RU2799264C1 - Method of increasing resource of pipelines - Google Patents

Abstract

FIELD: non-destructive testing.

SUBSTANCE: invention can be used to determine the residual mechanical stresses in the welded joints of pipelines and reduce these residual stresses. In the method for increasing the life of pipelines, the acoustic echo method is used to measure the propagation times of longitudinal and transverse waves polarized along and across the axis of the pipe. Based on the data obtained, residual stresses are determined. Measurements are carried out at the points of installation of supports, connection of the pipeline to the equipment or to another pipeline. For stress measurement points, the maximum permissible values of residual stresses are determined according to the given mathematical expression. The obtained values of residual stresses (σ_b)_m are compared with the calculated maximum allowable residual stresses for this point [(σ_b)_m]. If at this point the measured voltage (σ_b)_m exceeds the maximum allowable stress [(σ_b)_m], measures are taken to reduce the measured voltages to an acceptable level, that is, to the level (σ_b)_m≤ [(σ_b)m].

EFFECT: increase of resource of the pipelines based on creation of a technology for determining the permissible values of residual stresses, determining locations and a method for measuring residual stresses.

4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к изготовлению и эксплуатации трубопроводов, а также к области неразрушающего контроля конструкционных материалов, и может быть использовано для определения остаточных механических напряжений в сварных соединениях трубопроводов и снижения этих остаточных напряжений.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely, to the manufacture and operation of pipelines, as well as to the field of non-destructive testing of structural materials, and can be used to determine residual mechanical stresses in welded joints of pipelines and reduce these residual stresses.

Анализ осуществляемой эксплуатации трубопроводов показывает, что надежность трубопроводов является недостаточной. Известно, что возникновение протечки, например, взрывоопасного газа сопровождается его воспламенением и взрывом. Задачей, на решение которой направлено проектирование и эксплуатация трубопроводов, является предотвращение аварий, приводящих не только к экономическим потерям, но также и к катастрофам и смертельным случаям.An analysis of the ongoing operation of pipelines shows that the reliability of pipelines is insufficient. It is known that the occurrence of a leak, for example, of an explosive gas, is accompanied by its ignition and explosion. The problem, which is aimed at the design and operation of pipelines, is the prevention of accidents that lead not only to economic losses, but also to catastrophes and deaths.

Одной из причин аварий и отказов на трубопроводах является пропуск в эксплуатацию трубопроводов со значимыми величинами остаточных напряжений. Так, например, наличие в трубопроводе локальных остаточных напряжений на уровне предела текучести способно сократить ресурс трубопровода в 10 и более раз, и перекрыть положительное влияние коэффициентов запаса прочности. При этом нормативные документы не предусматривают прямого измерения остаточных напряжений в трубопроводе и направлены на ограничение натягов, перемещений, измерение кривизны трубопровода, что направлено на уменьшение величины остаточных напряжений, но не исключает их появление и превышение значений, вызывающих существенное сокращение ресурса трубопроводов.One of the causes of accidents and failures in pipelines is the commissioning of pipelines with significant residual stresses. So, for example, the presence of local residual stresses in the pipeline at the level of the yield strength can reduce the life of the pipeline by 10 or more times, and block the positive effect of safety factors. At the same time, the regulatory documents do not provide for direct measurement of residual stresses in the pipeline and are aimed at limiting interference, displacements, measuring the curvature of the pipeline, which is aimed at reducing the magnitude of residual stresses, but does not exclude their occurrence and excess values, causing a significant reduction in the life of pipelines.

Обзор существующих методов измерения напряжений показывает, что в настоящее время накоплен большой арсенал методов и средств оценки механических напряжений, основанных на различных физических явлениях, в том числе:A review of existing methods for measuring stresses shows that a large arsenal of methods and tools for estimating mechanical stresses based on various physical phenomena has now been accumulated, including:

- методы тензометрии, основанные на измерениях деформации путем контроля состояния чувствительных элементов, стационарно укрепляемых на поверхности объекта контроля;- strain gauge methods based on strain measurements by monitoring the state of sensitive elements permanently fixed on the surface of the test object;

- разрушающие механические методы, реализующие принцип упругой разгрузки;- destructive mechanical methods that implement the principle of elastic unloading;

- неразрушающие физические методы, основанные на измерении параметров самого объекта контроля, чувствительных к его напряженному состоянию.- non-destructive physical methods based on measuring the parameters of the test object itself, sensitive to its stress state.

