Методологические аспекты теории рисков КОМПЬЮТЕРНАЯ ОЦЕНКА ФАКТИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ УЧАСТКОВ

Методологические аспекты теории рисков
КОМПЬЮТЕРНАЯ ОЦЕНКА ФАКТИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ УЧАСТКОВ
МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ С КОРРОЗИЙНЫМИ ДЕФЕКТАМИ
М.А. Спорынина
НИЦ «НиР БСМ», Екатеринбург
В докладе описывается комплексная программа прочностных расчетов участков
газопроводов с поверхностными коррозионными дефектами, согласно стандарта,
разработанного ООО «ВНИИГАЗ», обеспечивающую оперативность принятия решений о
работоспособности участков магистральных газопроводов. Эта программа включает в себя:
- расчет на прочность участка газопровода с одиночными дефектами при учете
напряжений от внутреннего давления;
- расчет на прочность участка газопровода с одиночными дефектами при учете
продольных сжимающих и растягивающих напряжений от внутреннего давления, осевых и
изгибающих нагрузок и воздействий;
- расчет на прочность участка газопровода с взаимодействующими групповыми
дефектами при учете напряжений от внутреннего давления.
Расчетные критерии и оценки одиночных и групповых дефектов. Считается, что
известны геометрическая конфигурация, физико-механические свойства материала
находящейся в эксплуатации трубопроводной системы, и параметры обобщенных силовых
факторов, действующих на данную конструкцию. Под обобщенными факторами
подразумеваются все воздействия, приводящие к возникновению в трубопроводах
статического НДС.
Предполагается, что основными источниками исходных данных являются проектная,
строительная и эксплуатационная документация, результаты проведенных паспортизации,
технической диагностики, инженерных изысканий, а также, в случае необходимости,
специально выполненные дополнительные исследования.
На основании исходной информации проводится анализ НДС всей трубопроводной
системы, оценивается реальную прочность наиболее нагруженных участков и определяется
соответствие расчетных запасов прочности этих участков требуемым нормативам.
Реальный дефект на поверхности газопровода заменяют эквивалентным дефектом,
который характеризуется следующими геометрическими параметрами:
- длиной l, обозначающей длину проекции дефекта на продольную плоскость сечения
стенки трубы;
- шириной c, обозначающей длину проекции дефекта на поперечную плоскость
сечения стенки трубы;
- глубиной d, изменяющейся по длине и ширине дефекта;
- площадью А, обозначающей площадь проекции дефекта на продольную плоскость
сечения стенки трубы;
- площадью Ac , обозначающей площадь проекции дефекта на поперечную плоскость
сечения стенки трубы.
Оценку работоспособности участков трубы с коррозионными повреждениями проводят
по алгоритму, включающему в себя следующие основные действия:
- определение перечисленных ниже исходных данных по участку газопровода с
коррозионным повреждением:
а) геометрических характеристик поперечного сечения трубы;
б) категории участка трубопровода;
в) физико-механических характеристик трубы;
г) условий нагружения участка газопровода;
д) геометрических характеристик и расположения коррозионных дефектов, а также
расстояний между соседними дефектами;
- расчет коэффициента запаса К:
24
Безопасность критичных инфраструктур и территорий
Методологические аспекты теории рисков
n k k
p 1 н,
K
m
где γ – коэффициент, учитывающий рабочее (нормативное) давление р на оцениваемом
участке трубопровода, вычисляемый по формуле:
  1
n p
p
,
R
1
где R1 - расчетное сопротивление растяжению (сжатию), вычисляемое по формуле:
m
R1 
 вр ,
k1k н
где вр - минимальное значение предела прочности, принимаемое по государственным
стандартам
и техническим условиям на трубы, np - коэффициент надежности по
внутреннему давлению, m - коэффициент условий работы трубопровода, k1 - коэффициент
надежности по материалу трубы, kн - коэффициент надежности по назначению трубопровода.
- оценка одиночных дефектов при учете (если необходимо) напряжений от внутреннего
давления в сочетании с продольными напряжениями от осевых и изгибающих нагрузок;
- оценка корродированных участков без учета продольных напряжений от осевых и
изгибающих нагрузок, с учетом напряжений только от внутреннего давления для случаев:
а) отдельных одиночных дефектов или дефектов, трактуемых в группе дефектов, как
одиночные;
б) групповых взаимодействующих дефектов.
- оценка допустимого давления pдоп, для всех вариантов анализа дефектов по формуле:
pp
,
p доп 
K
где pp - разрушающее давление;
- сравнение полученного допустимого давления с рабочим давлением и принятие
решения о дальнейшей эксплуатации или ремонте участка трубопровода с коррозионными
повреждениями.
Критерием работоспособности участка газопровода с коррозионными повреждениями
считается превышение расчетного допустимого давления над рабочим давлением, при
котором эксплуатируется данный участок, то есть выполнение следующего условия:
pдоп  p .
Схема алгоритма оценки работоспособности участков газопроводов с коррозионными
повреждениями приведена ниже.
Описание программы. Для удобства и автоматизации вычислений была разработана
модульная программа на языке Python. Алгоритм работы программы заключается в
следующем.На первом этапе пользователю предлагается выбрать один из следующих
четырех вариантов оценки (согласно имеющимся у него исходным данным): 1) одиночные
дефекты (учет напряжений только от внутреннего давления), 2) одиночные дефекты (учет
продольных сжимающих напряжений от внутреннего давления, осевых и изгибающих
нагрузок), 3) одиночные дефекты (учет продольных растягивающих напряжений от
внутреннего давления, осевых и изгибающих нагрузок) , 4) взаимодействующие (групповые)
дефекты. После выбора варианта оценки пользователю предлагается заполнить одну из
четырех форм. После заполнения всех необходимых полей, данные отправляются на сервер,
обрабатываются, а пользователю присылается готовый отчет с выкладками о методе расчета.
Том 3, 2012, №1
25
Методологические аспекты теории рисков
Исходные данные по участку газопровода с коррозионными повреждениями
Геометрические Рабочее давление. Значения
Физико-механические Расположение и
характеристики
коэффициентов для расчетов характеристики
геометрические
сечения трубы
газопроводов на прочность
материала газопровода размеры дефектов
Определение нагрузок, учитываемых при
оценке разрушающего давления
Учет напряжений от внутреннего
давления и осевых и изгибающих
нагрузок
Учет напряжений только от
внутреннего давления
Оценка коррозионного дефекта, как
одиночного. Расчет допускаемого
давления
Проверка возможности
взаимодействия соседних одиночных
дефектов
Есть взаимодействие
Оценка коррозионного дефекта, как
одиночного. Расчет допускаемого
давления
Нет взаимодействия
Оценка одиночных дефектов с учетом
их взаимодействия
Принятие решения о возможности дальнейшей эксплуатации участка газопровода с
коррозионными повреждениями
Расчет коэффициента запаса
26
Безопасность критичных инфраструктур и территорий