Испытательное давление

В СНиП 2.05.06—85 испытательное давленио р_исп устанавлипается в зависимости от так называемых категорий участков, устанавливаемых в зависимости от условий их работы. В табл. 16.1 приведены испытателъные давления и коэффициснты условий работы. По табл. 16.1 нельзя определить, какой

уровень напряжений в стенке трубы будет достигнут при испытаниях. Между тем напряжения при испытаниях должны быть такими, чтобы могли выявиться дефектные участки с ІІапряжсниями концентрации, ббльшими, чем допускаемые при заданной мере надежности участка трубопровода.

Используя «котельную формулу» для бездефектного трубо-провода, можно получить соотношение

где о'_кц и о"_кц — кольцевые напряжения соответственно при рабочем и испытательном давлсниях. Эта формула имеет важнос значение, так как она позволяет установить, какой уровень напряжсний будет достигнут при данном испытательном давлении:

Используя эту зависимость, покажем, каким должно быть испытательное давление, чтобы получить 0"_кц=(т_т (о_т — предел текучести металла трубы).

Для участка IV категории этот уровень может быть достигнут только при р_исп=1,22 р_раб, а для учзстка I категории — при Рисп = 2,1 р_раб. Однако из табл. 16.1 мы имеем в первом случае Рисп = 1,1 Рраб, а во втором р_исп=1,25 Рраб. Следовательно, говорить о том, что все дефекты будут выявлены при испытании, не приходится. Кроме того, ничего не известно и об уровне на-дежности участка, который обсспечивастся данным испытательным давлением. Ясно лишь одно: разрывы после испытаний обязательно будут, но сколько и при каких невыявленных дефектах — неизвестно. Это выяснится лишь после ввода трубопровода в постоянную эксплуатацию.

Каким же должно быть испытательное давленис? Ответить на этот вопрос можно только с позиции теории надежности. Заданный уровень надежности, при котором ожидается опре-деленное число разрушений в период эксплуатации, будет достигнут только в том случае, если в процсссе испытаний будут выявлены все дефекты, для которых при рабочем давлении вы-полняется условие х-<х_до_п-

Как показывает анализ дефектов, они в общем одинаковы для любых условий строительства: царапины, задиры, вмятины, дефекты сварки, заводские дефскты труб и т. п. Поэтому кон-центрация напряжений будет в среднем одинакова для любых участков трубопровода. Правда, число дефектов может быть различным на единицу его длины, например иа 1 км. Чем больше дефектов приходится на 1 км трубопровода, тем больше вероятность его разрушсния в процессе испытаний. Однако есть участки, на которых в силу тех или иных причин должен быть обеспечен более высокий уровень надежности. Это может быть достигнуто соответствующими конструктивными решениями, а также более жестким режимом испытаний. Поэтому для более ответствснных участков, например подводных трубопроводов, болот и т. п., должен быть предусмотрен более высокий запас несущей способности по пределу текучести. Обозна чим этот запас т. Его значение можно изменять в зависимости от важности (ответственности) того или иного участка. Выбирая различные значения т, можно обеспечить условия, прн кото-рых максимальные напряжеиия концснтрации в зоне любых дефектов нс будут превосходить значений &_ДопСТр_ас. Таким образом, параметр т позволяет изменять запас несущей способ-ности на различных участках, определять соответствующие допустимые концентрации напряжений, что, в свою очередь, на-лагает некоторые условия на методы испытаний и выбор испытательного давления.

Рассмотрим в связи с этим вопрос об эффективном коэффициснте концснтрацни Ь_р, который является функцией не только формы и размеров дсфекта, но и нагрузки, в частности внутреннего давления. До начала пластического течсния в зоне концентратора коэффициент Ь_г равен коэффициенту упругой концентрации Ъ_е. Как только начинастся упругопластичная деформация, Ъ_р начинает уменьшаться. По мере увеличения внутреннего давления й_Р-»-1, т. е. увеличение давления при-воднт к сглаживанию разницы в напряжениях, характсрных для упругой концентрации и бездефектной конструкции трубо-гтроводов (стенки трубы). Поэтому для начальной стадии испытания (иногда о"„_ц<а_т) основной характеристпкой дсфскта является коэффициент упругой концентрации.

Покажем, как при заданной надежности участка можно определить допустимыс зиачення коэффициента концснтрац

й_е для различных значений коэффициента запаса несущсй способности т по пределу текучести.

Прием длины участков трубопровода диаметра 122 см — 40, 80, 120 км. Определим, какими должны быть коэффициенты концентрации, чтобы надежность каждого из участков была Р(Г)=0,99 и Р(Г)=0,999. Используя решения, приведенные в гл. 6, находим при соответствующих значениях числа труб на каждом участке вероятности разрушения Рр_азр, характеристики безопасности Ѵд°п, величины допустимых эффективных коэф-фициентов концентрации й_рдоп и упругой концентрации /г_ед0п-Результаты вычислений приведены в табл. 16.2. Кдк видно из таблицы, при разных т различными оказываются и коэффициенты допустимых концентраций напряжений. Так, при Р(Т) = = 0,99 и т, равном 1,2 и 1,4, для участка длиной 80 км й_рдоп и ^едоп равны соответственно 1,11 и 2,05, 1,339 и 4,069, 1,563 и 6,085. Для обсспечения заданного уровня надежности давление испытания должно обеспечить выявление всех дефектов, дающих больший уровень концентрации напряжений, чем при-веденные для соответствующих значений т. Как уже отмеча-лось, коэффициент т определен по пределу текучести. Поэтому испытательное давление должно составлять

В зависимости от т изменяется при заданном уровне на-

дежности и РИСП.

Как было показано, значения упругих концентраций в зонах различных дефектов не прсвосходят й_е = 4ч-5. При таком уровне концентрации напряжений и мерс надежности Р(Т) = = 0,99, как видно из табл. 16.2, коэффициент запаса /п«1,3, а при мере надежности Р(Т) =0,999 /п^1,55. Можно определить га и для других мер надежности, например 0,8; 0,9. Но это низкий уровень, и целесообразность такой меры должна быть обоснована. Из табл. 16.2 также видно, что чем длиннес участок, тем меньше коэффициент допустимой концентрации при заданной надежности. Так, среднее значение т для трех участков составляет 1,3 при й_Р~4~т-5, если же исследовать участок 40 км, то для него т=1,2 при Р(Т) =0,99 и т=1,4 при Р(Т) =0,999. Выше было отмечено, что длина трубопровода яв-ляется существенным фактором при определении надежности, а следовательно, и т. Чем больше длина участка (находящегося по всей длине в одинаковых условиях), тем больше вероятность наличия на нем дефектов с высоким уровнем концентрации напряжений, а следовательно, и испытательное давление для него в соответствии с зависимостью (16.1) должно быть большим.

Испытательное давление должно определяться при проектировании для каждого характерного участка. Поэтому представлястся целесо-образным рассмотреть принципы деления трубопроводов на характерные участки с определенными требовани-ями по их прочности и испытательному давлению.