Методы тензометрии обеспечивают оценку деформаций и напряжений конструкции по результатам измерений деформаций датчиков, стационарно укрепляемых на поверхности в каждой точке контроля напряжений. Их преимуществом являются метрологическая обеспеченность и высокая точность измерений.Tensometry methods provide an assessment of the deformations and stresses of the structure based on the results of measurements of the deformations of sensors permanently fixed on the surface at each stress control point. Their advantage is metrological security and high measurement accuracy.

Вместе с тем, применение этих методов для контроля монтажных напряжений (МН), в трубопроводе в процессе монтажа ограничено из-за необходимости обеспечения их целостности в период монтажа, что в условиях высоких температур и возможных динамических воздействий практически невозможно.At the same time, the use of these methods for monitoring installation stresses (MN) in the pipeline during installation is limited due to the need to ensure their integrity during installation, which is practically impossible under conditions of high temperatures and possible dynamic effects.

Использование тензометрии для контроля напряжений, возникающих при непроектных перемещениях в процессе эксплуатации, неэффективно из-за необходимости стационарной установки достаточно большого количества датчиков и поддержания их работоспособности в течение всего срока службы трубопровода.The use of strain gauges to control stresses arising from non-design displacements during operation is inefficient due to the need for a stationary installation of a sufficiently large number of sensors and maintaining their performance throughout the life of the pipeline.

Метод, реализующий принцип упругой разгрузки, предусматривает использование бесконтактных оптических измерений перемещений на кромке разгружающих отверстий, высверливаемых в контрольных точках трубопровода. Этот метод может обеспечить достаточно высокую точность измерения напряжений, но непригоден для использования на трубопроводах таких опасных производственных объектов, как АЭС, поскольку его применение требует нарушения целостности трубопровода.The method, which implements the principle of elastic unloading, involves the use of non-contact optical measurements of displacements at the edge of unloading holes drilled at pipeline control points. This method can provide a sufficiently high accuracy of stress measurement, but is unsuitable for use on pipelines of such hazardous industrial facilities as nuclear power plants, since its use requires violation of the integrity of the pipeline.

Наибольший интерес для построения неразрушающих методик контроля напряжений представляют физические методы, основанные на измерении параметров самого объекта контроля, чувствительных к его напряженному состоянию. К таковым относятся радиационные, электромагнитные и акустические методы.Of greatest interest for the construction of non-destructive stress control techniques are physical methods based on measuring the parameters of the control object itself, which are sensitive to its stress state. These include radiation, electromagnetic and acoustic methods.

Для использования в производственных условиях пригодны акустические и электромагнитные методы, которые реализуются переносными портативными приборами с малогабаритными датчиками. При этом в отличие от методов тензометрии, не требуется нахождения датчиков на объекте непосредственно в процессе монтажа, сварки или эксплуатации.Acoustic and electromagnetic methods are suitable for use in industrial conditions, which are implemented by portable portable devices with small-sized sensors. At the same time, unlike strain gauge methods, it is not required to locate the sensors on the object directly during installation, welding or operation.

Вопрос измерения напряжений с регламентированной погрешностью, учитывающей, в том числе, влияние технологического разброса структурных характеристик металла объекта контроля, решен для акустического метода измерения напряжений - метода акустоупругости, основанного на зависимости от напряжений скоростей распространения объемных упругих волн ультразвукового диапазона.The issue of measuring stresses with a regulated error, which takes into account, among other things, the influence of the technological spread of the structural characteristics of the metal of the test object, is solved for the acoustic method of measuring stresses - the acoustoelasticity method, based on the stress dependence of the propagation velocities of bulk elastic waves in the ultrasonic range.

