Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование напряженно-деформированного состояния магистральных трубопроводов с учетом условий эксплуатации

ВАК РФ 25.00.19, Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Маматкулов, Абдуманноп Абдугаффарович

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОЦЕНКЕ НАДЕЖНОСТИ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ И МЕТОДАМ ОЦЕНКИ ИХ НДС.

1.1. Фактическая надежность подводных переходов.

1.2. Реальные условия эксплуатации, методы ремонта, появление криволинейных участков на подводных переходах.

1.3. Математические модели расчета НДС подводных переходов. Нормативные нагрузки.

1.4. Учет реальных условий эксплуатации подводных переходов в математических моделях расчета

1.5. Цель и задачи работы.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

РАСЧЕТА НДС ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ С УЧЕТОМ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ.

2.1. Выбор математической модели.

2.2. Расчет компонент тензора напряжений.

2.3. Математическая модель статической деформации и НДС подводных переходов.

2.4. Выводы Главы 2.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА

НДС ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ.

3.1. Планирование эксперимента и регрессионный анализ в задачах численной оценки влияния различных параметров на исследуемую величину.

3.2. Исследование влияния длины, глубины, диаметра и давления на НДС подводного перехода.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА НДС ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ.

4.1. Исследование влияния продольной силы, связанной с движением транспортируемого потока.

4.2. Исследование влияния условий закрепления.

4.3. Исследование влияния условий эксплуатации и геометрических параметров.

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ УПРУГОЙ ЛИНИИ ПЕРЕХОДА И РАСЧЕТ НДС.

5.1. Расчет НДС перехода, вызванного действием нагрузки, распределенной по внутренней поверхности трубы.

5.2. Экспериментальная оценка изменения упругой линии и расчет НДС перехода.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование напряженно-деформированного состояния магистральных трубопроводов с учетом условий эксплуатации"

Одним из наименее надежных элементов системы магистральных трубопроводов являются переходы через естественные препятствия, в частности, водные преграды.

Несмотря на наличие резервных ниток, регулярное обследование и все возрастающий объем ремонтно-восстановительных и ремонтно-профилактических работ эксплуатация переходов сопровождается большим количеством аварийных ситуаций, связанных с изменение русла, выпучиванием трубопровода из траншеи, механическими повреждениями, неэффективной работой пригрузов и так далее.

Такая ситуация связана с тем, что на переход действует комплекс статических и динамических сил, численные характеристики которых в процессе проектирования полностью не всегда известны. Причем появление этих сил часто носит случайный характер и не может быть предсказано заранее. То есть, каждый переход эксплуатируется в индивидуальных условиях, определяемых набором и интенсивностью действующих на него нагрузок.

Повышение надежности работы переходов должно, прежде всего, быть связано с оценкой всех действующих нагрузок и воззванного ими напряженно-деформированного состояния (НДС) материала стенки трубы. Именно расчет напряжений в переходе и является основой для определения работоспособности перехода.

Между тем, в настоящее время при проектировании переходов трубопроводов не учитывается ряд факторов, непосредственно определяющих НДС перехода, - реальная пространственная геометрия перехода и влияние осевых сил, связанных с движением транспортируемого потока по криволинейной траектории. Пренебрежение этими факторами вносит непредсказуемую погрешность в результаты проектных расчетов и, следовательно, снижает эффективность эксплуатации переходов.

Реальная величина действующих на переход нагрузок определяет его техническое состояние в текущий момент и проявляется в форме упругой линии трубопровода. Поэтому в данной работе анализируется взаимосвязь параметров упругой линии перехода и действующих на него статических нагрузок. При этом интерес представляет как прямая задача - расчет параметров упругой линии по заданным условиям эксплуатации, так и обратная - оценка напряжения трубопровода по геометрии его упругой линии.

