Мннигтерпро ьг^янг*¹ проыл‘зп£шюсы ЯНШГ71 n^rf,pb

УТШВДЕН

первым заместителем министра нефтяной промышленности В.И.Игревсклм 24 октября 1984 года

РУКОВОДЯ^ ДОКУМЕНТ МЕТОДИКА

ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКТУЮЩИХ ИЗДЕЛИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ ПО КРИТЕРИЮ НАДЕЖНОСТИ В ЭКСПЛУАТАЦИИ

РД 39-30-1167-84

1985

МИНИСТЕРСТВО НЕФТЯНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ВНИИСПТнефть

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИКА ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКТУЮЩИХ ИЗДЕЛИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ ПО КРИТЕРИЮ НАДЕЖНОСТИ В ЭКСПЛУАТАЦИИ РД 39 - 30 - Н67 - 84

1985

12

3.4.    Задач! яша 002,

Задача поа ОСИ решатся аналогично задаче ООО, но швото вероятное та безотказной работа P„(t) в условии задача задается коэффициент запаса надежности K_HSag при P_M(i) — / .

3.5.    Задача пша 100.

Решается уравнен™

**■    (13)

^Кн.и,в. (при 0<P(t)<t).    (и)

аналогично задано типа ООО о учетом зависимостей отклонений оп-ределящвго параметра 6j от отклонений (приращений) зависимых параметров С, , С_{г 9} ...    ,    С_£    я    .. .    , С_л .

Величина отклонения определяпцего параметра в зависимости' от отклонения зависимых параметров определяется

Србднвквадратячесхое отклонение определяпцего параметра

ае)

(17) зависимых параметров от определяпцего параметра ^приращение феднего значения A С, и сроднеквадратнческов отклонение &_с.} находятся путем статистической обработки данных, получаемых в результате экопаршвпталышх исследований.

В случае односторонних ограничений, т.е. при

4 “ ^SJmin -6;+Аб}-и_т/ dgj    Ш

ИЛИ

4 * 4«Я " 4 ^4 * ^ита' *6j *    СЮ)

3*6. Задачи типа ПО.

Задача нахождения 6у_пиЛ , 6у_таж решается методами, изложенными для задач типа ОКО и 100.

Приближенно задача решается методом ранного отклонения от центра распределения, использованным при решении задач типа ОГО.

Когда участок ( 6j_min • там ) располокен симметрично около центру рассеивания ву ₉ то

Bjmb'Sj +A6j-U_T-6_Sj ,    (20)

6j_max~ej*ABj+U_T-d_ej .    (21)

3.7* Задачи типов 101₁ III.

Задачи типов ICK _t III решаются аналогично задачам типа 100₉ ПО соответственно, но вместо вероятности безотказней работы р_н (t)    или Kff в условиях задач задается фиксированное зна

чение времени Г<р .

Для задач типа 101_у в зависимости от знака скорости изменения значения параметра, искомая величина определяется по формуле

4 * ⁶Jmin - 4 ^(t'⁰⁾ +    %    ^ТФ (”Р“ О)

ИЛИ

4 “ ⁶)тах^ш 4    Ч ^ТЧ> (^пР^{и V}6j>0).    ⁽²³⁾

Приложение I

Расчет экспдуата ционньсс Допусков на геометрические параметры локальных зон металла и сварных швов труб

Надежность (безотказность) труб в реальных условиях эксплуатации определяется уровнем концентрации деформации в локальных зонах металла труб, а следовательно, геометрическими размерами дефектов и различного рода повреждений*

Для случая малоциклового нагружения, когда в зоне концентратора напряжений реализуется схема жеоткого нагружения, величина теоретического коэффициента концентрация напряжений в локальных зонах металла й оварных швов определяется по соотношению Нейбера:

(26)

В'свою очередь оС_б есть функция параметров» характеризующих зону концентрации напряжений

f(C_t, c_t,...,c_n ).

