СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСА МЕТАЛЛА ТРУБОПРОВОДА
PROCEDURE FOR EVALUATION OF RESOURCE OF PIPELINE METAL

Способ относится к методикам оценки ресурса металла труб продуктопроводов газовой, нефтяной, нефтехимической и других отраслей промышленности.
7
Известен способ определения ресурса металла магистрального трубопровода (патент РФ № 2226681 С1, МПК: G01N 3/00). Способ включает изготовление двух равных групп образцов из металла труб, термическую обработку одной из них, механические испытания образцов обеих групп и определение остаточного ресурса Δτ по расчетной формуле
1
где τ - время эксплуатации металла труб;
1
P - среднее давление, которое воздействовало на металл при эксплуатации труб;
2
P - давление, при котором будут эксплуатироваться трубы;
0
нKCU
нKCV
Y - значение параметров (ε - относительного удлинения, ударной вязкости образцов a с круглыми и a - с острыми надрезами) механических свойств термически обработанного металла;
нKCU
нKCV
Y - значение параметров (ε, a, a) механических свойств образца металла, не подвергавшегося термообработке;
н
нKCU
нKCV
Y - нормативное значение параметров (ε, a, a) механических свойств металла.
Общими признаками известного и предлагаемого способов являются:
- определение основных механических параметров металла стенки;
- определение ресурса металла по расчетной формуле.
1
Описанный способ определения ресурса пригоден лишь к металлам труб, которые эксплуатировались достаточно длительное время, например десять и более лет. Однако определение данным способом ресурса металла труб, которые не эксплуатировались или эксплуатировались короткое время, приводит к большим ошибкам. Например, вычисляемая по описанной формуле величина Δτ остаточного ресурса трубопровода тем меньше, чем меньше величина τ времени эксплуатации труб. Это противоречит действительности. Остаточный ресурс металла тем больше, чем меньше его эксплуатировали. Поэтому описанный способ определения ресурса металла не отражает объективную реальность и не является точным.
7
Более близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ определения ресурса металла трубопровода или корпуса сосуда (патент РФ № 2297618, МПК G01N 3/00), включающий определение основных механических, геометрических параметров (предела текучести, диаметров внутреннего и внешнего, толщины стенки), основных параметров текучей среды (расхода, давления и температуры на входе и выходе трубопровода или сосуда, угла натекания на стенку, загрязненность механическими примесями) и определение ресурса металла по расчетной формуле
где τ - ресурс металла, год;
м
3
V - объем металла в стенках трубопровода или корпуса сосуда, м;
2
3
σ - энергия связей между частицами металла, числено равная напряжению металла на разрыв, Н/м (Дж/м);
2
U - напряжение металла стенки под действием избыточного внутреннего давления, Н/м;
7
3,1536·10 - количество секунд в году;
K - коэффициент загрязненности потока (чистый поток K=1; загрязненный поток K>1);
Е - расход энергии, действующей на стенки от перемещения среды, Дж/с;
α - величина угла натекания потока на поверхность стенки трубопровода, градус.
Общими признаками известного и предлагаемого способов являются определение:
- основного механического параметра стенки трубопровода (временного сопротивления металла разрыву);
- основных геометрических параметров стенки трубопровода (диаметров внутреннего и внешнего);
- основных параметров текучей среды (расхода, давления и температуры в начале и конце трубопровода, угла натекания на стенку, загрязненность механическими примесями);
- ресурса металла по расчетной формуле, связывающей эти параметры.
Формула отражает процесс уменьшения энергии σ связей между частицами металла во времени (т.е. его деградацию) и поэтому определение с ее помощью величины τ ресурса металла приемлемо для инженерных расчетов.
Однако этот способ определения ресурса металла имеет недостатки - в нем не учитывается отрицательное влияние на ресурс естественного старения металла (уменьшение его прочности от времени). Игнорирование этих явлений влияет на точность определения ресурса металла и вносит существенные погрешности.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение точности определения ресурса металла трубопровода.
