ГОСТ 24723-81

 

ТРУБОПРОВОДЫ МОРСКОЙ ВОДЫ
СТАЛЬНЫЕ ОЦИНКОВАННЫЕ

РАСЧЕТ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ

 

 

 

ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

МОСКВА

 

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Дата введения 01.07.81

Настоящий стандарт устанавливает требования к долговечности элементов судовых стальных оцинкованных трубопроводов, транспортирующих холодную и горячую морскую воду, и методику определения и обеспечения показателей долговечности на стадии проектирования.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Трубопроводы должны изготовляться из углеродистой стали с массовой долей углерода не более 0,18 %, кремния - не более 0,37 % и оцинковываться горячим способом.

1.2. Номинальная толщина стенки стальных труб S_Fe^* должна быть не менее величины  (черт. 1). Для труб, проходящих через балластные цистерны, толщина стенок должна быть не менее величины .

^* Условные обозначения, принятые в стандарте, приведены в приложении 1.

Выбор толщины стенки трубы в зависимости от диаметра

Черт. 1

При выборе толщины стенки стальной трубы учитывается уменьшение ее в период эксплуатации за счет коррозии до величины S₀ (см. черт. 1).

Величину надбавки на коррозию DS_Fe определяют по формуле

DS_Fe = S_Fe - S₀.                                                            (1)

1.3. Для выполнения требований по долговечности определение значений DS_Fe и S_Zn необходимо проводить в соответствии с методикой настоящего стандарта.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2. КАТЕГОРИИ ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

2.1. Элементы трубопроводов в зависимости от конструктивно-технологического исполнения подразделяют на три категории, указанные в табл. 1.

Таблица 1

^* Если в результате гибки трубы не происходит утонение стенки, то радиус погиба может быть менее 2,5 наружных диаметров.

2.2. Для предотвращения контактной коррозии необходимо:

- применять арматуру с корпусами из чугуна или стали;

- обеспечить электрической изоляцией участки стальных оцинкованных трубопроводов от примыкающих к ним механизмов, теплообменных аппаратов и арматуры из сплавов на медной основе;

- применять элементы трубопроводов с внутренней футеровкой из пластмасс (без электрической изоляции).

3. ПОКАЗАТЕЛИ И ТРЕБОВАНИЯ К ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ

3.1. Долговечность трубопроводов морской воды определяется долговечностью входящих в их состав элементов.

3.2. При оценке долговечности элементов трубопроводов определяют:

1) показатель безотказности - среднюю наработку до отказа Т₁, лет;

2) показатель долговечности - средний срок службы до списания Т₂, лет.

3.3. Под отказом элемента трубопроводов понимают нарушение его работоспособности. Нарушение работоспособности может быть вызвано общим или местным утонением стенки трубы до значения S₀, при котором напряжение в элементе трубопровода под действием внутреннего давления достигает предела текучести.

3.4. Под средней наработкой до отказа понимают математическое ожидание наработки элемента до первого отказа.

3.5. Под средним сроком службы до списания понимают средний срок службы элемента трубопровода от начала эксплуатации до его списания, обусловленного появлением отказа.

3.6. При расчете показателей безотказности и долговечности определяющим фактором является коррозионная стойкость элементов трубопроводов в морской воде.

3.7. Требования к долговечности:

- для трубопроводов холодной морской воды Т₂ - не менее 10 лет;

- для трубопроводов горячей морской воды Т₂ - не менее пяти лет.

3.8. Если в результате расчета Т₂ будет меньше 10 лет, допускается предусматривать ремонт или замену отдельных элементов трубопровода через пять лет эксплуатации (Т₂ = 5 лет).

3.9. Размер труб и толщина цинкового покрытия должны быть указаны в нормативно-технической документации на системы.

Разд. 3. (Измененная редакция, Изм. № 1).

4. ХАРАКТЕРИСТИКА УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

4.1. Условиями эксплуатации трубопроводов являются:

- скорость потока морской воды;

- температура морской воды;

- коэффициенты, характеризующие условия эксплуатации.

4.2. Расчетная скорость потока морской воды в стальных оцинкованных трубах не должна превышать значений, указанных на черт. 2.

Максимальная расчетная скорость потока морской воды в стальных оцинкованных трубах

Черт. 2

4.3. В зависимости от температуры транспортируемой среды трубопроводы делятся на:

- трубопроводы холодной морской воды с температурой не более 313 К (40 °С);

- трубопроводы горячей морской воды с температурой свыше 313 К (40 °С).

