Устройство для контроля повреждаемости трубопроводов

 

Использование: изобретение касается контроля прочности и работоспособности трубопроводов, работающих под давлением агрессивных жидкостей или газов, а точнее сред вызывающих коррозионное растрескивание конструкционных материалов. Сущность: устройство для контроля повреждаемости трубопроводов содержит нагружающий узел, выполненный в виде мембраны, отделяющей полость трубопровода от атмосферы, образец-свидетель, выполненный в виде стержня, установленный тангенциально в трубопроводе и сопряженный с нагружающим узлом, узел контроля и ограничения величины деформации мембраны. 1 ил.

Изобретение касается контроля прочности и работоспособности трубопроводов, работающих под давлением агрессивных жидкостей или газов, а точнее сред, вызывающих коррозионное растрескивание конструкционных материалов.

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для контроля работоспособности и надежности трубопро- водов, применяемых в химической промышленности для перекачки хлористых и аммиачных технологических сред при переменных нагрузках, вызывающих усталостное коррозионное растрескивание конструкционных материалов.

Известно устройство для определения степени эрозионно-коррозионного разрушения трубопроводов (авт. св. СССР N 367369, кл. G 01 N 17/00, 1971), содержащее образец испытуемого трубопровода, в котором выполнены кольцевые канавки различной глубины, и снабженное охватываю- щими образец втулками, герметизирующими полость каждой кольцевой канавки, и индикатором, соединенным с полостью каждой кольцевой канавки и фиксирующим давление при сквозном разрушении образца.

Недостатком данного устройства является неточность контроля разрушения материала трубопровода в условиях коррозии под напряжением, так как втулки, охватывающие образец трубопровода, уменьшают напряжения в его стенке.

Известно устройство [1] для коррозионных исследований образцов металлов, содержащее исследуемые образцы металла в виде стержней, проходящих через контролируемую колонну диаметрально и уплотненных сальниками, причем один конец каждого образца закреплен в неподвижной опоре, а другой сопряжен с подвешенным грузом.

Недостатком данного устройства при его применении в трубопроводах является неточность контроля разрушения материала из-за различия условий нагружения образцов и стенок трубопровода вследствие создания турбулентных потоков диаметрально проходящими образцами и постоянства напряжения растяжения в образцах.

Эти недостатки ограничивают область его возможного применения в трубопроводах, работающих при постоянных давлениях и невысоких скоростях потока. Применение этого устройства в трубопроводах, работающих при переменных давлениях и(или) высоких скоростях потока, нецелесообразно, так как приводит к недостоверности контроля.

Другим недостатком известной конструкции устройства является большая масса груза, необходимая для создания напряжения в образце, и значительные его размеры, что в промышленных условиях может затруднить применение устройства.

Цель изобретения создание системы нагружения образца, которая обеспечивает максимально точное воспроизведение в образце напряжений, величина и характер изменения которых при циклических нагрузках соответствуют величине и характеру изменения напpяжений в стенке трубопровода, и при этом не нарушает гидродинамику в трубопроводе.

Для этого образец-свидетель установлен тангенциально в прорезь трубопровода, нагружающий узел выполнен в виде мембраны, отделяющей полость трубопровода от атмосферы, а устройство снабжено узлом контроля и ограничения величины деформации мембраны.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для контроля повреждаемости трубопроводов образец-свидетель установлен тангенциально в прорезь трубопровода, нагружающий узел выполнен в виде мембраны, отделяющей полость трубопровода от атмосферы, устройство снабжено узлом контроля и ограничения величины деформации мембраны. Под действием внутреннего давления в трубопроводе мембрана прогибается, растягивая жестко связанный с ней образец. При этом за счет подбора соотношения площадей мембраны и поперечного сечения образца можно добиться напpяжения в образце, равного напряжению в стенке трубы (или отличающегося на заданную величину). При этом за счет колебаний мембраны, происходящих при колебаниях давления в трубопроводе, аналогично изменяются и напряжения в образце. Тангенциальное расположение в прорези трубопровода создает гидродинамические условия изнашивания образца, близкие к условиям изнашивания стенки трубопровода. При этом сопротивление движению технологического потока в трубопроводе не увеличивается. Разрушение образца контро- лируется по величине деформации мембраны с помощью специального узла, который также ограничивает максимальную деформацию мембраны, предотвращая ее разрушение.

