RU2722333C1 - Method of determining mechanical stress in a steel pipe - Google Patents

Method of determining mechanical stress in a steel pipe Download PDF

Info

Publication number
RU2722333C1
RU2722333C1 RU2019140936A RU2019140936A RU2722333C1 RU 2722333 C1 RU2722333 C1 RU 2722333C1 RU 2019140936 A RU2019140936 A RU 2019140936A RU 2019140936 A RU2019140936 A RU 2019140936A RU 2722333 C1 RU2722333 C1 RU 2722333C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bending
pipeline
sample
coercive force
stresses
Prior art date
Application number
RU2019140936A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Рустэм Рильевич Исламов
Руслан Викторович Агиней
Эльмира Айдыновна Мамедова
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть")
Акционерное общество "Транснефть-Север" (АО "Транснефть-Север")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть"), Акционерное общество "Транснефть-Север" (АО "Транснефть-Север") filed Critical Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть")
Priority to RU2019140936A priority Critical patent/RU2722333C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2722333C1 publication Critical patent/RU2722333C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/12Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G01N3/10Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
    • G01N3/12Pressure testing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: measurement.SUBSTANCE: invention relates to assessment of technical condition of steel pipelines and can be used for determination of mechanical stress, for example, in steel pipelines of underground laying. Method comprises making a sample in the form of a hollow cylinder from a material similar to the material of the pipeline, step-by-step loading of sample by creation in it of excess internal pressure of liquid or gaseous medium and its bending, obtaining dependence of coercive force on value of mechanical stresses in sample. Two control points are set on the sample circumference: one is in the bending stretching zone and the second one is in the bending compression zone. Sample is loaded by simultaneous action of bending and internal pressure of medium. Coercive force is measured at control points by aligning the coercimeter sensor along the sample axis. Curves of dependence of coercive force Hon bending stresses are plotted σ, at different pressures medium PPipeline section with potentially high bending stress is determined. Pipeline circle control points are marked in selected cross-section, coercive force is measured at selected points by aligning coercimeter sensor so that direction of magnetic flux in sensor is aligned with pipeline axis. Selecting maximum and minimum among measured values, note here that said values must refer to diametrically opposite points of pipeline cross-section. Note that point with minimum coercive force value is related to zone of maximum tension with maximum value of maximum compression zone. An angle of the bending plane passing through the points of maximum tension and compression is determined, pressure in the pipeline is measured and bending stresses in the pipeline are determined using the obtained relationship for the corresponding pressure.EFFECT: possibility of determining mechanical stresses in the wall of a steel pipeline, taking into account simultaneous action of transverse bending and internal pressure of the transported medium, high reliability of the method and broader capabilities thereof.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области оценки технического состояния стальных трубопроводов и может быть использовано для определения механических напряжений, например, в стальных трубопроводах подземной прокладки.The invention relates to the field of assessing the technical condition of steel pipelines and can be used to determine mechanical stresses, for example, in steel pipelines of an underground installation.

Известен способ измерения механических напряжений в трубопроводах, работающих под давлением, в котором на контрольном образце трубопровода с нулевыми значениями продольных напряжений, в качестве которого выбирают прямолинейный подземный участок трубопровода, измеряют значения параметра магнитного шума, определяют пересчетный коэффициент пропорциональности, регистрируют значение параметра магнитного шума металла трубопровода в месте контроля и по их значениям судят о напряжениях в трубопроводе (Патент РФ №2116635, МПК G01L 1/12, G01N 27/83. Опубл. 27.07.98. Бюлл. №21, С. 342.).A known method of measuring mechanical stresses in pipelines operating under pressure, in which on a control sample of a pipeline with zero longitudinal stresses, for which a rectilinear underground section of the pipeline is chosen, values of the magnetic noise parameter are measured, the conversion coefficient of proportionality is determined, the value of the metal magnetic noise parameter is recorded the pipeline in the place of control and their values judge the stresses in the pipeline (RF Patent No. 2116635, IPC G01L 1/12, G01N 27/83. Publ. 27.07.98. Bull. No. 21, S. 342.).

Недостатком способа является сложность выбора участка трубопровода с нулевыми продольными напряжениями, т.к. прямолинейность участка не гарантирует нулевые продольные напряжения в металле трубопровода, что снижает точность измерения напряжений.The disadvantage of this method is the difficulty of choosing a section of the pipeline with zero longitudinal stresses, because the straightness of the section does not guarantee zero longitudinal stresses in the pipeline metal, which reduces the accuracy of measuring stresses.

