RU2643681C2 - Способ испытания элементов котельного оборудования и трубопроводов на прочность и герметичность - Google Patents
Способ испытания элементов котельного оборудования и трубопроводов на прочность и герметичность Download PDFInfo
- Publication number
- RU2643681C2 RU2643681C2 RU2016119128A RU2016119128A RU2643681C2 RU 2643681 C2 RU2643681 C2 RU 2643681C2 RU 2016119128 A RU2016119128 A RU 2016119128A RU 2016119128 A RU2016119128 A RU 2016119128A RU 2643681 C2 RU2643681 C2 RU 2643681C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- boiler equipment
- pipelines
- value
- test pressure
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
- G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
- G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Examining Or Testing Airtightness (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам испытания на прочность и герметичность элементов котельного оборудования и трубопроводов. Сущность: котельное оборудование и трубопроводы наполняют жидкостью, нагнетая давление до величины пробного давления. После достижения величины пробного давления котельное оборудование и трубопроводы выдерживают при этом давлении не менее 15 минут. Затем давление снижают, проводят визуальный осмотр котельного оборудования и трубопроводов. Если отсутствуют течи жидкости и разрывы металла, то делают вывод, что котельное оборудование и трубопроводы пригодны для эксплуатации. Технический результат: повышение надежности работы котельного оборудования и трубопроводов. 2 ил., 2 табл.
Description
Изобретение относится к способам проверки прочности и плотности стационарных трубопроводов и котлов и может быть использовано на тепловых электрических станциях, в котельных и на иных объектах энергетического назначения.
Известен способ определения допускаемого внутреннего давления для участков линейной части магистрального трубопровода со стресс-коррозионной трещиной (RU 2013145195 А, МПК F16L 57/02 (2006.01), опубл. 20.04.2015), заключающийся в том, что измеряют геометрические параметры участка трубопровода и стресс-коррозионной трещины, выявленной в результате диагностики. Учитывают коэффициент Пуассона, предел текучести, предел прочности, критические напряжения. При этом дополнительно определяют коэффициенты концентрации кольцевых и продольных напряжений в стенке трубопровода, термические напряжения. Затем проводят сравнение текущего рабочего давления в трубопроводе с допускаемым внутренним давлением, которое рассчитывают по математической зависимости
где δ - толщина стенки трубы, мм;
D - внешний диаметр трубы, мм;
σt - термические напряжения, МПа;
μ - коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона);
n - коэффициент надежности по нагрузке - внутреннему рабочему давлению;
γкц - коэффициент концентрации кольцевых напряжений в стенке трубопровода;
γпр - коэффициент концентрации продольных напряжений в стенке трубопровода;
[σ] - допускаемое напряжение, МПа, определяемое из условия:
[σ]=min{Rz;σкр},
где Rz - расчетные допускаемые напряжения при одноосном растяжении, МПа;
σкр - критические напряжения, МПа;
ε=(μ⋅γпр)2+(γкц)2-μ⋅γкц⋅γпр.
Недостатками этого способа являются высокая трудозатратность его осуществления и ограниченность применения - способ предназначен для трубопроводов с наличием стресс-коррозионной трещины.
Известно устройство для испытания труб на герметичность (RU 2184946 С1, МПК 7 G01M 3/08, опубл. 10.07.2002), содержащее основание, уплотнительные головки, опоры для трубы, выполненные в виде люнетов. Люнеты имеют регулируемые опорные и прижимные поверхности, соединенные с гидроцилиндрами, которые работают в единой гидравлической системе. Эта система управляется датчиком регулирования давления, который, в свою очередь, управляется сигналами датчика линейного положения торца испытуемой трубы, соединенного с выключателем подачи испытательного давления. Выключатель срабатывает при достижении торцом трубы положения, соответствующего началу пластической деформации в любом ее сечении.
Величину давления при проведении испытаний на герметичность оценивают по показаниям датчика регулирования давления. Для этого трубу укладывают на опоры в уплотнительную головку, герметизируют. Люнеты закрывают и прижимные поверхности устанавливают на поверхности трубы. Затем гидравлической системой в трубе нагнетают нарастающее давление, под действием которого испытуемая труба увеличивается в диаметре и укорачивается. Испытание проводят в пределах упругой деформации или близко к пластической. Если деформация трубы близка к пластической, то выключатель дает команду на прекращение подачи испытательного давления и прекращение испытания. Испытание прекращают, делают вывод, что трубы данного типа можно использовать в условиях, где они нагружены более низким давлением. Так, для труб из стали 45 при Р=32 МПа укорочение равно 0,328 см, при Р = 70 МПа - 0,831 см, при Р = 360 МПа - 4,25 см.
