РЕФЕРАТ Тема: «Прогнозирование остаточного ресурса газопроводов из полиэтиленовых труб систем газораспределения»

Министерство общего и профессионального образования Ростовской области

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Ростовской области «Ростовский-на-Дону строительный колледж»

Специальность 270841

Монтаж и эксплуатация оборудования

и систем газоснабжения

РЕФЕРАТ

Тема: «Прогнозирование остаточного ресурса газопроводов из полиэтиленовых труб систем газораспределения»

Выполнил студент

группы ДГ-41

Черкасов Григорий

Ростов-на-Дону

2015

Прогнозирование остаточного ресурса газопроводов из полиэтиленовых труб систем газораспределения

Для термопластов характерным свойством является временная зависимость прочности от температуры и нагрузки.

В связи с этим срок эксплуатации полиэтиленовых труб устанавливается на основании прогнозируемых значений длительной прочности (MRS), определяемых графиком длительной прочности по результатам кратковременных испытаний (до 10 ООО ч) образцов в лабораторных условиях по методикам ГОСТ 24157, ISO 9080.

В период эксплуатации, кроме внутреннего давления газопровод подвергается дополнительному воздействию нагрузок — от подпора грунтовых вод, пучения грунта, грунта засыпки, сил, вызванных изменениями температуры трубопровода (линейные расширения-сжатия) и др. Эти и другие внешние факторы учитываются коэффициентом безопасности С=2,5 [1] при расчете рабочего давления в газопроводе (МОР) на срок эксплуатации 50 лет [2]:

Диагностирование газопровода - определение напряженно-деформированного состояния — в расчетный период эксплуатации при одновременном воздействии всех факторов вызывает определенные технические трудности.

Настоящая методика предусматривает определение критического состояния, фактического ресурса и прогнозирование срока эксплуатации действующего газопровода.

При организации мониторинга действующих газопроводов применение методики прогнозирования остаточного ресурса позволит получить необходимые данные и для обоснования коэффициента безопасности, и, следовательно, затрат на строительно—монтажные работы.

1. Определение критического состояния газопровода.

Критическое состояние газопровода оценивается:

1)        отношением показателя длительной прочности (OLCL) ДЛЯ расчетного периода эксплуатации (определяется по графику длительной прочности для труб того же класса полиэтилена, что и образцы) к напряжению разрушения образцов;

2)        контрольным временем испытаний образцов при напряжении, равном показателю длительной прочности для расчетного периода эксплуатации.

Отбор образцов.

Из действующего газопровода по истечении расчетного периода эксплуатации (2, 3, 5 лет и т. д.) производится отбор образцов труб в количестве 12:15 п. м.

Образцы для испытаний должны быть идентифицированы на основании исполнительной документации на объект и маркировки на трубах.

Отбор образцов оформляется актом.

Проведение испытаний.

1.        Испытывают образцы (по 3 шт.) при температуре 20 °С гидравлическим давлением до разрушения в течение 10-15 мин.

2.        Испытывают образцы по (3 шт.) при температуре 20 0С, 80 0С (40 °С)*, напряжение в стенке трубы образца устанавливается по графику длительной прочности для расчетного периода эксплуатации с учетом времени испытаний — при температуре 20 °С -100 ч, 80 °С (40 °С)- 1000 ч.

где:

Рраз — давление разрушения образца, МПа;

D — средний наружный диаметр трубы, мм;

S — минимальная толщина стенки трубы, мм.

3.        Критическое состояние газопровода определяется одним из условий:

1)        когда минимальное значение напряжения разрушения образцов {Оmin меньше предела длительной прочности (oLCL), для расчетного периода эксплуатации, т. е.

2)        стойкость при постоянном внутреннем давлении меньше контрольного времени испытаний согласно [2]:

при Т = 20 °С — t < 100 ч

при Т = 80 °С (40 °С) - t < 1000 ч

Ввиду того, что графики длительной прочности определяются логарифмическими координатами времени и напряжения определение предела длительной прочности для расчетного срока эксплуатации с меньшей погрешностью рекомендуется рассчитывать по уравнению [3]:

где:

А, В, С — коэффициенты уравнений; Т — температура испытаний, °К; а — напряжение в стенке трубы, МПа; t — время до разрушения, ч.

2. Определение фактического ресурса и прогнозирование срока эксплуатации газопровода.

Ресурс газопровода определяется минимальной длительной прочностью полиэтиленовых труб по истечении установленного срока эксплуатации 50 лет — MRS 8,0 МПа для труб из полиэтилена ПЭ80, MRS 10,0 МПа для труб из ПЭ100, т. е. по истечении срока эксплуатации прочность материала (предел текучести) снижается от 16,7 МПа до 8,0 МПа полиэтилен ПЭ80, от 21,0 МПа до 10,0 МПа полиэтилен ПЭ100 [4].

Принцип метода заключается в определении запаса прочности (ресурса) материала трубы в определённый период эксплуатации на основании результатов испытаний образцов проб, вырезанных из газопровода в разные сроки эксплуатации. При этом, количество проб, вырезанных из газопровода в разные сроки эксплуатации должно быть не менее двух, интервал времени отбора проб

-        не менее 3—5 лет, количество образцов для испытаний одной пробы — не менее трех.

