О возможности перекрытия технологических трубопроводов АЭС намораживанием в них ледяных пробок
Рассмотрены задачи, решение которых необходимо для обоснования применимости метода локального замораживания технологической жидкости в трубопроводных системах АЭС при проведении гидроиспытаний или ремонтных работ. Представлены результаты определения давления льда на внутреннюю стенку трубопровода от...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Проблемы прочности |
|---|---|
| Дата: | 2001 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2001
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46724 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | О возможности перекрытия технологических трубопроводов АЭС намораживанием в них ледяных пробок / Э.В. Чечин // Проблемы прочности. — 2001. — № 6. — С. 129-137. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-46724 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Чечин, Э.В. 2013-07-06T09:47:01Z 2013-07-06T09:47:01Z 2001 О возможности перекрытия технологических трубопроводов АЭС намораживанием в них ледяных пробок / Э.В. Чечин // Проблемы прочности. — 2001. — № 6. — С. 129-137. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46724 539.4 Рассмотрены задачи, решение которых необходимо для обоснования применимости метода локального замораживания технологической жидкости в трубопроводных системах АЭС при проведении гидроиспытаний или ремонтных работ. Представлены результаты определения давления льда на внутреннюю стенку трубопровода от намороженной в нем ледяной пробки и оценено сопротивление ее смещению при нагружении трубопровода давлением жидкости. Предложена методика и описан экспериментальный стенд для определения влияния термоциклирования (293 ↔77 К) на механические характеристики материала элемента натурного трубопровода при многократном намораживании в нем ледяных пробок и последующем нагружении испытательным давлением в условиях, максимально приближенных к реальным. Розглянуто задачі, які необхідно вирішити для обгрунтування можливості застосування методу локального заморожування технологічної рідини в трубопровідних АЕС при проведенні гідровипробувань чи ремонтних робіт. Представлено результати визначення тиску льоду на внутрішню стінку трубопроводу від намороженої в ньому льодової пробки і оцінено опір пробки зміщенню її при навантаженні трубопроводу тиском рідини. Запропонована методика та представлено опис експериментального стенду для визначення впливу термоциклювання (293 ↔ 77 К) на механічні характеристики матеріалу елемента натурного трубопроводу при багаторазовому наморожуванні в ньому льодових пробок і наступному навантаженні випробувальним тиском за умов, що максимально наближенні до реальних. A problem whose solution is required for the justification of applicability of the method of local freezing of process liquid in pipeline systems of NPPs during hydrotesting or in the case of repairs was considered. Results of determining the pressure of ice frozen up in the pipelines on their inner walls are presented and the resistance of the frozen up ice to displacement was estimated under loading of the pipeline by pressure of liquid. A procedure was offered and an experimental bench for determining the temperature cycling effect (293 ↔ 77K) on mechanical characteristics of the material of an element of full-scale pipelines was described during multiple freezing-up of the pipeline and its subsequent loading by testing pressure under the conditions as close as possible to the actual ones. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Производственный раздел О возможности перекрытия технологических трубопроводов АЭС намораживанием в них ледяных пробок Possibility of Freezing up NPP Process Pipelines Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
О возможности перекрытия технологических трубопроводов АЭС намораживанием в них ледяных пробок |
| spellingShingle |
О возможности перекрытия технологических трубопроводов АЭС намораживанием в них ледяных пробок Чечин, Э.В. Производственный раздел |
| title_short |
О возможности перекрытия технологических трубопроводов АЭС намораживанием в них ледяных пробок |
| title_full |
О возможности перекрытия технологических трубопроводов АЭС намораживанием в них ледяных пробок |
| title_fullStr |
О возможности перекрытия технологических трубопроводов АЭС намораживанием в них ледяных пробок |
| title_full_unstemmed |
О возможности перекрытия технологических трубопроводов АЭС намораживанием в них ледяных пробок |
| title_sort |
о возможности перекрытия технологических трубопроводов аэс намораживанием в них ледяных пробок |
| author |
Чечин, Э.В. |
| author_facet |
Чечин, Э.В. |
| topic |
Производственный раздел |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| publishDate |
2001 |
| language |
Russian |
| container_title |
Проблемы прочности |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Possibility of Freezing up NPP Process Pipelines |
| description |
Рассмотрены задачи, решение которых необходимо для обоснования применимости метода локального замораживания технологической жидкости в трубопроводных системах АЭС при проведении гидроиспытаний или ремонтных работ. Представлены результаты определения давления льда на внутреннюю стенку трубопровода от намороженной в нем ледяной пробки и оценено сопротивление ее смещению при нагружении трубопровода давлением жидкости. Предложена методика и описан экспериментальный стенд для определения влияния термоциклирования (293 ↔77 К) на механические характеристики материала элемента натурного трубопровода при многократном намораживании в нем ледяных пробок и последующем нагружении испытательным давлением в условиях, максимально приближенных к реальным.