При этом принципиальным является вопрос о том, насколько используемые при проектировании переходов математические модели отражают процессы, обеспечивающие и сопровождающие технологический режим трубопроводного транспорта, поскольку пренебрежение отдельными факторами может привести к необоснованно высокой оценке других. Поэтому начальным этапом исследования должна быть оценка влияния различных нагрузок на изменение упругой линии трубопровода на участке перехода.

Используемые в работе термины и определения, обозначения и единицы измерения соответствуют [10,16,40,41].

Основные положения работы опубликованы в [34-г39] и представлены на:

1.Ежегодная научно-техническая конференция преподавателей и сотрудников УГТУ. Ухта, 16-19 апреля, 2004.

2.Совещание ОАО "Газпром" по вопросам разработки, испытаний и применения оборудования для переизоляции магистральных газопроводов. Нижний Новгород, 8-9 декабря, 2005.

3.Ежегодная научно-техническая конференция преподавателей и сотрудников УГТУ. Ухта, 18-21 апреля, 2006.

4.3-ая Международная конференция "Обслуживание и ремонт газонефтепроводов". Сочи, 2-7 октября, 2006.

Заключение Диссертация по теме "Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ", Маматкулов, Абдуманноп Абдугаффарович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1 .Разработана математическая модель расчета статической составляющей напряжения в подводных переходах, учитывающая кроме нормативных нагрузок нагрузки, связанные с реальной геометрией и движением транспортируемого продукта.

2.В результате исследования разработанной модели методами планирования эксперимента и регрессионного анализа установлено, что

- определяющее влияние на статическую составляющую напряжений оказывает давление транспортируемого продукта (« 60 [%]);

- влияние диаметра трубопровода составляет приблизительно 20 [%];

- влияние пространственной геометрии перехода составляет приблизительно 20 [%].

3.В результате численного анализа модели установлено, что учет продольной силы и изгибающих моментов, связанных с реальной геометрией перехода и движением транспортируемого продукта, приводит к:

- изменению упругой линии;

- нарушению условий прочности и устойчивости;

- изменению соотношения кольцевых и продольных компонент напряжения. Этот факт может способствовать развитию кольцевых трещин.

4.Разработана расчетно-экспериментальная методика оценки статической составляющей напряжения эксплуатируемых подводных переходов. При этом величины напряжений, связанных с нормативными нагрузками и продольной нагрузкой, определяются расчетным путем, а напряжения, вызванные изгибающими моментами, - на основании расчета или измерения упругой линии.

124

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Маматкулов, Абдуманноп Абдугаффарович, Москва

1. Бабин JI.A.,Быков Л.И.,Волохов В.Я. Типовые расчеты по сооружению трубопроводов. -М.: Недра, 1979. 176 с.

2. Бате К.,Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. -М.: Стройиздат, 1982. 448 с.

3. Бердичевский В.Л. Вариационно-асимптотический метод построения теории оболочек и стержней. Автореферат дис.докт.ф.-м.наук. -М., 1981. -45 с.

4. Бородавкин П.П. Подземные трубопроводы. -М.: Недра, 1973. 304 с.

5. Бородавкин П.П.,Березин В.Л. Сооружение магистральных трубопроводов. -М: Недра, 1987, 472 с.

6. Бородавкин П.П.,Березин В.Л.,Шадрин О.Б. Подводные трубопроводы. -М.: Недры, 1979.-415 с.

7. Бородавкин П.П.,Ким Б.И. Охрана окружающей среды при строительстве и эксплуатации магистральных трубопроводов. -М.: Недра, 1981. 160 с.

8. Бородавкин П.П.,Синюков A.M. Прочность магистральных трубопроводов. -М.: Недра, 1984. 245 с.

9. Ю.Бурдун Г.Д. Справочник по Международной системе единиц. -М.: Издательство стандартов, 1977. 232 с.

10. П.Бутусов Д.С. Исследование пульсации потока в технологических трубопроводах компрессорных станций магистральных газопроводов. Автореферат дис.канд.техн.наук. -М., 2000. 21 с.

