Badanie wpływu kompozytowych rękawów naprawczych na wytrzymałość i stan naprężenia–odkształcenia odcinka rurociągu

Abstract

Na Ukrainie do transportu ropy i gazu wykorzystuje się tysiące kilometrów rurociągów stalowych. Są one stale narażone na działanie środowiska, zewnętrznych krótko- i długoterminowych obciążeń przesyłanych produktów. Wszystko to powoduje uszkodzenia materiału rurociągów, co skutkuje m.in. ubytkiem metalu na powierzchni, pojawieniem się wgnieceń, rys czy zagłębień. Wady te mogą znacznie skrócić żywotność uszkodzonych odcinków, a w niektórych przypadkach prowadzić do wypadków wiążących się z utratą przesyłanego produktu i szkodami w środowisku. Aby temu zapobiec, w praktyce rozpowszechniły się różne metody naprawy rurociągów w miejscach uszkodzeń, w tym stosowanie specjalnych rękawów naprawczych na rurociągach. Te ostatnie są wykonane zarówno ze stali, jak i z materiałów polimerowych, mają różnorodną konstrukcję i złożoność. Naukowcy i inżynierowie koncentrują się na rozwoju złączy rurowych. Jednocześnie, jak wykazał przegląd osiągnięć naukowych w tej dziedzinie, wymagają one dodatkowej uwagi w zakresie badania stanu naprężenia–odkształcenia uszkodzonych odcinków rurociągów w miejscach montażu rękawów naprawczych. Artykuł poświęcony jest temu problemowi. W szczególności przeprowadzono badania eksperymentalne wytrzymałości rurociągu w dwóch przypadkach: 1) bez istniejących wad; 2) z wadą i rękawem naprawczym. Ponadto, korzystając z podobnych danych początkowych, wykonano obliczenia przy użyciu trójwymiarowego modelowania ciała stałego oraz metody elementów skończonych. W rezultacie ustalono wyraźną korelację między wynikami doświadczeń polowych a modelowaniem matematycznym. Może to wskazywać na możliwość wykorzystania tego ostatniego do celów praktycznych jako prostszej metody realizacji. Ustalono, że montaż rękawa zmniejsza poziom naprężeń normalnych w sąsiedztwie wady o co najmniej 16%, a poziom naprężeń lokalnych przed frontem wady – do 86%. Jednocześnie montaż rękawa naprawczego może zwiększyć naprężenia obok wady nawet o 50%. Należy to uwzględnić podczas wykonywania prac naprawczych.