где    - коэффициент концентрации напряжений;

- коэффициент концентрации деформации;

С, . С_г • . . .    » С _п - отдельные геометрические па

раметры» характеризующие локальные зоны металла и сварных швов труб.

Связь между средним значением теоретического коэффициента концентрации напряжений и коэффициентом запаса по деформации или вероятностью безотказной работы за алддшюе    число циклов

16

нагружен** определяется на основе уравнения Коффина - Мэноона <5, - tie,. C_t.....с_л)./-^0 - £_ри«Ж+ (28)

л

где Nfo_n - допустимое (предельное) число циклов нагружения внутренним давлением нефтепровода;

/7?    -    коэффициент,    учитываяций влияние различных внешних

условий;

X - среднее значение коеффацнента, характеризующего пластические свойства материала трyd;

£ра£ - ореднее значение рабочих деформаций в материале в сварных швах труб;

А.. ^_е-\₍~_гкоэффициенты изменчивости, соответствующие характара-стикам с, Kg, €_pag _ коэффициент запаса по деформации, равный ооот ноше пню среднего значения допустимой (предельной) деформации в локальной зоне металла влв сварного шва

Для случая нормального закона раопределекия £

устанавливается связь мезду    а Р(М#_оп) в ввде

Ф[и_т (А'Л- Р„ (Ы_д(>п)- 1 ,    (29)

гае <р[и_т(К_т)]- нормированная функция Лапласа;

и_т - табулированное значение функции в зависимости от

«* ^Р*(Ъоп>‘

Б данном случае среднеквадратическое отклонение чисдявтся о учетом некоррелированности параметров, входящих в (28), по следующей зависимости.*

Второй чдвЕ формулы (30) исключается из расчета из-за не значит еяьного зияния на    <x_s .

Минимальное допустимое значение °С&_т1„ определяется по методу равных аргументов по формуле

<³¹⁾

Зависимости (28) - (31) позволяют провести количественный расчет эксплуатационных допусков на геометрические параметры локальных зон металла и сварных швов труб* предварительно установив экспериментсиолон|унк1шовальну1) зависимость (27)*

Проведенные мама экспериментальные работы позволили установить зависимость радиуса закругления в зоне сопряжения усиления продольного шва с основным металлом р от oc_ff при фиксированных значениях других геометрических параметров сварного шва труб.

^    4,26-$+ 0,818и + О,e?&d - q 72S ос₆    ^

где 5 - смещение кромок по высоте в сварном соединении; и - степень овалязацжи (угловатости) оеченвя трубы; d - полуширина шва сварного соединения.

Предполагается, что угол перехода от шва к основному металлу больше прямого.

18

В качестве примера проведем расчет допустимого значения радиуса закругления в зоне сопряжения усиления шва о основным металлом»

Требуется выбрать такое минимальное допустимое значение радиуса р при фиксированных значениях других геометрических параметров сварного шва и Самой трубы, чтобы обеспечить безотказную работу труб при Nfo_n » 12000 циклов, ^Кн,$ад, ^ш I ,16 (    )    «    0,9986,    и_т    а    з). Эта задача относится к типу 002»

Принимаем сдедупцив исходные данные:

величину рабочей деформация определяем, всходя из величины кольцевых напряжений в упругой области £ра& ■ 0,00П;

Средние значения коэффициентов соответственно равны

X ^m 0,505; K# ■» 1,5;    /7?    *    0,52    *    const    ;

значения коэффициентов изменчивое^ характеристик X, соответственно равны А_ж * 0,0326;

Ак_в “ °»⁰⁶²*    *    °»⁰⁵⁹'

Принимаются следующие фиксированные значения геометрических

параметров сварного шва и самой трубы, оказываниях влияние на допустимое значение радиуса закругления:    S    ^я 0,5 ш; и = 1%;

<* = 12 мм»

На основании зависимостей (28), (31) и принятых исходных данных подучены следующие искомые результаты    *2,1    и

® 1,7#

O/msm ⁹

Минимальное допустимое значение радиуса закругления в зоне сопряжения усиления о основным металлом, согласно (32) при

Настоящая Методика разработана в соответствии с утвержденным тематичеоким планом ВНИИСПТнафть за 1982 г* и является исходным документом при определении оптимальных параметров комплектующих изделий магиотральных нефтепроводов по заданному (требуемому) уровню надежности в эксплуатации.

Методика распространяется на оптимизацию параметров комплектующих изделий по критерию надежности в эксплуатации я устанавливает основные типы задач по оптимизации параметров и методы их решения»

Настоящая Методика предназначается для проектных и научно-исследовательских организаций в отрасли нефтепроводного транспорта*

Методика разработана авторским коллективом ВНИИСПТнефть -Л.С.Маслов , зав.лабораторией; МЛ.Султанов, м.н.о.; Маннеева, инженер.

20

Приложение 3 Головные обозначения, принятые в методике

Головные обозначения ! Наименование условного обозначения

iZ~ZZZ1ZZZ~ZZ Z?

J - ft независимый параметр* Минимальное и максимальное граничные значения параметра У] , определяющие эксплуатационный допуск* i - ft зависимый параметр*

Минимальное и максимальное граничные значения параметра yj [Xj] , определяющие эксплуатационный допуск* Критерий оптимальности, выражающий зависимость между стоимостью и допустимым значением параметра уу • Критерий оптимальности, выражающий завиоиваооть между стоимостью и допустимым значением параметра.

Заданная (требуемая) величина вероятности безотказной работы*

Заданная (требуемая) величина коэффициента запаса надежности. Фиксированное значение времени* Фиксированное нижнее или верхнее значение параметра ctj Фиксированное нижнее или верхнее значение параметра 6j »

Среднее значение скорости изменения параметра Sj во времени *

Среднее значение скорости изменения параметра ctj во времени.

рушводащй! документ

?'ЧТОДШ. ОШММИЭЛЦИИ ПАРАМЕТРОВ ШШЕКППШЩ ИЗДЕЛИЙ ;.МЖ11РАЛЬНЮС НЕФТЕПРОВОДОВ ПО КРИТЕРИЮ НАДЕЖНОСТИ В ЭКСПЛУАТАЦИИ РД 39 - ЭО - 1167 - 84

водятся впервые

Приказом Министерства нефтяной прошшшностя Jfr 721

от 06Л2.84 г, _Ср_0К введения установлен о    1.01.85 г._

срок действия до    I.0I.9Q г._

I. ОВД® ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Настоящая Методика устанавливает общие правила оптимизации зависимых и незавхюишх между собой параметров комплектующих изделий магистральных нефтепроводов по ]фитерию надежности в эксплуатации.

1.2.    Параметрами комплектующего изделия называют величины» количественно характеризующие надежность (безотказность, долговечность) этого изделия. Параметрами, количественно характеризующими надежность комплектующего изделия в эксплуатации, являются физико-механические и геометрические параметры материалов и самого изделия. Показатель надежности изделия является функцией ее параметров.

1.3.    Параметры, определяющие надежность комплектующих изделий в эксплуатации, выбираются для оптимизации о условием удовлетворения следующих требований:

значения параметров должны определяться с использованием нп~

4

мерительного, регистрационного и расчетного методов в соответствии с ГОСТ 15467-79 я РД 50-149-79;

параметры должны быть однозначными» т.е* каждый из них должен характеризовать одно из физико-механических или геометрических свойств изделия;

статистические ошибки измерений при оценке параметров должны быть несмещенными и эффективными;

количественные значения параметров должны быть ограничены пределами эксплуатационных допусков.

1*4. Методика оптимизации параметров комплектующих изделий устанавливает:

тип задачи;

математическую формулировку задачи и уравнения» определяющую оптимальные величины параметров*

1*5* Решение уравнений осуществляется численными методами иди путем построения экспериментальных зависимостей* Допустимое для условий эксплуатации значение параметра определяется при фиксированных значениях остальных из совокупности физико-механических и геометрических параметров изделия и при определенных нагрузках л воздействиях*

-Раочет эксплуатационных допусков па геометрические параметры основного металла и сварных швов труб нефтепровода о использованием экспериментальных и расчетных зависимостей приведен в приложении I.

1*6* Методика может быть попользована в случае» когда требования к надежности комплектующих изделий относительно постепенный отказов превалируют над требованиями относительно внезапных отказов. Предполагается, что Требования к надежности относительно внезапных отказов определены*

5

1*7. Сьтлмальние значения параметров ношлехтуодих изделий определяют на базе заданных величия показателей» характеризующих надежность изделий. Показателями» характеризующими надежность изде-т лий являются:

вероятность безотказной работы P_H(t) или запас надежности К_н при 0<P_H(t)<1i

фиксированное значение времени Т<р (установленное» назначенное или предельное значение времени);

вапас надежности К_н при Р_н (t) — /.

Х.8. Еа базе данной методики должны проводитьоя расчеты по определению эксплуатационных допусков на параметры конкретных комплектующих изделий о учетом анализа статистических закономерностей отказов в физики отказов»

1.9. Термины и определения» а также условные обозначения» принятые в методике» приведены в приложениях 2 и 3.

2. ШССШВСАЦИЯ ОСНОВНЫХ ТИПОВ ЗАДАЧ

2.1. Классификация производится по характеристикам» приведенным в таблицах I и 2.

2.2» Примеры» поясняющие составление классификационного кода для конкретной задачи:

необходимо определить минимальное или максимальное значение независимого параметра для обеспечения требуемой вероятности безотказной работы. По таблице I зта задача обозначается кодом ООО;

необходимо определить минимальное и максимальное значения зависимого параметра для обеспечения требуемого фиксированного значения времени зксплуатации изделия» По таблице I эта задача обозначается кодом III;

Таблица основных типов задач по оптимизации параметров

Номер зада чи Код Критерий оптимальности Ограничения Заданные 1 величины и функции Искомые - nl\ чдаы I. ООО — ши PM‘P[i(/(t)>q/Jnipu • o<t<r„ %лаЯ, У/ tfe 2. 010 Л <(/i (t)<Qjmo^ /y>u 0^t'<7^ %ja&, Tp , {/j (t) fy/nut i max 3. 001 — им/ У; (t) > aj ^ ““ ^ ^зав) UJU Tp—fC^#scd)! °J 4. он Г ajmin < $ @) ^Ojmox UJ,U £ ; l/j(t) a jmox 5. 002 — *,-*{y/t)<9} или С*)>с.'i)nF* 0 < t < Ttp ^*3a9, (I) . 9

Продолжение табл. 2

Номер зада1 Код Критерий оптимальности Ограничения Заданные величины и функции искомые речичины 6. 100 — &Я<(/} uj“ Р" -Р{у[^а)Щ Ф?к х( ми Xt (t)?> Cl i O^t^Tea где с'= j = i,2,...,/>7 4 7. ПО 3jj (утй>, ^jmoii] *ил'Л&)>&' 0^ t < г* &*я,ъ,ц[*м 1 &jmox 9. 101 — ifj[^iCt)]<Sj ши y/frCtfcl фи *t(t)<Ci <mxi(t)>Cc зад) Шс*' ^р= , VjL^L Ct)2 *j 9. III C^)]<Sj/rK>x /JAt/X^ft)<C^ VJt/ x£Ct)>Cc Tp~f(p«3oaJ ш“ Тр (рхзо&) • %1*lCVJ I ! 10. 102 — ‘yxfrJWM]**' x^fifyfriCtpy} фи x (t)<c£ ши X{(t)>Ci , t < 7fe **«■}.,гг,Уу[*,(Щ