Поставленная задача достигается тем, что в способе определения ресурса металла трубопровода, включающем определение основных механических и геометрических параметров стенок трубопровода (временного сопротивления металла разрыву и диаметров внутреннего и внешнего), основных параметров текучей среды (расхода, давления и температуры в начале и конце трубопровода, угла натекания на стенку, загрязненность механическими примесями) и определение ресурса металла по расчетной формуле, новым является то, что дополнительно определяют величину скорости снижения энергии межкристаллитных связей между частицами металла и рассчитывают величину расхода энергии этих связей от времени по формуле
τ
м
Е=b·V,
2
3
где b - скорость снижения энергии межкристаллитных связей между частицами металла, H/(м·с), Дж/(м·с);
м
3
V - объем металла в стенке трубопровода, м;
а ресурс металла определяют по формуле
,
м
где Е - энергия связей между частицами металла в стенке, Дж;
u
E - энергия напряжения в стенке при действии на нее разности давлений текучей среды и внешней среды, Дж;
τ
Е - расход энергии связей между частицами металла от времени, Дж/с;
т
Е - расход энергии, действующей на стенки от перемещения текучей среды, Дж/с;
К - коэффициент загрязненности потока частицами абразивного материала, учитываемой величиной коэффициента (чистый поток K=1; загрязненный поток K>1);
7
3,1536·10 - количество секунд в году.
Кроме того, величину b скорости снижения межкристаллитных связей между частицами металла определяют опытным путем, и она для следующих марок сталей найдена в пределах:
2
3
- 09Г2С - от 0,084 до 0,3 H/(м·с), Дж/(м·с);
2
3
- 14ХГС - от 0,028 до 1,0 H/(м·с), Дж/(м·с);
2
3
- 17ГС - от 0,055 до 0,3 H/(м·с), Дж/(м·с);
2
3
- Ст.4 - от 0,012 до 0,07 H/(м·с), Дж/(м·с).
т
Кроме того, величину расхода Е энергии текучей газообразной среды, идущей на уменьшение энергии связей металла в стенке трубопровода, определяют по формуле
где δ - средняя шероховатость поверхности стенки, контактирующей с текучей средой, м;
в
D - внутренний диаметр трубопровода, м;
S - длина трубопровода, м;
П - периметр внутреннего поперечного сечения трубопровода, м;
α - угол натекания потока текучей среды на поверхность стенки трубопровода, градус;
k - показатель адиабаты газа;
const
R=8,314 Дж/(моль·К) - молярная газовая постоянная;
G - массовый расход газообразной среды, кг/с;
1
T - исходная температура газообразной среды, К;
m - молярная масса газа, кг/моль;
1
P - исходное давление газообразной среды, Па;
2
P - давление газообразной среды в конце расчетного участка трубопровода, Па;
р
С - изобарная теплоемкость газа, Дж/(кг·К);
- интегральный эффект Джоуля-Томпсона, град/Па.
т
Кроме того, величину расхода Е энергии текучей жидкостной среды, идущей на уменьшение энергии связей металла трубопровода, определяют по формуле
где δ - средняя шероховатость поверхности стенки, контактирующей с текучей средой, м;
в
D - внутренний диаметр трубопровода, м;
S - длина трубопровода, м;
П - периметр внутреннего поперечного сечения трубопровода, м;
α - угол натекания потока текучей среды на поверхность стенки трубопровода, градус;
L - массовый расход жидкостной среды, кг/с;
1
P - исходное давление среды, Па;
2
P - давление в конце расчетного участка трубопровода, Па;
L
3
ρ - плотность жидкости, кг/м.
2
3
Технический прием, заключающийся в дополнительном определении величины скорости b Н/(м·с), Дж/(м·с) снижения энергии межкристаллитных связей между частицами металла, позволяет выявить объективную закономерность деградации металла от времени, учет которой в конечном итоге повышает точность определения его ресурса.
Расчет величины расхода энергии связей энергии межкристаллитных связей между частицами металла от времени по формуле
τ
м
E=b·V
τ
м
τ
м
2
3
3
позволяет установить величину расхода E этой энергии в зависимости от скорости b Н/(м·с), Дж/(м·с) снижения энергии межкристаллитных связей между частицами металла и объема металла V в стенке трубопровода, м. Величина расхода Е прямо пропорционально зависит от скорости b снижения энергии связей между частицами металла и от объема металла V в стенке трубопровода, что выражается в формуле произведением этих величин. Учитываемые параметры являются физическими величинами, которые имеют соответствующие размерности. Объективная закономерность, выраженная взаимосвязью этих параметров в формуле, приводит к определению величины расхода уменьшения энергии между частицами металла от времени в Дж/с.
