Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обеспечение работоспособности подводных переходов внутритрубными методами ремонта
ВАК РФ 25.00.19, Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ
Автореферат диссертации по теме "Обеспечение работоспособности подводных переходов внутритрубными методами ремонта"
На правах рукописи
ТОРОПОВ СЕРГЕЙ ЮРЬЕВИЧ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ' ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ ВНУТРИТРУБНЫМИ МЕТОДАМИ РЕМОНТА
Специальность 25 00 19 - Строительство и эксплуатация
нефтегазопроводов, баз и хранилищ
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
0031В1356
Тюмень - 2007
003161356
Диссертационная работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» Федерального агентства по образованию Российской Федерации
Официальные оппоненты
Земенков Юрий Дмитриевич,
доктор технических наук, профессор, Заведующий кафедрой
«Проектирование и эксплуатация нефтегазопроводов и хранилищ» Тюменского государственного нефтегазового университета
Малюшин Николай Александрович,
доктор технических наук, профессор, Президент ОАО «Институт «Нефтегазпроект»
Азметов Хасан Ахметзиевич,
доктор технических наук, профессор, Заведующий отделом «Техническая эксплуатация трубопроводов» Государственного унитарного предприятия «ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ТРАНСПОРТА ЭНЕРГОРЕСУРСОВ»
Ведущая организация ЗАО «ПИРС»,
г Омск
Защита диссертации состоится 9 ноября 2007г в 14°°час на заседании диссертационного совета Д 212 273 02 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу 625000, г Тюмень, ул Володарского, 38, зал им А Н Косухина
С диссертацией можно ознакомиться в библиотечно-информацион-ном центре Тюменского государственного нефтегазового университета по адресу 625039, г Тюмень, ул Мельникайте, 72
Автореферат разослан «8» октября2007г
Ученый секретарь диссертационного совета
Кузьмин С В
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы Повышение надежности и безопасности эксплуатации трубопроводов является одной из наиболее актуальных технических задач Известно, что срок эксплуатации значительной части трубопроводов превысил или близок к нормативному Поддержание работоспособного состояния трубопроводов невозможно без проведения ремонтно-восстановительных работ Выполнение згой задачи сопряжено с большими капиталовложениями, а в сложных условиях прокладки и со значительными техническими трудностями
Одним из перспективных направлений, позволяющих поддержать необходимый уровень надежности и снизить общие эксплуатационные затраты, является применение внутритрубных методов ремонта. При этом минимизируются земляные работы, сокращается время поиска зоны дефекта, а в ряде случаев применение этих методов является единственно возможным способом восстановления трубопровода
Внедрение новых способов строительства, в частности наклонно-направленного бурения, при которых значительно снижается доступность к поврежденному участку трубопровода, еще больше повышает актуальность работ в этом направлении, особенно при ремонте переходов через водные преграды глубокого заложения Принимая во внимание важность проблемы и рост числа потенциальных объектов, в настоящее время активно разрабатываются внутри-трубные методы, ориентированные на профилактические ремонтные работы, позволяющие снизить влияние вредных факторов и увеличить сроки эксплуатации трубопроводов
Вместе с тем, до сих пор не решен комплекс задач по разработке основных требований к конструктивным решениям ремонтных элементов, методам их расчета и способам доставки в зону ремонта, приведении имеющихся знаний в единый комплекс
Все это свидетельствует об актуальности темы исследований, как с теоретической, так и с практической точек зрения
Цель работы состоит в обосновании и разработке теоретических положений и практических способов обеспечения работоспособного состояния подводных переходов трубопроводов, на основе применения внутритрубных ремонтных элементов
Объект исследования. Подводные переходы нефтепроводов и водоводов
Предмет исследования. Процессы восстановления исправного состояния подводных переходов трубопроводов с помощью внутритрубных ремонтных элементов
Основные задачи исследования.