4.4. Коэффициентами, характеризующими условия эксплуатации, являются: коэффициент интенсивности эксплуатации K₁ и коэффициент технического использования K₂.

4.4.1. Под K₁ понимается отношение времени нахождения внутренней поверхности труб в потоке морской воды за определенный период эксплуатации к суммарному времени нахождения труб в потоке и в неподвижной морской воде за тот же период эксплуатации. Значения коэффициента K₁ должны приниматься в соответствии с табл. 2.

В обоснованных случаях допускается принимать другие значения коэффициента K₁ в зависимости от конкретного типа судна и особенностей эксплуатации систем.

Таблица 2

Примечание. Для противопожарной водяной системы, эксплуатируемой только для тушения пожара, K₁ = 0,10.

4.4.2. Под K₂ понимается отношение времени нахождения труб в потоке и в неподвижной морской воде за некоторый период эксплуатации к суммарному времени нахождения труб в потоке, неподвижной морской воде, сухом и демонтированном состоянии за тот же период эксплуатации. Для систем морской воды значение K₂ принимается равным 0,90.

5. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ

5.1. Для определения показателей долговечности следует оценить условия эксплуатации проектируемого трубопровода.

Условия эксплуатации оценивают в следующем порядке:

- устанавливают основной режим работы проектируемой системы;

- определяют значение коэффициента K₁ (см. п. 4.4.1);

- выполняют гидравлический расчет трубопровода на основном режиме с учетом ограничения скорости потока морской воды в соответствии с черт. 2.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

5.2. Принятая толщина стенки трубы должна удовлетворять требованию п. 1.2.

5.3. С целью выявления элементов различных категорий (см. табл. 1) проводят анализ схемы проектируемого трубопровода. Определение показателей долговечности Т₁ и Т₂ следует проводить для элементов III, II и затем I категорий.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

5.4. Среднюю наработку до отказа элементов стального оцинкованного трубопровода определяют по формуле

Т₁ = T_1Zn + T_1Fe.                                                     (2)

5.5. Средний срок службы до списания элементов определяют по формуле

                                                           (3)

5.6. При определении долговечности элементов решают задачи:

(Измененная редакция, Изм. № 1).

5.6.1. По заданным условиям эксплуатации (скорости потока морской воды, коэффициенту интенсивности эксплуатации), назначению трубопровода (горячей или холодной морской воды), принятой толщине стенки стальной трубы S_Fe и цинкового покрытия S_Zn следует определить среднюю наработку до отказа Т₁, а затем по формуле (3) - средний срок службы до списания Т₂.

Среднюю наработку до отказа Т₁ элементов трубопровода в холодной и горячей морской воде при скорости потока от 1,0 до 3,0 м/с определяют:

- для цинкового покрытия с толщиной защитного слоя 100, 150, 200 и 250 мкм - по черт. 3 - 8;

- для стальной трубы с толщиной стенки от 3,0 до 14,0 мм без покрытия - по черт. 9 - 14.

Средняя наработка до отказа цинкового покрытия элементов трубопровода. Холодная морская вода

I категория

Черт. 3

II категория

Черт. 4

Средняя наработка до отказа цинкового покрытия элементов трубопровода. Холодная морская вода

III категория

Черт. 5

Горячая морская вода

I категория

Черт. 6

Средняя наработка до отказа цинкового покрытия элементов трубопровода. Горячая морская вода

II категория

Черт. 7

III категория

Черт. 8

Средняя наработка до отказа элементов трубопровода, изготовленных из стали. Холодная морская вода

I категория

Черт. 9

Средняя наработка до отказа элементов трубопровода, изготовленных из стали. Холодная морская вода

II категория

Черт. 10

Средняя наработка до отказа элементов трубопровода, изготовленных из стали. Холодная морская вода

III категория

Черт. 11

Средняя наработка до отказа элементов трубопровода, изготовленных из стали. Горячая морская вода

I категория

Черт. 12

Средняя наработка до отказа элементов трубопровода, изготовленных из стали. Горячая морская вода

II категория

Черт. 13

Средняя наработка до отказа элементов трубопровода, изготовленных из стали. Горячая морская вода

III категория

Черт. 14

Если вычисленное по формуле (3) значение Т₂ не удовлетворяет требованиям п. 3.7 настоящего стандарта, следует принять меры по изменению конструкции элементов трубопровода или условий эксплуатации, после чего расчет должен быть повторен.

