Б у монолитная опалубка.

 

Долго загружается сайт?

Проверьте свою скорость интернет-соединения

Статистика посещений

Яндекс.Метрика Индекс цитирования.

Новости

 Разработка критериев определения размера трещины для газовых трубопроводов, не поддающихся чистке скребками

Северо-восточная газовая ассоциация (NGA) и партнер по реализации проекта Invodane Engineering внедрили исследовательсткие комплексы роботизированных и предназначенных для контроля внутренней поверхности труб специальных площадок и датчиков, которые могут выполнять интегральную оценку состояния трубопроводов природного газа, на данный момент не поддающихся обычно применяемому внутритрубному контролю. Коммерческим партнером проекта является Pipetel Technologies Inc.

Роботы-исследователи, предназначенные для трубопроводов от 6 до 36 дюймов включительно, служат в качестве платформы для датчиков неразрушающего контроля, способных к индикации местоположения, положения, ориентации, размера и других характеристик, требуемых для сохранения целостности трубопровода.

Важнейшей необходимостью по выявлению особенностей, связанных с оценкой целостности трубопровода, является классификация трещиноподобного дефекта. Выходы трубопровода из строя были объяснены трещинами или трещиноподобными особенностями в материале трубопровода, поперечном и продольном сварных швах. Совместно с Управлением по безопасности трубопроводов и опасным материалам США участники Северо-восточной газовой ассоциации продвигают разработки по обнаружению трещины и определяют размеры датчиков для платформы.

Важным шагом в этом развитии, применимом для любого внутритрубного контроля, является установление специальных требований по обнаружению дефектов, чтобы предотвратить выход трубопровода из строя. Кроме того, регулировка многих факторов, которые должны быть учтены в этом установлении, включает инструмент возможностей определения размера трещины, ошибку инструмента, изменчивость материала трубопровода, положение трубопровода и интервалы оценки его состояния.

Определение размера дефекта

Эксплуатирующие организации нуждаются в комплексных альтернативах оценки дефекта. Одним из вариантов является испытание гидравлическим давлением до уровня, большего рабочей нагрузки, или до такого уровня, чтобы была возможность установить - может ли текущее состояние дефекта повредить непосредственную целостность трубопровода (допуская дефекты много меньшие, чем те, которые являются недопустимыми в условиях эксплуатации).

Дальнейшее обсуждение уделено вычислению размера трещины и ее переменной глубины, обусловленной изменчивостью материала, а именно прочностью и толщиной стенки трубопровода, и погрешности измерения средства контроля. Поэтому обнаружение трещины и ее размер (как для продольных, так и для кольцевых трещин), а также трещиноподобные дефекты должны оцениваться по меньшей мере равноценно тем, которые оказались недопустимыми при гидравлическом испытании.

Чтобы привести в соответствие все характеристики конструктивного решения инструмента по обнаружению трещин, NGA сотрудничала с Kiefner с целью формирования кривых и таблиц рабочих характеристик для обнаружения трещины и ее размеров, которые охватывают все диапазоны изменения материалов стальных трубопроводов, инструмент погрешности измерения и напряженное состояние трубопровода.

Эта информация может быть использована на сегменте трубопровода, чтобы количественно оценить средство контроля трещин - рабочие характеристики по выявлению и определению величин трещин достаточного размера, глубины и ориентации, которые будут считаться критическими или требуемыми постоянного контроля, основанного на определении эксплуатирующей организации интервала повторной оценки текущего состояния и потенциальной возможности роста самой трещины.

Продольные трещины

Был применен как детерминированный, так и вероятностный анализы, используя механику разрушения, для определения протяженности и глубины дефектов, которые могли бы вызвать разрушение при расчетных окружных напряжениях. Была использована база данных компании Kiefner по испытанию трубопроводов на разрушение для количественной оценки изменяемости (вариативности) материала. Было изучено три особенности, от которых материал способен пластически деформироваться, включая просто вязкость, частичную зависимость от вязкости и зависимость от напряжения текучести, что согласуется с наличием классических швов сварных соединений с большим сопротивлением, умеренной вязкостью среднесортовых сталей и ударной прочностью. Изучение проводилось на основании данных трубопроводов после 1980 года.

