Ochrana vysokotlakých potrubí dálkovodů s vadami využitím objímek

Techniky a technológie

SLOVGAS❙august 2014

Ochrana vysokotlakých potrubí dálkovodů s vadami využitím objímek Václav LINHART, Adrián GONDA, Romana PAVELKOVÁ Ke zvýšení bezpečnosti vysokotlakých potrubí plynovodů a produktovodů, na kterých byly zjištěny vady typu zeslabení stěny, na příklad účinky koroze, se často používají ochranné objímky. Dříve se používaly zejména objímky ocelové, v současné době častěji objímky z polymerních kompozitních materiálů, označované podle výrobce „clock spring“ (dále jen CS). Přesto, že jsou zkušenosti s objímkami CS všeobecně velice dobré, vyskytují se v odborné veřejnosti někdy pochybnosti o jejich skutečném příznivém účinku [1]. Vyplývají především z nižší tuhosti polymerní objímky v porovnání s objímkou ocelovou, která je dána nižším modulem pružnosti kompozitu. V několika našich pracích [2] až [5], jsme se zabývali porovnáním únosnosti a spolehlivosti potrubních těles s vadami, chráněnými objímkami CS i ocelovými, pevnostními tlakovými zkouškami. Zajímala nás skutečná míra jejich příznivého účinku a také závislost na tuhosti objímky, dané modulem pružnosti základního materiálu a také tloušťkou stěny objímky.

Podmínky namáhání na trubce s objímkou Objímky ocelové i polymerní se na potrubí obvykle připojují při tlaku sníženém proti tlaku provoznímu. Po následném zvýšení tlaku na tlak provozní o ∆p1, působí ve stykové ploše objímky a trubky tlakové předpětí ∆p2, které je vyvoláno deformací vnitřní trubky. Toto tlakové předpětí působí příznivě, poněvadž snižuje namáhání na vnitřní natlakované trubce s vadami. Při výpočtu tohoto tlakového předpětí ∆p2 uvažujme trubku s objímkou jako dvě trubky do sebe zasunuté, bez vůle. Zatím nebudeme přihlížet k přídavnému účinku pevnostní vazby mezi trubkou a objímkou, které u objímek CS tvoří polymerní pojivo. Výpočtový postup ke stanovení tlakového předpětí, podrobněji rozvedený v [6], vychází z podmínky, že ve stykové ploše mezi objímkou a trubkou po natlakování musí být radiální posuv na vnějším průměru vnitřní trubky, označme jej 𝛹V, a radiální posuv na vnitřním povrchu objímky, ten označme 𝛹2, stejný. Čili platí (1)

přitom radiální posuv na vnitřní trubce (2)

kde 𝛹1 - posuv vyvolaný nárůstem tlaku o ∆p1, 𝛹1* - posuv vyvolaný tlakovým předpětím ∆p2.

Po dosazení do (2) vztahů pro deformace, a po úpravě, dostáváme podle [6] pro tlakové předpětí mezi objímkou a trubkou závislost (3)

kde ∆p1 , ∆p2 - tlaky [MPa], t1 - tloušťka stěny trubky [mm], D1 - vnější průměr trubky [mm], k - poměr modulů pružnosti objímky a trubky E2/E1, m - poměr tlouštěk stěn objímky a trubky t2/t1. Grafické znázornění vztahu (3) pro potrubní tělesa zařazená do našeho experimentálního programu je na obr. 1. Jedná se o trubky DN300, DN500 a DN800. Základní rozměry těchto trubek použité při vyhodnocení vztahu (3), t.j. D1, t1 jsou uvedeny v tabulce v obr. 1 a podrobněji v dalším textu. Grafy vyjadřují jednak závislost poměru ∆p2/∆p1 na poměru modulů pružnosti objímky a trubky, tj. na hodnotě k - červené křivky, a jednak na poměru tlouštěk stěn objímky a trubky, tj. na hodnotě m - zelené křivky. K upřesnění uveďme, že pro objímku CS je v dalším uvažována hodnota E2 = 0,8.105 MPa. Tuto hodnotu jsme stanovili tahovými zkouškami na tyčích odebraných z desky vyrobené stejnou technologií jako objímky CS. Pak pro tyto objímky platí hodnota k = 0,385. Pro ocelovou objímku, kde E2 = E1 je k = 1. Z grafů vyplývá významný rozdíl v hodnotách ∆p2/∆p1, to je podpůrného účinku, pro objímku CS a pro objímku ocelovou. Ve skutečnosti, při běžném provedení, bývá u ocelové objímky vyplněn prostor mezi stěnou objímky 29