5.6.2. По заданному показателю долговечности Т₂ (10 или 5 лет) и условиям эксплуатации (скорость потока морской воды, коэффициент интенсивности эксплуатации), назначению трубопровода (горячей или холодной морской воды) и принятой толщине защитного слоя цинка S_Zn следует определить величину надбавки на коррозию DS_Fe.

Величину надбавки на коррозию DS_Fe элементов трубопровода с толщиной защитного слоя цинка 100, 150, 200 и 250 мкм в холодной и горячей морской воде при скорости потока от 1,0 до 3,0 м/с определяют по черт. 15 - 23.

Надбавка на коррозию стенки стальной трубы. Холодная морская вода. Средний срок службы до списания элементов - 10 лет.

I категория

Черт. 15

Надбавка на коррозию стенки стальной трубы. Холодная морская вода. Средний срок службы до списания элементов - 10 лет.

II категория

Черт. 16

Надбавка на коррозию стенки стальной трубы. Холодная морская вода. Средний срок службы до списания элементов - 10 лет.

III категория

Черт. 17

Надбавка на коррозию стенки стальной трубы. Холодная морская вода. Средний срок службы до списания элементов - 5 лет.

I категория

Черт. 18

II категория

Черт. 19

Надбавка на коррозию стенки стальной трубы. Холодная морская вода. Средний срок службы до списания - 5 лет.

III категория

Черт. 20

Горячая морская вода. Средний срок службы до списания элементов - 5 лет.

I категория

Черт. 21

Надбавка на коррозию стенки стальной трубы. Горячая морская вода. Средний срок службы до списания элементов - 5 лет.

II категория

Черт. 22

III категория

Черт. 23

Затем с учетом черт. 1 и формулы (1) следует выбрать необходимые размеры труб.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

5.7. При прохождении трубопровода через балластные цистерны надбавку на коррозию наружной поверхности стенки стальной трубы принимают по черт. 15 при n = 1,0 м/с и K₁ = 0,1.

5.8. Примеры расчета приведены в приложении 2.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Справочное

Условные обозначения, принятые в стандарте

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Рекомендуемое

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Пример 1

Условие. Требуется определить среднюю наработку до отказа Т₁ и средний срок службы до списания Т₂ элементов трубопровода охлаждения морской водой судового оборудования, изготовленного из стальных труб d = 65 мм с толщиной защитного слоя цинка S_Zn = 200 мкм.

Температура среды до теплообменного аппарата - менее 313 К (40 °С), после теплообменного аппарата - более 313 К (40 °С).

Решение

1.1. По черт. 2 - n = 2,0 м/с.

1.2. По табл. 2 - K₁ = 0,75.

1.3. По черт. 1 -  = 4,5 мм; S₀ = 0,3 мм.

1.4. Принимаем ближайший размер трубы, например 76´5,0 мм.

1.5. По формуле (1) стандарта:

DS_Fe = 5,0 - 0,3 = 4,7 мм.

1.6. Последовательно, для элементов III, II и I категорий, по черт. 3 - 8 определяем T_1Zn, а по черт. 9 - 14 - T_1Fe.

1.7. По формуле (2) получаем Т₁ для элементов III, II и I категорий.

1.8. По формуле (3) определяем Т₂ при K₂ = 0,90.

Результаты расчета средней наработки до отказа и среднего срока службы до списания, лет, приведены в табл. 1.

Таблица 1

1.9. Полученные расчетные значения показателей надежности (кроме элементов III категории) удовлетворяют требованиям 10-летнего срока службы для холодной морской воды и 5-летнего срока службы для горячей морской воды.

Пример 2

Условие. Требуется определить среднюю наработку до отказа Т₁ и средний срок службы до списания T₂ трубопровода охлаждения морской водой судового оборудования, изготовленного из стальных труб d = 125 мм с толщиной защитного слоя цинка S_Zn = 200 мкм. Температура среды до теплообменного аппарата - менее 313 К (40 °С), после теплообменного аппарата - более 313 К (40 °С).

Решение

2.1. По черт. 2 - n = 2,5 м/с.

2.2. По табл. 2 - K₁ = 0,75.

2.3. По черт. 1 -  = 4,5 мм; S₀ = 0,6 мм.

2.4. Принимаем ближайший размер трубы, например 133´6,0 мм.

2.5. По формуле (1) стандарта:

DS_Fe = 6,0 - 0,6 = 5,4 мм.

2.6. Методом интерполяции, последовательно, для элементов I, II и III категорий по черт. 3 - 8 определяют T_1Zn, а по черт. 9 - 14 - T_1Fe.