Розглянуто задачі, які необхідно вирішити для обгрунтування можливості застосування методу локального заморожування технологічної рідини в трубопровідних АЕС при проведенні гідровипробувань чи ремонтних робіт. Представлено результати визначення тиску льоду на внутрішню стінку трубопроводу від намороженої в ньому льодової пробки і оцінено опір пробки зміщенню її при навантаженні трубопроводу тиском рідини. Запропонована методика та представлено опис експериментального стенду для визначення впливу термоциклювання (293 ↔ 77 К) на механічні характеристики матеріалу елемента натурного трубопроводу при багаторазовому наморожуванні в ньому льодових пробок і наступному навантаженні випробувальним тиском за умов, що максимально наближенні до реальних.
A problem whose solution is required for the justification of applicability of the method of local freezing of process liquid in pipeline systems of NPPs during hydrotesting or in the case of repairs was considered. Results of determining the pressure of ice frozen up in the pipelines on their inner walls are presented and the resistance of the frozen up ice to displacement was estimated under loading of the pipeline by pressure of liquid. A procedure was offered and an experimental bench for determining the temperature cycling effect (293 ↔ 77K) on mechanical characteristics of the material of an element of full-scale pipelines was described during multiple freezing-up of the pipeline and its subsequent loading by testing pressure under the conditions as close as possible to the actual ones.
|
| issn |
0556-171X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46724 |
| citation_txt |
О возможности перекрытия технологических трубопроводов АЭС намораживанием в них ледяных пробок / Э.В. Чечин // Проблемы прочности. — 2001. — № 6. — С. 129-137. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT čečinév ovozmožnostiperekrytiâtehnologičeskihtruboprovodovaésnamoraživaniemvnihledânyhprobok AT čečinév possibilityoffreezingupnppprocesspipelines |
| first_indexed |
2025-11-25T23:24:45Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:24:45Z |
| _version_ |
1850579926016589824 |
| fulltext |
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ
РАЗДЕЛ
УДК 539.4
О возможности перекрытия технологических трубопроводов АЭС
намораживанием в них ледяных пробок
Э. В. Чечин
Институт проблем прочности НАН Украины, Киев, Украина
Рассмотрены задачи, решение которых необходимо для обоснования применимости метода
локального замораживания технологической жидкости в трубопроводных системах АЭС
при проведении гидроиспытаний или ремонтных работ. Представлены результаты опреде
ления давления льда на внутреннюю стенку трубопровода от намороженной в нем ледяной
пробки и оценено сопротивление ее смещению при нагружении трубопровода давлением
жидкости. Предложена методика и описан экспериментальный стенд для определения
влияния термоциклирования (293 о 77 К) на механические характеристики материала эле
мента натурного трубопровода при многократном намораживании в нем ледяных пробок и
последующем нагружении испытательным давлением в условиях, максимально приближен
ных к реальным.
К л ю ч е в ы е сл о ва : трубопроводы АЭС, ледяная пробка, давление льда, экспе
риментальный стенд, термоциклирование.
При проведении гидроиспытаний или ремонтных работ трубопроводов
различного назначения (водопроводы, нефтепроводы и т.п.) в последнее
время достаточно широко применяется технология перекрытия их ледяными
пробками, намораживаемыми в заданных местах. Это позволяет выполнять
соответствующие работы значительно быстрее и дешевле, чем традицион
ным способом с использованием огневой резки для расчленения трубо
проводных систем на части с последующим восстановлением их сваркой.
Кроме того, новая технология перекрытия трубопроводов исключает созда
ние в них дополнительных очагов концентрации напряжений, остаточных
(после сварки) напряжений, а также предотвращает опасность попадания
сварочного грата в систему. Наиболее эффективным хладагентом в этом
случае является жидкий азот, однако иногда оправданно применение и
двуокиси углерода.