τ
Расчет величины расхода Е энергии межкристаллитных связей между частицами металла от времени позволяет учесть ослабление прочности металла от срока его службы и тем самым повысить точность определения ресурса металла.
Формула
м
является выражением ресурса τ металла стенок трубопровода. Она отражает во времени процесс ослабления энергии Е межкристаллитных связей между частицами металла в стенке трубопровода в зависимости от:
u
- энергии E напряжения в стенке при действии на нее разности давлений текучей среды и внешней среды;
τ
- расхода энергии E межкристаллитных связей между частицами металла стенки трубопровода от времени, Дж/с;
т
- расхода энергии Е, действующей на металл стенки от перемещения текучей среды, Дж/с;
- загрязненности потока частицами абразивного материала, учитываемой величиной коэффициента K (чистый поток K=1; загрязненный поток K>1).
м
Величина энергии Е (Дж) межкристаллитных связей между частицами металла в стенке трубопровода рассчитывается по известной формуле (см. Бабицкий И.Ф., Вихман Г.Л., Вольфсон С.И. Расчет и конструирование аппаратуры нефтегазоперерабатывающих заводов - М.: Недра - 1965 - с.136-139)
м
м
E=σ·V,
2
3
где σ - временное сопротивление материала (металла) разрыву, Н/м (Дж/м);
м
3
V - объем металла в стенке трубопровода, м.
u
м
м
u
u
Энергия E напряжения в стенке от действия на нее разности давлений текучей среды и внешней среды уменьшает энергию Е межкристаллитных связей между частицами металла в стенке трубопровода, что выражается разностью величин Е и E в числителе. Величина энергии E (Дж) напряжения в стенке от действия на нее разности давлений текучей среды и внешней среды рассчитывается по модифицированной формуле из методики расчета тонкостенных цилиндров, работающих под внутренним давлением (см. Бабицкий И.Ф., Вихман Г.Л., Вольфсон С.И. Расчет и конструирование аппаратуры нефтегазоперерабатывающих заводов - М.: Недра - 1965 - с.136-139)
,
1
3
где P - давление текучей среды в начале трубопровода, Па (Дж/м);
0
3
P - давление окружающей среды, Па (Дж/м);
н
D - наружный диаметр трубопровода, м;
в
D - внутренний диаметр трубопровода, м;
м
3
V - объем металла в стенке трубопровода, м.
τ
Т
τ
т
Расходы энергии Е (Дж/с), идущей на уменьшение межкристаллитных связей между частицами металла в стенке трубопровода от времени, и энергии E (Дж/с) перемещения текучей среды, действующей на металл стенки, влияют на его деградацию и в конечном итоге на его разрушение. Это влияние выражается суммой величин Е и E в знаменателе.
На снижение энергии связей между частицами металла влияет загрязненность потока транспортируемой среды частицами абразивного материала. Эта загрязненность учитывается величиной коэффициента K (чистый поток K=1; загрязненный поток K>1).
7
Учитываемые параметры (кроме коэффициента K) являются физическими величинами, которые имеют соответствующие размерности. Объективная закономерность, выраженная взаимосвязью этих параметров в формуле, приводит к определению времени ресурса τ металла в секундах. В связи с тем что год содержит 3,1536·10 секунд, эта величина находится в знаменателе, и определяемая величина ресурса металла по данной формуле обозначается в годах.
м
Указанная формула объективно отражает процесс уменьшения энергии Е межкристаллитных связей между частицами металла в стенке трубопровода (т.е. его деградацию) и поэтому при определении по ней ресурса τ металла достигается повышенная точность расчетов, которая достаточна для принятия инженерных решений.
Технический прием, заключающийся в том, что величину b скорости снижения межкристаллитных связей между частицами металла определяют опытным путем, позволяет найти эту величину для различных марок (сортов) металла трубопроводов, эксплуатирующихся в различных условиях: климатических (тропики, приполярье, заполярье и т.д.), горных, пустынных, болотистых, морских, надземных, подземных и пр., что в конечном итоге позволяет более точно определять ресурс металла трубопровода.
