Приложение Е (рекомендуемое). Пример определения срока безопасной эксплуатации (назначенного срока службы) участка линейной части магистрального газопровода при проектировании на основе применения детерминистического подхода для прогнозной оценки срока службы расчетных участков

Приложение Е
(рекомендуемое)

Пример
определения срока безопасной эксплуатации (назначенного срока службы) участка линейной части магистрального газопровода при проектировании на основе применения детерминистического подхода для прогнозной оценки срока службы расчетных участков

Е.1 В соответствии с приложением Б расчетные участки с однородными условиями эксплуатации для оценки их срока службы могут быть выделены на основании анализа данных строительных чертежей. Пример фрагмента такого чертежа, в левой части которого приведены служебные характеристики участка ЛЧМГ, а в правой значения их критериальных характеристических параметров, приведен на рисунке Е.1.

Рисунок Е.1 - Пример фрагмента строительного чертежа для участка ЛЧМГ

Е.2 Пример формирования сводных данных о критериальных характеристических параметрах для пятикилометрового участка ЛЧМГ (проектное давление - 5,4 МПа) с выделением на нем расчетных участков приведен в таблице Е.1, а также для наглядности на рисунках Е.2 - Е.5. Изменение значений критериальных характеристических параметров на данном участке показано на рисунках Е.2 - Е.4 в виде ступенчатых прямых, а границы скачкообразного изменения ступенчатых функций приняты в качестве границ расчетных участков с однородными условиями и показаны на рисунке Е.5.

В качестве значимых критериальных характеристических параметров для проведения оценки срока службы принимают критериальные характеристические параметры следующих служебных характеристик:

- типоразмер труб (диаметр, толщина стенки, марка стали);

- тип защитного покрытия (нормальный, усиленный);

- удельное электрическое сопротивление грунта , .

Для каждого сформированного расчетного участка с однородными условиями эксплуатации, номера которых приводят в первой графе таблицы Е.1, в графы со второй по восьмую этой же таблицы сводят данные о значениях критериальных характеристических параметров учитываемых служебных характеристик. В девятой графе таблицы Е.1 приводят измеряемые в календарном времени прогнозируемые в соответствии с Е.5 значения продолжительности фазы роста дефектов от момента их зарождения до достижения на расчетных участках предельного состояния, определяемого допустимыми размерами дефектов.

Таблица Е.1 - Значения критериальных характеристических параметров на расчетных участках

Расчетный участок	Координаты начала - конца участка, км	Длина участка, км	Типоразмер труб			Тип защитного покрытия	Удельное электрическое сопротивление грунта, ,	Продолжительность фазы роста дефектов (в годах)
			диаметр, мм	толщина стенки, мм	марка стали
1	0 - 0,896	0,896	717	8	19Г	нормальный	45	10
2	0,896 - 0,904	0,008	717	10	19Г	нормальный	45	17
3	0,904 - 0,992	0,088	717	10	19Г	усиленный	39	17
4	0,992 - 1,008	0,016	717	10	19Г	нормальный	45	17
5	1,008 - 2,824	1,816	717	8	19Г	нормальный	45	10
6	2,824 - 2,84	0,016	717	8	19Г	нормальный	26	10
7	2,84 - 2,896	0,056	717	10	19Г	усиленный	26	17
8	2,896 - 2,928	0,032	717	8	19Г	усиленный	26	10
9	2,928 - 3,12	0,192	717	8	19Г	усиленный	57	10
10	3,12 - 3,416	0,296	508	9,5	"Ц"	усиленный	57	20
11	3,416 - 3,6	0,184	508	9,5	"Ц"	усиленный	87	60
12	3,6 - 3,904	0,304	508	9,5	"Ц"	усиленный	112	60
13	3,904 - 4,816	0,912	508	9,5	"Ц"	усиленный	57	60
14	4,816	0,184	508	9,5	"Ц"	усиленный	26	20
Примечание - Применяемые на расчетных участках трубы изготовлены из стали марки 19Г отечественного производства и стали марки "Ц" импортного производства.

Рисунок Е.2 - Изменение типоразмера труб на участке ЛЧМГ

Рисунок Е.3 - Изменение типа защитного покрытия на участке ЛЧМГ

Рисунок Е.4 - Изменение значений удельного электрического сопротивления грунта на участке ЛЧМГ

Рисунок Е.5 - Графическая иллюстрация формирования расчетных участков

Примечание - По оси ординат численные значения размерности критериального характеристического параметра приведены только на рисунке Е.4 для графика изменения удельного электрического сопротивления грунта. Штриховой и пунктирной линиями на этом графике разграничены его значения для высокой (до 20 ), средней (от 20 до 50 ) и низкой (свыше 50 ) коррозионной агрессивности грунта.

