СТО Газпром 2-2.3-328-2009. Оценка технического состояния и срока безопасной эксплуатации технологических трубопроводов компрессорных станций
Подождите немного. Документ загружается.
где а
1
- повреждение от квазистатических циклов напряжения,
на которые не наложены динамические напряжения;
а
2
- повреждения от динамических напряжений при
постоянных эксплуатационных напряжениях (стационарные
режимы);
а
3
- повреждения от динамических напряжений в течение
циклов квазистатических напряжений на переходных
эксплуатационных режимах а
*
3
и при прохождении резонансных
частот а
**
3
в тех же циклах.
В этом случае
а
3
= а
*
3
+ а
**
3
(В.13)
В.1.14 Накопленные повреждения а
1
и а
2
определяются по
формуле (В.11). Накопленные повреждения а
3
рассчитывают в
соответствии с В.3.
В.2 Экспресс оценка накопленного повреждения
B.2.1 При экспресс-оценке в интервале температур от плюс 20°С
до плюс 350°С в расчете используют следующие расчетные кривые
усталости:
- при значениях R
T
m
≥ 300МПа, R
20
р0,2
≤ 200 МПа, R
T
p0a
/R
T
m
≥ 0,5, Z
T
≥ 30% и Е
Т
≥ 175 ГПа, расчетная кривая усталости
приведена на рисунке В.1;
- при значениях R
T
m
≥ 400МПа, R
20
р0,2
≤ 350 МПа, R
T
p02
/R
T
m
≥ 0,5, Z
T
≥ 45% и Е
Т
> 190 ГПа, расчетная кривая усталости
приведена на рисунке В.2.
В.2.2 Расчетные кривые на рисунках В.1 - В.2 получены с учетом
максимального влияния среднего напряжения и коэффициентов
запаса п
σ
= 2 и n
N
= 10.
В.2.3 Расчетные кривые усталости, приведенные на рисунках В.1
- В.2, построены при температуре плюс 350°С. При определении
допустимого числа циклов для температур ниже плюс 350°С или
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
41
модуля упругости, отличающегося от указанных выше значений,
значения [σ
aF
] по расчетным кривым на рисунке В.1 - В.2
умножаются на отношение модуля упругости при заданной
температуре к модулю упругости при плюс 350°С.
В.2.4 Условие прочности проверяется по формуле (В.11).
Рисунок В.1 – Расчетная кривая усталости при R
T
m
≥
300МПа, R
20
р0,2
≤ 200 МПа, R
T
p0a
/R
T
m
≥ 0,5, Z
T
≥ 30% и Е
Т
≥
175 ГПа, Т = +350ºС.
В.3 Учет вибрации
В.3.1 В тех случаях, когда НЧ циклические напряжения,
связанные с «пуском-остановом», изменением мощности и т.д.,
сопровождаются наложением ВЧ-напряжений, например,
вызванных вибрацией, пульсацией потоков газа, расчет на
циклическую прочность проводится с учетом динамического
нагружения.
В.3.2 Исходные данные о динамическом нагружении (амплитуда
-
, частота f), получаются путем анализа результатов измерений
при эксплуатации или путем их расчета.
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
42
B.3.3 Сочетания квазистатического циклического напряжения
с амплитудой (σ
aF
) и частотой f
0
и наложенного динамического
напряжения с амплитудой
-
и частотой f вызывает снижение допускаемого числа
эксплуатационных циклов от [N
0
] до [N], определяемого по
формуле:
-
(В.14)
где ж - коэффициент снижения долговечности при наложении
высокочастотных циклов, используемых при определении
повреждения а
*
3
.
Рисунок В.2 – Расчетная кривая усталости при R
T
m
≥
400МПа, R
20
р0,2
≤ 350 МПа, R
T
p02
/R
T
m
≥ 0,5, Z
T
≥ 45% и Е
Т
>
190 ГПа, Т = 350 ºС.
В.3.4 Для цикла i-го типа повреждение а
3
определяют по
формуле
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
43
-
(B.15)
В.3.5 Коэффициент ж , независимо от степени концентрации
напряжений, остаточных напряжений, максимального
напряжения цикла, значения номинальных напряжений и
температуры, определяется по номограммам, приведенным на
рисунке В.3, или вычисляется по формуле
-
(B.16)
где f
0
=1/(t
l
+t
2
) - частота эксплуатационного цикла,
определяемая без учета периода времени, в течение которого
происходит наложение динамических напряжений на
квазистатические напряжения (см. рисунок В.4);
(σ
а
) - амплитуда приведенных квазистатических напряжений
без учета концентрации
напряжений;
η - коэффициент, зависящий от материала, принимаемый из
значений таблицы В.3. При отсутствии экспериментальных данных
значение η принимается равным 2.
Таблица В.3 - Значения коэффициента η
Сталь перлитного класса
Вид
материала
Углеродистая
сталь R
T
m
≤
500 МПа
500 < R
T
m
≤ 800
МПа
R
T
m
> 800 МПа
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
44
η 1,3 1,8 1,9
Рисунок 3 – Значение ж для сталей и их сварных
соединений R
T
m
≤ 500 МПа
Рисунок В.4 - Форма цикла при двухчастотном нагружении
В.4 Определение срока безопасной эксплуатации
В.4.1 В результате расчета определяют накопленное
усталостное повреждение a
N
за время эксплуатации. При расчете
срока безопасной эксплуатации считается, что повторение
эксплуатационных режимов на последующий период эксплуатации
соответствует предшествующему периоду.