Величину b скорости снижения межкристаллитных связей между частицами металла для следующих марок сталей определяют опытным путем, и она для следующих марок сталей найдена в пределах:
2
3
для марки стали 09Г2С - от 0,084 до 0,3 H/(м·с), Дж/(м·с);
2
3
для марки стали 14ХГС - от 0,028 до 1,0 H/(м·с), Дж/(м·с);
2
3
для марки стали 17ГС - от 0,055 до 0,3 H/(м·с), Дж/(м·с);
2
3
для марки стали Ст.4 - от 0,012 до 0,07 H/(м·с), Дж/(м·с),
где максимальные величины определены для сталей, эксплуатирующихся в тяжелых условиях (в местностях с большими сезонными перепадами температур, часто меняющихся давлении и температуры текучей среды и пр.).
т
Определение величины расхода Е (Дж/с) энергии текучей газообразной среды, идущей на уменьшение энергии связей металла в стенке трубопровода, по формуле
позволяет рассчитать эту величину в зависимости:
во-первых, от физических газовых постоянных, характеризующих тип газа:
- показателя адиабаты газа k;
const
- молярной газовой постоянной R=8,314 Дж/(моль·К);
- молярной массы газа m, кг/моль;
- интегрального эффекта Джоуля-Томпсона , град/Па;
р
- изобарной теплоемкости газа С, Дж/(кг·К);
во-вторых, от параметров газообразной среды:
- массового расхода газообразной среды G, кг/с;
1
- исходной температуры газообразной среды T, К;
1
- исходного давления газообразной среды Р, Па;
2
- давления P газообразной среды в конце расчетного участка трубопровода, Па;
- угла α натекания потока на поверхность стенки трубопровода, градус.
в-третьих, от геометрических параметров трубопровода:
- средней шероховатости δ поверхности стенки, контактирующей с текучей средой, м;
- периметра П внутреннего поперечного сечения трубопровода, м;
- длины S трубопровода, м;
в
- внутреннего диаметра D трубопровода, м.
в
Шероховатость стенки трубопровода δ, его длина S, диаметр D, a следовательно, и периметр П поперечного сечения противодействуют движению потока транспортируемой среды и энергия последнего расходуется на преодоление их сопротивления. В величине шероховатости δ учитываются также все неровности трубопровода, например, такие как сварные швы, стыки и пр.
т
м
т
т
м
Расход энергии Е текучей среды, идущей на уменьшение энергии Е межкристаллитных связей между частицами металла в стенке трубопровода, зависит от угла α натекания потока текучей среды на поверхность стенки трубопровода. При α=90° влияние расхода энергии Е максимально, а при α=0 ее действие от натекания потока на стенку стремится к нулю. Т.е. с уменьшением величины угла натекания потока соответственно снижается и влияние расхода энергии Е на уменьшение энергии Е связей между частицами металла. Однако необходимо отметить то, что угол натекания α присутствует даже в потоке среды, движущейся параллельно поверхности трубы, т.к. всегда имеются: некоторая волнообразность поверхности, конусности прямая и обратная, а также прочие несовершенства труб, зависящие от их изготовления. Величину угла α натекания потока 1 на стенку 2 (фиг.1) определяют по формуле (см. Математика. Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. Ю.В.Прохоров - М.: Большая Российская энциклопедия - 2000 - с.301)
,
где l - длина дуги (м) между двумя ближайшими точками 3 и 4 соприкосновения касательных 5 и 6 с кривой поверхностью стенки 2;
r - радиус дуги, м.
т
Выражение суммы в первых круглых скобках отражает влияние геометрических параметров трубопровода и угла натекания потока на величину Е.
т
м
const
т
Кроме того, величина расхода Е энергии текучей газообразной среды, идущей на уменьшение энергии Е связей металла в стенке трубопровода, зависит от физических свойств газа. Эти свойства учитываются взаимосвязью, выраженной отношением произведения показателя адиабаты k и универсальной газовой постоянной R к произведению молекулярной массы m газа и разности показателя адиабаты k и 1. Чем больше молярная масса m и величина показателя адиабаты k газа, тем больше расход энергии для его перемещения и выше величина расхода Е.
т
м
т
Также величина расхода Е энергии текучей газообразной среды, идущей на уменьшение энергии Е связей металла в стенке трубопровода, зависит от массового расхода G среды. Чем больше расход, тем больше нагрузка на стенки трубопровода, и зависимость между величинами Е и G прямо пропорциональная.
