IВВЕДЕНИЕ

Частью подписанного Welding Units контракта с компанией Shell  на поставку фланцевых соединений для трубопровода для ее проекта L09 была поставка изготовленных по специальному заказу 16-дюймовых вваренных фланцев и шарнирных кольцевых фланцев. Точно такие же фланцевые соединения уже разрабатывались и поставлялись ранее компанией Welding Units для других проектов компании Shell. В тех случаях использовались уплотнительные кольца BX и кольцевые канавки под уплотнительное кольцо типа API, так как решений, отвечающих стандарту ASME B16.5, для данных размеров не существовало.

Все ранее поставленные фланцевые соединения эксплуатировались весьма успешно, однако компания Shell оговорила, что при будущих поставках должны использоваться уплотнительные кольца и желоба типа R, поэтому потребовалось провести детальное исследование поведения уплотнительных колец.

ИССЛЕДОВАНИЕ

Компания Welding Units  разработала первоначальный проект, использовав уплотнительные кольца и желоба типа R67, заимствованные с 16-дюймового 1500-фунтового фланцевого соединения. Однако сначала надо было убедиться, что уплотнительно кольцо и желоб смогут выдержать большую нагрузку, вызванную использованием 2500-фунтового фланца. Для изучения поведения уплотнительного кольца и желоба был применен анализ конечного элемента испытуемого соединения на предмет требуемых нагрузок, однако на основании полученного результата было трудно сделать окончательное заключение, потому что аналогичные исследования и их результаты не были хорошо задокументированы. Компания Shell, понимая сложившуюся ситуацию, согласилась на проведение полномасштабного испытания ввареного фланца и шарнирного кольцевого фланца для получения реальных данных, на основании которых можно было бы принять окончательное решение о возможности использования уплотнительного кольца и желоба типа R67.

Методика тестирования предполагала поэтапное создание предварительного натяжения на болтах соединительного элемента при одновременном мониторинге с помощью датчиков сопротивления и прочего измерительного оборудования. Все детали были тщательно измерены при помощи координатно-измерительной машины до и после испытания, чтобы определить степень постоянной деформации при приложении нагрузки.

Также были проведены прочие защитные испытания материалов, из которых были изготовлены уплотнительное кольцо и желоб, чтобы определить точные кривые силы натяжения как при растяжении, так и при сжатии для последующего использования при анализе конечного элемента. Также было проведено испытание на раскрытие в вершине трещины (CTOD), чтобы обеспечить максимальное натяжение, которое испытывает тестируемый образец в месте разрушения.

Работа в данном направлении все еще продолжается, однако уже полученные результаты обнадеживают, так как использование уплотнительного кольца и желоба представляется возможным. Практические испытания уплотнительного кольца из мягкого металла на предмет предполагаемого поведения материалов выявили значительную деформацию от высокой нагрузки при сжатии, но без следов разрывов или чрезмерной деформации, а желоба (F65, плоские, без покрытия) не выявили признаков постоянной деформации, которая могла бы ослабить будущую конструкцию. Результаты анализа конечного элемента подтвердили полученные в ходе испытания данные и были использованы в ходе расширенного тестирования в режиме эксплуатации и гидроиспытаний, а не только тестирования болтовых соединений.

Итоговое заключение о возможности применения зависит от интерпретации результатов испытания материала уплотнительного кольца на раскрытие в вершине трещины (CTOD). На их основе можно будет определить, является ли максимальный уровень натяжения, приходящийся на уплотнительное кольцо на протяжении его жизненного цикла, ниже уровня натяжения подвергнутого испытанию на раскрытие в вершине трещины образца в точке разрушения. Это позволит определить запас прочности и дать окончательное заключение.

Назад к Примерам из практики