Известен способ определения напряжений, основанный на получении при растяжении образцов металла с различной деградацией структуры, зависимостей анизотропии коэрцитивной силы от растягивающих напряжений в образцах и оценке напряжений в конструкции с помощью полученных зависимостей с учетом фактической структуры металла (Патент РФ №2281468 Заявл. 14.03.2005 г. Опубл. 10.08.2006 г.).A known method for determining stresses, based on obtaining tensile metal samples with different structural degradation, the dependences of the anisotropy of the coercive force on tensile stresses in the samples and the assessment of stresses in the structure using the obtained dependencies taking into account the actual metal structure (RF Patent No. 2281468 Claim 14.03.2005 Publish. 08/10/2006).

Недостатком способа является невозможность определять напряжения при сложнонапряженном состоянии металла конструкции. Например, для трубопроводов характерно плосконапряженное состояние стенок (осевые и кольцевые напряжения).The disadvantage of this method is the inability to determine the voltage when the stress state of the metal structure. For example, pipelines are characterized by a plane-stressed state of the walls (axial and ring stresses).

Наиболее близким к заявляемому способу является способ определения напряженного состояния стальных конструкций, взятый нами в качестве прототипа (Патент РФ №2439530, МПК G01N 3/08. Опубл. 10.01.2012 г.).Closest to the claimed method is a method for determining the stress state of steel structures, taken as a prototype (RF Patent No. 2439530, IPC G01N 3/08. Publ. 10.01.2012).

В известном решении цилиндрические полые образцы металла из материала, аналогичного материалу конструкции, напряженное состояние которого необходимо определить, с определенным шагом нагружают внутренним давлением жидкой или газовой среды, находящейся внутри цилиндра, для создания плосконапряженного состояния, вызываемого растягивающими напряжениями в осевом и кольцевом направлениях, или изгибают образец для создания осевых напряжений растяжения-сжатия. Для каждого шага нагружения определяют напряжения в образце расчетным или другим способом, на каждом шаге нагружения измеряют коэрцитивную силу, при этом магнитный поток датчика коэрцитиметра ориентируют соосно с направлением определяемых напряжений. Строят зависимость коэрцитивной силы от напряжений в образце. Затем измеряют коэрцитивную силу металла конструкции, ориентируя датчик по направлению действия оцениваемых напряжений, и определяют напряжения с помощью полученной зависимости.In a known solution, cylindrical hollow metal samples from a material similar to the construction material, the stress state of which must be determined, are loaded with a certain step by the internal pressure of a liquid or gas medium inside the cylinder to create a plane-stress state caused by tensile stresses in the axial and annular directions, or bend the sample to create axial tensile-compression stresses. For each loading step, the stresses in the sample are determined by calculation or in another way, at each loading step, the coercive force is measured, while the magnetic flux of the coercimetry sensor is oriented coaxially with the direction of the determined voltages. The dependence of the coercive force on the stresses in the sample is built. Then, the coercive force of the metal of the structure is measured, orienting the sensor in the direction of action of the estimated voltages, and stresses are determined using the obtained dependence.

Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:

1. неспособность определять напряжения в действующих трубопроводах при одновременном воздействии изгиба и внутреннего давления среды;1. the inability to determine stresses in existing pipelines under the simultaneous effects of bending and internal pressure of the medium;

2. не определяет угол плоскости изгиба, определение которого является практически важной задачей;2. does not determine the angle of the bending plane, the determination of which is an almost important task;

3. недостаточная достоверность способа, так как фактические значения коэрцитивной силы металла стенок труб могут быть вызваны не только напряженным состоянием трубопровода в заданном сечении, но и влиянием сторонних факторов, вследствие чего происходит некорректная интерпретация результатов.3. insufficient reliability of the method, since the actual values of the coercive force of the metal of the pipe walls can be caused not only by the stress state of the pipeline in a given section, but also by the influence of external factors, as a result of which the interpretation of the results is incorrect.

В качестве пояснения сообщаем следующее.As an explanation, we report the following.

Напряженное состояние стенок тонкостенных труб трубопроводов приближенно является двухосным с двумя главными напряжениями: кольцевыми и продольными. Кольцевые напряжения в стенке труб возникают от внутреннего давления транспортируемой среды и их определение не вызывает трудностей по известным зависимостям, если известна величина давления среды. Эти напряжения условно постоянны по окружности рассматриваемого сечения трубы.The stress state of the walls of thin-walled pipelines is approximately biaxial with two main stresses: annular and longitudinal. Ring stresses in the pipe wall arise from the internal pressure of the transported medium and their determination does not cause difficulties by known dependencies, if the pressure of the medium is known. These stresses are conditionally constant around the circumference of the considered pipe section.