Компактность исполнения позволяет устанавливать устройства на различных участках трубопроводов, в том числе при ограниченном свободном пространстве около контролируемых участков. Возможность наблюдения за величиной деформации мембраны обеспечивает контроль степени разрушения образца, включая стадии образования и раскрытия трещин.

Существенными отличительными признаками изобретения является то, что образец-свидетель установлен тангенциально в прорезь трубопровода, нагружающий узел выполнен в виде мембраны, отделяющей полость трубопровода от атмосферы, а устройство снабжено узлом контроля и ограничения величины деформации мембраны.

На чертеже изображено предлагаемое устройство для контроля повреждаемости трубопроводов.

Устройство состоит из испытуемого образца 1 в виде стержня, выполненного из того же материала, что и стенка трубы 2, с резьбой на концах. Один конец образца 1 закреплен в заглушенном резьбовом отверстии патрубка 3, имеющего на другом конце фланец 4. На другом конце образца 1 с помощью гаек 5 закреплена мембрана 6, герметично зажатая по окружности между фланцами 4 и 7. Во фланце 7 выполнены центральное отверстие для сообщения полости над мембраной 6 с атмосферой и буртик, служащий упором для ограничения перемещения и предотвращения разрушения мембраны при разрыве образца и обеспечения герметичности трубопровода. На фланце 7 закреплен кронштейн 8, на котором смонтирован микрометрический индикатор 9 часового типа. Патрубок 3 имеет сегментный вырез и приварен по периметру выреза к контролируемой трубе 2, в которой выполнена тангенциальная прорезь 10 шириной на 2-3 мм большей диаметра образца и глубиной на 0,5-1 мм большей толщины стенки трубы. Полость трубы 2 сообщается с полостью патрубка 3 через прорезь 10. Прорезь 10 и образец 1 могут располагаться вертикально, как показано на чертеже, горизонтально или под любым углом, удобным для наблюдений. Наружный диаметр окружности мембраны определяется по формуле D_м= d (1) где d диаметр стержня; D_тр внутренний диаметр трубы; S толщина стенки трубы.

При указанном соотношении напряжение материала стержня равно напряжению в стенке трубы.

Устройство работает следующим образом.

Испытуемый образец 1 при эксплуатации трубопровода подвергается тем же коррозионно-эрозионным воздействиям, что и стенка трубы. Уровень напряжений в образце задают в соответствии с формулой (1) несколько выше, чем в стенке трубы. На поверхности образца наносят концентраторы напряжений (риски), размеры которых соответствуют предельно допустимым размерам технологических дефектов при изготовлении трубопроводов (непроваров, подрезов и др.). Это обеспечивает наступление момента разрушения образца до разрушения стенки.

Под действием переменных нагрузок и агрессивной среды в материале стенок трубопровода 2 и образца 1 постепенно образуются и развиваются трещины, которые по достижении определенного уровня вызывают разрушение образца 1 и деформацию мембраны 6, которая наблюдается с помощью микрометрического индикатора 9. После разрушения образца 1 эксплуатация трубопровода 2 может быть прекращена для проведения ремонта (замены) контролируемого участка трубопровода.

Для постоянного наблюдения за интенсивностью процессов разрушения в трубопроводе могут быть установлены несколько устройств с различным диаметром образцов или размером концентраторов напряжений.

Предлагаемое устройство по сравнению с аналогом обеспечивает полную идентичность нагружения контрольных образ- цов и трубопровода, что позволяет с достаточной точностью контролировать степень повреждаемости трубопроводов и избежать аварий от их внезапного разрушения.

Устройство позволяет также проводить исследования по выбору более стойких материалов в конкретных условиях эксплуатации при меньших затратах, чем с помощью известных устройств.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ, содержащее нагружающий узел, образец-свидетель, выполненный в виде стержня, установленный в трубопроводе и сопряженный с нагружающим узлом, отличающееся тем, что образец-свидетель установлен тангенциально в прорезь трубопровода, нагружающий узел выполнен в виде мембраны, отделяющей полость трубопровода от атмосферы, а устройство снабжено узлом контроля и ограничения величины деформации мембраны.

РИСУНКИ

Рисунок 1