Недостатком является невозможность испытания элементов оборудования сложной геометрической формы, например, U-образных змеевиков.
Известен способ гидравлических испытаний на прочность и герметичность элементов котельного оборудования и трубопроводов (Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением», приказ федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 25 марта 2014 г. №116), выбранный в качестве прототипа, в котором испытуемое оборудование наполняют жидкостью при температуре от +5°С до +40°С, создавая пробное давление, определяемое по формуле:
где Р - рабочее давление, МПа;
[σ]20, [σ]t - допускаемые напряжения для материала элемента котельного оборудования и трубопровода соответственно при 20°С и расчетной температуре, МПа.
При этом тщательно контролируют рост давления по двум независимым поверенным манометрам. После достижения величины пробного давления Рпр, оборудование выдерживают не менее 15 минут, отслеживая значение давления, которое не должно падать вследствие неплотности испытуемого оборудования. После чего давление снижают до рабочего, проводят визуальный осмотр оборудования и трубопроводов в доступных местах.
Если в процессе испытаний и при осмотре не обнаружено течей жидкости и разрывов металла, падение давления в процессе выдержки не выходило за пределы, объясняемые колебаниями давления вследствие изменения температуры жидкости, а после испытаний не выявлено видимых остаточных деформаций, то считают, что оборудование и трубопроводы выдержали гидравлические испытания и могут эксплуатироваться при рабочем давлении Р и ниже этого значения,
Недостатком способа является нагружение оборудования давлением на 25-50% выше рабочего без учета внутренних напряжений и степени повреждаемости металла (наличия микронесплошностей и микротрещин). Эти факторы могут привести к увеличению скорости ползучести более чем в 2,5 раза, что повлечет за собой нарушение плотности оборудования еще до момента следующей проверки гидроиспытанием.
Задача изобретения - повышение надежности работы оборудования за счет учета внутренних напряжений при проведении испытаний на прочность и герметичность.
В предложенном способе испытания элементов котельного оборудования и трубопроводов на прочность и герметичность так же, как в прототипе, котельное оборудование и трубопроводы:
а) наполняют жидкостью при температуре от +5°С до +40°С, нагнетая давление до величины пробного давления Рпр. Контролируют рост давления по двум независимым манометрам. После достижения величины пробного давления Рпр котельное оборудование и трубопроводы выдерживают при этом давлении не менее 15 минут. Затем давление снижают, проводят визуальный осмотр котельного оборудования и трубопроводов;
б) если отсутствуют течи жидкости и разрывы металла, делают вывод, что котельное оборудование и трубопроводы пригодны для эксплуатации.
Согласно изобретению пробное давление определяют для не менее четырех образцов котельного оборудования и трубопроводов по выражению:
где s - толщина стенки трубы котельного оборудования и/или трубопровода, мм;
Е - модуль нормальной упругости, МПа;
Dнар, Dвн - соответственно наружный и внутренний диаметры трубы котельного оборудования и трубопровода, мм.
За величину пробного давления испытаний Рпр принимают наименьшее из полученных величин пробного давления для каждого образца .
Если величина пробного давления испытаний Рпр больше нуля, то выполняют действия а) и б).
Если величина пробного давления испытаний Рпр равна нулю или меньше нуля, то делают вывод о невозможности эксплуатации котельного оборудования и трубопроводов.
Величину рабочего давления при эксплуатации принимают равной пробному давлению Рпр или меньшей этого значения.
Максимально допустимое давление для трубы определяют по формуле [РД 10-249-98. «Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды» от 01.09.2001 г.]:
где ϕw - коэффициент прочности сварных соединений;
[σ] - номинальное допускаемое напряжение, МПа;
s - номинальная толщина стенки трубы котельного оборудования и/или трубопровода, мм;
Dнар, Dвн - соответственно наружный и внутренний диаметры трубы котельного оборудования и трубопровода, мм.
Превышение максимально допустимого давления [Р] недопустимо из соображений безопасности, поэтому его величину принимали за величину пробного давления Рпр гидравлических испытаний, при этом коэффициент прочности сварных соединений ϕw приравнивали 1 [РД 10-249-98. «Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды» от 01.09.2001 г., раздел 4.2]:
Для нахождения напряжений в (2) Гриффитсом получено выражение:
где K - коэффициент интенсивности напряжений, [Кремнев Л.С. Критический коэффициент интенсивности напряжения и вязкость разрушения высокопрочных инструментальных материалов // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1996. - №1. - С. 30-34].
Используя (3), определяли эффективный диаметр зерна d, разрушение которого возможно под действием напряжения σ:
Значение K определяли по формуле [Кремнев Л.С. Критический коэффициент интенсивности напряжения и вязкость разрушения высокопрочных инструментальных материалов // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1996. - №1. - С. 30-34]:
где a i - параметр кристаллической решетки.
Выражение (5) подставляли в (4):
На основании (6) получили:
Соответственно (2) приняло вид:
Учитывая, что труба перед гидравлическим испытанием уже имеет внутренние структурные напряжения даже в состоянии поставки (фиг. 1), выражение (8) примет вид:
где s - толщина стенки трубы котельного оборудования и/или трубопровода, мм;
Е - модуль нормальной упругости, МПа;
Dнар, Dвн - соответственно наружный и внутренний диаметры трубы котельного оборудования и трубопровода, мм.
Выбор пробного давления испытаний Рпр, как наименьшего из полученных величин , обосновывается на основании результатов измерения внутренних структурных напряжений участка трубы в состоянии поставки (фиг. 1), из которых следует, что внутренние структурные напряжения II рода не являются однородными для различных участков трубы: даже в состоянии поставки внутренние структурные напряжения II рода σII по длине трубы имеют существенный разброс - от нуля (фиг. 1, образцы 1) до 460 МПа (фиг. 1, образцы 4).
Внешние давления, складываясь с высокими внутренними структурными напряжениями, могут привести к разрушению структуры зерна (трещинообразованию). В этой связи пробное давление Рпр, прилагаемое к котельному оборудованию и трубопроводам при испытаниях на прочность и герметичность, должно быть скорректировано с учетом неравномерности распределения и величины внутренних структурных напряжений II рода.
Если полученная величина пробного давления испытаний Рпр меньше величины рабочего давления, при котором эксплуатируется котельное оборудование и трубопроводы, то необходимо заменить змеевик или снизить величину рабочего давления до значения Рпр или ниже его.
На фиг. 1 показана зависимость внутренних структурных напряжений II рода σII на участке U-образного змеевика из стали 10 (в состоянии поставки) от плотности дислокаций: 1 - релаксированные образцы прямых участков труб; 2, 3 - участки трубы из различных зон гибов; 4, 5 - образцы прямых участков.
На фиг. 2 показан U-образный змеевик с указанием областей, рекомендованных для отбора образцов.
В таблице 1 приведены результаты определения параметра элементарной кристаллической решетки a i и внутренних структурных напряжений II рода образцов из первого U-образного змеевика (сталь 10), а также полученные значения величин пробного давления для каждого образца .
В таблице 2 приведены результаты определения параметра элементарной кристаллической решетки и внутренних структурных напряжений II рода образцов из второго U-образного змеевика (сталь 10), а также полученные значения величин пробного давления для каждого образца .
Пример 1. В U-образном змеевике водогрейного котла из труб, изготовленных из стали 10 наружным диаметром Dнар=60 мм и толщиной s=3 мм, подготовили пять образцов. Образцы вырезали из одной произвольно выбранной трубы змеевика, как показано на фиг. 2, зачистили их поверхность, снимая имеющийся на поверхности слой ржавчины и окислов. На рентгеновском дифрактометре ДРОН-3 методом рентгеновской дифракции измерили параметр элементарной кристаллической решетки a i образцов и средний диаметр зерна di (табл. 1). Затем определили внутренние структурные напряжения II рода образцов [Любимова Л.Л. Методика рентгенометрического анализа внутриструктурных напряжений // Известия Томского политехнического университета. - 2003. - Т. 306 - №4. - С. 72-77], которые представлены в таблице 1.