Было проведено нормирование серий кривых по глубине и протяженности дефекта в виде трещин, представляющих опасность разрушения при окружных напряжениях для отношения конкретного гидростатического испытательного давления к рабочему в соответствии с 49 CFR Part 192, Subpart J и ASME B31.8. Каждая кривая представляет собой спектр размеров трещин от коротких, но глубоких, до очень протяженных, но неглубоких, которые будут представлять опасность при конкретных окружных напряжениях.

После такого детерминированного анализа для каждого класса труб, используя моделирование на основе метода Монте-Карло, был проведен вероятностный анализ. Эти расчеты генерировали случайные значения прочностных характеристик, основанных на их статистическом нормальном распределении. Результаты были получены в нормализованной форме, чтобы была возможность применять их ко всем размерам и классам труб. Вероятностный анализ также был использован для моделирования распределения реальных дефектов и требовал меньше величин на получение тех же результатов, что были получены на основе детерминированного анализа.

Продольные дефекты

Геометрические места точек, определенные из вычислений диапазона всех длин и глубин трещин, которые погут привести к аварии при конкретных окружных напряжениях, могут теоретически определить требуемые для внутритрубного контроля критерии по оценке продольных трещин. Упрощенный подход основывается на выявлении критических размеров "протяженно-неглубоких" и "коротко-глубоких" дефектов.

Этот подход определен из наблюдения, что при любом заданном уровне рабочего напряжения имеет место непрерывный спектр критических размеров дефектов от коротких, но глубоких, до протяженных, но достаточно неглубоких. Причина состоит в том, что короткие дефекты усилены окружающим их металлом, а протяженные управляются остаточной толщиной стенки трубопровода. С другой стороны, чем короче длина дефекта, тем глубже он может быть в трубопроводе, не вызывая разрушение.

Критический продольный размер дефекта (разрушение от окружных напряжений, допускаемых конкретной конструкцией) и контрольный размер дефекта (разрушение от окружных напряжений, допускаемых отношением заданного типа гидростатического испытания к рабочему давлению) были определены для каждого анализируемого случая.

Разница между контрольным и критическим размером дефекта заметна обычно в диапазоне 10-20% толщины стенки трубы на всех уровнях рабочего давления.

Погрешность измерения инструмента

Ошибка измерения инструмента может быть скорректирована на основе повторяющихся измерений известных дефектов или выбрана из заявленной  разрешающей способности изготовителя инструмента. Вместо конкретных данных поправочные коэффициенты могут быть определены в представительной форме, которая может быть пересмотрена в зависимости от конкретного случая. Ошибки медотик, которые следует считать инструментальной ошибкой, распределены по закону Гаусса с нулевым средним значением и включают в себя систематическую погрешность (определяемую как преимущественную, что препятствует объективности оценки) и случайную ошибку.

Предположения статистических распределений ошибок измерения могут быть неверными, если измерительный инструмент имеет собственную существенную систематическую ошибку. Эта ошибка приведет к сдвигу среднего значения ошибок измерения относительно нуля в равной степени как в отрицательную, так и в положительную сторону.

Ошибки измерения представлены исходя из допустимого отклонения, такого как процент от толщины стенки, и достоверности, а также может быть преобразован в статистическое значение. Стандартное отклонение, наряду с процентом надежности используются для определения рекомендуемых корректировок в соответствующие критерии.

Исходя из логики, чем выше требуемая надежность обнаружения дефекта, тем более устойчивым должно быть стандартное отклонение инструмента. Поскольку все инструменты имеют ошибки, основанные на достоверности или вероятности обнаружения, то их необходимо учитывать. Минимальные пределы обнаружения и стандартные отклонения измерения, принятые в бесконечных комбинациях обеспечивают, что измеренный контрольный дефект (плюс ошибка измерения), не достигнет или превысит критический размер дефекта.

Погрешность измерения инструмента

Было использовано два подхода для учета погрешности измерения в критерии обнаружения размера трещины. В первом подходе, минимальные пределы обнаружения определялись на основе контрольного дефекта, а стандартное отклонение - разностью между контрольным и критическим дефектами. С надежностью в 99,9% (вероятность того, что выявляемый дефект не является достаточно критическим для эксплуатации) промежуток от 3 до 9% толщины стенки трубы представляет необходимый диапазон обнаружения.