11. Васин Е.С. Оценка технического состояния магистральных нефтепроводов по результатам диагностического контроля //ТТН, 1996, № 4. с.26.

12. В.Веселовский P.A.,Значков Ю.К.,Забела К.А. Ремонт нефтепроводов с помощью клеев. -М.: ВНИИОЭНГ, 1975.

13. Василенко С.С. Исследование работы центробежных насосов магистральных нефтепроводов в режимах малых подач. Автореферат дис.канд.техн.наук. -М., 2000. 18 с.

14. Гернштейн М.С. Динамика магистральных трубопроводов. -M.: Недра, 1992.-283 с.

15. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.

16. ГОСТ Р 51164-98. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии.

17. Гурьянов В.В. Оценка влияния вибрационных и коррозионных процессов на несущую способность технологических трубопроводов. Автореферат дис.канд.техн.наук. -М., 2003. 23 с.

18. Иванцов О.М. Надежность и безопасность магистральных трубопроводов России //ТТН, 1997, № 10. с.26.

19. Иванцов О.М.,Харионовский В.В.,Черний В.П. Сопоставление методик расчета магистральных трубопроводов по нормам России, США, Канады и европейских стран. М.: ИРЦ Газпром, 1996. - 51 с.

20. Ильюшин A.A. Механика сплошной среды. -М.: Изд-во Моск. ун-та, 1978.-287 с.

21. Ингульцов C.B. Собственные и вынужденные колебания разветвленных трубопроводных систем энергетических установок. Автореферат дис.канд.техн.наук. Харьков, 1981.-21 с.

22. Инструкция по ликвидации аварий и повреждений на магистральныхнефтепроводах. РД 39-110-91. Миннефтепром СССР.

23. Инструкция по обследованию технического состояния подводных переходов магистральных трубопроводов. РД 39.30-1060-84. Миннефтегаз-пром СССР.

24. Инструкция по проведению диагностического обследования (паспортизации) надземных технологических трубопроводов обвязок нагнетателей ГПА. -М.: ОАО "Газпром", 2000 г. 57 с.

25. Ким Д.Х.,Кононов С.В.,Скибо В. и др. Оценка надежности подводных переходов магистральных нефтепроводов //ТТН, 1997, № 12. с. 15-19.

26. Кирнос В.И.,Сабитов В.Я.,Сабиров У.Н. Особенности ликвидации аварий на подводных переходах в зимних условиях //ТТН, 1999, № 4, с.12-17.

27. Колтунов М.А.,Васильев Ю.Н.,Черных В.А. Упругость и прочность цилиндрических тел. -М.: Высш. школа, 1975. 526 с.

28. Курганова И.Н., Окопный Ю.А., Радин В.М. Устойчивость и закрити-ческие деформации подземного газопровода //Проблемы ресурса газопроводных конструкций //ВНИИГАЗ. М.: 1995. - с.73-83.

29. Лышенко Л.З.,Бисярина О.М. Технические средства ремонта подводных нефтепроводов. -М.: ВНИИОЭНГ, 1986. 45 с.

30. Маматкулов A.A. Причина выпучивания участков подводных переходов магистральных трубопроводов //Сборник научных трудов "Материалы научно-технической конференции 17-21 апреля 2006 года". В 3-х частях. УГТУ, г. Ухта, 2006. с.235-238.

31. Маматкулов A.A., Поляков В.А. Особенности расчета и оценки состояния открытых участков подводных переходов //Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе, № 11, 2005. с.31-32.

32. Методика определения опасности повреждений стенки труб магистральных нефтепроводов по данным обследования внутритрубными дефектоскопами. -М.: АК "Транснефть", 1997. 25 с.

33. Методика оценки фактического положения и состояния подземных трубопроводов. -М.: ВНИИГАЗ, 1992. 53 с.

34. Методические рекомендации по расчетам конструктивной надежности магистральных газопроводов. -М.: ИРЦ Газпром, 1997. 126 с.