В соответствии с поставленной целью, решались следующие основные задачи
1 Разработать общие принципы конструктивных решений внутригруб-ного ремонтного оборудования и назначить области допустимого изменения основных параметров,
2 Обосновать формы упругих ремонтных оболочек и найти соответствующие им схемы нагружения с учетом возможного появления зон пластической деформации,
3 Провести моделирование и экспериментальное исследование работы конструкций внутритрубных элементов использующих для собственной деформации эффект памяти формы,
4 Получить зависимости по определению положения ремонтных элементов во внутренней полости трубопровода при установке их на жесткой связи и оценить смещение при потере устойчивости штанг для различных компоновочных решений,
5 Разработать и исследовать модель процесса управления движением длинномерных упругих вставок во внутренней полости трубопровода в реальном масштабе времени,
6 Разработать технические решения и исследовать процессы соединения полимерных оболочек в полости трубы, найти зависимости прочностных характеристик от условий нагрева и геометрических параметров элементов
Научная новизна исследования.
1 Экспериментально исследована деформация симметрично нагруженных тонкостенных оболочек под действием внешних нагрузок, равномерно распределенных по их образующим Получены и проанализированы данные о геометрии, распределении напряжений, и положении участков упругой и пластической деформации, что позволяет прогнозировать поведение ремонтной гильзы при снятии с нее нагрузок во время установки в рабочее положение и оценить остаточные деформации при разных схемах нагружения
2 Экспериментально оценены контактные давления при деформации образцов, имитирующих ремонтные гильзы, из СПФ на плоской модели трубопровода Установлено влияние начальной формы оболочки на распределение контактных давлений для различных форм гофрирования Разработана методика расчета замковых элементов для комбинированных гальз из СПФ
3 Получены аналитические зависимости для определения положения ремонтного оборудования по отношению к дефекту трубопровода и оценке возможного смещения при потере устойчивости штанги при различных конструктивных схемах Выявлены, оптимальные соотношения диаметров штанг, при которых их критическая длина имеет выраженный максимум, слабо зависящий от диаметра ремонтируемой трубы
4 Разработана математическая модель и получены численные решения для распределения температурных полей в многослойных гильзах с нелинейными теплофизическими характеристиками Выявлены особенности температурных режимов в зависимости от конструктивных параметров свариваемых элементов
5 Экспериментально изучены процессы соединения полиэтиленовых оболочек с помощью закладных элементов Получены зависимости прочностных характеристик от основных конструкционных параметров и предложены практические рекомендации по их использованию при создании внутритрубного ремонтного оборудования
6 Впервые разработана и исследована динамическая модель длинномерной внутритрубной вставки, с учетом ее основных геометрических параметров и физико-механических свойств материала. Получены точное и приближенное решения уравнения движения Предложен эффективный метод численного решения уравнений, позволяющий проводить расчеты в реальном масштабе времени, с целью управления движением вставки на ремонтируемом подводном переходе
7 Впервые выявлены закономерности движения длинномерных внутри-трубных вставок, движущихся внутри трубопровода по профилю переменной кривизны Показано, что движение на участках аппроксимированных монотонными функциями имеет неравномерный скачкообразный характер, что особенно проявляется на восходящих участках подводного перехода
8 Разработана методика моделирования реальных профилей подводных переходов с помощью ряда аналитических функций Дана оценка степени схо-
димости результатов расчетов скорости и положения вставки в зависимости от кривизны участка и общей длины перехода
Достоверность результатов диссертации обеспечивается строгим математическим обоснованием предлагаемых методов и подходов, а также сопоставлением с соответствующими экспериментальными данными и известными результатами других авторов
Практическая значимость и реализация работы. Практическая ценность работы заключается в разработке теоретических положений внутритрубных методов ремонта, ориентированных на профилактические работы, позволяющие снизить влияние внешних воздействий и увеличить сроки эксплуатации трубопроводов