Для графиков изменения типоразмеров труб и типов защитного покрытия (см. рисунки Е.2 и Е.3) по оси ординат отложены номера вариантов изменения параметров, имеющих постоянное значение в пределах каждого варианта. Особенности каждого из вариантов учтены в Е.3 и Е.4 при выполнении прогнозной оценки срока службы расчетных участков. Приведенными на оси ординат цифрами на рисунке Е.5, иллюстрирующем сформированные расчетные участки, для наглядности идентифицированы границы разделения этих участков, номера которых обозначены вдоль оси абсцисс числами от единицы до четырнадцати.

Е.3 Оценку прочности выделенных в соответствии с Е.2 расчетных участков проводят с учетом следующих условий:

а) единственным силовым фактором, определяющим НДС расчетных участков, считают внутреннее давление, значение которого равно проектному рабочему давлению;

б) в качестве основного повреждающего фактора, приводящего к возникновению отказов и предельных состояний, принимают зарождение и рост коррозионных дефектов после исчерпания нормативного срока службы защитного покрытия (код варианта расчета 1000 в соответствии с приложением Д);

в) в качестве критерия предельного состояния принимают достижение размеров дефектов своих предельных значений с коэффициентом запаса n = 1,5 по отношению к разрушающему давлению;

г) расчет предельных размеров коррозионных дефектов может быть выполнен по формуле (Е.1) или на основе нормативных документов, предназначенных для использования при оценке работоспособности корродированных конструкций на стадии эксплуатации;

д) значение скорости роста коррозионных дефектов в глубину v_a (т.е. скорость проникновения коррозии вглубь структуры металла, определяемая коррозионной агрессивностью грунта), которая зависит от величины его удельного электрического сопротивления, принимают постоянным;

е) значение скорости роста коррозионных дефектов в длину v_b (т.е. скорость распространения коррозионных повреждений по поверхности металла трубы в продольном направлении), которое может превышать скорость роста в глубину в 20 - 100 раз, принимают постоянным;

ж) рассматривают два прогнозируемых значения скорости коррозии v_a в зависимости от диапазона изменения удельного электрического сопротивления грунта, значения которого приведены в таблице Е.1:

1) 0,1 мм/год при удельном сопротивлении свыше 50 (низкая коррозионная агрессивность грунта);

2) 0,3 мм/год при удельном сопротивлении от 20 до 50 (средняя коррозионная агрессивность грунта);

ГАРАНТ:

Нумерация подпунктов приводится в соответствии с источником

и) прогнозный расчет предельных размеров дефектов, соответствующих достижению предельного состояния на расчетных участках, выполняют для всех трех приведенных в таблице Е.1 типоразмеров труб при реализации двух вариантов соотношения скоростей v_b = 50v_a и v_b = 100v_a (второй вариант рассматривают в качестве наиболее неблагоприятного сценария).

Примечание - При наличии участков с удельным сопротивлением грунта до 20 (высокая коррозионная агрессивность) значение скорости коррозии v_a может быть принято равным 0,5 мм/год.

Е.4 Результаты расчетов роста дефектов до достижения ими предельных размеров проиллюстрированы на рисунке Е.6 для труб из стали 19Г (предел прочности равен 470 МПа) с толщиной стенки 8 мм при средней коррозионной агрессивности грунта (т.е. при скорости проникновения коррозии вглубь металла 0,3 мм/год). Если дефект имеет размеры (в координатах а и b), которые располагают образ этого дефекта ниже кривой предельных размеров дефектов (сплошная утолщенная линия на рисунке Е.6), то его определяют как допустимый, если выше ее, то его считают недопустимым.

Примечание - В расчетах принято положение о недопустимости дефектов глубиной более 80 % толщины стенки трубы. Это ограничение соответствует горизонтальному участку на кривой предельных размеров дефектов.

Рисунок Е.6 - Графическая интерпретация результатов расчета роста дефектов до достижения ими предельных размеров

Е.5 Анализ приведенной на рисунке Е.6 числовой и графической информации показывает, что для первого варианта соотношения скоростей роста размеров дефектов v_b = 50v_a предельное состояние может наступить через 11 лет после исчерпания срока службы защитного покрытия, а для более неблагоприятного сценария (при v_b = 100v_a) это состояние может наступить через 9 лет. В первом случае предельные размеры дефекта, при достижении которых может произойти разрушение трубы при рабочем давлении 5,4 МПа, принимают значения а = 3,5 мм и b = 175 мм, а во втором - а = 2,8 мм и b = 280 мм. Эти значения (показаны на рисунке Е.6 стрелками) определяют по координатам точки пересечения предельной кривой с траекториями роста размеров дефекта. Траектории роста размеров дефекта изображены в виде исходящих из начала координат прямых линий с круглыми маркерами. Эти линии обозначены на рисунке Е.6 цифрами 1 и 2 в соответствии с вариантами соотношения скоростей роста дефектов. Координаты маркеров соответствуют размерам дефектов в конце каждого года их роста. Число маркеров, расположенных ниже предельной кривой (без учета маркера, расположенного в начале координат), соответствует продолжительности (в календарных годах) фазы роста до наступления предельного состояния.

