Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Стандарт ASME B31G представляет собой руководство по определению остаточной прочности корродированных трубопроводов, разработанное Американским обществом инженеров-механиков. Документ ASME B31G-2023 в актуальной редакции применяется для оценки металлических потерь в трубопроводных системах под давлением, охватываемых кодексами ASME B31.4, B31.8, B31.11 и B31.12.
Методология основана на полуэмпирических математических выражениях, разработанных на основе принципов механики разрушения и полномасштабных испытаний труб с коррозионными дефектами. Исследования проводились в конце 1960-х и начале 1970-х годов корпорацией Texas Eastern Transmission и комитетом по исследованиям трубопроводов Американской газовой ассоциации в лабораториях Battelle Memorial Institute. Существуют альтернативные методы оценки, такие как DNV RP-F101, использующий предел прочности на разрыв (UTS) вместо предела текучести, что обеспечивает менее консервативные результаты.
Стандарт применим для трубопроводов транспортировки жидких углеводородов, газа, суспензий и водорода. Методология предназначена для оценки тупых частично-стеночных коррозионных дефектов, где давление разрушения контролируется механизмом текучести материала.
Критерии B31G базируются на предположении, что линейные трубные стали обладают изотропными свойствами материала, демонстрируют нелинейное поведение при деформационном упрочнении и имеют достаточную вязкость, чтобы давление разрушения превышало значение, предсказанное пластическим коллапсом.
Оригинальный критерий B31G идеализирует тупые частично-стеночные дефекты как параболическую форму с длиной L, глубиной d и площадью поперечного сечения, равной 2/3 × L × d, где глубина d не превышает 80% толщины стенки трубы t.
Напряжение текучести в оригинальном методе определяется как 1,1 × SMYS, где SMYS — минимальный предел текучести материала. Двухчленный коэффициент Фолиаса применяется для дефектов с длиной L ≤ √(D×t), где D — диаметр трубы.
Оригинальный метод B31G признан излишне консервативным, что приводит к ненужным вырезкам труб. Избыточный консерватизм обусловлен параболической аппроксимацией дефектов и невозможностью учета островков полной толщины стенки между близко расположенными коррозионными участками.
Метод не применим для определенных марок линейных трубных сталей, таких как X80, X90 и X100, которые не удовлетворяют принятому критерию напряжения текучести. Для изогнутых стальных пластин, содержащих сквозные трещины, снижается сопротивление инициации разрушения, что существенно влияет на способность сосудов давления или труб противостоять внутреннему давлению.
Модифицированный критерий, известный также как метод 0.85dL, был разработан для устранения избыточного консерватизма оригинального метода B31G без ущерба для безопасности. Дефекты идеализируются как прямоугольная область с произвольной площадью поперечного сечения 0,85 × L × d.
Напряжение текучести в модифицированном критерии принимается равным SMYS + 69 МПа вместо 1,1 × SMYS в оригинальном методе. Применяется трехчленный коэффициент Фолиаса для дефектов длиной L ≤ √(D×t) и двухчленный коэффициент для дефектов с L > √(D×t).
Модифицированный критерий позволяет аномалиям металлических потерь большего размера оставаться в эксплуатации при текущем максимальном рабочем давлении. Для случаев, требующих снижения давления, модифицированный метод обеспечивает меньшее снижение для случаев, когда редуцированное давление превышает 55% от SMYS.
Для ручных расчетов по модифицированному критерию рекомендуется использовать коэффициент 0,85 вместо первоначального 0,67 в оригинальном ASME B31G. Метод требует только два измерения: максимальную глубину и длину дефекта, что упрощает практическое применение.
RSTRENG представляет собой метод эффективной площади, разработанный для более точного прогнозирования давления разрушения корродированных труб. Метод описан в отчете PRCI PR-3-805 и является уровнем 2 оценки металлических потерь согласно API 579-1/ASME FFS-1.
Метод использует измеренный профиль корродированной области для расчета эффективной площади металлических потерь. В отличие от методов B31G, которые используют только два параметра (максимальную глубину и длину), RSTRENG требует множественных измерений глубины вдоль оси трубы с типичным шагом 6, 13, 25 мм. Точность современных ультразвуковых систем ILI составляет ±0,3 мм для измерения глубины, что обеспечивает достаточную детализацию для корректной оценки сложных профилей коррозии.
Согласно ASME B31G-2023, для профиля коррозии, определенного n измерениями глубины, включая конечные точки при номинально полной толщине стенки, требуется n!/2(n-2)! итераций для проверки всех возможных комбинаций локальных металлических потерь относительно окружающего остаточного материала. Например, для семи измерений глубины RSTRENG выполняет двадцать одну итерацию расчетов.
Метод RSTRENG, как и оригинальный B31G, применим исключительно для тупых коррозионных дефектов металлических потерь. Не применяется для оценки трещиноподобных дефектов, механических повреждений типа вмятин и гофров, комбинированных дефектов, металлических потерь в фитингах, а также трубопроводов, работающих вне проектной температурной оболочки или в режиме ползучести. Для таких случаев требуются специализированные методы оценки.
Согласно исследованиям PRCI, RSTRENG демонстрирует наибольшую точность прогнозирования давления разрушения корродированных трубопроводов среди методов семейства B31G, обеспечивая наименьший разброс между модельными предсказаниями и зарегистрированными давлениями разрыва при полномасштабных испытаниях. Валидация метода проведена на базе 129 дополнительных испытаний корродированных труб и образцов с имитацией коррозии.
Метод RSTRENG первоначально был разработан как DOS-программа, впоследствии модернизирована в Windows-формат с улучшенным пользовательским интерфейсом. Программное обеспечение обеспечивает автоматизацию расчетов, визуализацию данных и включает сравнительные расчеты по оригинальному и модифицированному B31G, а также по альтернативным методам DNV, API RP 579 Level 1, PCORRC и Shell.