Метод акустоупругости обеспечивает выполнение измерений главных мембранных напряжений, в условиях одноосного или локально плоского двухосного напряженного состояния, возникающего в трубопроводах под воздействием МН (ГОСТ Р 52731-2007 «Контроль неразрушающий. Акустический метод контроля механических напряжений. Общие требования»).The acoustoelasticity method ensures the measurement of the main membrane stresses under conditions of a uniaxial or locally planar biaxial stress state that occurs in pipelines under the influence of MN (GOST R 52731-2007 "Non-destructive testing. Acoustic method for monitoring mechanical stresses. General requirements").

Известен способ контроля напряжений на основе акустоупругости (патент РФ №2598980), выбранный в качестве прототипа. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют измерение эхо-методом времен распространения продольных и поперечных упругих волн, при этом для оценки напряжений используются коэффициенты Пуассона ν₃₁ и ν₃₂ материала, определяемые через времена распространения продольных и поперечных упругих волн. В зонах трубопровода, где отсутствуют остаточные напряжения, имеет место линейная зависимость между коэффициентами Пуассона ν₃₁ и ν₃₂. Присутствие остаточных сварочных напряжений приводит к отклонению точек {ν₃₁; ν₃₂} от исходной линейной зависимости. По величине отклонения оценивают разность кольцевых и осевых напряжений 02-01.A known method of stress control based on acoustoelasticity (RF patent No. 2598980), selected as a prototype. The essence of the invention lies in the fact that the measurement of the propagation times of longitudinal and transverse elastic waves is performed by the echo method, while Poisson's ratios ν ₃₁ and ν ₃₂ of the material are used to estimate the stresses, determined through the propagation times of longitudinal and transverse elastic waves. In pipeline zones where there are no residual stresses, there is a linear relationship between Poisson's ratios ν ₃₁ and ν ₃₂ . The presence of residual welding stresses leads to deviation of the points {ν ₃₁ ; ν ₃₂ } from the initial linear dependence. The magnitude of the deviation estimate the difference between the ring and axial stresses 02-01.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- отсутствуют указания на порядок практического применения результатов, полученных данным методом, для повышения ресурса безопасной эксплуатации трубопроводов;- there are no indications on the procedure for the practical application of the results obtained by this method to increase the resource for the safe operation of pipelines;

- отсутствует обоснованная процедура выбора мест контроля напряжений;- there is no justified procedure for selecting places for stress control;

- отсутствует процедура оценки результатов измерения, в частности порядок определения диапазона допустимых значений остаточных напряжений;- there is no procedure for evaluating the measurement results, in particular, the procedure for determining the range of permissible values of residual stresses;

- не приведены методы снижения остаточных напряжений в случае превышения допустимых значений.- methods for reducing residual stresses in case of exceeding the permissible values are not given.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение надежности работы трубопроводов и увеличение ресурса их работы за счет использования результатов неразрушающего контроля напряжений.The problem to be solved by the present invention is to improve the reliability of the pipelines and increase the resource of their work through the use of the results of non-destructive testing of stresses.

Техническим результатом является повышение ресурса трубопроводов на основе создания технологии определения допустимых значений остаточных напряжений, определения мест и метода измерения остаточных напряжений, определения способов снижения остаточных напряжений в случае, если их величина превышает допустимые значения. Указанный технический результат достигается тем, что в способ повышения ресурса трубопроводов, заключающемся в том, что на исследуемом участке трубопровода в каждой точке измеряют акустическим эхо-методом времена распространения продольных и поперечных волн, поляризованных вдоль и поперек оси трубы, и на основании полученных данных определяют остаточные напряжения, согласно настоящему изобретению измерения проводят в точках установки опор или присоединения трубопровода к оборудованию или к другому трубопроводу, для точек, в которых провели измерения, определяют предельно допустимые величины остаточных напряжений по формуле:The technical result is to increase the resource of pipelines based on the creation of technology for determining the permissible values of residual stresses, determining the places and method for measuring residual stresses, determining methods for reducing residual stresses if their value exceeds the permissible values. The specified technical result is achieved by the fact that in the method of increasing the resource of pipelines, which consists in the fact that on the investigated section of the pipeline at each point, the acoustic echo method measures the propagation times of longitudinal and transverse waves polarized along and across the axis of the pipe, and on the basis of the data obtained, determine residual stresses, according to the present invention, measurements are carried out at the points of installation of supports or connection of a pipeline to equipment or to another pipeline, for the points at which measurements were taken, the maximum allowable values of residual stresses are determined by the formula:

гдеWhere

[(σ_b)_м] - предельно допустимые величины остаточных напряжений,[(σ _b ) _m ] - maximum allowable values of residual stresses,

[σ] - номинальное допускаемое напряжение, зависящее от марки стали трубопровода,[σ] - nominal allowable stress, depending on the steel grade of the pipeline,

σ_m - мембранное напряжение в направлении оси трубопровода в точке измерения, зависящее от условий эксплуатации и определяемое из поверочного расчета прочности трубопровода,σ _m - membrane stress in the direction of the axis of the pipeline at the measurement point, depending on the operating conditions and determined from the verification calculation of the strength of the pipeline,

(σ_b)_э - общие изгибные напряжения в точке измерения, зависящие от условий эксплуатации и определяемые из поверочного расчета прочности трубопровода,(σ _b ) _e - total bending stresses at the measurement point, depending on the operating conditions and determined from the verification calculation of the strength of the pipeline,

после чего для каждой точки, в которой проводили измерения, полученные значения остаточных напряжений (σ_b)_м сравнивают с вычисленными предельно допустимыми остаточными напряжениями для этой точки [(σ_b)_м], и в случае, если в этой точке измеренное напряжение (σ_b)_м превышает предельно допустимое напряжение [(σ_b)_м], проводят мероприятия по снижению измеренных напряжений до приемлемого уровня, то есть до уровня (σ_b)_м ≤ [(σ_b)_м].after which, for each point at which measurements were taken, the obtained values of residual stresses (σ _b ) _m are compared with the calculated maximum allowable residual stresses for this point [(σ _b ) _m ], and if at this point the measured stress (σ _b ) _m exceeds the maximum allowable stress [(σ _b ) _m ], take measures to reduce the measured stresses to an acceptable level, that is, to the level (σ _b ) _m ≤ [(σ _b ) _m ].

Преимущественно в качестве мероприятий для снижения измеренных напряжений до приемлемого уровня, то есть до уровня (σ_b)_м ≤ [(σ_b)_м], а способе повышения ресурса трубопроводов, применяют отжиг в точке, где измеренные напряжения превышают допустимые, при температуре, при которой предел текучести металла трубопровода ниже предельно допустимого остаточного напряжения, то есть напряжения [(σ_b)_м].Mainly as measures to reduce the measured stresses to an acceptable level, that is, to the level (σ _b ) _m ≤ [(σ _b ) _m ], and as a way to increase the service life of pipelines, annealing is used at the point where the measured stresses exceed the allowable ones, at a temperature at which the yield strength of the pipeline metal is below the maximum allowable residual stress, that is, the stress [(σ _b ) _m ].

В качестве мероприятий для снижения измеренных напряжений до приемлемого уровня, то есть до уровня (σ_b)_м ≤ [(σ_b)_м L может применяться изменение положения опоры или опор вдоль оси трубопровода или изменяют положение опоры или опор по высоте.As measures to reduce the measured stresses to an acceptable level, that is, to the level (σ _b ) _m ≤ [(σ _b ) _m L, a change in the position of the support or supports along the pipeline axis or change the position of the support or supports in height can be used.

В качестве мероприятий для снижения измеренных напряжений до приемлемого уровня, то есть до уровня (σ_b)_м ≤ [(σ_b)_м], могут применять врезку в трубопровод для снижения величины натяга до приемлемого уровня, вплоть до нуля.As measures to reduce the measured stresses to an acceptable level, that is, to the level (σ _b ) _m ≤ [(σ _b ) _m ], a tie-in into the pipeline can be used to reduce the interference to an acceptable level, down to zero.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема участка трубопровода, на фиг.2 - схема участка трубопровода с проводимым мероприятием по компенсации остаточных напряжений, на фиг.3 - схема участка трубопровода с другим вариантом проводимого мероприятия по компенсации остаточных напряжений, на фиг.4 - схема элемента врезки, фиг 5 - схема участка трубопровода с врезкой.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a diagram of a pipeline section, figure 2 is a diagram of a pipeline section with ongoing measures to compensate for residual stresses, figure 3 is a diagram of a pipeline section with another option for ongoing measures to compensate for residual stresses, on figure 4 is a diagram of the tie-in element, Fig 5 is a diagram of a section of the pipeline with a tie-in.