35. Нестеров И.М. О новых трубах и не только //ТТН, 2006, № 5. с.24

36. Нормы вибрации трубопроводов технологического газа КС с поршневыми газоперекачивающими агрегататми. -М.: ВНИИГАЗ, 1993.

37. Нормы вибрации трубопроводов технологического газа компрессорных станций с центробежными нагнетателями. -М.: Мингазпром, 1985.

38. Нормы вибрации трубопроводов технологического газа КС с центробежными нагнетателями. -M.: ВНИИГАЗ, 1994.

39. Петушков В.А. О динамике и прочности трубопроводных систем при сейсмических воздействиях //Проблемы прочности. 1986. - № 10. - с.94-102.

40. Писаревский В.М.,Поляков В.А.,Прохоров А.Д. Основы технической диагностики. 4.II. Основы вибрационной диагностики роторных машин. -М.: РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина, 2000 г. 142 с.

41. Писаревский В.М.,Поляков В.А.,Прохоров А.Д.,Черняев В.Д.,Челинцев С.Н. Основы технической диагностики. Часть I. М.: ГАНГ, 1996.-90 с.

42. Поляков В.А. Разработка методики нормирования вибрации трубопроводов больших диаметров с целью повышения их надежности. Автореферат дис.канд.техн.наук. -М., 1989. - 19 с.

43. Поляков В.А. Разработка методологии расчета и оценки процессов деформации технологических трубопроводов в условиях снижения несущей способности. Автореферат дис.докт.техн.наук. -М., 2003. 46 с.

44. Постнов В.А.,Хархурим И.Я. Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций. -Л.: Судостроение, 1974. 367 с.

45. Правила технической эксплуатации магистральных нефтепроводов. РА 39-30-114 78. Миннефтегазпром СССР.61 .Рекомендации по оценке несущей способности участков газопроводов в непроектном положении /В.В.Харионовский и др. -М.: ВНИИГАЗ, 1986. -44 с.

46. Руководство по анализу результатов внутритрубной инспекции и оценка опасности дефектов. ВРД 39-1.10-001-99. -М.: ОАО "Газпром", 1999 г.-17 с.

47. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. -М.: Мир, 1979.-392 с.

48. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т.1. -М.: Наука, 1976. 536 с.

49. Строительные нормы и правила (СНиП) 2.05.06-85. Магистральные трубопроводы /Госстрой СССР. -М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. 52 с.

50. Строительные нормы и правила (СНиП) 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы /Минстрой России. -М.: НУП ЦПП, 1997. 60 с.

51. Тимошенко С.П.,Гудьер Дж. Теории упругости. -М.: Наука, 1979. -560 с.

52. Толоконников JI.А. Механика деформируемого твердого тела. -М.: Высш. школа, 1979. -318 с.

53. Федорович Е.Д.,Фокин Б.С.,Аксельрод А.Ф.,Гольдберг E.H. Вибрации элементов оборудования ЯЭУ. -М.: Энергоатомиздат, 1989. 168 с.

54. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. -М.: Наука, 1986. 512 с.

55. Харионовский В.В. Надежность и ресурс газопроводов. -М.: ОАО "Издательство "Недра", 2000. 467 с.

56. Харионовский В.В. Повышение прочности газопроводов в сложных условиях. -JL: Недра, 1990. 180 с.

57. Чепурский В.Н.,Забела К.А.,Москвич В.М. Система диагностики и прогнозирования состояния подводных нефтепроводов в АО "Сибнефне-провод»//ТТН, 1996, №2.- с.13-18.

58. Черняев В.Д.,Забела К.А. Ликвидация аварий на подводных трубопроводах //ТТН, 1995, №№ 2, 3, 5, 6.

59. Черняев В.Д.,Забела К.А.,Москвич В.М. Оптимизация затрат на информационное обеспечение ТОР подводных переходов магистральных нефтепроводов //ТТН, 1997, № 10. с.4.

