CC BY
24
УДК 539.42
И. Е. Харламов, С. И. Валеев, Ф. Р. Зайнуллин, В. А. Булкин
ИССЛЕДОВАНИЕ РАССЛОЕНИЙ РАЗЛИЧНОЙ ФОРМЫ И ОРИЕНТАЦИИ В ОБЕЧАЙКЕ С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ ПАРАМЕТРОВ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ
Ключевые слова: расслоение, коэффициент интенсивности напряжений, обечайка.
Выполнен расчет напряженно-деформированного состояния и вычисление коэффициентов интенсивности напряжений обечайки с расслоением различной формы и ориентации.
Keyword: bundle, shell stress intensity factor.
Calculations carried out of the stress deformation state ent forms and orientations of the bundles in the shells.
Основой безаварийной работы аппаратов является их систематическое обслуживание и ремонт, требования, к проведению которого закреплены в документе «Общие правила взрывобезопасно-сти для взрывопожарных химических и нефтеперерабатывающих производств» [1].
Согласно этим правилам каждый аппарат при выработке ресурса, заложенного проектной организацией и заводом изготовителем должен быть подвергнут обследованию с целью определения сроков его дальнейшей безопасной эксплуатации [2, 3, 4, 8].
Исследования показали что, каждый сотый сосуд и аппарат на период обследования имеет расслоение основного металла или сварного соединения [5].
Согласно [6] если в аппарате выявлен тре-щиноподобный дефект типа расслоения не зависимо от размера и расположения в металле, вопрос о возможности допуска к эксплуатации решается специа-лизированой организацией с учетом рекомендаций подраздела 6.5 документа [6]. Обычно эксплуатация такого оборудования разрешается в случае ремонта дефектного участка с применением сварки или периодического обследования дефектного участка не-разрушающими методами с целью контроля увеличения размеров расслоения, если размеры и расположение расслоения не позволяет произвести его ремонт. Проведение периодического контроля процесс дорогой и трудоемкий, особенно в случае невозможности вывода аппарата из технологического процесса.
При оценке безопасной эксплуатации элемента с расслоением необходимо, прежде всего, оценить возможность его хрупкого разрушения или сопротивление хрупкому разрушению.
Расслоение отличается от других дефектов этого типа (трещин нормального отрыва) своим особенным расположением в металле. Как правило, дефект располагается параллельно поверхности стенки элемента. Над силами нормального отрыва берегов расслоения значительно преобладают силы продольного и поперечного сдвига.
Для иллюстрации этого утверждения было произведено исследование конечноэлементной модели обечайки с расположенными в ней расслоениями различных размеров и ориентаций в толщине
and calculations of the shell stress intensity factor with differ-
стенки. Размеры обечайки и внутреннее давление постоянны.
Рис. 1 - Конечноэлементная модель обечайки с расслоением
Расчет напряженно-деформированного состояния и вычисление коэффициентов интенсивности напряжений выполнены методом конечных элементов с помощью программного комплекса А^У8 12.1. Рассмотрена модель половины обечайки с записью соответствующих граничных условий в плоскости симметрии. Для имитации реакции днищ к торцевым плоскостям прикладывались соответствующие растягивающие напряжения. Расслоения моделировались на разных глубинах залегания, разной величины, а так же при разных соотношениях длинны и ширины относительно оси обечайки. Расслоения моделировались параллельно поверхности обечайки. Не учитывалось влияние концентраторов напряжений (швов, штуцеров, опор и т.д.). Для создания правильной сетки в области фронта расслоения использовались 2-Б элементы со смещенными центральными узлами (с целью реализации функции формы с корневой особенностью) РЬА№Б82 и 3-Б элементы 80ЬГО186 с добавлением контактных элементов С0ЭТА174 и ТАЯвБ170.
Решалась нелинейная контактная статическая задача без учета пластических деформаций в зоне фронта трещины.