Продольные напряжения складываются из напряжений, обусловленных: 1. внутренним давлением среды (рассчитываются как доля от кольцевых); 2. температурными деформациями заземленного участка трубопровода (определяются расчетом); 3. изгибом, который вызван кривизной трассы для укладки трубопровода (например, кривизной траншеи). Также изгиб может быть связан с непроектными изменениями положения трубопровода (например, в результате его всплытия, перемещения вследствие оползневых процессов и др.).Longitudinal stresses are composed of stresses due to: 1. the internal pressure of the medium (calculated as a fraction of the ring); 2. thermal deformations of the grounded section of the pipeline (determined by calculation); 3. the bend caused by the curvature of the route for laying the pipeline (for example, the curvature of the trench). Also, a bend can be associated with non-design changes in the position of the pipeline (for example, as a result of its ascent, movement due to landslide processes, etc.).

Поэтому главной практической задачей определения напряженного состояния трубопроводов является оценка изгибных напряжений в потенциально опасных сечениях трубопровода. В отличие от других вышеперечисленных напряжений, изгибные напряжения характеризуются тем, что в различных точках по окружности рассматриваемого сечения трубы их значение различно, при этом, они максимальны по модулю в двух диаметрально противоположных точках сечения, через которые проходит плоскость изгиба. В одной точке изгибные напряжения отрицательные (сжимающие), в другой - положительные (растягивающие).Therefore, the main practical task of determining the stress state of pipelines is to assess bending stresses in potentially dangerous sections of the pipeline. Unlike the other stresses mentioned above, bending stresses are characterized by the fact that at different points around the circumference of the pipe section under consideration, their value is different, while they are maximum in absolute value at two diametrically opposite points of the section through which the bending plane passes. At one point, the bending stresses are negative (compressive), at the other - positive (tensile).

Наличие внутреннего давления изменяет продольные напряжения в стенке трубопровода, что ограничивает применение способа-прототипа на действующих трубопроводах, работающих под давлением.The presence of internal pressure changes the longitudinal stresses in the wall of the pipeline, which limits the application of the prototype method on existing pipelines operating under pressure.

Отмеченные особенности формирования напряженного состояния стенок труб использует предлагаемый способ, что позволяет решить поставленную техническую задачу.The noted features of the formation of the stress state of the pipe walls uses the proposed method, which allows us to solve the technical problem.

Технической задачей изобретения является определение механических напряжений в стенке стального трубопровода с учетом одновременного воздействия поперечного изгиба и внутреннего давления транспортируемой среды, повышение достоверности способа, расширение его возможностей.An object of the invention is the determination of mechanical stresses in the wall of a steel pipeline taking into account the simultaneous effects of transverse bending and internal pressure of the transported medium, increasing the reliability of the method, expanding its capabilities.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения изгибных напряжений в стальных трубопроводах, включающем изготовление образца в виде полого цилиндра из материала, аналогичного материалу трубопровода, пошаговое нагружение образца созданием в нем избыточного внутреннего давления жидкой или газовой среды и его изгибом, получения зависимости коэрцитивной силы от величины механических напряжений в образце, согласно изобретения, назначают две контрольные точки на окружности образца: одну - в зоне растяжения при изгибе, вторую - в зоне сжатия при изгибе, нагружение образца производят одновременным действием изгиба и внутреннего давления среды, измеряют коэрцитивную силу в контрольных точках, ориентируя датчик коэрцитиметра вдоль оси образца, строят графики зависимости коэрцитивной силы Нс от изгибных напряжений σизг, при различных давлениях среды Рвн, определяют сечение трубопровода с потенциально высокими изгибными напряжениями, намечают точки контроля окружности трубопровода в выбранном сечении, измеряют коэрцитивную силу в выбранных точках, ориентируя датчик коэрцитиметра таким образом, чтобы направление магнитного потока в датчике совпадало с осью трубопровода, выбирают среди измеренных значений максимальное и минимальное, при этом эти значения должны относиться к диаметрально противоположным точкам сечения трубопровода, считают, что точка с минимальным значением коэрцитивной силы связана с зоной максимальных растяжений, с максимальным значением - с зоной максимального сжатия, определяют угол плоскости изгиба, проходящей через точки максимальных растяжений и сжатия, измеряют давление в трубопроводе и определяют изгибные напряжения в трубопроводе при помощи полученной зависимости для соответствующего давления.The problem is solved in that in the method for determining bending stresses in steel pipelines, including the manufacture of a sample in the form of a hollow cylinder from a material similar to the material of the pipeline, stepwise loading of the sample by creating excessive internal pressure of a liquid or gas medium in it and bending it, obtaining a dependence of the coercive force from the magnitude of the mechanical stresses in the sample, according to the invention, two control points are assigned on the circumference of the sample: one in the tensile zone during bending, the second in the compression zone during bending, the sample is loaded by the simultaneous action of bending and internal pressure of the medium, and the coercive force is measured in the control points, orienting the coercimetry sensor along the axis of the sample, build graphs of the dependence of the coercive force H c on bending stresses σ ex , at various medium pressures P int , determine the cross-section of the pipeline with potentially high bending stresses, designate points for monitoring the circumference of the pipeline and in the selected section, measure the coercive force at the selected points, orienting the coercimetry sensor so that the direction of the magnetic flux in the sensor coincides with the axis of the pipeline, select the maximum and minimum among the measured values, while these values should relate to diametrically opposite points of the section of the pipeline, consider that the point with the minimum value of the coercive force is associated with the zone of maximum tensile stresses, with the maximum value - with the zone of maximum compression, determine the angle of the bending plane passing through the points of maximum tensile and compression, measure the pressure in the pipeline and determine the bending stresses in the pipeline using dependencies for the corresponding pressure.