В.4.2 Срок безопасной эксплуатации в единицах времени
(рекомендуется тысячи часов) определяется по формуле
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
45
-
(B.17)
где t
э
- время эксплуатации объекта на момент оценки
Приложение Г
(обязательное)
Оценка срока безопасной эксплуатации тройника по
критерию малоцикловой усталости и выносливости
Г.1 Внутренние силовые факторы в тройниках
Г.1.1 Для определения внутренних силовых факторов в ТР
необходимо выполнить расчет ТПО от действия нагрузок.
Г.1.2 При расчете следует учитывать следующие виды нагрузок:
- давление;
- температурные нагрузки;
- кинематические нагрузки;
- реакции от присоединенного оборудования;
весовая нагрузка (собственный вес изделия и его содержимого,
весовая нагрузка присоединенных изделий, изоляции и др.);
- вибрационные нагрузки.
Г.1.3 Расчет выполняется для каждого расчетного режима
эксплуатации. Результатом расчета являются внутренние силовые
факторы (три силы: осевая и поперечные; три момента: крутящий
и изгибающие) в двух из трех сечениях участка трубопровода (см.
рисунок Г.1, сечения А-А и Б-Б или А-А и В-В) с тройником.
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
46
Рисунок Г. 1 - Расчетные сечения (сварной ТР с воротником
и накладкой)
Г.1.4 При определении внутренних силовых факторов
допускается использование экспериментальных данных по НДС
трубопроводов. Экспериментальное определение параметров
деформирования трубопроводов должно сопровождаться
расчетным анализом. Для расчетов рекомендуется использовать
МКЭ.
Г.2 Определение НДС тройника
Г.2.1 При расчете НДС ТР используют модель линейно-упругого
поведения конструктивных материалов. В тех случаях, когда
максимальное значение приведенных напряжений без учета
концентрации превышают 2R
p0
,
2
, используют
упругопластическую
модель поведения конструкционных материалов. Расчет
выполняют в предположении изотропности материала. При оценке
циклической прочности за пределами упругости используют
напряжение, называемое условным упругим. Это напряжение
равно произведению упругопластической деформации в
рассматриваемой точке на модуль упругости.
Г.2.2 Настоящий стандарт допускает использование любых
вычислительных комплексов или методов расчета НДС, но при
этом возможности расчетного метода и/или комплекса должны
позволять моделировать ТР в виде пространственной модели.
Рекомендуемым методом численного расчета НДС является МКЭ.
При создании пространственной расчетной модели допускается
использовать методы теории оболочек и объемное моделирование.
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
47
Г.2.3 Определение НДС ТР проводят для всех эксплуатационных
режимов. В качестве нагрузок при расчете ТР используют
внутреннее давление и внутренние силовые факторы, полученные
из расчета трубопроводов. Внутренние силовые факторы (силы и
моменты в трубопроводе) прикладывают в двух из трех сечениях
трубопровода (см. рисунок Г. 1, сечения А-А и Б-Б или А-А и В-В,),
третье сечение жестко защемляется. В расчетной модели длины
участков присоединенных к ТР трубопроводов должны быть
выбраны достаточными, чтобы не вызывать дополнительных
краевых сил и моментов и адекватно моделировать условия
приварки ТР к трубопроводу.
Г.2.4 НДС ТР определяют в соответствии с алгоритмом,
приведенным на рисунке Г.2. Расчет необходимо выполнить для
двух наиболее нагруженных точек тройника А, Б. Наиболее
нагруженные точки ТР выбирают с той стороны (относительно
плоскости симметрии), где напряжения с учетом изгибающих
нагрузок максимальны.
Г.2.5 Для модели в оболочечной постановке расчет НДС ТР
проводят в следующей последовательности:
Г.2.5.1 Для наиболее нагруженных точек ТР определяют
историю нагружения от момента начала нагружения t
1
до момента
окончания нагружения t
m
.
Для каждого из моментов вычисляют значения компонент
тензора напряжений σ
x
, σ
y
, σ
z
, σ
xy,
σ
xz,
σ
yz
и эквивалентные
напряжения для наиболее нагруженных точек ТР в сечениях А-
А, Б-Б (см. рисунок Г.3, точки А, Б) с использованием модели
линейно-упругого поведения конструктивных материалов.
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
48
Рисунок Г.2 - Алгоритм определения НДС тройника
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
49
Рисунок Г.3 – Расчетные сечения ТР и зоны максимальных
напряжений
Эквивалентные напряжения без учета концентрации находят по
формуле:
-
(Г.1)
По шести компонентам НДС определяют размах отдельных
составляющих напряжений Δσ
x
, Δσ
y
, Δσ
z
, Δτ
xy,
Δτ
xz,
Δτ
yz
, Δσ
1,
Δσ
2,
Δσ
3
, как разность напряжений между двумя моментами
нагружения по формулам:
База нормативной документации: www.complexdoc.ru
50