Модуль нормальной упругости Е при температуре 20°С для стали 10 составляет [Масленков С.Б. Стали и сплавы для высоких температур: Справочник: в 2 кн. / С.Б. Масленков, Е.А. Масленкова. - М.: Металлургия, 1991. - С. 51]:
Е=210000 МПа.
Значение внутреннего диаметра трубы Dвн составляет:
Dвн=Dнар-2⋅s=60-2⋅3=54 мм.
Определили величины пробного давления для каждого образца (табл. 1). За величину пробного давления испытаний Рпр приняли наименьшее из полученных величин пробного давления для каждого образца:
Рпр=-5 МПа.
Полученное значение Рпр свидетельствует о том, что в процессе испытания труба не выдержит нагружения и будет разрушена, а U-образный змеевик невозможно эксплуатировать. Змеевик должен быть полностью заменен.
Пример 2. В другом U-образном змеевике водогрейного котла со схожими со змеевиком из примера 1 параметрами - материал сталь 10, наружный диаметр Dнар=60 мм и толщина s=3 мм - таким же образом подготовили пять образцов. Затем аналогично предыдущему примеру на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3 методом рентгеновской дифракции измерили параметр элементарной кристаллической решетки ai образцов и средний диаметр зерна di, определили внутренние структурные напряжения II рода образцов (табл. 2), модуль нормальной упругости Е=210000 МПа и значение внутреннего диаметра трубы Dвн=54 мм, а также величины пробного давления для каждого образца , представленные в таблице 2.
За величину пробного давления испытаний Рпр приняли наименьшее из полученных величин пробного давления для каждого образца:
Рпр=14 МПа.
Далее восстанавливали целостность трубы путем заваривания участков, из которых вырезали образцы.
Испытуемый U-образный змеевик при помощи насоса наполняли жидкостью с температурой +20°С, нагнетая давление до величины пробного давления Рпр=14 МПа. При этом контролировали рост давления по двум независимым манометрам. После достижения величины давления, равной пробному давлению Рпр, насос останавливали, а U-образный змеевик выдерживали 15 минут. После чего давление снижали, проводили визуальный осмотр U-образного змеевика. Отсутствовали течи жидкости и разрывы металла, что позволило сделать вывод, что U-образный змеевик пригоден для последующей эксплуатации до момента следующей плановой проверки. Величину рабочего давления U-образного змеевика по технологическим параметрам приняли Р=2,25 МПа.
Claims (9)
- Способ испытания элементов котельного оборудования и трубопроводов на прочность и герметичность, заключающийся в том, что котельное оборудование и трубопроводы а) наполняют жидкостью при температуре от +5° до +40°С, нагнетая давление до величины пробного давления Рпр, контролируют рост давления по двум независимым манометрам, после достижения величины пробного давления Рпр котельное оборудование и трубопроводы выдерживают при этом давлении не менее 15 минут, затем давление снижают, проводят визуальный осмотр котельного оборудования и трубопроводов, б) если отсутствуют течи жидкости и разрывы металла, делают вывод, что котельное оборудование и трубопроводы пригодны для эксплуатации, отличающийся тем, что пробное давление определяют для не менее четырех образцов котельного оборудования и трубопроводов по выражению:
- где s - толщина стенки трубы котельного оборудования и трубопровода, мм;
- Е - модуль нормальной упругости, МПа;
- Dнар, Dвн - соответственно наружный и внутренний диаметры трубы котельного оборудования и трубопровода, мм,
- причем за величину пробного давления испытаний Рпр принимают наименьшее из полученных величин пробного давления для каждого образца , если величина пробного давления испытаний Рпр больше нуля, то выполняют действия а) и б), если величина пробного давления испытаний Рпр равна или меньше нуля, то делают вывод о невозможности эксплуатации котельного оборудования и трубопроводов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016119128A RU2643681C2 (ru) | 2016-05-17 | 2016-05-17 | Способ испытания элементов котельного оборудования и трубопроводов на прочность и герметичность |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016119128A RU2643681C2 (ru) | 2016-05-17 | 2016-05-17 | Способ испытания элементов котельного оборудования и трубопроводов на прочность и герметичность |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016119128A RU2016119128A (ru) | 2017-11-22 |
RU2643681C2 true RU2643681C2 (ru) | 2018-02-05 |
Family
ID=60413366
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016119128A RU2643681C2 (ru) | 2016-05-17 | 2016-05-17 | Способ испытания элементов котельного оборудования и трубопроводов на прочность и герметичность |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2643681C2 (ru) |