На фиг. 1 изображен цилиндрический образец для пошагового нагружения его изгибом и внутренним давлением среды и измерением коэрцитивной силы в точках контроля. На фиг. 1 отмечены: 1 - цилиндрический образец; 2 - торцевые заглушки; 3 - бетонные блоки; 4 - хомуты; 5 - домкрат; 6 - гибкий шланг насоса; 7 - динамометр; 8 - контрольное сечение; 9, 10 - точки контроля.In FIG. 1 shows a cylindrical sample for stepwise loading by bending and internal pressure of the medium and measuring the coercive force at the control points. In FIG. 1 marked: 1 - cylindrical sample; 2 - end caps; 3 - concrete blocks; 4 - clamps; 5 - a jack; 6 - flexible pump hose; 7 - dynamometer; 8 - control section; 9, 10 - control points.

На фиг. 2 представлена зависимость Hc=ƒ(σизг) коэрцитивной силы от величины продольных напряжений, вызванных действием поперечного изгиба и внутреннего давления для области сжатия и растяжения при давлении среды Рвн=4,5 МПа.In FIG. 2 shows the dependence of H c = ƒ (σ mfd) the magnitude of the coercive force of the longitudinal stresses due to the action of transverse bending and internal pressure for the region of compression and expansion at a pressure medium P ext = 4.5 MPa.

На фиг. 3 изображена лепестковая диаграмма, на которой отмечены результаты изменения коэрцитивной силы по окружности в выбранном сечении, выполненные с шагом 1 час (30 град.).In FIG. 3 shows a petal diagram, which shows the results of changes in the coercive force around the circumference in the selected section, performed in increments of 1 hour (30 degrees).

Способ реализуют следующим образом. Из трубы, выполненной из материала, аналогичного материалу трубопровода, напряженное состояние которого необходимо определить изготавливают испытательный герметичный образец.The method is implemented as follows. From a pipe made of a material similar to the material of the pipeline, the stress state of which must be determined, make a test sealed sample.

Заполняют образец испытательной средой. Выбирают контрольное сечение на образце, отмечают две точки контроля, одна из которых располагается в зоне максимального растяжения металла при изгибе, другая - в зоне максимального сжатия. Пошагово увеличивают изгибающую силу, создающую изгиб. При помощи коэрцитиметра на каждом шаге нагружения измеряют коэрцитивную силу, при этом магнитный поток датчика коэрцитиметра ориентируют соосно с осью трубопровода (продольно).Fill the sample with test medium. Select a control section on the sample, mark two control points, one of which is located in the zone of maximum tensile metal during bending, the other in the zone of maximum compression. Increase the bending force that creates the bend step by step. Using a coercimeter, the coercive force is measured at each loading step, while the magnetic flux of the coercimetric sensor is oriented coaxially with the axis of the pipeline (longitudinally).

Нагнетают давление среды в образце. При выбранном давлении среды пошагово нагружают образец изгибом, на каждом шаге нагружения в контрольных точках выполняют измерение коэрцитивной силы.Pump up the pressure of the medium in the sample. At the selected pressure of the medium step by step load the sample by bending, at each loading step in the control points measure the coercive force.

Пошаговое нагружение изгибом и измерение коэрцитивной силы в контрольных точках выполняют для различных значений давлений среды.Step loading by bending and measuring the coercive force at the control points are performed for various values of the pressure of the medium.

Для каждого шага нагружения определяют изгибные напряжения в контрольных точках, например, расчетным методом или методом электротензоизмерений.For each step of loading, bending stresses are determined at control points, for example, by the calculation method or by the method of electrical strain measurements.