т
м
1
т
1
Еще величина расхода Е энергии текучей газообразной среды, идущей на уменьшение энергии Е связей металла в стенке трубопровода, зависит от исходной температуры газообразной среды Т. С повышением температуры потока газообразной среды, согласно закону Менделеева-Клапейрона, объем среды, а следовательно, ее объемный расход и скорость возрастают, что негативно действует на металл стенок трубопровода. Чем выше температура, тем больше нагрузка на стенки трубопровода, и зависимость между величинами Е и T прямо пропорциональная.
Алгебраическое выражение в квадратных скобках учитывает влияние потерь давления газообразной среды на всем расчетном участке трубопровода, идущее на уменьшение энергии связей между частицами металла.
Величина вычитаемого второго произведения в фигурных скобках является энергией, которая диссипируется за счет интегрального эффекта Джоуля-Томпсона и не участвует в действии на металл стенок трубопровода.
т
Учитываемые параметры, кроме показателя адиабаты k, являются физическими величинами, которые имеют соответствующие размерности. Объективная закономерность, выраженная взаимосвязью этих параметров в формуле, приводит к определению величины расхода Е энергии текучей газообразной среды, идущей на уменьшение энергии связей металла в стенке трубопровода, в Дж/с.
т
Определение величины расхода Е энергии текучей жидкостной среды, идущей на уменьшение энергии связей металла в стенке трубопровода, по формуле
позволяет рассчитать эту величину в зависимости от геометрических параметров трубопровода и параметров жидкостной текучей среды, а именно от
- средней шероховатости δ поверхности стенки, контактирующей с текучей средой, м;
- периметра П поперечного сечения расчетного участка трубопровода, м;
- длины S трубопровода, м;
в
- внутреннего диаметра D трубопровода, м;
- угла α натекания потока текучей среды на поверхность стенки трубопровода, градус;
- массового расхода L жидкостной среды, кг/с;
1
- исходного давления Р жидкостной среды, Па;
2
- давления Р в конце расчетного участка трубопровода, Па;
L
3
- плотности ρ жидкостной среды, кг/м.
т
в
т
т
Как уже указывалось выше, расход Е энергии текучей среды, идущей на уменьшение энергии связей металла в стенке трубопровода, зависит от геометрических параметров трубопровода δ, П, S, D. Кроме того, величина расхода энергии Е при α=90° максимальна, а при α=0 ее действие от натекания потока на стенку стремится к нулю. Сумма величин отношения и Sin α объективно отражает их влияние на величину Е.
1
2
L
т
Отношение произведения массового расхода жидкостной среды L на разность исходного давления Р и давления Р в конце расчетного участка трубопровода к плотности ρ жидкостной среды является полной энергией, которая затрачивается на перемещение этой среды по расчетному участку трубопровода. Произведение первой скобки на вторую является величиной расхода Е энергии жидкостной среды, идущей на уменьшение энергии связей металла в стенке трубопровода.
т
Все учитываемые в рассматриваемой формуле параметры являются физическими величинами, которые имеют соответствующие размерности. Объективная закономерность, выраженная взаимосвязью этих параметров в формуле, приводит к определению величины расхода Е энергии жидкостной среды, идущей на уменьшение энергии связей металла в стенке трубопровода, в Дж/с.
Авторам не известны способы определения ресурса металла трубопроводов или корпусов сосудов и аппаратов, в которых увеличение точности достигалось бы указанным выше способом.
Практическая реализация предлагаемого способа определения ресурса металла трубопровода представлена примерами для элементов трубопроводов, транспортирующих газ или нефть.
ПРИМЕР 1
Предлагаемый способ определения ресурса металла прямого участка газопровода осуществляется следующим образом.
Определяют основные механические и геометрические параметры газопровода:
- марку стали - 09Г2С;
8
2
3
- временное сопротивление материала (металла) разрыву σ=5·10 Н/м (Дж/м);
н
- наружный диаметр трубопровода D=0,529 м;
в
- внутренний диаметр трубопровода D=0,513 м;
- длина трубопровода S=2850 м;
м
3
- объем металла в стенке трубопровода V=37,2994 м;
- среднюю шероховатость поверхности стенки, контактирующей с текучей средой, δ=0,0005 м.
