Lyapichev_D.M._i_dr._Ocenka_napryazhenno-deformirovannogo_sostoyaniya_truboprovoda

Камского перехода МГ Уренгой-Центр 1 резерв (рис. 1.13).

Каквидно, ещедовводавэксплуатациювметаллестенкигазопроводауровень напряжений достигал 111 МПа. Если учесть при расчете опасности трещиноподобных дефектов, расположенных в кольцевом направлении (например, подрез или непровар монтажного сварного соединения), продольные напряжений, возникшие до начала эксплуатации, то часть дефектов, без этого считавшихся условно безопасными, переходят в высшую категорию опасности [19].

Рис. 1.13. Изменение продольных напряжений при строительстве и вводе в действие четвёртой нитки Камского перехода, МГ Уренгой-Центр 1 [19]

Очевидно, что для исключения такого рода ошибок при оценке опасности дефектов необходимо осуществлять контроль напряженно-деформированного состояния трубопроводов на всех этапах жизненного цикла, что возможно при установкенанихсистемавтоматизированногомониторингатехническогосостояния, имеющих подсистему контроля напряженно-деформированного состояния металла трубопроводов на базе интеллектуальных вставок.

22

2.УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ВСТАВОК

2.1.Устройство подсистемы мониторинга напряженно-деформированного состояния

Подсистема мониторинга напряженно-деформированного состояния трубопроводов на базе интеллектуальных вставок относится к объектам автоматизации и телемеханизации.

Изображенная на рисунке 2.1 архитектура подсистемы является иерархической и включает в себя верхний, средний и нижний уровни:

-нижний уровень, на котором выполняется измерение физических величин, первичная обработка и передача «сырой» информации на промежуточный уровень;

-промежуточный уровень, на котором производится первичная обработка данных, преобразование форматов и передача на верхний уровень по каналу связи; промежуточный уровень позволяет производить измерения параметров потенциально опасного участка трубопровода методом посещения;

-верхний уровень (уровень диспетчерской), на котором осуществляется окончательная обработка (расчёт) и отображение данных на автоматизированномрабочемместеоператора, накоплениеинформацииосостоянииобъектаконтроля.

Нижний уровень включает:

-патрубки измерительные (рис. 2.2);

-датчики для измерения температуры;

-группы датчиков, осуществляющих дополнительный (необязательный) контрольсопутствующихпараметров(потенциалЭХЗ, транзитныйтоккатодной защиты, состояние пластин датчика скорости коррозии и т.д.).

23

Рис. 2.1 – Структура подсистемы мониторинга НДС на базе интеллектуальных вставок

24

2.2. Принцип работы интеллектуальных вставок

Основным элементом интеллектуальной вставки является патрубок измерительный (рис. 2.2), который представляет из себя сегмент трубы, на в одном кольцевом сечении которого устанавливаются измерительные датчики. Такими датчиками, как правило, являются тензодатчики и датчики температуры.

Рассмотрим принцип работы данных изделий на примере вставок с тензорезистивными датчиками.

На контрольное кольцевое сечение патрубка измерительного устанавливаются розетки тензодатчиков (три или четыре, в зависимости от диаметра трубопровода), защищенные от воздействий специальными коробками, выводы от которых идут к устройствам промежуточного уровня.

На заводе-изготовителе осуществляется тарировка патрубков измерительных путем нагружения внутренним давлением (для этого на их торцы устанавливаются специальные заглушки) и определения фактических показаний тензодатчиков (подключенных по специальной схеме в так называемые тензомосты).

При сооружении трубопровода патрубки измерительные доставляются к месту установки, осуществляется их монтаж в составе трубопровода (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Патрубок измерительные в составе участка газопровода «Сахалин-Хабаровск-Владивосток»

26

Послемонтажаипуско-наладкиподсистемы мониторинганапряженно-де- формированного состояния на базе интеллектуальных вставок осуществляется

ееэксплуатация.

Впроцессе эксплуатации подсистемой регистрируется сигналы, поступающие от каждого установленного патрубка измерительного.

Далее выполняется расчетная оценка условий нагружения трубопровода и оценка состояния участка трубопровода по результатам этой оценки.

2.3. Расчетная оценка условий нагружения трубопровода на базе данных от патрубка измерительного

Для патрубка измерительного, имеющего четыре розетки тензодатчиков, вектор исходных данных состоит из 13 значений (12 показаний для деформации и 1 показания для температуры):

Для патрубка измерительного, имеющего три розетки тензодатчиков, вектор состоит из 10 значений (9 показаний для деформации и 1 показания для температуры):

Расчет показателей, характеризующих условия нагружения участка трубопроводав месте установки патрубка измерительного осуществляется по следующему алгоритму:

1. Определяютсяразностимеждутекущимипоказаниямитензомостовиих показаниями, полученными при тарировке патрубков измерительных на заводе (показания без нагрузки после снятия заглушек):

27

где N j,i – разность между начальным и текущим показанием тензомоста; N 0j,i –

показание тензомоста, полученное при тарировке патрубка измерительного на заводе; i – индекс розетки (в – верхняя, п – правая, л – левая, н – нижняя для патрубка счетырьмярозетками); j – индекс показания/деформации(п– продольное; к – кольцевое; уг. – угловое).

2. Определяются показания для каждой розетки по следующей формуле:

ент преобразования для i-ой розетки, величина, указываемая в паспорте на патрубок измерительный.

3. Определяется расчетное значение осевой силы, действующей в месте установки патрубка измерительного.

Для патрубка с четырьмя розетками осевая сила определяется по следующим формулам.

Вычисляется величина осевой силы в горизонтальной плоскости (на основании показаний правой и левой розеток):

гдеE– модуль упругости первого рода(модуль Юнга), Па; F – площадь поперечного сечения трубы, определяемая по формуле:

D – внешний диаметр патрубка измерительного, м; h – толщина стенки патрубка

28

измерительного, м; ν – коэффициент Пуассона, безразмерная величина; α – коэффициентлинейноготемпературногорасширения, град-1; t – разностьтекущей температуры (t, °С) и температуры монтажа патрубка измерительного:

t0 – температура монтажа патрубка измерительного, °С (при отсутствии данных принимается равным t0=20 °С).

Далее определяется значение осевой силы осевой силы в горизонтальной плоскости (на основании показаний правой и левой розеток):

После чего определяется расчетное значение осевой силы по следующей формуле:

Для патрубка с тремя розетками осевая сила определяется по следующей формуле:

4. Проверка показаний тензомостов по давлению, измеренному манометром осуществляется путем сравнения расчетного внутреннего давления и показаний манометров, погрешность при этом не должна составлять более 5%.

Величина расчетного внутреннего давления определяется для каждой отдельной i-й розетки по формуле:

29