Предлагаемое изобретение осуществляют следующим образом.The present invention is carried out as follows.

Сначала определяют место измерения остаточных напряжений методом акустоупругости. Места измерений следует выбирать из условия, что общие изгибные напряжения возникают в окрестности места приложения силы или момента. Такими местами являются опоры, точки присоединения оборудования или других трубопроводов.First, determine the place of measurement of residual stresses by the method of acoustoelasticity. Measurement locations should be chosen from the condition that the general bending stresses occur in the vicinity of the place where the force or moment is applied. Such places are supports, points of attachment of equipment or other pipelines.

Затем определяют значения допустимых остаточных напряжений. Остаточные монтажные напряжения относятся к общим изгибным напряжениям. Величина общих изгибных напряжений регламентируется при расчетах на сопротивление разрушению при действии статической нагрузки.Then the values of permissible residual stresses are determined. Residual installation stresses refer to the total bending stresses. The magnitude of the total bending stresses is regulated in the calculations for the resistance to destruction under the action of a static load.

Известно, что при проведении расчетов на статическую прочность общие изгибные напряжения σ_b в сумме с мембранными напряжениями σ_m не должны превышать 1,3[σ], где [σ] - допустимая величина мембранных напряжений, равная меньшей величине из предела прочности, деленного на 2,6 - R_m/2,6, или предела текучести, деленного на 1,5 - R_p0,2/1,5.It is known that when carrying out calculations for static strength, the total bending stresses σ _b in total with membrane stresses σ _m should not exceed 1.3 [σ], where [σ] is the allowable value of membrane stresses equal to the smaller value from the tensile strength divided by 2.6 - R _m /2.6, or yield strength divided by 1.5 - R _p0.2 /1.5.

То есть должно выполняться условие: σ_b+σ_m ≤ 1,3[σ].That is, the condition must be satisfied: σ _b + σ _m ≤ 1.3[σ].

При наличии монтажных изгибных напряжений, которые можно обозначить (σ_b)_м, с учетом наличия общих изгибных напряжений (σ_b)_э от действия эксплуатационных нагрузок указанное выше условие будет представлено в следующем виде:In the presence of assembly bending stresses, which can be designated (σ _b ) _m , taking into account the presence of general bending stresses (σ _b ) _e from the action of operational loads, the above condition will be presented in the following form:

Откуда максимально допустимое общее изгибное монтажное напряжение [(σ_b)_м] будет равно [(σ_b)_м] = 1,3 [σ] - (σ_b)_э - σ_m.Whence the maximum allowable total bending assembly stress [(σ _b ) _m ] will be equal to [(σ _b ) _m ] = 1.3 [σ] - (σ _b ) _e - σ _m .

Таким образом, допустимая величина общего изгибного монтажного напряжения [(σ_b)_м] в каждой точке трубопровода определяется уравнением [(σ_b)_м] = 1,3 [σ] - (σ_b)_э - σ_m, в котором величины (σ_b)_э и σ_m напряжения в этой же точке трубопровода определяются из поверочного расчета прочности этого трубопровода.Thus, the allowable value of the total bending assembly stress [(σ _b ) _m ] at each point of the pipeline is determined by the equation [(σ _b ) _m ] = 1.3 [σ] - (σ _b ) _e - σ _m , in which the values ( σ _b ) _e and σ _m stresses at the same point of the pipeline are determined from the verification calculation of the strength of this pipeline.

