КОНТРОЛЬ НАПРЯЖЕННОГО СОСТЯНИЯ СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ
ИНДИКАТОРАМИ МЕХАНИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ИН-01М И ИН-02

 

Стальные резервуары и сосуды промышленного назначения (рис.1) имеют большую площадь поверхности и подвержены воздействию множества факторов, формирующих сложное двухосное (плоское) напряженное состояние металла. При контроле плоского напряженного состояния металла с помощью традиционных магнитных и акустических методов требуется проведение большого объема измерений, на основе которых в каждой контролируемой точке рассчитываются направления действия главных напряжений, их числовые значения и т. д. Производительность данных методов контроля напряженного состояния металла невысокая, поэтому в настоящее время их применение ограничивается, в основном, лабораторными исследованиями.

Рис.1. Стальной резервуар для хранения газового конденсата

 

Основными задачами контроля напряженного состояния металла является определение прочности металлоконструкции и оценка ее остаточного ресурса. Существует 4 теории расчета прочности и остаточного ресурса сложных металлоконструкций, основанные на различных фундаментальных критериях. Каждая из этих методик применима лишь для определенного типа стальных изделий, однако все они сходятся в том, что оценка их прочности должна производиться по величине эффективного механического напряжения металла, которое определяется на основе компонентов главных механических напряжений и коэффициентов Пуассона, как показано здесь.

В результате экспериментальных исследований, проведенных в сотрудничестве с Уфимским Государственным Нефтяным Техническим Университетом над образцами стальных сосудов, работающих под давлением (рис.2, 3) было установлено, что показания индикаторов ИН-01м и ИН-02 соответствуют эффективному значению механического напряжения металла. На практике это означает, что оценку прочности и остаточного ресурса металлоконструкций можно проводить непосредственно по показаниям индикаторов.

 

Рис.2. Лабораторная установка для экспериментального исследования напряженного состояния металла стальных сосудов под давлением

1 – масляный насос, 2 – манометр, 3 – испытуемый сосуд

 

   

Рис.3. Изменение напряженного состояния металла тонкостенного стального сосуда, измеренное индикатором механического напряжения ИН-02 при повышении внутреннего давления от 0 до 5 МПа

 

Рассмотрим напряженное состояние металла обечайки конденсатосборника, показанного на рис.1 (материал – сталь 09Г2С). Данный объект подвергался длительному воздействию открытого пламени в результате произошедшего пожара.

Для принятия решения о возможности дальнейшей эксплуатации конденсатосборника требовалось проведение контроля напряженного состояния его металла, который был осуществлен с помощью индикаторов механического напряжения металла в 2 этапа:

1. Экспресс-контроль 100% поверхности обечайки конденсатосборника индикатором ИН-02 сканирующего типа (рис.4) с целью выявления локальных областей с повышенным напряженным состоянием металла и оценки характера распределения механического напряжения по площади обечайки;

Рис.4. Сканирование напряженного состояния обечайки конденсатосборника индикатором механического напряжения ИН-02

 

Рис.5. Исследование области с повышенным напряженным состоянием металла обечайки конденсатосборника индикатором механического напряжения ИН-01м

 

По результатам экспресс-контроля конденсатосборника индикатором механического напряжения ИН-02 было установлено, что распределение напряженого состояния металла имеет крайне неравномерный характер и были выявлены локальные области повышенного напряженного состяния металла, в которых наблюдались максимальные скачки показаний индикатора.

2. Исследование выявленных областей с повышенным напряженным состоянием металла индикатором механического напряжения ИН-01м с целью количественной оценки прочности обечайки конденсатосборника (рис.5).

Рис.6. Напряженное состояние 3 и 4 листов обечайки конденсатосборника

 

Согласно показаниям индикатора ИН-01м эффективное напряжение в выявленных областях повышенного напряженного состояния металла превышает предел текучести стали 09Г2С на 9…32%  (рис.6), что соответствует пластическому состоянию металла, близкому к разрушению, поэтому обследованный конденсатосборник был признан непригодным для дальнейшей эксплуатации.