-
2016
- 2016-05-17 RU RU2016119128A patent/RU2643681C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
А.А.Ташлыков и др. Влияние внутриструктурных напряжений на параметры гидравлических испытаний и подготовки труб к эксплуатации / III Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием "Теплофизические основы энергетических технологий", г. Томск, 4-6 октября 2012 г., с. 129-135. * |
А.А.Ташлыков и др. Влияние внутриструктурных напряжений на параметры гидравлических испытаний и подготовки труб к эксплуатации / III Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием "Теплофизические основы энергетических технологий", г. Томск, 4-6 октября 2012 г., с. 129-135. Л.Л.Любимова и др. Изменение внутренних напряжений в сечениях котельных труб при пластическом деформировании / Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2006, т. 309, N 6, с. 114-119. Л.Л.Любимова и др. Прогнозирование работоспособности труб поверхностей нагрева котлов с учетом внутренних напряжений при пуско-наладочных операциях / Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2013, т. 323, N 4, с. 81-84. * |
Л.Л.Любимова и др. Изменение внутренних напряжений в сечениях котельных труб при пластическом деформировании / Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2006, т. 309, N 6, с. 114-119. * |
Л.Л.Любимова и др. Прогнозирование работоспособности труб поверхностей нагрева котлов с учетом внутренних напряжений при пуско-наладочных операциях / Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2013, т. 323, N 4, с. 81-84. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016119128A (ru) | 2017-11-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Vukelic et al. | Failure analysis of a ruptured compressor pressure vessel | |
Kec et al. | Stress-strain assessment of dents in wall of high pressure gas pipeline | |
JP3639958B2 (ja) | 亀裂の定量的非破壊評価方法 | |
Timms et al. | TurkStream Collapse Test Program | |
Gajdoš et al. | Application of a fracture-mechanics approach to gas pipelines | |
Krechkovska et al. | Substantiation of the critical structural and mechanical state of low-alloy heat-resistant steel from steam pipelines of thermal power plant | |
RU2643681C2 (ru) | Способ испытания элементов котельного оборудования и трубопроводов на прочность и герметичность | |
Kim et al. | The effect of load-controlled bending load on the failure pressure of wall-thinned pipe elbows | |
Abbasnia et al. | Experimental and numerical investigation of ratcheting behavior in seamless carbon steel 90° elbow pipe with small dimensions under constant internal pressure and in-plane cyclic bending | |
de Miguel et al. | Hydrogen enhanced fatigue in full scale metallic vessel tests–Results from the MATHRYCE project | |
Musraty et al. | Seam pipes for process industry-fracture analysis by using ring-shaped specimens | |
RU2516766C1 (ru) | Способ восстановления несущей способности трубопровода | |
Dzugan et al. | Low cycle fatigue tests with the use of miniaturized test specimens | |
Levold et al. | Strength and deformation capacity of corroded pipe-laboratory tests and FEM analyses | |
Singh et al. | Fatigue studies on carbon steel piping materials and components: Indian PHWRs | |
Yi et al. | Reliability analysis of stainless steel/carbon steel double-layered tube on the basis of thermal deformation behavior | |
Bolshakov | Methods for analysis of the remaining service life of pipelines and pressure vessels operating at low climatic temperatures | |
Adjogbe et al. | The impact of hydrostatic pressure test on the interstitial strength of mild-steel pipeline material | |
Reddy et al. | Role of fracture mechanics in failure analysis | |
Makhmudov et al. | Strength of upstream and downstream chambers, collectors, heat exchange tubes of gas aerial cooler apparatus, and assessment of life extension | |
Davies et al. | Continuous creep damage monitoring using a novel potential drop technique | |
Salim et al. | Study of the reliability of corroded pipeline by the ASME B31G method | |
Dimić et al. | Failure prediction of gas and oil drilling rig pipelines with axial defects | |
Sedmak et al. | Effect of locally damaged elbow segments on the integrity and reliability of the heating system | |
Chebaro et al. | Experimental and Analytical Leak Characterization for Axial Through-Wall Cracks in a Liquids Pipeline |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190518 |