Аналогично проводят измерение остаточных напряжений методом акустоупругости во всех опорах и местах подсоединения трубопровода к оборудованию или подсоединения другого трубопровода к рассматриваемому трубопроводу. В тех местах измерений, где остаточные напряжения выше допустимых значений, определенных по формуле [(σ_b)_м] = 1,3 [σ] - (σ_b)_э - σ_m, то есть (σ_b)_м > [(σ_b)_м] = 1,3 [σ] - (σ_b)_э - σ_m, проводят мероприятия по снижению остаточных напряжений до уровня ниже допустимых.Similarly, the residual stresses are measured by the acoustoelasticity method in all supports and places where the pipeline is connected to the equipment or another pipeline is connected to the pipeline in question. In those places of measurement where the residual stresses are higher than the allowable values determined by the formula [(σ _b ) _m ] = 1.3 [σ] - (σ _b ) _e - σ _m , that is, (σ _b ) _m > [(σ _b ) _m ] = 1.3 [σ] - (σ _b ) _e - σ _m , carry out measures to reduce residual stresses to a level below the permissible ones.

В случае, если величина остаточных напряжений превышает допустимые значения, то необходимо осуществить снижение остаточных напряжений до допустимых (приемлемых) значений одним из следующих способов. Такими способами могут быть:If the value of residual stresses exceeds the allowable values, then it is necessary to reduce the residual stresses to allowable (acceptable) values using one of the following methods. These ways can be:

- изменение положения опоры или опор смещением опор вдоль оси трубопровода;- changing the position of the support or supports by shifting the supports along the axis of the pipeline;

- изменение положения опоры или опор смещением опор по высоте;- changing the position of the support or supports by shifting the supports in height;

- отжиг остаточных напряжений;- annealing of residual stresses;

- вставка в трубопровод.- insertion into the pipeline.

Ниже приведены примеры осуществления предлагаемого изобретения, в том числе с использованием указанных выше способов снижения остаточных напряжений.Below are examples of the implementation of the invention, including using the above methods to reduce residual stresses.

Трубопровод из стали ст3 (механические свойства приведены в таблице 1) диаметром Ду300 и толщиной стенки 30 мм (фиг.1). Трубопровод эксплуатируется при комнатной температуре и давлении р, определяемом по формуле:Pipeline made of steel st3 (mechanical properties are shown in table 1) with a diameter of DN300 and a wall thickness of 30 mm (figure 1). The pipeline is operated at room temperature and pressure p, determined by the formula:

р = (s2[σ])/(d+s) = (2×30×137,3) /(300+30) = 8238/330 = 24,96 МПа = 25 МПа, где номинальное допускаемое напряжение [σ] равно меньшему из R_m /2,6 или R_p0,2 /1,5, то есть меньшее из [σ] = 373/2,6 = 143,5 МПа и [σ] = 206/1,5 = 137,3 МПа.p = (s2[σ])/(d+s) = (2×30×137.3) /(300+30) = 8238/330 = 24.96 MPa = 25 MPa, where the nominal allowable stress [σ] equal to the smaller of R _m /2.6 or R _p0.2 /1.5, that is, the smaller of [σ] = 373/2.6 = 143.5 MPa and [σ] = 206/1.5 = 137, 3 MPa.

Монтаж трубопровода начали с точки А, и, когда был смонтирован участок AD, обнаружилось, что расстояние между опорой и концом трубопровода составляет v=18mm, и для завершения монтажа требует выполнить натяг трубопровода на величину v.The installation of the pipeline started from point A, and when section AD was installed, it was found that the distance between the support and the end of the pipeline is v=18mm, and to complete the installation, it is required to preload the pipeline by v.

Натяг конца трубопровода в точке D приведет к возникновению монтажных напряжений σ (σ_b)_м в точке СThe preload of the end of the pipeline at point D will lead to the occurrence of installation stresses σ (σ _b ) _m at point C

Максимальное допустимое монтажное напряжение для монтируемого трубопровода равно (σ_b)_м ≤ [(σ_b)_м] = 1,3 [σ] - (σ_b)_э - σ_m,The maximum allowable installation stress for the pipeline being installed is (σ _b ) _m ≤ [(σ _b ) _m ] = 1.3 [σ] - (σ _b ) _e - σ _m ,

при этомwherein

(σ_b)_м = 120 МПа > [(σ_b)_м] = 1,3×137,3 - 0 - 68,7 = 109,8 МПа.(σ _b ) _m = 120 MPa > [(σ _b ) _m ] = 1.3 × 137.3 - 0 - 68.7 = 109.8 MPa.