60. Черняев В.Д.,Черняев К.В.,Березин В.Л.,Стеклов О.И.,Васильев Г.Г. Системная надежность трубопроводного транспорта углеводородов. -М.: ОАО "Издательство "Недра", 1997. 517 с.

61. Шаммазов А.М.,Мугаллимов Ф.М.,Нефедова Н.Ф. Подводные переходы магистральных нефтепроводов. -М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2000. -237 с.

62. Шутов В.Е.,Васильев Г.Г.,Горяинов Ю.А.,Прохоров А.Д.,Чугунов Л.С. Механика грунтов. -М.: Изд-во "ЛОРИ", 2003. 128 с.

63. Яковлев А.Я. Разработка методов обеспечения устойчивости участков газопроводов, пересекающих малые водные преграды. Автореферат дис.канд.техн.наук. -М.: 2001. 23 с.

64. Яковлев Е.И.,Куликов В.Д.ДНибнев A.B.,Поляков В.А.,Ковалевич Н.С.,Шарабудинов Ю.К. Моделирование задач эксплуатации систем трубопроводного транспорта. -М.: ВНИИОЭНГ, 1992. 358 с.

65. Якубович В.А.,Старжинский В.А. Параметрический резонанс в линейных системах. -М.: Наука, 1987. 328 с.

66. American National Standard. ANSI B31.1. Power Piping Code, 1986.

67. American National Standard. ASME/ANSI B31.4-92. Liquid Transportation Systems for Hydrocarbons, Liquid Petroleum Gas, Anhydrous Ammonia and Alcohols.

68. American National Standard. ASME/ANSI B31.8-92. Gas Transmission and Distribution Piping Systems.

69. American National Standard. ASME B31G. Manual for Determining the Remaining Strength of Corroded Pipelines: A Supplement to B31, Code for Pressure Piping.

70. British Standard. BS 8010. Code of Practice for Pipelines, 1993.

71. British Standard. BS 2010: Part 2: Pipelines. Design and Construction of Steel Pipelines in Land.

72. Canadian Standard. CAN/CSA-Z183. Oil Pipe Transportation Systems.

73. Canadian Standard. CAN/CSA-Z184. Gas Pipeline Systems. Pipeline Systems and Materials.

74. DetNorske Veritas: DnV Rules for Submarine Pipeline Systems, 1996.

75. Deutsche Normen. DIN 2413. Stahlrohre. Berechnung der Wanddicke gegen Innendruck.

76. Deutsche Normen. DIN 2470. Teil 2. Gasleitungen aus Stahlrohren mit zul. Betriebsdrucken von mehr als bar. Anforderungen an die Rohleitungsteile.

77. Deutsche Normen. DIN 2470. Teil 2. Gasleitungen aus Stahlrohren mit zul. Betriebsdrucken von mehr als bar. Anforderungen an die Rohleitungsteile.

78. Friedmann Y. "Sea-botton forces crucial in pipeline crossings design" //OGJ, June 27,1988 (Vol.86, No.26), pp.47-50,52-53.

79. Fyrileiv 0.,Mork K.,Chezhian M.,Nielsen F.G. Ormen Lange HTHP lessons prompt design, standard adjustments //OGJ, Mar. 13, 2006, p.62-64.

80. Fyrileiv 0.,Mork K.,Chazhian M.,Nielsen F.G. Ormen Lange long free spans prompt update //OGJ, Mar.6,2006, p.63-67.

81. Inspection : the key to a reliable future Part 1. D. Jones//Pipes and Pipelines Internat, 1997. - III-IV Vol. 41, № 2, P. 32-43; № 3. -P. 22-26.

82. Konvisar E. Software to Diagnose 'Stressed Out' Pipeline //Oil&Gas Eurasia, February, 2006, p.50-59.99."Recommendated Practice: Free-spanning Pipelines", DNV-RP-F105, March 2002.