Это можно сравнить с диапазоном стандартного отклонения толщины стенки трубы в 12-16%, который меньше, чем многие стандартные средства внутритрубного контроля (соответствует 15-20 процентам при 80-ти процентной надежности, как сообщает производитель, и принятии нормального закона распределения ошибки измерения). Если принята достоверность обнаружения дефекта в 95% (подразумевается, что 95% времени труба будет иметь повышенную прочность и, следовательно, будет выдерживать более глубокие дефекты), требуемое стандартное отклонение инструмента для местоположений первого класса будет в диапазоне 8-14% толщины стенки и будет перекрываться многими внутритрубными особенностями обнаружения дефекта.

Во втором подходе, предел чувствительности снижен для конкретных стандартных отклонений, так как измеренный дефект, расширенный за счет погрешности измерения, не превышает размер "контрольного" дефекта. С надежностью в 99,9% предел чувствительности для инструмента внутритрубного контроля с ошибкой в ±20% при 80% достоверности будет приблизительно 68% от размера контрольного дефекта. Для инструмента с ошибкой в ±10% предел чувствительности будет около 81% от размера контрольного дефекта.

Если именно размер контрольного дефекта используют для обнаружения (поскольку он будет меньше критического размера дефекта), то дополнительный коэффициент безопасности будет учитывать нестабильность свойств материала и окружные напряжения, а также ошибки измерения.

Окружные (кольцевые) дефекты

Критические окружные дефекты не эффективно определяются посредством гидростатических испытаний. Осевые напряжения из-за давления и сжимающих термических напряжений не вызывают достаточно большого растягивающего усилия, которое может привести к разрушению. Осевые напряжения от движения почвы или других природных явлений, которые могли бы вызвать большие кольцевые трещины или трещиноподобные дефекты, являющиеся угрозой целостности трубопровода, также должны быть учтены.

Диаграмма оценки разрушения, применяемая для разработки альтернативной квалификации сварки, была использована для этого применения в двух вариантах. Вариант 2 позволял использовать конкретные значения пластичности (использовались значения по раскрытию вершины трещины), а вариант 1 позволял предварительно определить диапазоны для глубины и протяженности дефекта на двух уровнях пластичности сварного шва.

Определение критических дефектов соответствует уровням осевых напряжений в 60% и 75% от установленного минимального предела текучести, а обнаружение контрольного дефекта - 90%. Эти дефекты были определены с использованием анализа, который ограничен длиной дефекта в 25% от длины окружности трубы и не применим для динамических нагрузок со скоростью нагружения выше 10-3 сек-1 с повышением осевого напряжения приблизительно 30 тыс. фунтов на квадратный дюйм.

Интервалы повторных освидетельствований

Основываясь на коэффициенте запаса просности, равного 2, были получены кривые интервалов повторных освидетельстований для всех уровней локальных напряжений, предполагая, что темпы роста трещины равны 3 тысячным долям дюйма в год. Различные кривые для различных классов местоположения трубопроводов были получены как для продольных, так и для кольцевых дефектов как результат абсолютной разности между контрольным и критическим дефектами.

Для продольных трещин интервал повторной оценки соответствует линейной зависимости от толщины трубы. Для кольцевых дефектов минимальное отношение глубины к толщине выявляется при отношении длины трещины к длине окружности, равном 0,2.

Это соотношение используется для определения интервала повторной оценки. Этот интервал тем больше, чем больше разница между критическим и контрольным дефектами.

Выводы

Существует не единственный способ определения размера и глубины трещины. Все зависит от напряжения текучести, размеров трубы, местоположения и ориентации трубы, а также уровня напряжения. Изменчивость свойств материала, погрешность измерения, класс местоположения и интервалы повторных оценок также должны быть приняты во внимание при разработке критериев обнаружения дефектов инструментами контроля.

Необходимая чувствительность для низкопрочных сталей и сталей с умеренной толщиной существует во многих инструментах внутритрубного контроля, но требуемые пределы обнаружения для высокопрочныхсталей и трубопроводов малой толщины с очень короткими или очень глубокими трещинообразными дефектами представляют технологически сложную задачу.

David W. Merte, Michael Rosenfelf

 

Источник: "Pipeline and Gaz Journal"

 

Перевод выполнен ООО "ЦДКНХО"

Создание лидирующих сайтов для бизнеса
студия Циколия