Несмотря на то что технология перекрытия трубопроводов с исполь
зованием метода намораживания в них ледяных пробок уже нашла широкое
применение (есть информация об использовании на зарубежных АЭС [1]),
ее нельзя без соответствующего экспериментального обоснования перено
сить на трубопроводные системы таких ответственных объектов, как атом
ные энергетические установки [2]. В то же время опыт, накопленный в крио
генной лаборатории Института проблем прочности НАН Украины при про
ведении исследований конструкционной прочности разнообразных изделий
© Э. В. ЧЕЧИН, 2001
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, N 6 129
Э. В. Чечин
новой техники оболочечного типа, позволяет достаточно обоснованно по
дойти к решению задачи о возможности применения предлагаемой техно
логии для перекрытия трубопроводов АЭС.
Цель работы по обоснованию использования рассматриваемой техно
логии на первом этапе состояла в проведении исследования по определению
величины давления льда на внутреннюю стенку трубы в зоне наморажи
вания пробки и в оценке сопротивления последней смещению от испыта
тельного давления жидкости в трубопроводе.
Второй этап работы заключается в выполнении комплексного исследо
вания по определению влияния многократного намораживания ледяных
пробок в элементе трубопровода при одновременном действии внутреннего
испытательного давления на структуру и механические свойства основного
металла труб и их сварных соединений. Такое исследование необходимо в
связи с экспериментально установленным фактом [3-5] аномального сни
жения при низкой температуре предела текучести после термоциклирования
(293 ^ 77 К) у некоторых хромоникелевых сталей, в том числе и у сталей
типа 18-10, из которых изготовлены трубопроводные системы АЭС, а также
для оценки живучести трубопровода, когда в специально предусмотренной
зоне неоднократного намораживания ледяной пробки имеется необнару
женный контролем концентратор напряжения в виде поверхностной трещи
ны. Как известно, снижение предела текучести происходит в области малого
числа циклов (< 1 0 0 ) и обусловлено протеканием у — £-превращения в ста
лях.
Для выполнения исследований разработана методика и создан специ
альный экспериментальный стенд, обеспечивающий их проведение в усло
виях, максимально приближенных к реальным.
О п р ед е лен и е вели ч и н ы д а в л е н и я л ь д а на в н у т р е н н ю ю с т е н к у т р уб ы от
н а м о р а ж и ва н и я л е д я н о й п р о б к и и п р о вер к а со п р о т и вле н и я п о сл ед н е й с м е
щ е н и ю п р и н а гр уж е н и и д а в л е н и е м ж и д к о ст и . Объектом исследования слу
жили модели трубопровода (диаметр 50 мм, толщина стенки 0,5 мм, длина
500 мм) из стали 12Х18Н10Т. Выбор такой тонкостенной трубы обусловлен
необходимостью создания высокочувствительной модели, поскольку перво
начально предполагалось, что давление льда при намораживании ледяной
пробки в локальной зоне достаточно длинного трубопровода не будет весьма
большим. Измерение давления льда при намораживании ледяной пробки
осуществляли с применением метода тензометрии. С этой целью на внеш
нюю стенку трубопровода в окружном и продольном направлении накле
ивали тензорезисторы типа 2ФКП-200-5, отобранные из одной партии.
Испытания по определению давления льда проводили в следующем
порядке.
Сначала проводили охлаждение сухого (без заполнения водой) трубо
провода до температуры 77 К путем подачи жидкого азота в специально
изготовленную охлаждающую камеру, установленную на том его участке,
где наклеены тензорезисторы. Затем осуществляли ступенчатое нагружение
трубопровода внутренним давлением газообразного гелия от 0 до 3 МПа с
фиксированием показаний тензорезисторов через каждые 0,2 МПа на ленте
цифропечатающего устройства тензометрической системы “ЭПСИЛОН-М”.
130 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 6
О возмож ности перекрытия технологических трубопроводов
После этого трубопровод заполняли водой, формировали в нем ледяную
пробку путем подачи жидкого азота в охлаждающую камеру и проводили
съем показаний тензорезисторов при отсутствии гидравлического давления.