Поясним порядок действий при интерполяции на одном из чертежей (см. черт. 3):

- при n = 2,0 м/с, K₁ = 0,75, S_Zn = 200 мкм, T_1Zn = 5,9 года (точка А);

- при n = 3,0 м/с, K₁ = 0,75, S_Zn = 200 мкм, T_1Zn = 5,2 года (точка В).

Соединим точки А и В прямой линией; на вспомогательной шкале интерполяции откладываем n = 2,5 м/с (точка С) и от нее проводим горизонтальную линию до пересечения с линией АВ, получаем точку D. Из точки D опускаем вертикальную линию на шкалу T_1Zn.

Точка Е дает значение T_1Zn = 5,6 года для n = 2,5 м/с.

2.7. По формуле (2) получаем Т₁ для элементов I, II и III категорий.

2.8. По формуле (3) определяем T₂ при K₂ = 0,90.

Результаты расчета средней наработки до отказа и среднего срока службы до списания, лет, приведены в табл. 2.

Таблица 2

2.9. Полученное расчетное значение T₂ = 8,3 года для элементов III категории в потоке холодной морской воды не удовлетворяет требованию п. 3.2 стандарта для 10-летнего срока службы. В этом случае необходимо руководствоваться п. 5.6.1 стандарта или предусмотреть ремонт или замену элементов трубопровода через 5 лет эксплуатации.

Пример 3

Условие. Требуется определить требуемую толщину стенки стальной трубы для элементов трубопровода охлаждения морской водой судового оборудования, изготовленного из труб d = 65 мм с толщиной защитного слоя цинка S_Zn = 200 мкм, при условии обеспечения среднего срока службы до списания элементов трубопровода холодной морской воды T₂ = 10 лет.

Решение

3.1. По черт. 2 - n = 2,0 м/с.

3.2. По табл. 2 - K₁ = 0,75.

3.3. Последовательно, для холодной морской воды по черт. 15, 16 и 17 определяем надбавку на коррозию стенки стальной трубы.

3.4. По черт. 1 определяем S₀ = 0,3 мм.

3.5. По формуле (1) стандарта определяем S_Fe.

Результаты расчета толщины стенки стальной трубы, мм, с учетом формулы (1) стандарта приведены в табл. 3.

Таблица 3

Пример 4

Условие. Требуется определить толщину стенки стальной трубы для элементов трубопровода охлаждения морской водой судового оборудования, изготовленного из стальных труб d = 125 мм с толщиной защитного слоя цинка S_Zn = 150 мкм и обеспечить срок службы до списания элементов трубопровода горячей морской воды T₂ = 5 лет.

Решение

4.1. По черт. 2 - n = 2,5 м/с.

4.2. По табл. 2 - K₁ = 0,75.

4.3. Методом интерполяции аналогично примеру 2 последовательно для горячей морской воды по черт. 21, 22 и 23 определяем надбавку на коррозию стенки стальной трубы.

4.4. По черт. 1 определяем S₀ = 0,6 мм.

4.5. Результаты расчета требуемой толщины стенки трубы, мм, с учетом формулы (1) стандарта приведены в табл. 4.

Таблица 4

Пример 5

Условие. Требуется определить толщину стенки стальной трубы для элементов трубопровода, проходящей через балластные цистерны изготовленного из стальных труб d = 150 мм с толщиной защитного слоя цинка S_Zn = 150 мкм и обеспечить срок службы до списания элементов трубопровода, омываемого снаружи и внутри холодной морской водой, Т₂ = 10 лет при скорости потока в трубопроводе 2,0 м/с.

Решение.

5.1. По табл. 2 - K₁ = 0,30.

5.2. Для внутренней поверхности труб последовательно по черт. 15, 16 и 17 определяем надбавку на коррозию стальной трубы для элементов I, II и III категорий.

5.3. Надбавка на коррозию наружной поверхности стальной трубы определяется в соответствии с п. 5.7 стандарта.

5.4. Результаты расчета требуемой толщины стенки трубы, мм, с учетом коррозии внутренней и наружной поверхности труб приведены в табл. 5.

Таблица 5

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 30.04.81 № 2218

2. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 1590-79

3. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

4. Ограничение срока действия снято Постановлением Госстандарта от 19.04.88 № 1063

5. ИЗДАНИЕ (февраль 2003 г.) с Изменением № 1, утвержденным в апреле 1988 г. (ИУС 7-88)

 

СОДЕРЖАНИЕ