид, независимо от способа приложения внешней нагрузки - будет ли это случай фиксированных точек приложения внешних сил (захватов), случай фиксированного значения внешних сил или какой-то промежуточный случай1.
Если захваты фиксированы, не смещаются, то работа внешних сил равна нулю, и отсюда непосредственно следует равенство (2.1). Потенциальная энергия деформации тела W уменьшается на величину G, целиком расходуемую на разрушение.
Если захваты в результате роста трещины смещаются при постоянных внешних силах, то правая часть равенства (2.1) есть разность между работой внешних сил и энергией деформации. Эта разность положительная и равна G. Баланс энергии по-прежнему сохраняет вид (2.1). В обоих экстремальных случаях величина G одинакова и равна G = ±oWlcl. (2.3)
Здесь знак плюс относится к случаю постоянной силы, а знак «минус» - к фиксированным захватам. В обоих случаях, получается, что G положительна.
Поток энергии в вершину трещины можно вычислить, если на продолжении рассматриваемого разреза ввести мысленный разрез, на поверхностях которого действуют сильно меняющиеся напряжения, возникающие в сплошной среде около кромки разреза от воздействия внешней нагрузки.
Расчеты геометрических параметров ремонтных муфт с повышенной работоспособностью
Торцы ремонтных муфт вследствие, действия краевых моментов испытывают высокую концентрацию напряжений. В частности, коэффициент концентрации напряжений в продольном напряжении может достигать достаточно большой величины: аа=\2[А {при/и = 0,3-а(7 3,6). В результате этого происходит снижение несущей способности ремонтных муфт. Методами теории пластичности и предельного состояния легко установить, что коэффициент снижения несущей способности ремонтных муфт вследствие действия краевого эффекта может достигать до 0,75...0,85 от предела прочности металла муфты (трубы).
С целью повышения несущей способности и долговечности ремонтные муфты изготавливаются утолщенными (усиленными) по торцам (рисунок 3.4).
Наиболее важными геометрическими параметрами ремонтных муфт повышенной работоспособности является: t c - толщина стенки усиленной части муфты; /VL. - длина (протяженность) утолщенной части муфты; у - угол скоса соединения разнотолщинных труб.
С целью обеспечения равнопрочности рс = 1,0 (фс = Рс/Рс , где Рс - разрушающее давление муфты с кольцевыми швами; Рс - разрушающее давление основного металла (трубы)). С целью обеспечения этого условия (фс = 1,0) необходимо, чтобы толщина стенки усиленной части была больше в 1,75...1,35 раза. Длина усиленной части муфты выбирается из следующих соображений.
Как известно, краевые моменты и изгибные напряжения по образующей муфты носят достаточно быстро затухающий характер. Распределение моментов и напряжений по образующей муфты (по оси X) можно представить в следующем виде: М,(х)=М0-К ; (3.1) az(x) = Cfzmax К 3-2) где К - коэффициент затухания. Он определяется по формуле [77]: K =e ex(cosGx-sin9x), (3.3) где е - основание натурального логарифма; 9 = 1,285 R 8М.
Распределение относительных моментов и напряжений (К ) по образующей муфты описывается единой кривой (рисунок 3.5).
При 8Х = 0 величина К = 1, а краевые моменты и напряжения достигают своих предельных значений. При уменьшении параметра 0Х величина К резко снижается до нулевого значения при некотором критическом значении (0Х) , примерно равном 0,8. В области значений 0Х (0Х) значение К меняет знак на обратный, и при 0Х 3 величина К практически становится равной нулю.
На рисунке 3.6 построена зависимость, связывающая параметр г\ с относительной координатой X/R, при которой краевые моменты напряжения равны нулю.
Полученные данные являются теоретической базой для выбора размеров муфт повышенной работоспособности.
В соответствии с приведенными соображениями длина (протяженность) усиленной части муфты должна быть не менее величины, определенной по формуле ус = 2л/г 5. (3.4)
Другим не менее важным параметром предопределяющим работоспособность ремонтной муфты повышенной работоспособности, является угол скоса их разнотолщинных участков у.
В дальнейшем по величине hlp расчеты необходимых параметров устанавливают известными подходами и методами механики разрушения. Например, коэффициент интенсивности напряжений для образца с острым надрезом равен: К,=анл/Кэ.пуп-У, (3.7) где ан - номинальное напряжение; У - поправочная (безразмерная) функция, определяемая методами механики трещин и разрушения или по справочным данным для конкретной модели с трещиной.
Статическими и циклическими испытаниями установлено, что при отношениях у 0,85 рассматриваемая модель имеет достаточно высокие показатели ресурса.
Проведенный комплекс испытаний статических и циклических образцов из низкоуглеродистых (СтЗ, 20), низколегированных (16ГС, 17ГС, 09Г2С) и нержавеющих (12Х18Н10Т) сталей показал, что при у 0,825 раз нотолщинные соединения обеспечивают достаточно высокие показатели работоспособности и безопасности. В частности, отмечается значительное повышение предела усталости аг при пульсирующем цикле нагружения.
Наряду с рассматриваемыми видами концентрации напряжений в раз-нотолщинных соединениях в областях резкого изменения поперечного сечения возникает концентрация напряжений из-за реализации краевых эффектов при нагружении внутренним давлением Р [77].