Строят зависимости коэрцитивной силы, измеренной в контрольных точках, от изгибных напряжений Hc=ƒ(σизг) для различных значений внутреннего давления Рвн. На фиг. 2 изображен пример зависимости для давления Рвн=4,5 МПа.Build dependence of the coercive force measured at the control points of bending stresses H c = ƒ (σ mfd) for different values of the internal pressure P ext. In FIG. Figure 2 shows an example of a relationship for pressure P int = 4.5 MPa.

Определяют сечение трубопровода с потенциально высокими изгибными напряжениями, напряжения металла в котором необходимо определить.The cross section of the pipeline with potentially high bending stresses is determined, the metal stresses in which it is necessary to determine.

Подготавливают поверхность трубопровода для проведения измерения коэрцитивной силы: откапывают трубопровод (при необходимости), снимают защитное покрытие (при необходимости).Prepare the surface of the pipeline for measuring the coercive force: dig out the pipeline (if necessary), remove the protective coating (if necessary).

В выбранном сечении отмечают несколько точек контроля, располагая их по всей окружности трубопровода.In the selected section, several control points are noted, placing them around the entire circumference of the pipeline.

Выполняют измерения коэрцитивной силы в контрольных точках, располагая датчик коэрцитиметра вдоль оси трубопровода.Measure the coercive force at the control points, placing the coercimetric sensor along the axis of the pipeline.

Выбирают среди измеренных значений максимальное и минимальное, при этом эти измерения должны относиться к диаметрально противоположным точкам окружности трубопровода: точка, в которой значение коэрцитивной силы минимально, связана с зоной максимальных растяжений, а точка с максимальным значением коэрцитивной силы - с зоной максимального сжатия (фиг. 3). Через эти точки проходит плоскость изгиба с углом относительно вертикали у.Among the measured values, the maximum and minimum are selected, while these measurements should relate to diametrically opposite points of the circumference of the pipeline: the point at which the coercive force value is minimal is associated with the zone of maximum tensile tension, and the point with the maximum value of coercive force is associated with the zone of maximum compression (Fig. . 3). A bending plane with an angle relative to the vertical y passes through these points.

Измеряют давление Рвн в трубопроводе вблизи выбранного сечения.The pressure P nn is measured in the pipeline near the selected section.

Изгибные напряжения определяют по значениям коэрцитивной силы в контрольных точках при помощи зависимости Нс=ƒ(σизг), полученной на образце для аналогичного давления Рвн.Bending stresses are determined by the values of the coercive force at the control points using the dependence H c = ƒ (σ ex ) obtained on the sample for a similar pressure P ext .

Пример.Example.

Необходимо определить продольные напряжения в действующем подземном нефтепроводе (диаметр 219 мм, толщина стенки трубы - 5 мм, материал - сталь 17Г1С), вызванные одновременным действием изгиба и внутреннего давления нефти. Образец для испытания изготавливают из трубы 1 (диаметр 219 мм, толщина стенки трубы - 5 мм, материал - сталь 17Г1С) с торцевыми заглушками 2. Общая длина образца -10 м (фиг. 1).It is necessary to determine the longitudinal stresses in the existing underground oil pipeline (diameter 219 mm, pipe wall thickness 5 mm, material 17G1S steel) caused by the simultaneous action of bending and internal oil pressure. The test sample is made of pipe 1 (diameter 219 mm, pipe wall thickness 5 mm, material 17G1S steel) with end caps 2. The total length of the sample is 10 m (Fig. 1).

Образец устанавливают на бетонные блоки 3, концы трубы укрепляют к блокам при помощи металлических хомутов 4. Устанавливают домкрат гидравлический бутылочный 5 производства ООО «Сервис ключ» грузоподъемностью 10 т.под центром стенда, подсоединяют гибкий шланг 6 насоса опрессовочного НА-250 (максимальное давление 250 атм.) (на фиг. 1 не изображен) для создания внутреннего давления в образце. Между домкратом 5 и трубой 1 устанавливают динамометр электронный переносной ДЭПЗ 1Д-10Р-00 (фиг. 1. поз. 7). С учетом габаритных размеров датчика коэрцитиметра КМ 455.2 выбирают контрольное сечение 8 на образце в зоне максимальных изгибных напряжений, отстоящее от домкрата на расстоянии 200 мм, отмечают две контрольные точки с угловой ориентацией 6 часов (фиг. 1. поз. 9) и 12 часов (фиг. 1. поз. 10), соответствующие зоне максимального растяжения (12 часов - верх трубы) и максимального сжатия металла (6 часов - низ трубы).The sample is mounted on concrete blocks 3, the ends of the pipe are fixed to the blocks using metal clamps 4. A hydraulic bottle jack 5 is manufactured by Service Key LLC with a loading capacity of 10 tons under the center of the stand, a flexible hose 6 of the pressure testing pump NA-250 is connected (maximum pressure 250 atm.) (not shown in FIG. 1) to create internal pressure in the sample. Between the jack 5 and the pipe 1, an electronic portable DEPZ 1D-10R-00 dynamometer is installed (Fig. 1. pos. 7). Taking into account the overall dimensions of the KM 455.2 coercimetry sensor, select a control section 8 on the sample in the zone of maximum bending stresses, spaced 200 mm from the jack, mark two control points with an angular orientation of 6 hours (Fig. 1. pos. 9) and 12 hours ( Fig. 1. Pos. 10), corresponding to the zone of maximum tension (12 hours - the top of the pipe) and maximum compression of the metal (6 hours - the bottom of the pipe).