Для снижения напряжений в опоре С со 120 МПа до 109,8 МПа можно выполнить следующие действия.To reduce the stresses in support C from 120 MPa to 109.8 MPa, the following actions can be performed.

Вариант 1Option 1

Увеличить пролет CD с 4 метров до 4,18 метров, сдвинув опору в точке С на 182 мм влево в точку С' (фиг.3).Increase span CD from 4 meters to 4.18 meters by moving the support at point C by 182 mm to the left at point C' (fig. 3).

Вариант 2Option 2

Поднять, как минимум, на w = 3 мм опору в точке С, что приведет к снижению натяга в точке D (перемещение в точку D') по отношению к точке С на 6 мм (фиг.2), то есть напряжения в точке С снизятся на 1/3, или станут равными 80 МПа, что приемлемо, так как ниже максимально допустимых остаточных напряжений.Raise, at least w = 3 mm, the support at point C, which will lead to a decrease in interference at point D (movement to point D') relative to point C by 6 mm (Fig. 2), that is, stress at point C decrease by 1/3, or become equal to 80 MPa, which is acceptable, since it is below the maximum allowable residual stresses.

При этом в точке В остаточные напряжения незначительно повысятся, но будут значительно ниже допустимых остаточных напряжений.At the same time, at point B, the residual stresses will increase slightly, but will be significantly lower than the permissible residual stresses.

Вариант 3Option 3

Провести отжиг остаточных напряжений в точке С при температуре 400 градусов Цельсия, после которого напряжения в точке С снизятся до уровня предела текучести стали ст3 при 400°С, а именно 107 МПа, что ниже максимально допустимого монтажного напряжения, равного 109,8 МПа.Carry out annealing of residual stresses at point C at a temperature of 400 degrees Celsius, after which the stresses at point C will decrease to the level of the yield strength of steel st3 at 400 ° C, namely 107 MPa, which is lower than the maximum allowable mounting stress equal to 109.8 MPa.

Вариант 4.Option 4.

Справа от точки С сделать врезку (фиг.4) так, чтобы между концом трубопровода в точке D и опоры в точке О зазора не было (фиг.5). В этом случае натяг исчезает, а, следовательно, остаточные монтажные напряжения становятся равными нулю.To the right of point C, make an inset (fig. 4) so that there is no gap between the end of the pipeline at point D and the support at point O (fig. 5). In this case, the preload disappears, and, consequently, the residual mounting stresses become equal to zero.

На всех фигурах точка опоры обозначена «О».On all figures, the fulcrum is marked "O".

Таким образом, предлагаемый способ повышения ресурса трубопроводов путем определения и снижения остаточных напряжений в нем в процессе монтажа или во время эксплуатации позволяет повысить надежность работы трубопровода. Предлагаемое изобретение может быть использовано:Thus, the proposed method for increasing the resource of pipelines by determining and reducing residual stresses in it during installation or during operation makes it possible to increase the reliability of the pipeline. The present invention can be used:

• на магистральных трубопроводах транспортирующих нефть, газ или другие продукты;• on main pipelines transporting oil, gas or other products;

• на атомных или тепловых электростанциях, где существенной частью конструкций являются трубопроводы;• at nuclear or thermal power plants, where pipelines are an essential part of the structures;

• на предприятиях других отраслей, где используются трубопроводы, работающие под давлением.• at the enterprises of other branches where the pipelines working under pressure are used.

