6.5. Прогнозирование ресурса сосудов по критерию хрупкого разрушения
6.5.1. Определение остаточного ресурса по критерию хрупкого разрушения (трещиностойкости) проводится в следующих случаях.
1. Минимальная температура стенки сосуда при рабочих режимах эксплуатации или при гидроиспытании может быть меньше минимальной температуры, предусмотренной для применения стали в Правилах устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 10-115-96).
2. Сталь или сварные соединения при рабочих режимах эксплуатации или испытаний имеет ударную вязкость ниже значений, предусмотренных табл. 8 Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 10-115-96), например в результате наводораживания сталей.
3. При проведении дефектоскопии сосуда обнаружены дефекты, выходящие за пределы норм, установленных Правилами проектирования, изготовления и приемки сосудов и аппаратов стальных сварных (ПБ 03-384-00) и ОСТ 24.201.03-90 "Сосуды и аппараты стальные высокого давления. Общие технические требования". При этом проведение ремонта дефектных мест связано с большими техническими трудностями.
4. При проведении дефектоскопии выявлены отдельные трещины, которые после выборки были заварены и места ремонта проконтролированы на отсутствие дефектов.
6.5.2. Условие сопротивления хрупкому разрушению проверяется выполнением следующего соотношения:
K <= [K ],
1 1
где:
K - коэффициент интенсивности напряжений;
1
[K ] - допускаемый коэффициент интенсивности напряжений.
1
Коэффициент интенсивности напряжений определяется в
соответствии с нормами, изложенными в ПНАЭ Г-7-002-86.
Для первого случая п. 6.5.1 (при отсутствии информации о
дефекте) при определении K принимается условная поверхностная
1
трещина глубиной a = 0,25S и полудлиной C = 1,5a.
Для первого случая при оценке хрупкой прочности можно провести
расчет по критерию "течь перед разрушением".
Использование критерия "течь перед разрушением"
предусматривает выполнение условия, при котором процессу
неконтролируемого роста трещины (хрупкому разрушению) предшествует
образование сквозного дефекта на стадии ее медленного подрастания,
то есть значение критического размера дефекта l больше, чем
кр
толщина стенки S элемента сосуда, в котором имеется дефект:
l > S.
кр
Критический размер дефекта рассчитывается по формуле:
2
K
1с
l = --------,
кр 2
M сигма
1
где:
К - критический коэффициент интенсивности напряжений в
1с
материале сосуда;
М - параметр, зависящий от конструкции сосуда, формы трещины и
напряженного состояния;
сигма - максимальное напряжение в зоне дефекта.
1
Параметр M определяется по справочной литературе.
Условие трещиностойкости по критерию "течь перед разрушением"
может быть записано в следующем виде:
l >= S n ,
кр e
где n - коэффициент запаса по критическому размеру дефекта.
e
Учитывая, что коэффициент запаса прочности по коэффициенту
интенсивности напряжений равен 2, значение коэффициента n следует
e
принимать: n = 4.
e
Если снижение температуры по сравнению с требованиями Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 10-115-96), не более 20 °C, то проверку на хрупкое разрушение можно провести на основании выполнения расчетов на прочность при пониженных допускаемых напряжениях. При толщине стенки меньше 36 мм и проведении термообработки сосуда допускаемое напряжение, определяемое по ГОСТ 14249-89, должно быть понижено в 1,35 раза. При отсутствии термообработки допускаемое напряжение снижается в 2,85 раза.
Для третьего случая, рассмотренного в п. 6.5.1, когда в процессе дефектоскопии обнаружены недопустимые один или несколько дефектов, расчет проводится для трещиноподобного дефекта. Размеры дефекта и его глубина залегания определяются по результатам дефектоскопии. Учитывая, что коэффициент интенсивности напряжений зависит от размеров дефекта и величины напряжений, в расчете (при наличии нескольких дефектов) рассматривается наихудшее их сочетание и определяется максимальная возможная интенсивность напряжений.
Для четвертого случая, рассмотренного в п. 6.5.1, когда в процессе дефектоскопии обнаружены отдельные трещины, расчет коэффициента интенсивности напряжений проводится для фактических размеров трещины, обнаруженной в сосуде.
Допускаемый коэффициент интенсивности напряжений определяется по формуле:
K
1кр
[K ] = ----,
1 n
к
где:
K - критический коэффициент интенсивности напряжений;
1кр
n - коэффициент запаса прочности по трещиностойкости. Для
к
рабочих условий n = 2; для условий испытаний n = 1,5.
к к
Критический коэффициент интенсивности напряжений может определяться на основании результатов испытания материала на хрупкое разрушение в соответствии с требованиями ГОСТ 25.506-85 [22] для рабочих условий эксплуатации или условий испытаний. Если проведение таких испытаний невозможно, то значение допускаемого коэффициента интенсивности напряжений рекомендуется определять по ПНАЭ Г-7-002-86. При определении допускаемого коэффициента интенсивности напряжений по ПНАЭ Г-7-002-86 за критическую температуру хрупкости материала следует принимать минимальную температуру применения сталей, предусмотренную Правилами проектирования, изготовления и приемки сосудов и аппаратов стальных сварных (ПБ 03-384-00) и ОСТ 24.201.03-90 "Сосуды и аппараты стальные высокого давления. Общие технические требования".
6.5.3. Определение остаточного ресурса.
Остаточный ресурс определяется в зависимости от
первоначального расчетного срока T , от объема контроля при
нр
техническом диагностировании и от вероятности хрупкого разрушения
сосуда.
Остаточный ресурс определяется по формуле:
T = b T ,
хр нр
где:
T - расчетный срок службы сосуда. Если в паспорте сосуда
нр
срок не указан, то принимается 20 лет;
b - коэффициент, определяемый по рис. 6.1 <*> в зависимости от
объема контроля V при техническом диагностировании.
к
--------------------------------
<*> Здесь и далее рисунки не приводятся.
Для первого, второго и четвертого случаев п. 6.5.1 коэффициент b определяется по кривой I рис. 6.1 . Для третьего случая п. 6.5.1 - по кривой II.