Заполняют испытательный образец 1 водой.Fill test sample 1 with water.

Расчетным способом определяют, что максимальные напряжения в контрольных точках 9 и 10, не превышают 80% от предела прочности применяемой марки стали (предел прочности марки стали 17Г1С равен σв=510 МПа) при усилии на домкрате 5 равном 13,5 кН, что соответствует поднятию штока домкрата на 72 мм, при этом максимально возможное давление среды составляет 4,5 МПа.Calculation method is determined that the maximum voltage at the control points 9 and 10 do not exceed 80% of the tensile strength of the steel grade used (tensile strength steels 17G1S equal to σ = 510 MPa) with a force equal to the jack 5 13,5 kN, which corresponds to raising the jack rod by 72 mm, while the maximum possible pressure of the medium is 4.5 MPa.

Устанавливают количество шагов нагружения испытательного образца: 10 шагов нагнетания внутреннего давления (от 0 до 4,5 МПа с шагом 0,5 МПа) и 10 шагов создания изгиба (ход штока домкрата - от 0 мм до 72 мм с шагом 8 мм).The number of steps for loading a test specimen is set: 10 steps for pumping internal pressure (from 0 to 4.5 MPa in increments of 0.5 MPa) and 10 steps for creating a bend (stroke of the jack rod is from 0 mm to 72 mm in increments of 8 mm).

Пошагово изгибают образец 1 относительно его продольной оси домкратом 5 (с шагом 8 мм), определяют реакцию домкрата при помощи динамометра 7 на каждом шаге испытаний. Измеряют коэрцитивную силу в контрольных точках 9, 10 на каждом шаге нагружения при помощи коэрцитиметра, при этом магнитный поток датчика прибора ориентируют соосно с направлением определяемых напряжений.Sample 1 is bent stepwise relative to its longitudinal axis by jack 5 (with a pitch of 8 mm), the reaction of the jack is determined using dynamometer 7 at each test step. The coercive force is measured at control points 9, 10 at each loading step using a coercimeter, while the magnetic flux of the device sensor is oriented coaxially with the direction of the determined voltages.

Нагнетают пошагово (с шагом 0,5 МПа) внутреннее давление воды в трубе. При выбранном давлении пошагово нагружают испытательный образец изгибом (с шагом 8 мм), на каждом шаге нагружения в контрольных точках выполняют измерение коэрцитивной силы в каждой контрольной точке вдоль действия растягивающих напряжений.Inject stepwise (in increments of 0.5 MPa) the internal pressure of the water in the pipe. At the selected pressure, the test specimen is loaded stepwise by bending (with a step of 8 mm), at each loading step at the control points, the coercive force is measured at each control point along the tensile stresses.

Нагружают изгибом и измеряют коэрцитивную силу в контрольных точках для значений давления среды на каждом шаге.Loaded with bend and measure the coercive force at the control points for the pressure values of the medium at each step.

Определяют значение величины изгибных напряжений, вызванных одновременным действием изгиба и внутреннего давления на стенку образца для зон сжатия и растяжения расчетным методом.The value of the value of bending stresses caused by the simultaneous action of bending and internal pressure on the sample wall for the compression and tension zones by the calculation method is determined.

По полученным расчетным и экспериментальным данным строят зависимости коэрцитивной силы, измеренной в контрольных точках, от величины продольных напряжений Нс=ƒ(σизг), для различных значений внутреннего давления Рвн (фиг. 2).According to the calculated and experimental data, the dependences of the coercive force, measured at control points, on the magnitude of the longitudinal stresses H c = ƒ (σ ex ), for various values of the internal pressure P int (Fig. 2).

Откапывают участок нефтепровода с потенциально высокими изгибными напряжениями, удаляют изоляцию. Устанавливают, что на момент измерения давление в нефтепроводе составляет 4,6 МПа.They dig a section of the pipeline with potentially high bending stresses, remove the insulation. It is established that at the time of measurement the pressure in the oil pipeline is 4.6 MPa.