Оценка долговечности труб с металлургическими несплошностям по критериям механики разрушения
Феноменологически разрушения делят на стадии инициации трещин, распространения магистральных трещин и долома (спонтанного распространения разрушения). Последние две стадии оцениваются методами механики разрушения. Методы определения долговечности по критерию трещинообра зования рассмотрены в предыдущем разделе [44, 55, 61 и др.]. Вкратце остановимся на методах оценки долговечности (живучести) конструктивных элементов по критерию распространения магистральных трещин.
При соблюдении условия автомодельности контролирующим процесс развития трещин является размах коэффициента интенсивности напряжений Kj: dl /dN = vtl = f (A Kj), где - длина (глубина) трещины. При известной функции f(A Ki) интегрирование этого уравнения позволяет определять живучесть конструктивного элемента N . Средний участок диаграммы циклической трещиностойкости обычно аппроксимируют степенной функцией (Па-риса-Эрдогана) [44]: Уц = СвДКЛ, (4.1) где Са и пст - константы материала.
В области сравнительно низких скоростей роста трещин vu 10" м/цикл кривая трещиностойкости отсекает на оси абсцисс отрезок Kth, называемый пороговым КИН. При Kmax Kth трещина не развивается. В области высоких скоростей роста трещин (v 10" м/цикл) кривая трещиностойкости асимптотически приближается к прямой Ктах = К(с. При Ктах К(с наступает долом конструктивного элемента. Критические значения КИН Кс и KfC не однозначны, однако в ориентировочных расчетах можно принимать Кс « KfC. Значение Kth имеет большое практическое значение, поскольку оно позволяет устанавливать безопасные характеристики циклического нагружения и размеры трещин. Параметр Kth зависит от исходных механических характеристик материала, внешней среды и др. При отнулевом (пульсирующем) цикле нагружения величина Kth связана с пределом текучести от но следующей эмпирической зависимости [53]: K,h= 12,7- 0,006 сг, (4.2) где Kth в МПа л/М, ат в МПа. Параметры диаграммы циклической трещино-стойкости связывают с удельной работой разрушения wc [53]: Сст = 0,000103 861Пст; па = (5,065 ± 0,1168)-(0,00168 ± 0,0001) wcc, (4.3) где wc в МДж/м . Удельная работа разрушения wc определяется по характеристикам диаграммы растяжения гладких образцов, в частности по формуле [53]: wc = (aT + SK)ln(l/l-i/), (4.4) где SK - истинное сопротивление разрушению; ці - относительное сужение. По М.П. Марковцу: SK = oB(l + l,4v/). (4.5) Для упруго-пластических моделей средний участок диаграммы циклической трещиностойкости описывается уравнением Н.А. Махутова [53]: уц = СаДКп1Е, (4.6) где Ке - коэффициент интенсивности упруго-пластических деформаций. Определение параметров диаграммы циклической трещиностойкости в коррозионно-активных средах производится с соблюдением особых условий, в частности постоянства значения рН среды в процессе испытаний образцов.
В настоящей работе оценку долговечности труб с расслоениями будем оценивать на основании уравнения (4.6).
Для замкнутых расслоений уравнение (4.6) необходимо интегрировать в пределах от -20 до кр и от КІЕ0 до КІкр. Для незамкнутых расслоений уравнение (4.6) следует интегрировать в пределах от п0 до hKp и от К і Е0 до К1скр.
Аппроксимация численных результатов интегрирования дает следующую формулу для оценки долговечности элементов с замкнутыми несплош-ностями: t = (1 - 40 I Ар) т 2п snp(1+m) / ар2 Yf v, (4.8) где о и Кр - начальная и критическая протяженности замкнутой несплошности; єкр = єкр I &r; &r - деформация текучести; єкр = r\ (1 /(1 - \/)); \\і - относительное сужение; ар = GP I стт; стр - окружное напряжение, соответствующее рабочему давлению в трубопроводе; ат - предел текучести; Y - поправочная функция; m?s = -2 015„; 5„ - остаточная толщина элемента со стороны наружной поверхности; v - частота циклов нагружения.
В расчетах долговечности вместо &у в некоторых случаях целесообразно брать 8о.2 (о.2 - остаточная деформация, равная 0,2 %), а вместо ат следует брать G0.2. Долговечность труб с несплошиостями существенно зависит от предельной деформации єпр.
Для облегчения расчетов долговечности по формулам (4.8) и (4.9) на рисунке 4.4 даны зависимости I /С0 от параметра деформационного упрочнения стали m при различных значениях относительного сужения ц/. На рисунке 4.5 представлены зависимости числа циклов нагружения до разрушения NTp труб с несплошиостями от коэффициента запаса прочности по временному сопротивлению ав / ар. Очевидно, что увеличение ст„ / ар способствует соответственному росту долговечности. Уменьшение ти приводит к увеличению долговечности труб. На рисунке 4.6 построены зависимости NTp от относительного рабочего давления Р = Р / Рт = ар / ат, где Рт - давление, соответствующее пределу текучести. С уменьшением Р долговечность труб существенно увеличивается, особенно интенсивно при Р 0,6. На рисунке 4.6 отражено влияние относительного сужения \\f на долговечность труб с несплошностями. Увеличение \/ приводит к росту долговечности NTp.