Далее трубопровод со сформированной ледяной пробкой нагружали ступен
чато (через 0,2 МПа) гидравлическим давлением и осуществляли запись
показаний тензорезисторов на каждой ступени.
При обработке результатов испытаний значения выходных сигналов
тензорезисторов, полученные при испытаниях сухого трубопровода, опре
деляли по формуле
V с = 2(N с — N CQ), мкОм/Ом, (1)
где N и N - показания тензорезисторов, снятые при очередной ступенис1 со
нагружения трубопровода соответственно внутренним давлением и давле
нием, равным нулю.
Значения выходных сигналов тензорезисторов V т при нагружении
давлением жидкости трубопровода со сформированной ледяной пробкой
ввиду их малого изменения при повышении давления от 0 до 3,0 МПа
определяли только для Р = 3,0 МПа по формуле
V т = 2(N m3 — N т0 X мкОм/Ом (2)
где N mз и N mo - показания тензорезисторов при давлении в трубопроводе,
равном 3,0 МПа и 0 соответственно.
Величины выходных сигналов V с и V т приведены в табл. 1. За
висимость показаний выходных сигналов тензорезисторов, наклеенных в
окружном направлении, от величины внутреннего давления в трубопроводе
показана на рис. 1. Там же представлены данные о выходных сигналах
тензорезисторов, наклеенных в окружном направлении, для трубопровода с
ледяной пробкой при нулевом гидравлическом давлении, определенные как
V т 0 = 2 N m0 — N c0 X мкОм/Ом.
Т а б л и ц а 1
Выходные сигналы тензорезисторов при нагружении сухого охлажденного
трубопровода (ус ) и трубопровода с ледяной пробкой (ут)
№ тензо-
резистора
Располо
жение тензо-
резистора
Vс (мкОм/Ом) при Р (МПа) Vт3
(мкОм/Ом)
0,4 0 , 6 0 , 8 1 , 0 1 , 2 1,4 2 , 0 2,4 2 , 8 3,0 Р = 3,0 МПа
1 Окружное 162 226 298 314 374 406 584 6 6 6 862 976 6
2 204 274 278 282 356 424 590 6 8 8 8 6 8 974 1 2
3 136 186 2 1 0 270 294 346 530 618 756 876 62
4 130 148 2 0 0 460 - 488 534 556 778 880 56
5 108 156 - - 264 318 524 646 776 874 116
6 Продольное 270 264
7 226 2 0 0
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 6 131
Э. В. Чечин
Рис. 1. Зависимость значений выходных сигналов окружных тензорезисторов Vс от вели
чины внутреннего давления Р: • , Д, О, + соответствуют тензорезисторам № 1, № 2,
№ 3, № 4, № 5; в прямоугольнике на оси абсцисс - значения выходных сигналов тензо
резисторов Vто для трубопровода с намороженной пробкой при Р = 0.
Анализ представленных данных (табл. 1, рис. 1) показал, что значения
выходных сигналов тензорезисторов при изменении внутреннего давления
газообразного гелия в трубопроводе от 0 до 3,0 МПа в выбранном диапазоне
нагружения не выходили за полосу разброса, составляющую примерно
140 мкОм/Ом, что соответствует давлению 0,65 МПа. В этой связи при
отсутствии возможности прямого измерения давления ледяной пробки на
стенку трубопровода можно полагать, что его величина не вышла за пределы
0,65 МПа.
Из данных табл. 1 видно, что при максимальном давлении жидкости в
трубопроводе со сформированной ледяной пробкой значения выходных
сигналов тензорезисторов V т оказались достаточно малы, за исключением
выходных сигналов тензорезистора № 5, расположенного со стороны подачи
под давлением рабочей жидкости. Вероятно, их повышение произошло
вследствие небольшого отслоения тонкой стенки трубопровода от ледяной
пробки. Однако жидкость, находившаяся в трубопроводе под давлением,
соприкоснувшись с охлажденной до 77 К стенкой, быстро замерзла, что
исключило отслоение. Отметим, что выходные сигналы наклеенных в про
дольном направлении тензорезисторов № 6 и 7 практически одинаковы при
нагружении максимальным давлением как сухого трубопровода, так и со
сформированной ледяной пробкой, что свидетельствует о корректности ре
зультатов испытаний.
Высокое сопротивление смещению ледяной пробки в трубопроводе, по
нашему мнению, обеспечивается вследствие возникновения корсетности
(уменьшения диаметра) трубопровода в зоне его охлаждения жидким азотом
при намораживании ледяной пробки. Уменьшение диаметра натурных трубо
проводов в этом случае будет составлять (в зависимости от его величины)
132 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 6
О возмож ности перекрытия технологических трубопроводов
несколько десятых долей миллиметра, что при наличии некоторой шерохо
ватости внутренней поверхности обеспечит необходимое сопротивление
смещению пробки. В дополнение к этому отметим, что, как показано в
работе [6 ], и предел прочности при смятии образцов пресноводного льда,
заключенного в обойму, т.е. нагружаемого в схожих условиях, может дости
гать весьма большой величины - 10 МПа.
Для наглядного подтверждения надежности перекрытия трубопровода
ледяной пробкой проведены дополнительные испытания более прочной
модели трубопровода с толщиной стенки 2,5 мм, но того же диаметра, что и
тонкостенная модель. После формирования ледяной пробки трубопровод
неоднократно нагружали внутренним давлением до 16 МПа с выдержкой в
течение 15 мин. Нарушения герметичности модели в зоне пробки не обнару
жено.
М ет о д и к а п р о вед е н и я и с с лед о ва н и й по о ц е н к е в ли я н и я т ер м о ц и к ли р о -
ва н и я 293 & 77 К . Для определения влияния многократных (до 100) тепло-
смен (293 & 77 К) с одновременным действием испытательного давления на
механические характеристики основного металла и сварных соединений
технологических трубопроводов АЭС, на сдвиг критической температуры
хрупкости металла и сварных соединений, а также на долговечность (живу
честь) трубопроводов с острыми поверхностными надрезами, имитирующи
ми необнаруженные контролем дефекты металлургического происхождения,
необходимо провести специальные исследования на элементе натурного
трубопровода. В добавление к полученным данным по результатам испы
таний на ударную вязкость образцов, вырезанных из зон многократного
намораживания ледяных пробок натурного элемента трубопровода, следует
выполнить расчет сопротивления металла (сварных соединений) хрупкому
разрушению.
Влияние многократных теплосмен при действии определенного испыта
тельного давления на механические свойства материала трубопровода необ
ходимо оценивать по данным испытаний на растяжение стандартных образ
цов, вырезанных из зон элемента трубопровода, подвергнутых термоцикли-
рованию и без него. При этом величина давления гидроиспытаний должна
быть не меньше определенной по формуле [2 ]
Р п = 1,25Р [о]Тп/ [ о ]Т , (3)
тгде Р - рабочее давление; [о] п - номинальное допускаемое напряжение при
ттемпературе гидроиспытания; [о ] - номинальное допускаемое напряжение
при рабочей температуре.
Сдвиг критической температуры хрупкости металла трубопровода вслед
ствие термоциклирования определяют по формуле
ДТтц = Тктц — Тк0 , (4)
где Тктц - критическая температура хрупкости металла, подвергавшегося
термоциклированию; Тк 0 - критическая температура хрупкости металла в
исходном состоянии (до термоциклирования).
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 6 133
Э. В. Чечин
Оценку влияния термоциклирования на живучесть трубопроводов с
поверхностными дефектами типа трещины, которые не обнаружены вход
ным неразрушающим методом контроля (например, закат), но могут по
пасть в зону неоднократного намораживания ледяных пробок, необходимо
провести по результатам испытаний элемента трубопровода с достаточно
“жесткими” концентраторами напряжений - острыми поверхностными надре
зами с радиусом у вершины р < 0 , 2 мм, выполненными вдоль оси трубо
провода в зонах, подвергаемых термоциклированию и без него. В этом случае
нагружающее пульсирующее давление элемента трубопровода после прове
дения программы испытаний по термоциклированию выбирается таким,
чтобы в стенке трубопровода создавались растягивающие напряжения, вели
чина которых не меньше действующих в реальном трубопроводе при гидро
испытаниях.
Об опасности резкого сокращения срока службы трубопроводов с ост
рыми поверхностными дефектами можно судить по полученным ранее [7]
результатам испытаний сосудов давления из стали 12Х18Н10Т с поверх
ностными надрезами различной остроты в условиях охлаждения до 77 К
(табл. 2). Из табл. 2 видно, что с уменьшением радиуса поверхностного
надреза с 3 до 0,2 мм при одинаковой глубине к и длине I надреза число
циклов до разрушения сосуда уменьшилось более чем на порядок.
Т а б л и ц а 2
Сокращение живучести сосудов давления (Б = 420 мм, Ь = 870 мм, t = 8 мм)
из стали 12Х18Н10Т с уменьшением остроты поверхностного надреза
г, мм к / г 1, мм Т , К Р, МПа о ном , МПа
(по нетто-сечению)
N , цикл
3 0,5 1 2 0 77 15 383 4231
0 , 2 0,5 1 2 0 77 15 383 326
Результаты стендовых испытаний элемента трубопровода с жесткими
концентраторами напряжений позволяют построить сравнительные кривые
раскрытия берегов поверхностных надрезов и кривые циклической ползу
чести металла трубопровода, а также получить дополнительные данные о
влиянии термоциклирования на живучесть трубопровода.
Для предварительной расчетной оценки сопротивления трубопровода
хрупкому разрушению используются такие характеристики, как критичес
кий коэффициент интенсивности напряжений К 1с, критическая температура
хрупкости Т к и предел текучести о 0 2 . Если толщина стенки рассчиты
ваемых элементов меньше, чем требуемая для определения значений К 1с по
ГОСТ 25506-85 и [2], то допускается использование величин критического
раскрытия трещины д с или J 1с.
В соответствии с [2, 8 ] сопротивление хрупкому разрушению трубо
провода (с учетом влияния термоциклирования) будет обеспечено, если для
выбранного расчетного дефекта в виде трещины выполняется условие
К і > [К г], (5)
134 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 6
О возмож ности перекрытия технологических трубопроводов
1 / 2где K i - коэффициент интенсивности напряжений, МПа -м ; [Ki ] - допус
каемое значение коэффициента интенсивности напряжений при гидравли
ческих испытаниях.
Коэффициент интенсивности напряжений для цилиндрических элемен
тов, нагружаемых внутренним давлением и температурным воздействием,
допускается определять по формуле
I \ 1 / 2
K I = а( 0 pв p + 0 ив и)б^103 J . (6 )
Здесь а - коэффициент, учитывающий влияние концентрации напряжений;
О p - составляющая напряжений растяжения, МПа; О и - составляющая
изгибных напряжений, МПа;
в p = 1 + 0 ,1 2 (1 - а / с); в и = 2 (1 - 0,64а ) / l ,
где a , l - глубина и длина трещины, мм; с - длина зоны, в пределах которой
составляющая изгибных напряжений сохраняет положительное значение,
мм;
Q = [1+ 4,6(а /2 с )1,65]1/2. (7 )
Формула (7) справедлива при а < 0,25S и а / с < 2/3, где S - толщина
стенки трубы.
Э к сп е р и м е н т а ль н ы й ст енд . Основной частью стенда является элемент
трубопровода 2 (диаметр 159 мм, длина 3 м, толщина стенки 7 мм) из стали
08Х18Н10Т (рис. 2), сваренный кольцевыми швами из трех частей различ
ной длины. Концы его заверены донышками со штуцерами для обеспечения
подвода и отвода технологической жидкости. В верхней части трубопровода
установлены образцовые 3 и электроконтактные 4 манометры и располо
жены дренажные трубки, перекрываемые вентилями. В нижней части вы
полнены сливные отверстия, заглушенные спецпробками.
На элементе трубопровода одновременно устанавливают две охлажда
ющие камеры 5, жидкий азот в которые подается из емкости 1. Одна из
камер располагается на гладкой части трубопровода, другая - на участке
кольцевого сварного шва. Охлаждающие камеры устанавливают таким обра
зом, чтобы расстояние от камер до торцов трубопровода, а также между
камерами было разное. В этом случае при образовании ледяных пробок
манометры 3 покажут разное давление, что будет свидетельствовать о пол
ном перекрытии трубопровода ледяными пробками.
Гидравлическая система испытательного стенда выполнена в виде замк
нутого контура, в который кроме исследуемого элемента трубопровода вхо
дит бак с рабочей жидкостью 6, насос 7 с электродвигателем, а также
всасывающие и нагнетающие трубопроводы. Для обеспечения проведения
исследований при температурах технологической жидкости, отличных от
293 К, и для ускорения процесса оттаивания намораживаемых ледяных
пробок предусмотрен подогрев технологической жидкости в баке.