Намечают сечение трубы для проведения контроля. В выбранном сечении отмечают 12 точек контроля, расположенных с шагом 1 час (30 град.) (12 часов - верх трубы, 6 часов - низ трубы) (фиг. 3). Измеряют коэрцитивную силу на каждой из выбранных точек, ориентируя датчик вдоль оси трубопровода.Outline the cross section of the pipe for control. In the selected section, 12 control points are marked, located in increments of 1 hour (30 degrees) (12 hours - top of the pipe, 6 hours - bottom of the pipe) (Fig. 3). The coercive force is measured at each of the selected points, orienting the sensor along the axis of the pipeline.

Выбирают максимальное и минимальное значение. Строят лепестковую диаграмму (фиг. 3).Select the maximum and minimum value. Build a petal diagram (Fig. 3).

Устанавливают, что на лепестковой диаграмме (фиг. 3) имеются два максимальных значения коэрцитивной силы (Hc=700 А/м), расположенных в ориентации 1 и 2 часа и одно минимальное (Hc=575 А/м), расположенное в ориентации 7 часов. Поскольку точки 1 и 7 диаметрально противоположны, плоскость изгиба проходит через указанные точки с углом относительно вертикали у.It is established that on the petal diagram (Fig. 3) there are two maximum values of the coercive force (Hc = 700 A / m) located in the orientation of 1 and 2 hours and one minimum (Hc = 575 A / m) located in the orientation of 7 hours . Since points 1 and 7 are diametrically opposite, the bending plane passes through these points with an angle relative to the vertical y.

Для определения напряженного состояния используют зависимость коэрцитивной силы от величины продольных напряжений Нс=ƒ(σизг) для внутреннего давления Рвн=4,5 МПа (фиг. 2).To determine the stress state, the dependence of the coercive force on the magnitude of the longitudinal stresses H c = ƒ (σ ex ) is used for the internal pressure P int = 4.5 MPa (Fig. 2).

По полученной зависимости (фиг. 2) определяют, что изгибные напряжения в зоне сжатия составляют около 56 МПа, в зоне растяжения - 110 МПа.According to the obtained dependence (Fig. 2), it is determined that the bending stresses in the compression zone are about 56 MPa, in the tensile zone - 110 MPa.

Claims (1)

Способ определения изгибных напряжений в стальных трубопроводах, включающий изготовление образца в виде полого цилиндра из материала, аналогичного материалу трубопровода, пошаговое нагружение образца созданием в нем избыточного внутреннего давления жидкой или газовой среды и его изгибом, получение зависимости коэрцитивной силы от величины механических напряжений в образце, отличающийся тем, что назначают две контрольные точки на окружности образца: одну - в зоне растяжения при изгибе, вторую - в зоне сжатия при изгибе, нагружение образца производят одновременным действием изгиба и внутреннего давления среды, измеряют коэрцитивную силу в контрольных точках, ориентируя датчик коэрцитиметра вдоль оси образца, строят графики зависимости коэрцитивной силы Нс от изгибных напряжений σизг, при различных давлениях среды Рвн, определяют сечение трубопровода с потенциально высокими изгибными напряжениями, намечают точки контроля окружности трубопровода в выбранном сечении, измеряют коэрцитивную силу в выбранных точках, ориентируя датчик коэрцитиметра таким образом, чтобы направление магнитного потока в датчике совпадало с осью трубопровода, выбирают среди измеренных значений максимальное и минимальное, при этом эти значения должны относиться к диаметрально противоположным точкам сечения трубопровода, считают, что точка с минимальным значением коэрцитивной силы связана с зоной максимальных растяжений, с максимальным значением - с зоной максимального сжатия, определяют угол плоскости изгиба, проходящей через точки максимальных растяжений и сжатия, измеряют давление в трубопроводе и определяют изгибные напряжения в трубопроводе при помощи полученной зависимости для соответствующего давления.A method for determining bending stresses in steel pipelines, including manufacturing a sample in the form of a hollow cylinder from a material similar to the material of the pipeline, stepwise loading the sample by creating excessive internal pressure of a liquid or gas medium and bending it, obtaining the dependence of the coercive force on the value of mechanical stresses in the sample, characterized in that two control points are assigned on the circumference of the sample: one in the tensile zone during bending, the second in the compression zone during bending, the sample is loaded by the simultaneous action of bending and internal pressure of the medium, the coercive force is measured at the control points, orienting the coercimeter meter along the axis of the sample, build graphs of the dependence of the coercive force H s on bending stresses σ ex , at various pressures of the medium P int , determine the cross-section of the pipeline with potentially high bending stresses, designate points for monitoring the circumference of the pipeline in the selected section, measure the coercive the strength at the selected points, orienting the coercimeter sensor so that the direction of the magnetic flux in the sensor coincides with the axis of the pipeline, choose the maximum and minimum among the measured values, while these values should relate to diametrically opposite points of the cross-section of the pipeline, consider that the point with the minimum the coercive force value is associated with the maximum tensile zone, with the maximum value - with the maximum compression zone, the angle of the bending plane passing through the maximum tensile and compression points is determined, the pressure in the pipeline is measured and the bending stresses in the pipeline are determined using the obtained dependence for the corresponding pressure.
RU2019140936A 2019-12-09 2019-12-09 Method of determining mechanical stress in a steel pipe RU2722333C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019140936A RU2722333C1 (en) 2019-12-09 2019-12-09 Method of determining mechanical stress in a steel pipe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019140936A RU2722333C1 (en) 2019-12-09 2019-12-09 Method of determining mechanical stress in a steel pipe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2722333C1 true RU2722333C1 (en) 2020-05-29