Определяют основные параметры транспортируемого газа (природного):
1
6
3
- давление в начале трубопровода P=3,6·10 Па (Дж/м);
0
5
3
- давление окружающей среды Р=1,02·10 Па (Дж/м)
- расход газа G=1800 кг/с;
- молекулярную массу газа М=0,019,87 кг/моль;
const
- молярную газовую постоянную R=8,314 Дж/(моль·К);
- показатель адиабаты газа k=1,29;
р
- изобарную теплоемкость газа С=2215 Дж/(кг·К);
1
- температуру газа в начале трубопровода T=288 К;
G
3
- плотность газа при рабочих условиях ρ=29,9 кг/м;
G
- скорость движения газа W=29,2 м/с;
-5
2
- динамическую вязкость газа µ=1·10 Н·с/м;
-6
- интегральный эффект Джоуля-Томпсона =3,5·10 град/Па;
3
- загрязненность газа абразивным материалом, при концентрации 20 мг/м газа К=1,18;
-3
- величину угла α=1·10 град натекания потока на поверхность стенки.
Дополнительно определяют:
2
3
- скорость снижения энергии связей между частицами металла от времени b=0,15 H/(м·с), [Дж/(м·с],
Рассчитывают:
- энергию межкристаллитных связей между частицами металла
м
м
10
E=σ·V=1,86·10Дж
- энергию напряжения в стенке от действия на нее разности давлений текучей и внешней сред
- расход энергии, идущей на уменьшение межкристаллитных связей в металле стенки от времени
τ
м
E=b·V=5,595 Дж/с;
- скорость движения транспортируемой газообразной среды
- число Рейнольдса
- коэффициент сопротивления (для участков более 100 м)
- коэффициент гидравлического сопротивления
- давление в конце расчетного участка трубопровода
- расход энергии, действующей на стенки от перемещения текучей среды
- ресурс металла
ПРИМЕР 2
Предлагаемый способ определения ресурса металла для поворота газопровода (фиг.2) осуществляется следующим образом.
Определяют основные механические и геометрические параметры газопровода:
- марку стали - 09Г2С;
8
2
3
- временное сопротивление материала (металла) разрыву σ=5·10 Н/м (Дж/м);
н
- наружный диаметр трубопровода D=0,529 м;
в
- внутренний диаметр трубопровода D=0,513 м;
- длина поворотного участка S=9,42 м;
- радиус поворота r=3 м.
- длина дуги l=0,25 м между двумя ближайшими точками 3 и 4 (фиг.1) соприкосновения касательных 5 и 6 с кривой поверхностью стенки;
- угол поворота β=90° (фиг.2);
м
3
- объем металла в стенке трубопровода V=0,123 м;
- среднюю шероховатость поверхности стенки, контактирующей с текучей средой δ=0,0005 м.
Определяют основные параметры транспортируемого газа (природного):
1
6
3
- давление в начале трубопровода P=3,6·10 Па (Дж/м);
0
5
3
- давление окружающей среды P=1,02·10 Па (Дж/м)
- расход газа G=1800 кг/с;
- молекулярную массу газа М=0,019,87 кг/моль;
const
- молярную газовую постоянную R=8,314 Дж/(моль·К);
- показатель адиабаты газа k=1,29;
р
- изобарную теплоемкость газа С=2215 Дж/(кг·К);
1
- температуру газа в начале трубопровода T=288 К;
G
3
- плотность газа при рабочих условиях ρ=29,9 кг/м;
G
- скорость движения газа W=29,2 м/с;
-5
2
- динамическую вязкость газа µ=1·10 Н·с/м;
-6
- интегральный эффект Джоуля-Томпсона =3,5·10 град/Па;
3
- загрязненность газа абразивным материалом, при концентрации 20 мг/м газа K=1,18;
3
- величину угла α=1·10 град натекания потока на поверхность стенки.
Дополнительно определяют:
2
3
- скорость снижения энергии межкристаллитных связей металла от времени b=0,15 Н/(м·с), [Дж/(м·с].
Рассчитывают:
- энергию связей между частицами металла
м
м
7
Е=σ·V=6,16·10 Дж
- энергию напряжения в стенке от действия на нее разности давлений текучей среды и внешней среды
- расход энергии, идущей на уменьшение межкристаллитных связей в металле стенки от времени
τ
м
Е=b·V=0,0185 Дж/с;
- скорость движения транспортируемой газообразной среды
- число Рейнольдса
- коэффициент сопротивления
- коэффициент гидравлического сопротивления
- давление в конце участка
- угол натекания
- расход энергии, действующей на стенки от перемещения текучей среды
- ресурс металла
ПРИМЕР 3
Предлагаемый способ определения ресурса металла прямого участка нефтепровода осуществляется следующим образом.