a trubkou směsí epoxidové pryskyřice a skleněných kuliček. V takovém případě není pak rozdíl v hodnotách ∆p2/∆p1 u obou typů objímek tak výrazný jako u ocelové objímky bez výplně. Ze vztahu (3) také vyplývá, že podpůrný účinek objímky, charakterizovaný hodnotou tlaku ∆p2 je pro danou trubku přímo úměrný hodnotě změny tlaku ∆p1, tj. rozdílu tlaku v trubce při připojování objímky a tlaku v trubce za provozu. Z toho vyplývá velký význam snížení tlaku v potrubí při instalaci objímky.

0,7

Tlakové zkoušky potrubních těles s objímkami O skutečné úrovni podpůrného účinku objímek a o jejich pevnostní spolehlivosti, poskytly potřebné podklady tlakové zkoušky potrubních těles v SVÚM a.s., kompletovaných z trubek s vadami s větším zeslabením stěn, a s připojenými objímkami. Byly odebrány z plynovodů, resp. z produktovodu, po delší době provozu (více než 10 let). Potrubní tlaková tělesa připravená u nás ke zkouškám byla vždy vybavena tenzometry ke sledování deformací v průběhu tlakování. Byly připojeny jednak na volné trubce mimo objímku i při objímce, a pak také na objímce.

0,6

0,5

∆p2 /∆p1 0,4

k = E2 /E1 (329 mm; 7,1 mm) k = E2 /E1 (531 mm; 8 mm) k = E2 /E1 (820 mm; 11 mm)

0,3

m = t2 /t1 (329 mm; 7,1 mm) m = t2 /t1 (531 mm; 8 mm)

0,2

m = t2 /t1 (820 mm; 11 mm)

0,1 0,2

0,5

30

0,3

1,0

0,4

0,5

1,5

0,6 k = E 2 /E 1 2,0

m = t 2 /t 1

0,7

2,5

0,8

3,0

0,9

3,5

1,0

4,0

obr. 1

Vliv modulu pružnosti a tloušťky stěny objímky na ∆p2 u trubek v programu

obr. 2

Dlouhá vybroušená metalurgická vada, přeložka, pod objímkou na trubce DN500

obr. 3

Schéma potrubního tělesa DN500 s připojenými tenzometry

Tlakování potrubního tělesa DN500 s objímkou CS Jednalo se o bezešvou trubku, válcovanou za tepla, D1 = 531mm, t1 = 8 mm, z oceli ČSN 13 030.0, s mezí Rt 0,5 = 348 MPa, s pevností Rm = 482 MPa. Na vnějším povrchu trubky byla z výroby dlou há metalurgická vada, pře ložka, dodatečně vybrou šená, o délce 1 940 mm a o hloubce až 2,9 mm, obr. 2. Zbylá tloušťka stěny byla pak v některých místech jen 5,1 mm, tj. 64% tloušťky původní. K trubce byl připojen řetě zec navazujících objímek CS o celkové délce 2 000 mm, o vnějším Ø561 mm a s tloušť kou stěny t2 = 15 mm. Kompletované potrubní těleso s připojenými tenzometry je na obr. 3. Potrubní těleso bylo nejdříve tlakováno na pro vozní tlak 6,3 MPa. Následovalo tlakování do 8 MPa, pak cyklické tlakování do 8 MPa, 250 cyklů s půlhodinovými prodlevami na tlaku. Tento režim tlakování, do 8 MPa, byl zvolen z důvodu eventuálního využití plynovodu pro úče


2000 T. č. 1 pod. T. č. 2 obv. T. č. 3 obv. T. č. 3 pod. T. č. 5 obv. T. č. 6 obv. T. č. 7 pod. T. č. 8 obv. T. č. 9 obv. T. č. 10 pod. T. č. 11 obv. T. č. 12 obv.

Deformace [mm/m]

1000

800

600

400

TMO

O

200

0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

-200 Tlak [MPa]

obr. 4

TMO - na trubce mimo objímku, O - na objímce


Mimořádný ochranný účinek objímek potvrdily uskutečněné tlakové zkoušky těles s rozměrnými vadami do porušení.

Rozložení deformací na trubce a na objímce tělesa DN500 při tlakování do 8 MPa

ly skladování plynu [2]. Pak následovalo tlakování až do vzniku prvých plastických deformací na volné trubce, mimo objímku. Cílem bylo ověřit spolehlivost příznivého účinku objímek i v těchto extrémních podmínkách namáhání. Po každém natlakování následovalo vždy úplné odtlakování. V každé etapě tlakování se uskutečnila tenzometrická měření s ukládáním dat do počítače. Základní poznatky o vlivu objímky na deformace na volné trubce a na trubce pod objímkou se v jednotlivých etapách tlakování opakovaly. V dalším jsou proto uvedeny jako příklad jen výsledky u některých z nich. Totéž platí i u dalších tlakových těles uvedených v příspěvku. Tlakování potrubního tělesa DN500 do 8 MPa Při výpočtu namáhání na trubce pod objímkou využijme dříve uvedené poznatky z rozboru podpůrného vlivu tlakových napětí od objímky CS. Přitom předpokládejme, že objímka byla připojena na trubku při tlaku sníženém proti tlaku provoznímu na cca 30%. Obvodové napětí na volné trubce mimo objímku (4)

Obvodové napětí na trubce pod objímkou je dle obr. 1 ∆p2 = 0,397.∆p1; ∆p1 = (8 - 0,3.6,3) = 6,1 MPa; ∆p2 = (0,397.6,1) = 2,4 MPa, pak (5)

Z porovnání hodnot ve (4) a (5) je zřejmé, že podle tohoto výpočtu je obvodové napětí na trubce pod objímkou významně nižší nežli na volné trubce mimo objímku. Výsledky tenzometrických měření deformací Naměřené průběhy deformací při tlakování do 8 MPa na všech tenzometrech jsou na obr. 4. Pro větší přehlednost jsou v grafu zvlášť vyznačeny oblasti obvodových deformací (celkové deformace) na trubce, a to mimo objímku a při objímce (označeno TMO), a dále obvodové deformace na objímce (O). Z grafů je patrný výrazný rozdíl obvodových deformací v obou porovnávaných oblastech. Na stěně trubky mimo objímku byly při natlakování na 8 MPa naměřeny deformace εobv = 920 až 960 μm/m, na objímce jen 200 až 220 μm/m. Pokud uvažujeme na objímce membránovou napjatost, pak bude stejná úroveň deformací i na vnitřním povrchu objímky a také na trubce pod objímkou. Těmto deformacím odpovídá na trubce obvodové napětí jen 42 MPa. To je hodnota podstatně nižší, nežli při uvažování jen podpůrného účinku tlakového předpětí od objímky. To znamená, že příznivý účinek objímky není dán jen tímto předpětím. Zřejmě významně spolupůsobí i pevnostní vazba mezi objímkou a trubkou, kterou vytváří vytvrzené dvousložkové polymerní pojivo v tomto spoji. Pro dosažení tohoto významného účinku je ovšem nutné, aby provedení tohoto spoje bylo kvalitní, a aby při tlakovém namáhání nedošlo k porušení této vazby. Pro kontrolu stavu ve spoji objímky a trubky při tlakování byl proto před našimi tlakovými zkouškami nanesen v těchto místech indikační křehký barevný nátěr se sádrou. Podle provedené kontroly nedošlo při zařazených stupních tlakování, ani při cyklování do 8 MPa, v této vrstvě ke vzniku trhlinek a k odtržení. 31



Tlakování potrubního tělesa DN500 do vzniku plastických deformací na trubce (do 9,8 MPa ) Tlakování v tomto případě pokračovalo až do vzniku prvých plastických deformací na trubce mimo objímku, monitorovaných na tenzometrech. Úroveň obvodových napětí na trubce pod objímkou stanovíme stejným postupem jako při předchozí etapě tlakování: obvodové napětí na trubce mimo objímku

Obvodové napětí na trubce pod objímkou po účinku tlakového předpětí (7)

(6)

2000 T. č. 1 pod. T. č. 2 obv. T. č. 3 obv. T. č. 4 pod. T. č. 5 obv. T. č. 6 obv. T. č. 7 pod. T. č. 8 obv. T. č. 9 obv. T. č. 10 pod. T. č. 11 obv. T. č. 12 obv.

Deformace [mm/m]

1500

1000

500

0

0

2

4

6

-500

8

Příznivý vliv tlakových pnutí od objímky na snížení napětí na trubce pod objímkou je podle tohoto výsledku významný. Při tomto tlakování došlo na všech tenzometrech na trubce mimo objímku ke vzniku výrazných obvodových plastických deformací s hodnotou celkových deformací 3 000 až 14 000 μm/m, obr. 5. Celkové obvodové deformace εobv na objímce, a tudíž i na vnitřní trubce TMO pod objímkou, jsou na úrovni cca 290 μm/m. Těmto deformacím odpoví dá obvodové napětí na trubce pod objímkou cca 61 MPa, opět velice nízké. Proti hodnotě stanovené O v (7) je to opět hodnota daleko nižší, zřejmě ze 10 12 stejných důvodů, jak bylo uvedeno dříve.

Tlak [MPa] TMO - na trubce mimo objímku

32

O - na objímce

obr. 5

Detail rozložení deformací na trubce a na objímce tělesa DN500 při tlakování do 9,8 MPa

obr. 6

Řetězec vad od mikrobiální koroze na trubce DN800 pod širokou objímkou

obr. 7

Schéma potrubního tělesa DN800 s objímkami a s připojenými tenzometry

Tlakování potrubního tělesa DN800 s objímkou CS V tomto případě se jednalo o trubku svařovanou, s podélným svarem, Ø820x11 mm, z jemnozrnné oceli L415 podle ČSN EN10208-2. Podle výsledků zkoušek byla v obvodovém směru hodnota Rt 0,5 = 483 MPa, Rm = 635 MPa. Trubka byla opatřena páskovou izolací. Pod touto izolací došlo v provozu v některých místech ke shrnutí této izolace účinky zásypu, a ke vzniku korozních vad mikrobiálními účinky. Řetězce těchto vad dosa hovaly někdy délku až 760 mm, místy měly hloub ku až 4,2 mm, obr. 6. Zbylá


tloušťka stěny byla pak cca 6,8 mm (62%). V místech rozsáhlejšího napadení byly připojeny před více než 10 lety objímky, v daném případě objímky CS, Ø854 mm, s tloušťkou stěny cca 17 mm, různé celkové šířky. Schéma tlakového tělesa připraveného ke zkouškám je na obr. 7. Na trubce jsou připojeny ve dvou místech objímky CS, různé šířky. Z obr. 7 je patrné rozložení při pojených tenzometrů. Tlakové zkoušky na tomto tlakovém tělese probíhaly opět v několika stupních: do 6,3 MPa, do 8 MPa, do 9 MPa, cyklické tlakování do 9 MPa, 1 000 cyklů, tlakování do vzniku plastických deformací na volné trubce, a tlakování do porušení. Jak již bylo zmíněno, po tlakování vždy následovalo úplné odtlakování. V dalším uvádíme jen výsledky z některých těchto tlakových zkoušek. Tlakování potrubního tělesa DN800 do 8 MPa. Danému tlaku odpovídá na volné trubce obvodové napětí (8)

Při tenzometrických měřeních při natlakování na 8 MPa byly získány v kritických místech tělesa hodnoty obvodových deformací εobv (celkové deformace) uvedené v tab. 1. tab. 1

Objímka

U CS objímky úzké se podle tab. 1 rovná snížení obvodových deformací na trubce pod objímkou proti trubce mimo objímku 0,58násobku. Je ještě nižší, nežli u objímky široké, ale stále ještě příznivé. Důvodem celkově nižších hodnot příznivého účinku objímek CS u této trubky je mj., podle obr. 1, nižší úroveň tlakového předpětí dosažené při daných rozměrových podmínkách na trubce a na objímce, a také, relativně k průměru menší tloušťka objímky. K tomu je třeba uvést, že v práci [7] na trubce DN700 se vliv nedostatečné tloušťky některých objímek CS při vzniku plastické deformace na základní trubce projevil jejich porušením. U úzké objímky se pak vliv boulení na trubce po obou bocích objímky projeví navíc, ve středové oblasti objímky přídavným namáháním, a to na rozdíl od objímky široké. Nižší podpůrný vliv této užší objímky se také projevil vyššími hodnotami obvodových deformací na trubce při objímce, tab. 1. Tlakování potrubního tělesa DN800 do porušení Při tomto tlakování došlo k porušení potrubního tělesa při tlaku 17,56 MPa. Tomu odpovídá na volné trubce obvodové napětí σobv = 654,5 MPa, tj. vyšší než je mez pevnosti materiálu trubky - Rm = 635 MPa. K porušení došlo mimo oblast s vadami chráněnými objímkami obr. 8. Došlo k odtržení koncové části trubky se dnem.

Deformace při natlakování na 8 MPa

mimo objímku

Obvodové deformace εobv (celkové) [μm/m]

Místo na tělese

Trubka


1 300

při úzké objímce

1 050 až 1 120

při široké objímce

950

úzká objímka

750

široká objímka

420 až 500

Při přibližně lineárním průběhu deformačních závislostí na trubce i na objímkách na tlaku, můžeme za měřítko příznivého vlivu objímek pokládat poměr defor mací na objímkách a na trubce mimo objímky. Pokud opět uvažujeme na objímkách a na trubce podmínky membrá nové napjatosti, odpovídají deformace na objímkách hodnotám deformací na trubce pod objímkou. Celková obvodová deformace na široké CS objímce, tudíž i na trubce pod touto objímkou, podle tab. 1 činí jen 0,32 až 0,38násobek deformace na volné trubce. Přibližně v tomto poměru se na trubce pod objímkou snížilo také namáhání. I když tento příznivý účinek objímky není tak mimořádný, jak tomu bylo u trubky DN500 v předchozím programu, je stále ještě velice významný.

obr. 8

K porušení tlakového tělesa DN800 došlo mimo oblast s objímkami CS

Při tenzometrických měřeních byly při tomto tlakování v jednotlivých oblastech potrubního tělesa stanoveny hodnoty obvodových deformací εobv (celkové deformace) uvedené v tab. 2. Pokud, stejně jako dříve, budeme uvažovat rozsah obvodových deformací na trubce pod objímkami stejný 33


tab. 2


Deformace po tlakování do porušení

Místo na tělese mimo objímky Trubka

Objímka

Obvodové deformace εobv (celkové) [μm/m] 25 000 až 33 000

při úzké objímce

~8 500

při široké objímce

~8 200

úzká objímka

~2 500

široká objímka

~2 500

jako na objímkách, pak je zřejmé, že na trubce pod objím kami je úroveň deformací pod úrovní deformací na mezí Rt 0,5. Při Rt 0,5 dosahují celkové deformace hodnotu ε = 0,5%, tj. 5 000 μm/m. Ze zaznamenaných deformací vyplývá, že obvodové napětí na trubce je menší než Rt 0,5 (483 MPa). Podle porovnání tohoto napětí s hodnotou σobv = 654,5 MPa na volné trubce při porušení, je hodnota namáhání na trubce pod objímkami o víc než 30% nižší. Výsledek potvrzuje, že vysoký ochranný účinek objímek zůstává zachován dokonce i při namáhání na trubce rovném pevnosti základního materiálu. Tlakování potrubního tělesa DN300 s objímkou CS Trubka DN300 s vadami a s objímkou byla odebrána z produktovodu. Jednalo se o bezešvou trubku, válcovanou za tepla, Ø329x(6 až 7,5 mm), z potrubní oceli 11 353.0 dle ČSN, s mezí Rt 0,5 = 348 MPa, a s Rm = 482 MPa. Na vnějším povrchu trubky byla podle vnitřní inspekce zjištěna rozsáhlá korozní vada o rozměrech 425x100 mm, s max. hloubkou až 5 mm, se zeslabením stěny až na 2,4 mm, to je na 32%, obr. 9. V místě této vady byly tehdy k trubce připojeny dvě sousedící objímky, s vnějším Ø353 m, s tloušťkou stěny 14 až 15 mm, o celkové šířce cca 615 mm. Na kompletované potrubní těleso o celkové délce cca 3 050 mm byly na protilehlých stranách přes průměr připojeny tenzometry, podle obr. 10, a to na volné trubce mimo objímku, dále z obou stran při objímce, a na povrchu objímky. Na straně, v místech s korozním zeslabením, byla na objímkách vytvořena okénka, a i tam byly připojeny tenzometry, viz obr. 10. Okénka umožňovala posoudit dosah ochranného účinku objímky v těchto zvláštních podmínkách. Tlakování potrubního tělesa DN300 do vzniku plastické deformace na trubce (do 13,46 MPa) Podle monitorování na tenzometrech došlo při tlakování do 13,46 MPa ke vzniku plastické deformace na volné trubce, ale také v perforačních okéncích v objímce. Podle tenzometrických měření došlo na objímce v místech zeslabení korozní vadou a okének k částečnému vyboulení, které se projevilo nerovnoměrným rozložením deformací po jejím obvodě. Hlavní výsledky získané při měření deformací při tomto tlakování jsou uvedeny v přehledové tab. 3. 34

obr. 9

Rozměrná plošná korozní vada na trubce DN300

obr. 10a Část trubky z oblasti s korozní vadou (tenzometry č. 1 až 10)

obr. 10b Část trubky protilehlá k oblasti s korozní vadou (tenzometry č. 11 až 26) tab. 3

Deformace při natlakování na 13,46 MPa

mimo objímku


při objímce

1 000 až 2 500

při okéncích

590 až 650

v okéncích

3 000 až 3 800

na objímce

-150 až -170

při okéncích

600 až 1 400

Místo na tělese Trubka strana bez okének Trubka strana s okénky Objímka strana bez okének Objímka strana s okénky

800 až 1 060


Uskutečněné tlakové zkoušky na tělesech s výrazným zeslabením stěny vadami prokázaly vysoký a spolehlivý ochranný účinek objímek „clock spring“. Podle těchto výsledků na trubce při obou stranách objímky jsou naměřené deformace dokonce vyšší nežli na volné trubce. Je to z důvodu boulení, ke kterému v těchto místech při plastické deformaci na trubce dochází. Jak již bylo uvedeno, při natlakování došlo po obvodě objímky k nerovnoměrné deformaci. Rozdíl deformací na trubce a na objímce je však ve sledovaných místech přesto značný. Na straně bez okének 1 000 až 2 500 μm/m na trubce, na objímce jen -150 až -170 μm/m. Odlehčovací účinek objímky je pak i zde mimořádný. Podpůrný vliv objímky se projevil i na straně s okénky. Přesto, že v okéncích vznikly na trubce výrazné deformace, 3 000 až 3 800 μm/m, a to deformace plastické, je úroveň deformací na objímce na můstcích v sousedství okének citelně nižší, 600 až 1 400 μm/m. Tlakování potrubního tělesa DN300 do porušení. K porušení trubky došlo při tlaku 22,9 MPa, mimo objímku. Tomuto tlaku odpovídá obvodové napětí σobv = 530,6 MPa. To je napětí vyšší nežli je mez pevnosti základního materiálu, Rm = 482 MPa. Rozsah obvodových celkových deformací naměřených těsně před porušením je uveden v tab. 4. Na trubce dosahovaly celkové deformace hodnoty 10 500 až 21 560 μm/m, tj. 1,05 až 2,16%. Šlo o vysoké deformace plastické. Na objímce, a tudíž i na trubce pod objímkou dosahovaly obvodové celkové deformace hodnoty 2 000 až 3 700 μm/m (0,2 až 0,37%). To znamená, že v těchto podmínkách dosáhlo namáhání na trubce pod objímkou jen hodnotu pod mezi Rt 0,5, tj. 304 MPa. V porovnání s namáháním na trubce tj. σobv = 530,6 MPa je to hodnota o více než 43% nižší. Znamená to, že i v těchto tab. 4

Deformace těsně před porušením Místo na tělese


Trubka - strana bez okének i s okénky

při objímce

Objímka - strana bez okének

na objímce

1 810 až 1 970

Objímka - strana s okénky

při okéncích

2 200 až 3 700

10 500 až 21 560


obr. 11 K porušení trubky DN300 při tlakové zkoušce došlo mimo objímku. Porušení boků objímky CS účinkem plastického vyboulení na trubce

obr. 12 Plastické vyboulení na trubce po obou stranách objímky podmínkách byl příznivý vliv objímky stále ještě významný. Snímky porušeného tlakového tělesa jsou na obr. 11 a 12. K porušení tlakového tělesa došlo mimo objímku, a to přes značné zeslabení stěny trubky korozí pod objímkou. Již to svědčí o jejím mimořádně vysokém podpůrném vlivu. K poruše nedošlo na objímce, ani v místech perforací s okénky. Dosažená hodnota obvodového napětí při roztržení tělesa je vyšší než pevnost základního materiálu, přesto, že jde o těleso s rozsáhlou vadou. Plastické vyboulení trubky na obou stranách objímky a omezená deformace v místech objímky potvrzují rovněž její mimořádně příznivý vliv. Na objímce nedošlo k roztržení, ale jen k částečné delaminaci na jejích bocích z důvodu přídavného ohybového namáhání od boulení základní trubky.

Závěrečný souhrn výsledků Příspěvek hodnotí ochranný vliv objímek, zejména objímek „clock spring“ na únosnost trubek se stěnami zeslabenými vadami, a to na základě rozboru jejich účinku a na základě výsledků pevnostních tlakových zkoušek na potrubních tělesech DN500, DN800 a DN300. • Rozbor podmínek namáhání na trubce s objímkou prokázal významný vliv modulu pružnosti materiálu objímky a tloušťky její stěny na příznivý účinek objímky (∆p2). 35



• Rozbor také poukázal na velký význam snížení tlaku v potrubí při připojování objímek (∆p1) na jejich příznivý účinek. •Z hodnocení vyplývá vliv těchto faktorů u objímek ocelových i u objímek CS z polymerních kompozitů. •U skutečněné tlakové zkoušky na tělesech s výrazným zeslabením stěny vadami prokázaly vysoký a spolehlivý ochranný účinek objímek CS. Potvrdily významné omezení deformací a namáhání na objímkách a na trubce s vadami pod objímkou, proti trubce mimo objímku, a to i v podmínkách mimořádných, kdy na trubce mimo objímku došlo ke vzniku plastických deformací. • Poznatky z tlakových zkoušek prokázaly, že k vysokému kladnému účinku objímek CS významně přispívá, vedle tlakového namáhání ve styku trubky a objímky, také pevnostní vazba v tomto styku, zajištěná vytvrzeným polymerním pojivem. • Mimořádný ochranný účinek objímek potvrdily uskutečněné tlakové zkoušky těles s rozměrnými vadami do porušení. K porušení u trubek DN800 a DN300 došlo mimo oblast vad a připojení objímek, při namáhání, které odpovídalo pevnosti základní trubky bez poškození. Lektor: Ing. Anton Zelenaj, PhD., Eustream Literatura [1] B RUCE, W.-A.: Advantiges of Steel Sleeves over Composite Materials for Pipeline Repair. Proceedings of Conference „Evaluation, Rehabilation & Repair of Pipelines. October 2010, Berlin [2] Č IPERA, M., PAVELKOVÁ, R., LINHART, V.: Verification of loading capacity of a gas pipeline with defects and sleeves. Proceedings of 6. International Pipeline Technology Conference, October 2013, Ostend, Belgium [3] L INHART, V.: Únosnost trubky DN800 (N2) s vadami a s objímkami CS při vyšších skladovacích tlacích. Výzk. zpráva SVÚM č. 1330 030-1N2, březen, 2014 [4] L INHART, V.: Únosnost trubky DN800 (N1) s vadami a s ocelovými objímkami při vyšších tlacích nežli odpovídá běžnému provozu. Výzk. zpráva SVÚM č. 1330 030-N2, březen 2014 [5] L INHART, V., ČIPERA, M., GONDA, A.: Pevnostní tlakové zkoušky na trubce DN300 s objímkami CS. Výzk. zpráva SVÚM, č. 1330 240, r. 2013 [6] L INHART, V., PAVELKOVÁ, R.: K ochrannému účinku objímek na únosnost vysokotlakých potrubí. Plyn, 2014, XCIV, č. 4, str. 81-89 [7] L INHART, V., PAVELKOVÁ, R., SIGMUNDOVÁ, J., HERMAN, V.: Hodnocení účinku vad v montážních obvodových svarech na únosnost potrubí. Slovgas, 2006, červen, str. 17-21 36

Ing. Václav Linhart, CSc. (1927) Vystudoval Strojní fakultu ČTVU Praha, kde získal i titul kandidáta technických věd. Od roku 1951 pracuje ve Státním výzkumném ústavu materiálu, nyní SVÚM a.s. V současné době zde pracuje jako vědecky pracovník v materiálově pevnostní oblasti strojů a dálkovodních potrubních sítí. [email protected] Ing. Adrián Gonda (1989) Je absolventem VŠCHT v Praze, kde v roce 2014 získal inženýrsky titul v oboru chemie materiálů a materiálové inženýrství. Už během studií absolvoval stáž v ÚJV ŘEŽ, a.s. a na AGH University of Science and Technology v Krakově. V období říjen 2013 až červen 2014 zastával pozici výzkumného pracovníka na SVÚM a.s. v Praze. Od července 2014 pracuje v AERO Vodochody AEROSPACE a.s. jako technolog oddělení tepelného zpracování. [email protected] Ing. Romana Pavelková (1969) Vystudovala ČVUT v Praze, obor materiálové inženýrství. Do roku 1995 působila v SVÚM a.s. v oblasti materiálových analýz pro oblast jaderné energetiky, plynárenského průmyslu a biomateriálů pro medicínu. Od roku 1995 pracuje v Transgasu, dnes NET4GAS, s.r.o., kde od roku 2011 zastává pozici senior manažer, technická podpora. [email protected]

Ochrana vysokotlakých potrubí dálkovodů s vadami využitím objímek

Recommend Documents