Family

ID=71067878

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019140936A RU2722333C1 (en) 2019-12-09 2019-12-09 Method of determining mechanical stress in a steel pipe

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2722333C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0389877A1 (en) * 1989-03-17 1990-10-03 Nikkoshi Co., Ltd. Method for stress determination in a steel material utilizing magnetostriction
RU2281468C1 (en) * 2005-03-14 2006-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "Уралтрансгаз" (ООО "Уралтрансгаз") Method of measuring mechanical stresses in steel structures
RU2439530C1 (en) * 2010-08-02 2012-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" Method for determining mechanical stresses in steel structures
RU2521714C1 (en) * 2013-02-07 2014-07-10 Открытое акционерное общество "Гипрогазцентр" Method to determine mechanical stresses in steel pipelines
RU2641511C2 (en) * 2016-05-04 2018-01-17 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации Method for determining mechanical stresses in steel structures by magnetic control method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0389877A1 (en) * 1989-03-17 1990-10-03 Nikkoshi Co., Ltd. Method for stress determination in a steel material utilizing magnetostriction
RU2281468C1 (en) * 2005-03-14 2006-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "Уралтрансгаз" (ООО "Уралтрансгаз") Method of measuring mechanical stresses in steel structures
RU2439530C1 (en) * 2010-08-02 2012-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" Method for determining mechanical stresses in steel structures
RU2521714C1 (en) * 2013-02-07 2014-07-10 Открытое акционерное общество "Гипрогазцентр" Method to determine mechanical stresses in steel pipelines
RU2641511C2 (en) * 2016-05-04 2018-01-17 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации Method for determining mechanical stresses in steel structures by magnetic control method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2264617C2 (en) Method for non-contact detection of position and type of defects of metallic structures and device for realization of said method
Fang et al. Behaviour of concrete-filled thin-walled corrugated steel tubes under cyclic axial compression
RU2582911C1 (en) Method of testing pipe steels for stress corrosion cracking
Yan et al. Mechanical performance study of pipe-liner composite structure based on the digital image correlation method
RU2281468C1 (en) Method of measuring mechanical stresses in steel structures
Zhou et al. Experimental study of structural response of lined-corrugated HDPE pipe subjected to normal fault
RU2722333C1 (en) Method of determining mechanical stress in a steel pipe
Thompson et al. Theory and strategy for monitoring the performance of rock reinforcement
RU2521714C1 (en) Method to determine mechanical stresses in steel pipelines
Tipton et al. Plasticity and fatigue damage modeling of severely loaded tubing
Lazić-Vulicević et al. Structural life assessment of oil rig pipes made of API J55 steel by high frequency welding
RU2439530C1 (en) Method for determining mechanical stresses in steel structures
Gao et al. Bending capacity of corroded pipeline subjected to internal pressure and axial loadings
Simmons et al. Behavior Assessment of Exhumed Cast Iron Pipes Using Distributed Strain Sensing
Zhang et al. A full-scale experimental study on the performance of jacking prestressed concrete cylinder pipe with misalignment angle
Krause et al. Effect of stress concentration on magnetic flux leakage signals from blind-hole defects in stressed pipeline steel
Tennyson et al. Pipeline integrity assessment using fiber optic sensors
Mao et al. An optical fiber sensor method for simultaneously monitoring corrosion and structural strain induced by loading
Shen et al. Distributed settlement and lateral displacement monitoring for shield tunnel based on an improved conjugated beam method
RU2654154C2 (en) Method of determining the residual life of the pipelines
RU2815345C1 (en) Method for monitoring concrete strength
RU2514072C1 (en) Method of determining tangential stress in steel pipelines
Zhao et al. Fast EM stress sensors for large steel cables
Law et al. Laboratory investigation on the static response of repaired sewers
Oh et al. Lateral load test on bored cast in-situ pile instrumented with distributed fiber optic strain sensors