Как измерить напряжения

Получить характер распределения напряжений по длине участка трубопровода, находящегося в процессе эксплуатации, позволяет акустическая диагностика по методу НПК «Вектор», описанному в статье [3].

При диагностике записывается и анализируется «шум тока воды по трубе», из которого выделяются сигналы эмиссии акустических сигналов локальными местами повышенных напряжений в металле трубы. Используя методы корреляционного анализа, определяется местоположение дефекта. По величине акустического сигнала эмиссии осуществляется оценка напряжений. Результаты диагностики наносятся на схему участка (см. рис. 3).

Для представления уровня напряжений используется четыре градации: аварийное состояние; два уровня дефектного состояния и удовлетворительное.

Аварийное состояние — это когда величина сигнала эмиссии имеет весьма большое значение (см. рис. 2). При шурфовке в 50−60% случаев в этих местах были обнаружены течи интенсивностью более 0,5 м³/ч. В оставшихся случаях указанные сигналы отмечают места значительных перенапряжений трубопровода, при этом коррозионных повреждений металла труб может и не быть. напряжение трубопровод давление аварийноопасность Для записи акустических сигналов «шума» тока воды по трубе используется прибор «Вектор 2001», который выполняет две функции:

устройство регистрации для целей диагностики;

корреляционный течеискатель.

Различие в этих функциях заключается только в используемых программах обработки сигналов: при поиске течи программа ориентирована на поиск признаков истечения воды; при диагностике — сигналов от перенапряжения. В рассматриваемом случае высоких сигналов эмиссии, зарегистрированных при работах по диагностике, программа «Течь» не обнаруживает из-за малой интенсивности истечения воды.

Случай регистрации высоких напряжений и анализа причин их возникновения рассмотрен в статье Г. П. Малинова (г. Череповец) [4]. Обнаруженное при диагностике перенапряжение трубы было обусловлено разрушением двух скользящих опор — трубопровод провис. После ремонта опор повторная диагностика показала удовлетворительное состояние трубопровода.

В статье Н. М. Бологова (г. Кемерово) [5] приводятся примеры, когда при диагностике указанные перенапряжения были обусловлены не только разрушением скользящих опор, но и обвалами плит перекрытия, обрушением грунта в канал.

Мы рекомендуем незамедлительно вскрывать такие участки, в первую очередь с целью обнаружения течи на ранней стадии. При отсутствии истечения воды, выявлять техническое состояние трубопровода и осуществлять соответствующий ремонт. В указанной статье Н. М. Бологова [5] приводится пример, когда, из-за отсутствия течи, обследование не было осуществлено, а через небольшой период в отмеченном месте образовалась течь; причина — повышенные напряжения из-за разрушения скользящей опоры.

При более низких уровнях сигналов эмиссии используются критерии критических, докритических дефектов и удовлетворительного состояния трубопровода (рис. 2).

В течение трех лет на продиагностированных участках тепловой сети Предприятия № 3 ГУП «Мостеплоэнерго» осуществлялся контроль за местами образования течей, в ходе которого было получено, что указанным дефектным интервалам соответствуют следующие значения параметра «поток отказов» (формулировку параметра см. [6]):

критические дефекты4−5течь/п.км в год;

докритические дефекты1,5−1,7 течь/п.км в год;

удовлетворительное состояние 0,15 течь/п.км в год. Представление результатов диагностики через параметр «потока отказов» позволяет провести оценку опасности образования течей (параметр аварийноопасность) для каждого конкретного участка, сравнить их техническое состояние, дать рекомендации по ремонту. Расчет коэффициента аварийноопасности осуществляется по формуле (1):

где: L — длина интервала:

L_к и L_дк — сумма длин участков с критическими и докритическими дефектами соответственно.

В таблице дан пример расчета указанного коэффициента для участка на рис. 3.

Представление результатов диагностики через показатель аварийноопасности указывает на текущее эксплуатационное состояние трубопровода. Однако он не отражает скорость протекания коррозионных процессов и не дает информацию о времени до наступления аварий.

В РД 10−400−01 [7] приведена зависимость для расчета «времени наработки на отказ»:

где: S_R — расчетная толщина стенки трубы, мм;

S — толщина стенки трубы по сортаменту, мм;

[а] - номинальное допускаемое напряжение, МПа;

R_B — предел прочности, МПа;

x_d — срок службы трубопровода до диагностики, год;

6_ср — среднее значение относительного износа;

S_d — среднеквадратичное отклонение относительного износа;

N — число мест определения изменения толщины.

Для использования этой зависимости необходимо знать год прокладки трубопровода и осуществить замеры толщины стенки.

Практика применения метода диагностики (к настоящему времени только по Москве и Московской области продиагностировано более 6000 участков общей длиной более 4000 п. км) показала, что в 70−80% случаев обнаруженные дефектные интервалы обусловлены коррозионным повреждение металла труб, при этом в местах критических дефектов средняя остаточная толщина стенки трубы составляет 0,4 от исходной, в докритических — 0,6. Использование представления результатов диагностики через утонение стенок трубы позволяет осуществить расчет «времени наработки на отказ» по представленной зависимости. При этом необходимо учитывать следующие особенности, заложенные в формуле (2):

расчет производится только по гидростатическому напряжению (давление опрессовки), указанное ранее распределение напряжений отвеса и температуры не учитывается;

расчет скорости коррозии и величина утонения для оценки условий разрушения производятся по среднему значению относительного износа и по среднеквадратичному отклонению относительного износа, т. е. по усредненным значениям с использованием статистического анализа.

Таким образом, параметр «время наработки на отказ» является качественным и не определяет фактическое время до первой аварии. Он может быть использован только для учета условий протекания коррозионных процессов при сравнении участков, близких по техническому состоянию.

Совокупность параметров «аварийная опасность» и «время наработки на отказ», полученные по результатам диагностики, дают дополнительную, наряду с визуальным и инструментальным (замером толщины) контролем, информацию о техническом состоянии трубопровода с позиции опасности образования течи.

Для определения порогового значения коэффициента аварийноопасности, при превышении, которого следует рассмотреть вопрос о перекладке трубопровода, были проанализированы значения указанного коэффициента для участков, по совокупности данных диагностики, визуального и инструментального контроля, включенные в план перекладок. На рис. 4 представлена диаграмма зависимости порогового значения указанного коэффициента от диаметра трубы:

При К < 0,8 Х_к — трубопровод находится в удовлетворительном состоянии;

При 0,8 Х_к < К < К_к — рабочий ресурс ограничен (1−2 года);

При К > К_к — следует рассмотреть вопрос о перекладке.

Для второго и третьего случаев дополнительно анализируются значения «времени наработки на отказ» и делается заключение об очередности перекладки.