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2001, № 6 135
Э. В. Чечин
Рис. 2. Общая схема испытательного стенда для исследования влияния термоциклирования
293 & 77 К на механические характеристики материала трубопроводов.
Сигналы от термапар 8 , установленных в зоне намораживания ледяных
пробок, и данные измерения упругопластических деформаций раскрытия
поверхностных надрезов, получаемые с помощью специальных кольцевых
тензометров 9 в процессе испытаний, регистрируются информационно-изме
рительной системой “ЭПСИЛОН-М” 10, которая предназначена для автома
тизации исследований на прочность.
Таким образом, результаты проведенных исследований по определению
давления ледяной пробки на стенку трубопровода и по оценке ее сопро
тивления смещению от давления жидкости в трубопроводе, предложенная
методика исследований и созданный экспериментальный стенд для осу
ществления испытаний по определению влияния низкотемпературного термо
циклирования на механические свойства металла и сварных соединений, а
также на сдвиг критической температуры хрупкости, на живучесть трубо
проводов с острыми поверхностными надрезами в условиях, приближенных
к реальным, позволяют решить поставленную задачу с позиций прочности,
надежности и долговечности. Завершение исследований по рассматрива
емой технологии даст возможность использовать ее для перекрытия трубо
проводов АЭС с существенным экономическим эффектом.
Р е з ю м е
Розглянуто задачі, які необхідно вирішити для обгрунтування можливості
застосування методу локального заморожування технологічної рідини в
трубопровідних АЕС при проведенні гідровипробувань чи ремонтних робіт.
136 ТЯЖ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 6
О возмож ности перекрытия технологических трубопроводов
Представлено результати визначення тиску льоду на внутрішню стінку
трубопроводу від намороженої в ньому льодової пробки і оцінено опір
пробки зміщенню її при навантаженні трубопроводу тиском рідини. Запро
понована методика та представлено опис експериментального стенду для
визначення впливу термоциклювання (293 ^ 77 К) на механічні характе
ристики матеріалу елемента натурного трубопроводу при багаторазовому
наморожуванні в ньому льодових пробок і наступному навантаженні випро
бувальним тиском за умов, що максимально наближенні до реальних.
1. И н ф о р м а ц и о н н а я система МАГАТЭ по инцендентам на АЭС, ИСИ-
МАГАТЭ, отчет № 0942 БЯ 085.
2. Н о р м ы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных
энергетических установок (ПНАЭ Г-7-002-86). - М.: Энергоиздат, 1989.
- 525 с.
3. М е д в е д е в Е . М . Особенности пластической деформации стали
0Х18Н10Т после низкотемпературного термоциклирования // Стали и
сплавы криогенной техники. - Киев: Наук. думка, 1977. - С. 79 - 84.
4. Б е л я к о в В. П ., С т е п а н о в Г . А ., С колъ цов В. И . Влияние температурно
силовых факторов на свойства криогенных аустенитных сталей //
Криогенные материалы и их сварка. - Киев: Наук. думка, 1986. - С. 227
- 229.
5. С т а р ц е в В. И ., И лъ и ч е в В. Я ., П у с т о в а л о в В. Д . Пластичность и проч
ность металлов и сплавов при низких температурах. - М.: Металлургия,
1975. - 328 с.
6 . К о р ж а в и н К . Н . Воздействие льда на инженерные сооружения. - Ново
сибирск.: Наука, 1962. - 220 с.
7. М у р а т о в В. М ., К о п ы с и ц к а я Л . И ., Ч ечин Э. В ., Ш а р ш у к о в Г . К .
Малоцикловая усталость сварных соединений в изделиях криогенной
техники // Автомат. сварка. - 1985. - № 11. - С. 12 - 16.
8 . Ш а т с к а я О. А ., Р и в к и н Е. Ю ., В а с н и н А . М . Расчет на сопротивление
хрупкому разрушению корпусов ядерных реакторов // Физ-хим. меха
ника материалов. - 1983. - № 4. - С. 103 - 107.
Поступила 29. 06. 2000
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 6 137
|