Claims (11)

1. Способ повышения ресурса трубопроводов, заключающийся в том, что на исследуемом участке трубопровода в каждой выбранной точке измеряют акустическим эхо-методом времена распространения продольных и поперечных волн, поляризованных вдоль и поперек оси трубы, и на основании полученных данных определяют остаточные напряжения, отличающийся тем, что точки измерения напряжений соответствуют точкам установки опор или присоединения трубопровода к оборудованию или к другому трубопроводу, для точек измерения напряжений определяют предельно допустимые величины остаточных напряжений по формуле:1. A method for increasing the resource of pipelines, which consists in the fact that on the investigated section of the pipeline at each selected point, the propagation times of longitudinal and transverse waves polarized along and across the axis of the pipe are measured by the acoustic echo method, and based on the data obtained, residual stresses are determined, which differs in that that the stress measurement points correspond to the points of installation of supports or the connection of the pipeline to the equipment or to another pipeline, for the stress measurement points, the maximum allowable values of residual stresses are determined by the formula:

гдеWhere [(σ_b)_м] - предельно допустимые величины остаточных напряжений,[(σ _b ) _m ] - maximum allowable values of residual stresses, [σ] - номинальное допускаемое напряжение, зависящее от марки стали трубопровода,[σ] - nominal allowable stress, depending on the steel grade of the pipeline, σ_m - мембранное напряжение в направлении оси трубопровода в точке измерения, зависящее от условий эксплуатации и определяемое из поверочного расчета прочности трубопровода,σ _m - membrane stress in the direction of the axis of the pipeline at the measurement point, depending on the operating conditions and determined from the verification calculation of the strength of the pipeline, (σ_b)_э - общие изгибные напряжения в точке измерения, зависящие от условий эксплуатации и определяемые из поверочного расчета прочности трубопровода,(σ _b ) _e - total bending stresses at the measurement point, depending on the operating conditions and determined from the verification calculation of the strength of the pipeline, после чего для каждой точки, в которой проводили измерения, полученные значения остаточных напряжений (σ_b)_м сравнивают с вычисленными предельно допустимыми остаточными напряжениями для этой точки [(σ_b)_м], и в случае, если в этой точке измеренное напряжение (σ_b)_м превышает предельно допустимое напряжение [(σ_b)_м], проводят мероприятия по снижению измеренных напряжений до приемлемого уровня, то есть до уровня (σ_b)_м ≤ [(σ_b)_м].after which, for each point at which measurements were taken, the obtained values of residual stresses (σ _b ) _m are compared with the calculated maximum allowable residual stresses for this point [(σ _b ) _m ], and if at this point the measured stress (σ _b ) _m exceeds the maximum allowable stress [(σ _b ) _m ], take measures to reduce the measured stresses to an acceptable level, that is, to the level (σ _b ) _m ≤ [(σ _b ) _m ]. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве мероприятий для снижения измеренных напряжений до приемлемого уровня, то есть до уровня (σ_b)_м ≤ [(σ_b)_м], применяют отжиг в точке, где измеренные напряжения превышают допустимые, при температуре, при которой предел текучести металла трубопровода ниже предельно допустимого остаточного напряжения, то есть напряжения [(σ_b)_м].2. The method according to claim 1, characterized in that, as measures to reduce the measured stresses to an acceptable level, that is, to the level (σ _b ) _m ≤ [(σ _b ) _m ], annealing is used at the point where the measured stresses exceed permissible, at a temperature at which the yield strength of the pipeline metal is below the maximum permissible residual stress, that is, the stress [(σ _b ) _m ]. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве мероприятий для снижения измеренных напряжений до приемлемого уровня, то есть до уровня (σ_b)_м ≤ [(σ_b)_м], применяют изменение положения опоры или опор вдоль оси трубопровода или изменяют положение опоры или опор по высоте.3. The method according to p. 1, characterized in that as measures to reduce the measured stresses to an acceptable level, that is, to the level (σ _b ) _m ≤ [(σ _b ) _m ], change the position of the support or supports along the axis of the pipeline or change the position of the support or supports in height. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве мероприятий для снижения измеренных напряжений до приемлемого уровня, то есть до уровня (σ_b)_м ≤ [(σ_b)_м], применяют врезку в трубопровод для снижения величины натяга до приемлемого уровня, вплоть до нуля.4. The method according to claim 1, characterized in that, as measures to reduce the measured stresses to an acceptable level, that is, to the level (σ _b ) _m ≤ [(σ _b ) _m ], a tie-in into the pipeline is used to reduce the interference to acceptable level down to zero.

Images