DNV RP-F101 представляет собой рекомендуемую практику для оценки корродированных трубопроводов, разработанную DNV совместно с BG Technology в 1999 году и обновленную в 2021 году. Метод отличается от ASME B31G использованием предела прочности на разрыв вместо предела текучести.
Стандарт описывает два альтернативных подхода с различной философией безопасности. Первый подход соответствует философии безопасности, принятой в стандарте DNV для морских трубопроводов DNV-ST-F101, где неопределенности, связанные с размерами дефекта и свойствами материала, специально учитываются при определении допустимого рабочего давления.
DNV RP-F101 использует предел прочности на разрыв (UTS или SMTS - specified minimum tensile strength) в качестве характеристики прочности материала. Метод применяет калиброванные коэффициенты безопасности γm, которые варьируются от 0,76 до 0,94 в зависимости от класса безопасности и метода измерения (относительного MFL или абсолютного UT). Стандарт упрощает форму дефектов, рассматривая их как прямоугольные, в то время как ASME B31G изначально аппроксимировал дефекты параболическими, но позднее допустил произвольные формы.
Метод включает структурированный трехэтапный процесс для взаимодействующих дефектов. Трубопровод разделяется на окружные секции на основе формулы √(D/t). Дефекты считаются взаимодействующими, если их осевое расстояние меньше специфического порога, основанного на диаметре трубы и толщине стенки.
Стандарт DNV-RP-F101 не допускает оценку для линейных трубных сталей марок выше X80. Типичные трубопроводы Северного моря имеют марки стали в диапазоне X52-X65, что соответствует ограничениям стандарта.
Коэффициент Фолиаса учитывает влияние геометрии дефекта на сопротивление трубы внутреннему давлению. Изогнутые стальные пластины, содержащие сквозные трещины, имеют пониженное сопротивление инициации разрушения, что существенно снижает способность сосудов давления или труб противостоять внутреннему давлению.
В оригинальном критерии B31G используется двухчленный коэффициент Фолиаса для определения безопасного максимального давления для корродированной области с длиной дефекта L ≤ √(D×t), где D — диаметр трубы, t — толщина стенки.
В модифицированном критерии применяются различные коэффициенты Фолиаса в зависимости от длины дефекта. Трехчленный коэффициент используется для определения безопасного максимального давления для корродированной области с длиной дефекта L ≤ √(D×t). Двухчленный коэффициент применяется для корродированной области с длиной дефекта L > √(D×t).
Коэффициент Фолиаса отражает эффект концентрации напряжений вокруг дефекта в криволинейной оболочке. Чем длиннее дефект относительно геометрических параметров трубы, тем выше коэффициент усиления напряжений и тем ниже допустимое давление.
Коррозионные дефекты редко встречаются изолированно и часто образуют кластеры, создающие сложную систему потенциальных ослаблений конструкции. Взаимодействие между близко расположенными дефектами может существенно снизить структурную целостность трубопровода.
ASME B31G оценивает дефекты индивидуально, но признает, что близко расположенные дефекты могут взаимодействовать как единый более крупный дефект, если они находятся в пределах трех номинальных толщин стенки трубы (3t). Это взаимодействие может значительно скомпрометировать структурную целостность.
В отличие от B31G, метод DNV RP-F101 оценивает каждый дефект индивидуально и рассматривает комбинации смежных взаимодействующих дефектов. Трубопровод разделяется на окружные секции на основе формулы √(D×t). Дефекты считаются взаимодействующими, если расстояние между ними в осевом направлении меньше √(D×t), где D — диаметр трубы, t — толщина стенки. В окружном направлении дефекты взаимодействуют, если расстояние между ними меньше 6×t.
При обнаружении кластеров дефектов рекомендуется проведение уровня 2 оценки с использованием RSTRENG или DNV RP-F101 для более точного определения остаточной прочности. Уровень 1 методы (оригинальный и модифицированный B31G) могут быть излишне консервативными для сложных конфигураций дефектов.
Выбор метода оценки дефектов зависит от доступных данных измерений, требуемой точности, характера дефектов и применимых нормативных требований. Операторы трубопроводов в США обязаны использовать либо RSTRENG, либо ASME B31G согласно 49CFR192 и 49CFR195.
Стандарт API 579-1/ASME FFS-1 определяет три уровня оценки пригодности к эксплуатации. Уровень 1 включает простые оценки с использованием методов B31G и DNV RP-F101, обеспечивающие быстрые результаты на основе минимальных данных. Уровень 2 применяет более сложный анализ, использующий исходные сигнальные данные, а не только измерения дефектов. Уровень 3 использует продвинутые методы, такие как анализ конечных элементов.
Рекомендуется начинать с уровня 1 оценки. Если оценка уровня 1 указывает на потенциальные проблемы, переходят к уровню 2, который уточняет анализ, рассматривая дополнительные параметры. При необходимости применяется уровень 3 для получения комплексного понимания состояния актива с учетом сложных взаимодействий и распределения напряжений.
При расчете максимального безопасного рабочего давления корродированного трубопровода применяется трехступенчатый процесс достижения соответствующего уровня консерватизма: установление точности модели предсказания, применение коэффициента безопасности на основе исходного расчетного коэффициента, учет неопределенностей измерения дефектов и свойств материала.
Совет по исследованиям трубопроводов продолжает валидацию критерия RSTRENG. Последние результаты 129 новых испытаний, включающих корродированные трубы или образцы труб с дефектами, имитирующими коррозию, обеспечивают качественную и количественную валидацию технологии RSTRENG.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.