Результаты испытаний образцов каждой пробы аппроксимируются прямой линией, которые затем отражаются на графике длительной прочности. Точка пересечения линии аппроксимации с линией нормируемой длительной прочности при 20 °С определяет фактический ресурс материала трубы (запас прочности), а точка пересечения линии аппроксимации с линией минимальной длительной прочности (MRS) — прогнозируемый срок эксплуатации газопровода.

Отбор проб, подготовка, испытание, обработка результатов испытаний образцов выполняется в соответствии с методикой определения критического состояния газопровод п. 1.2.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Пример определения критического состояния газопровода

Исходные данные:

Газопровод эксплуатируется в течение 5 лет в условиях сильно пучинистых грунтов, температура наружного воздуха (— 40 : + 35) °С.

Труба полиэтиленовая ПЭ80 ГАЗ SDR11-225x20,5 ГОСТ Р 50838-95.

Рабочее давление в газопроводе 0,9 МПа.

По графику длительной прочности труб из полиэтилена ПЭ80 предел длительной прочности (SLCL) при температуре 20 °С для расчетного срока эксплуатации 5 лет (43800 ч) составляет 8,5 МПа, при температуре 40 °С

-        6,2 МПа.

Определение расчетных данных.

По результатам кратковременных испытаний напряжение в стенке трубы образца в момент разрушения (Рраз =1,8-г 1,9 МПа) составляет:

По результатам длительных испытаний:

■ стойкость при постоянном внутреннем давлении при температуре 20 °С и напряжении в стенке трубы Оlcl = 8,5 МПа (с учетом контрольного времени испытаний) составляет 120 ч:

■ стойкость при постоянном внутреннем давлении при температуре 40 °С и напряжении в стенке трубы OLCL = 6,2 МПа (с учетом контрольного времени испытаний) составляет 990 ч.

Заключение

По результатам испытаний на стойкость при постоянном внутреннем давлении при температуре 40 °С образцы разрушились до истечения контрольного времени — 1000 ч.

Отношение минимального значения напряжения в стенке трубы образца при разрушении к пределу длительной прочности для расчетного периода эксплуатации.

3.        По результатам испытаний на стойкость при постоянном внутреннем давлении при температуре 20 °С время до разрушения составило более 100 часов.

Вывод

Условия эксплуатации газопровода

—        рабочее давление 0,9 МПа, дополнительные внешние нагрузки вызывают снижение длительной прочности материала трубы.

Рекомендации

Провести внеплановое обследование газопровода, организовать мониторинг условий эксплуатации, снизить рабочее давление до 0,6 МПа, провести диагностику газопровода через 3 года.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Определение фактического

ресурса и прогнозирование срока эксплуатации газопровода

Исходные данные

Программой работ по диагностике газопровода предусматривается отбор проб через 2 и 5 лет эксплуатации.

Рабочее давление в газопроводе

0,        9 МПа.

Газопровод эксплуатируется в условиях сильно пучинистых грунтов, температура наружного воздуха от минус 40 °С до плюс 35 °С.

Труба полиэтиленовая ГАЗ SDR11- 225x20,5 ГОСТ Р 50838-95.

По результатам кратковременных испытаний образцов пробы 1 — два года эксплуатации - напряжение в стенке образца в момент разрушения составляет (рис.):

а,_2 = 9,18 МПа - точка С.

По результатам кратковременных испытаний образцов пробы II — 5 лет эксплуатации - напряжение в стенке образца в момент разрушения составляет

01_5 = 8,81 МПа - точка Д.

Результаты испытаний аппроксимируются линией:

lga=l, 158-0,046 lgt (5).

Уравнение линии MRS=8,0Mna - lga = 0,9 (6). Совместным решением уравнений

(4)        и (5)

lga=l, 158-0,046 lgt

lgt= -40,95788+23596,3495/ Т-37,5758 lga

определяем ресурс материала трубы — точка пересечения линий аппроксимации (5) с линией нормируемой длительной прочности полиэтилена ПЭ80 при температуре +20 °С (OLCL) ~ ^=29 лет.

Совместным решением уравнения

(5)        и (6)

lga =1,158-0,046 lgt lga = 0,9

определяем прогнозируемый срок эксплуатации газопровода - точка пересечения линии аппроксимации с линией минимальной длительной прочности (MRS)-X2=46 лет.

Вывод

Условия эксплуатации газопровода

—        рабочее давление 0,9 МПа, дополнительные внешние нагрузки вызывают снижение длительной прочности материалы трубы.

Рекомендации

Провести внеплановое обследование газопровода, организовать мониторинг условий эксплуатации, снизить рабочее давление до 0,6 МПа, провести диагностику газопровода через 3 года (8 лет эксплуатации).

Список литературы

1.        ПБ 12-529-03 Правила безопасности систем газораспределения и газопотребления.

2.        ГОСТ Р 50838-95 Трубы из полиэтилена для газопроводов. Технические условия.

3.        ГОСТ Р 52134-2003 Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем? водоснабжения и отопления.

4.        ГОСТ 18599-2001 Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия.        

5.        ГОСТ 24157-80 Трубы из пластмасс. Метод определения стойкости при постоянном внутреннем давлении.

6.        ISO 9080:1992 Термопластовые трубы для транспортировки жидкостей. Методы экстраполяции данных разрывного гидростатического напряжения для определения продолжительности гидростатической стойкости материала термопластовых труб.