Примечание - Расчет предельных размеров дефектов для построения предельных кривых, приведенных на рисунке Е.6, может быть выполнен с учетом положений Е.3 по формуле

,

(Е.1)

в которой параметры А и Q вычисляют по формулам:

,

(Е.2)

,

(Е.3)

где D - номинальный внешний диаметр трубы, мм;

t - толщина стенки трубы, мм;

- предел прочности трубной стали, МПа;

n - коэффициент запаса, определяющий уровень допустимых размеров дефекта по отношению к разрушающему давлению (см. Е.3).

Построение предельной кривой выполняют, последовательно задавая возрастающие от нуля приращения длины дефекта b для вычисления параметра Q по формуле (Е.3) с последующей подстановкой параметра А, вычисляемого по формуле (Е.2), и параметра Q в формулу (Е.1) для вычисления соответствующей глубины дефекта а. Построение предельной кривой продолжают до ее пересечения с траекторией роста дефектов. Для наглядности графической интерпретации построение предельной кривой может быть продолжено еще на несколько шагов приращения размеров дефекта (см. рисунок Е.6).

Е.6 Расчет продолжительности фазы роста при скоростях коррозии, принимаемых в соответствии с перечислением ж) Е.3, и анализ результатов для других типоразмеров труб проводят аналогично (в соответствии с Е.3 - Е.5). Результаты этих расчетов для неблагоприятного сценария (при соотношении скоростей роста v_b = 100v_a) приведены в таблице Е.2, а для всех четырнадцати расчетных участков - в девятой графе сводной таблицы Е.1.

Таблица Е.2 - Результаты расчета предельных размеров дефектов и продолжительности и фазы их роста

Типоразмер труб			Предельные размеры дефекта		Продолжительность фазы роста дефектов до достижения своих предельных размеров, годы
диаметр, мм	толщина стенки, мм	марка стали	а, мм	b, мм	при скорости роста vа = 0,3 мм/год	при скорости роста vа = 0,1 мм/год
717	8	19Г	2,8	280	9	27
717	10	19Г	4,7	480	15	45
508	9,5	"Ц"	5,7	570	19	57

Е.7 Определение прогнозируемого срока службы расчетного участка графически проиллюстрировано на рисунке Е.7.

В соответствии с приведенной графической иллюстрацией прогнозируемый срок службы Т_пс (в календарных годах) для каждого из расчетных участков (сплошная ломаная линия) вычисляют по формуле (Д.1) как сумму назначенного срока службы Т_зп защитного покрытия (приравненного в данном примере к 25 годам) и прогнозной продолжительности Т_кор фазы роста размеров коррозионного дефекта (пунктирная ломаная линия).

Рисунок Е.7 - Графическая иллюстрация определения прогнозируемого срока службы расчетного участка

Примечание - На отдельных расчетных участках (например, на участках с более толстостенными трубами и низкими показателями коррозионной агрессивности грунта), целесообразно директивно ограничивать слишком высокие значения прогнозируемого срока службы. Например, в качестве ограничительного значения для таких участков может быть принято увеличенное в полтора раза осредненное значение срока службы на других участках.

В рассмотренном примере максимальная продолжительность прогнозируемого срока службы равна 85 лет, что соответствует части ломаной линии, относящейся к расчетным участкам 11, 12 и 13, расположенной на рисунке Е.7 выше горизонтальной штриховой линии, которая директивно ограничивает прогнозируемый срок службы значением, равным 60 лет. Осредненное значение срока службы, вычисленное для других расчетных участков (1 - 10, 14), примерно равно 40 лет.

Е.8 Назначенный срок службы (соответствующий сроку безопасной эксплуатации) всего рассматриваемого участка ЛЧМГ в целом может быть оценен на основе полученных оценок прогнозируемых сроков службы всех расчетных участков с помощью данных таблицы Е.1, а также графически посредством построения кумулятивной функции распределения прогнозируемых сроков службы всех расчетных участков, изображенной на рисунке Е.8.

Для установления в качестве назначенного срока службы рассматриваемого участка ЛЧМГ в целом в соответствии с 10.2 и 10.3 следует выбрать такое значение срока службы, при котором доля общей протяженности расчетных участков с прогнозируемым сроком службы, превышающим назначаемый, будет составлять не менее 95 %.

Согласно приведенной на рисунке Е.8 графической иллюстрации в рассматриваемом примере назначенный срок службы рассматриваемого участка принимают равным 35 годам (это значение обозначено на оси времени круглым маркером).

Рисунок Е.8 - Графическая иллюстрация построения кумулятивной функции распределения сроков службы расчетных участков и установления назначенного срока службы для всего участка ЛЧМГ

Примечание - Стрелкой на рисунке Е.8 обозначено направление директивного ограничения (при необходимости) прогнозируемого срока службы расчетных участков, а вертикальной штриховой линией показано значение этого ограничения, равное для приведенного примера 60 годам.