Основные методы оценки прочности металлических трубопроводов

Прочность трубопроводной системы, тем более транспортирующей по своим сетям опасные для человека и окружающей среды вещества, является основным качественным параметром при оценке эффективности ее эксплуатации. Для того, чтобы определить насколько труба надежна, и в какой степени она может выдержать все виды воздействия и давления на нее, причем как изнутри, так и с внешней стороны, необходимо провести определенные расчеты. Основным показателем, на основании которого можно оценить фактическое состояние трубопровода является эквивалентность напряжения. Оно исчисляется определенным образом:

За основу прочностного запаса конструкции, в виде коэффициента, принимается взаимозависимость (соотношение) эквивалентного напряжения (в своем максимальном значении) в самом опасном месте объекта и его предельных значений. Но этот коэффициент не всегда является показателем, реально отражающим прочностные характеристики металлической конструкции, так как при его расчётах не учитываются разбросы, как фактических, так и предельных значений.

Более того запас прочности металлической трубы зависит также от разницы температурных режимов, давления на объект грунта и(или) жидкости, расположенных сверху, дополнительных пригрузов и другого физического давления. Все это, соответственно, необходимо учитывать при расчетах прочности трубы. Так, например, требует особого учета тот факт, что объект имеет изгибы, характеризующиеся соответствующей упругостью металлической поверхности.

Трубы, расположенные под водой (в море, на глубине), оцениваются с точки зрения прочностных характеристик с учетом специфичных факторов. К ним относится как особое давление внутри объекта, так и внешнее гидростатическое, которое зачастую может привести к металлическим деформациям. Расчет прочности труб различается в зависимости от толщины их стенок.

Чем глубже под водой проведена труба, тем более высокое внешнее давление она испытывает.

Санитарные норма и правила жестко регламентируют требования к разнообразным материалам, используемых в трубопроводных системах. Так вот, в одном из них существуют правила, которые предписывают контроль и проверку надежности поперечного сечения трубы, имеющей диаметр, превышающий 1000 мм. и расположенной на глубине более 20 метров. Также применяются специальные формулы, которые как раз и призваны рассчитать внешнюю деформацию трубы при различных внешних воздействиях.

Для расчета нагрузок и давления на несущую способность трубы используются, как правило, одинаковые физические элементы. Но, всегда существуют некоторые отклонения. Так, например, оценивая надежность трубы цилиндрической формы, необходимо учитывать, что на торцах она имеет заглушечные устройства.

Одной из важных формул или соотношений, которая фиксирует следующий постулат – разрушительный процесс металла начинается тогда, когда произошло критическое повреждающее значение объекта – является интеграл Бейли или зависимость Майера, которая рассчитывается линейным образом (линейно суммируется), что позволяет облегчить процедуру прочности обследуемых объектов. Простота и доступность линейных расчетов прочности конструкционных материалов привело к тому, что данный метод приобрел огромную популярность, а для некоторых объектов подобная оценка реально доказала свою эффективность.

Сегодня также распространена оценка прочности материалов с точки зрения механического хрупкого разрушения.

В практике исследования объектов на прочность существует специальный термин – коэффициент интенсивности напряжений (КИН). Он используется при определении оценки материала на трещиноустойчивость. Так вот, специалисты заявляют, что напряжения на поверхности объекта распределяются исходя из степени его интенсивности, а длина трещины, форма обследуемого объекта, а также комплекс нагрузок, воздействующих на него, не имеет никакого значения.

Но, в этом методе существуют и свои недостатки. Основным из них является факт, из которого он и вытекает. Дело в том, что для проведения прочностного анализа материала методом КИН необходимо провести следующие операции:

  1. Определение степени прочности объекта (детали конструкции, узла и т.д.) и фиксация опасных участков сечения, где самая высокая вероятность возникновения трещинных отверстий. Эта процедура определяется расчетным путем.
  2. Сравнение предельных значений коэффициентов интенсивности напряжения обследуемого объекта, полученных на образцах экспериментальным образом (в них используются трещины различной длины и конфигурации, но обязательно на исследуемом материале), с расчетными значениями КИН.

Точность расчетов при оценке прочности материалов имеют зачастую значительные погрешности. Более того, трубопроводные системы сильно подвержены коррозионным процессам – почти половину из них разрушаются подобным образом. Критерии оценок на основании КИН для таких материалов не работают — они слишком поверхностные.

Существует еще одна проблема при применении метода КИН. Она заключается в том, что отсутствует предельное значение этого коэффициента для многих видов стали, используемых для производства труб.

Более сложный подход к оценке прочности материалов используется при анализе трубопроводных систем, эксплуатируемых в более экстремальных местах: болота, вечная мерзлота, водные и морские переходы, горные перепады и т.д. В этом случае применяются дополнительные показатели и критерии, отражающие специфику условий в зоне пролегания объекта.

Существует еще один метод, имеющий название Монте-Карло. Он основан на принципе статических испытаний, в результате которых при многократном использовании появляются определенные показания. Но, основная суть этого способа заключаются в том, что при каждом повторном испытании параметры возмущений все время разные и имеют случайный характер. Совокупные результаты обрабатываются специальными методологиями, основанными на методах математической статистики. Эта технология оценки прочности трубопроводных материалов крайне универсальна, достаточно эффективна и широко распространена на предприятиях, эксплуатирующих трубопроводы различной функциональности.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Кроме того, интересно почитать:

Вам понравилась статья? Не хотите пропускать новые? Тогда подпишитесь на RSS или получайте новые статьи мгновенно на электронную почту


Лицензия Creative Commons

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: