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
SLOVGAS❙august 2014
Techniky a technológie
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
Techniky a technológie
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
SLOVGAS❙august 2014
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
SLOVGAS❙august 2014
Techniky a technológie
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
Techniky a technológie
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
SLOVGAS❙august 2014
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
SLOVGAS❙august 2014
tab. 2
Techniky a technológie
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
Obvodové deformace εobv
(celkové) [μm/m]
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
Techniky a technológie
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
Obvodové deformace εobv
(celkové) [μm/m]
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
SLOVGAS❙august 2014
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
SLOVGAS❙august 2014
Techniky a technológie
• 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]