Определяют основные механические и геометрические параметры нефтепровода:
- марку стали - 09Г2С;
8
2
3
- временное сопротивление материала (металла) разрыву σ=5·10 Н/м (Дж/м);
н
- наружный диаметр трубопровода D=0,529 м;
в
- внутренний диаметр трубопровода D=0,513 м;
- длина трубопровода S=2850 м;
м
3
- объем металла в стенке трубопровода V=37,2994 м;
- средняя шероховатость поверхности труб δ=0,0005 м.
Определяют основные параметры транспортируемой нефти:
1
6
3
- давление в начале трубопровода P=3,6·10 Па (Дж/м);
0
5
3
- давление окружающей среды P=1,02·10 Па (Дж/м);
- расход L=350 кг/с;
L
- теплоемкость C=2350 Дж/(кг·К);
1
- температуру в начале трубопровода T=300 К;
L
3
- плотность ρ=750 кг/м;
L
- скорость движения W=2,26 м/с;
L
-3
2
- динамическая вязкость µ=2,51·10 Н·с/м;
- загрязненность абразивным материалом К=1,2;
-3
- величину угла α=1·10 град натекания потока на поверхность стенки. Дополнительно определяют:
3
2
- скорость снижения энергии связей между частицами металла от времени b=0,15 [Дж/(м·с], H/(м·с).
Рассчитывают:
- энергию связей между частицами металла
м
м
10
Е=σ·V=1,86·10 Дж
- энергию напряжения в стенке от действия на нее разности давлений текучей среды и внешней среды;
- расход энергии, идущей на уменьшение межкристаллитных связей в металле стенки от времени
τ
м
Е=b·V=5,595 Дж/с
- число Рейнольдса
- коэффициент сопротивления
- давление в конце участка
- расход энергии, действующей на стенки от перемещения текучей среды
- ресурс металла
ПРИМЕР 4
Предлагаемый способ определения ресурса металла для поворота нефтепровода (фиг.2) осуществляется следующим образом.
Определяют основные механические и геометрические параметры нефтепровода:
- марку стали - 09Г2С;
8
2
3
- временное сопротивление материала (металла) разрыву σ=5·10Н/м (Дж/м);
н
- наружный диаметр трубопровода D=0,529 м;
в
- внутренний диаметр трубопровода D=0,513 м;
- длина поворотного участка S=9,42 м;
- радиус поворота r=3 м;
- длина дуги l=0,25 м между двумя ближайшими точками 3 и 4 (фиг.1) соприкосновения касательных 5 и 6 с кривой поверхностью стенки;
- угол поворота β=90° (фиг.2);
м
3
- объем металла в стенке трубопровода V=0,123 м;
- среднюю шероховатость поверхности стенки, контактирующей с текучей средой δ=0,0005 м.
Определяют основные параметры транспортируемой нефти:
1
6
3
- давление в начале трубопровода P=3,6·10 Па (Дж/м);
0
5
3
- давление окружающей среды P=1,02·10 Па (Дж/м);
- расход L=350 кг/с;
L
- теплоемкость C=2350 Дж/(кг·К);
1
- температуру в начале трубопровода Т=300 К;
L
3
- плотность ρ=750 кг/м;
L
- скорость движения W=2,26 м/с;
L
-3
2
- динамическая вязкость µ=2,51·10 Н·с/м;
- загрязненность абразивным материалом К=1,2;
Дополнительно определяют:
2
3
- скорость снижения энергии связей между частицами металла от времени b=0,15 H/(м·с) [Дж/(м·с].
Рассчитывают:
- энергию связей между частицами металла
м
м
7
Е=σ·V=6,16·10 Дж
- энергию напряжения в стенке от действия на нее разности давлений текучей среды и внешней среды;
- расход энергии, идущей на уменьшение межкристаллитных связей в металле стенки от времени
τ
м
Е=b·V=0,0185 Дж/с
- число Рейнольдса
- коэффициент сопротивления
- коэффициент гидравлического сопротивления
- давление в конце участка
- угол натекания
- расход энергии, действующей на стенки от перемещения текучей среды
- ресурс металла