Based on the previous limit load analytical modeling for cracked thin-walled pipe (Orynyak, I. V., 2006, “Leak and Break Models of Pressurized Pipe With Axial Defects,” Proceedings of the 6th International Pipeline Conference (IPC), Calgary, Alberta, Canada, Paper No. IPC2006-10066, pp. 41–56), the limit load model for thick-walled pipe had developed. There are some additional peculiarities included in the proposed model. First, the distribution of radial stresses is taken into consideration in the limit state formulation using Tresca's criterion. Second, related to the crack location and interaction of hoop stresses (due to the inner pressure) and axial ones (caused by local bending moment) have been assessed in the limit state. Third, hoop stresses redistribution with possibility of plastic hinge formation in zone opposite to the crack is taken into account. Finally, the proposed easy to use analytical formulas have been verified by comparing with full-scale burst tests.

У статті описано підхід до оцінки ступеня небезпеки ерозійно-корозійного зносу елементів трубопроводів АЕС із вуглецевих сталей. З метою апробації запропонованого підходу проведено комплекс розрахунково-аналітичних робіт, зокрема: а) проаналізовано існуючий підхід до оцінки ступеня небезпеки ерозійно-корозійного зносу на АЕС України; встановлено його недоліки; б) розроблено алгоритм оцінки ступеня небезпеки ерозійно-корозійного зносу з використанням експрес-оцінки та уточненої процедури; в) верифіковано розрахункові моделі співставленням з іншими існуючими розрахунковими моделями та експериментальними даними з метою демонстрації їх коректності; г) за розробленим підходом виконано оцінку ступеня небезпеки ерозійно-корозійного зносу систем трубопроводів енергоблоків №№ 1 та 4 Відокремленого підрозділу «Запорізька атомна електростанція», виявлених у період експлуатації з 2012 року по 2016 рік. Розроблений підхід дозволяє: 1) оцінювати ступінь небезпеки ерозійно-корозійного зносу не тільки в окружному напрямку поперечного перерізу труби внаслідок дії внутрішнього тиску (підхід, що базується на вимогах ПНАЭ Г-7-002-86, щодо визначення допустимої товщини стінки бездефектного трубопроводу), але й уздовж осі трубопроводу від одночасної дії внутрішнього тиску, осьового зусилля та моментів згину. Такий підхід особливо актуальний для трубопровідних систем, які, переважно, мають складну просторову конфігурацію, що призводить до виникнення в них осьових зусиль та моментів згину внаслідок дії масових характеристик трубопроводів та арматури, температурних, сейсмічних впливів тощо; 2) оцінювати ступінь небезпеки ерозійно-корозійного зносу не тільки за його глибиною (підхід ИН-Т.0.03.190-14), а й з урахуванням довжини та ширини ерозійно-корозійного зносу. На відміну від існуючого підходу, це дозволяє коректніше оцінювати ступінь небезпеки ерозійно-корозійного зносу.

Numerical procedures for calculation of reference stresses for pipelines with circumferential defects, based on simulation of global and local ultimate plastic states, are proposed. There are some peculiarities of proposed procedures. First, the schematic analysis of the deformation process of pipe with surface defects is suggested, based on which two critical cases have been specified: Global (the net-section-collapse (NSC) criterion) and local, which are applicable for a very wide surface defect and for a sharp crack, respectively. The global solution also describes behavior of through-wall defects. Second, within the framework of the available NSC criterion the unified algorithm for determination of reference stresses (global solution) for irregular-shaped circumferential defects under multifactor loading (internal pressure, axial force, bending moment) is proposed. Third, according to the local modeling, the restricted capability to resist plastic deformations is takes into account by inserting of artificial symmetrical defect. The unified procedure for calculation of reference stresses (local solution) for pipe with irregular-shaped circumferential defects under multifactor loading is developed. Finally, the results obtained from the proposed solutions are compared with the ones from full-scale burst tests.

No abstract

Based on the previous limit load analytical modeling for cracked thin-walled pipe [1] the limit load model for thick-walled pipe had developed. There are some additional peculiarities included in proposed model. First, the radial stresses distribution and their accounting for the Tresca’s criterion. Second, the crack location and related to it the interaction of hoop stress (due to the inner pressure) and axial one (caused by local bending moment) in the limit state. Third, hoop stress redistribution with possibility of plastic hinge forming in the zone, which is opposite to the crack zone. Forth, an analysis of derived easy to use analytical formulas by comparing with results of full-scale burst test.