На рис. 2 приведены расчетные значения КИН К11, для 7 точек вдоль фронта круглого расслоения расположенных через каждые 30 град от 0
до 90 град относительно оси расслоения, проходящей по нормали к плоскости через его центр. Значения получены при различных длинах расслоения к длине обечайки для отношений длины от 1/100 до 14/100.
расположенных через каждые 30 град от 0 до 90 град относительно оси расслоения проходящей по нормали к плоскости через его центр. Значения получены при различных соотношениях осей расслоения (относительно оси обечайки) от 1/6 до 6/1.
0 20 40
Рис. 2 - Расчетные значения КИН К11 (коэффициентов интенсивности напряжения) для различных отношений длины расслоения к длине обечайки
Аналогично получены значения КИН К1 и КШ. Максимальных значений относительно других КИН достигают К11 (трещина продольного сдвига) в осевом сечении обечайки
Рис. 3 - Расчетные значения КИН XII (коэффициентов интенсивности напряжения) для различных глубин залегания расслоения
На рис. 3 приведены расчетные значения КИН К11, для 7 точек вдоль фронта круглого расслоения расположенных через каждые 30 град от 0 до 90 град относительно оси расслоения проходящей по нормали к плоскости через его центр. Значения получены при различных глубинах залегания для отношений глубины залегания к толщине стенки от 1/5 до 4/5.
Аналогично получены значения КИН К1 и КШ. Максимальных значений относительно других КИН достигают К11 (трещина продольного сдвига) расположенная ближе к внутренней стенке обечайки.
На рисунке 4 приведены расчетные значения КИН К11, для 7 точек вдоль фронта расслоения
Рис. 4 - Расчетные значения КИН XII (коэффициентов интенсивности напряжения) для различных соотношений осей расслоения
Аналогично получены значения КИН К1 и КШ. в кольцевом направлении. Максимальных значений относительно других КИН достигают К11 (трещина поперечного сдвига) ориентированная
Представленные результаты показывают, что при прочих равных условиях преобладают КИН II и III типа. Которые в свою очередь достигают максимальных значений для расслоений:
1. Ориентированных в кольцевом направлении
2. Расположенных ближе к внутренней стенке обечайки
Литература
Приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 11.03.2013 г. № 96 «Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств»
Федеральный закон от 21.07.1997 г. № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» с изменениями
Приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 14 ноября 2013 г. № 538 «Правила проведения экспертизы промышленной безопасности»
М.Х. Сабитов, С.И. Поникаров, С.И. Валеев Оценка ресурса безопасной эксплуатации газосепараторов с дефектами угловых сварных швов приварки штуцеров// Вестник Казанского Технологического университета. 2013.-№ 15-С. 118-120.
Ю.И. Шакирова, С.И. Валеев, В.А. Булкин Эксплуатация технических устройств (сосудов и аппаратов) с дефектами типа расслоение//Вестник Казанского Технологического университета. 2012.-№ 16-С. 157-158.
500000,0
6. РД 03-421-01 Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2002.
7. ПНАЭ Г-7-002-86 Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок МОСКВА ЭНЕРГОИЗДАТ, 1989.
8. Ларин А.А., Харламов И.Е., Валеев С.И., Булкин В.А., Поникаров С.И. Определение остаточного ресурса с учетом меняющейся структуры материала. депонированная рукопись, № 2083-В2004 30.12.2004.
© И. Е. Харламов - ассистент каф. МАХП, КНИТУ; С. И. Валеев - доцент каф. МАХП, КНИТУ; Ф. Р. Зайнуллин - к.т.н, гендиректор ЗАО «ИТЦ «Регионтехдиагностика»; В. А. Булкин - д.т.н., профессор каф. МАХП, КНИТУ.
© 1 Kharlamov - assistant, dep. machinery and equipment of chemical plants, KNRTU; S. Valeev - Candidate of Technical Sciences, associate Professor, dep. machinery and equipment of chemical plants, KNRTU; F. Zainullin - Candidate of Technical Sciences, Director general ZAO « ITC«Regiontehdiagnostika»; V. Biilkin - Doctor of Technical Sciences, Professor, dep. machinery and equipment of chemical plants, KNRTU.