- в работе предложены конструкции ремонтных гильз для дистанционного ремонта внутренней полости трубопроводов из сплавов с памятью формы с покрытием из экзотермических порошков,
- разработан новый способ соединения внутренних полиэтиленовых оболочек сваркой закладными элементами,
- предложена технология ремонта подводных переходов гильзами из сплавов с памятью формы и обоснованы основные конструкционные решения ремонтного оборудования,
- разработано программное обеспечение расчетов многослойных гильз с нелинейными теплофизическими параметрами,
- предложен пакет программ по расчету движения длинномерных гибких оболочек по внутренней полости трубопровода в режиме пневмотранспорта,
- созданы экспериментальные установки, позволяющие проводить исследования основных параметров внутритрубных ремонтных элементов
Результаты исследований использованы в практической деятельности ОАО «Гшфопоменьнефтегаз»
Разработки автора используются в учебном процессе ТюмГНГУ при чтении курсов лекций «Ремонт нефтегазопроводов» и при переподготовке специалистов трубопроводного транспорта на факультете повышения квалификации при ТюмГНГУ
Апробация работы Результаты работы докладывались в 1997 - 2005 г г на международных, всероссийских и региональных конференциях посвященных проблемам трубопроводного транспорта, в том числе
- научно-технической конференции «Энергосбережение при освоении и разработке северных месторождений Западно-Сибирского региона», - Тюмень 1997,
- всероссийской научно-технической конференции «Тюменская нефть вчера и сегодня», - Тюмень 1997,
- всероссийской научно-техническая конференция «Нефть и газ Западной Сибири», - Тюмень 1998,
- международной научно-практическая конференция «Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях», -Тюмень 2001,
- региональная научно-техническая конференция «Природные и техногенные системы в нефтегазовой отрасли», - Тюмень 2001,
- научно-технической конференции «Транспортный комплекс-2002»,- Тюмень 2002,
- региональной научно-технической конференции «Нефть и газ Проблемы недропользования добычи и транспортировки», - Тюмень- 2004;
- международной научно-технической конференции «Интерсгроймех-2005», -Тюмень 2005,
- региональной научно-технической конференции «Природные и техногенные системы в нефтегазовой отрасли», - Тюмень 2005
На защиту выносятся результаты теоретических обобщений, экспериментальных исследований и научно-обоснованные практические рекомендации по созданию методов внутритрубного ремонта трубопроводов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 39 печатных работ, в том числе монография
Структура работы Диссертация состоит из введения, 5 разделов, выводов и приложения Работа содержит 293 листов машинописного текста, 119 рисунков, 22 таблиц, списка литературы из 152 наименования
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель, задачи и основные направления исследований, отмечается научная новизна и практическая значимость работы
В первом разделе представлено современное состояние проблемы, проведен анализ условий эксплуатации и ремонта подводных переходов нефтепроводов и водоводов
Общетеоретическим и прикладным вопросам ремонта трубопроводов и экологической безопасности их эксплуатации посвящено значительное количество работ Азметова X А, Березина В Л, Бердышева В,В , Бобылева Л М, Боро-давкина П П, Васильева Г Г, Векштейна М Г, Гетманского М Д, Гумерова А Г , Гумерова Р С, Забела К А, Земенкова Ю Д, Зубаирова А Г, Иванова В А, Кузьмина С В , Левина С И, Левитина Ю И, Малюшина Н А, Маричева Ф Н, Мингалева Э П, Мугаллимова Ф М, Мустафина Ф М, Нефедова Н Ф, Новоселова В В, Орлова В А., Примина О Г, Продоуса О А, Сапожникова Е В, Сул-танмагомедова С М, Харькина В А, Храменкова С В, Шамазова А М и других авторов из анализа работ которых следует, что комплекс задач, относящихся к внутритрубному ремонту, по разработке основных требований к конструктивным решениям ремонтных элементов, методам их расчёта и способам доставки в зону ремонта, приведении имеющихся знаний в единый комплекс, до сих пор не решен
В работе дана классификация и приведена характеристика внутренних повреждений Показано, что аварии трубопроводов, являющиеся, в большинстве случаев, результатом развития эксплуатационных дефектов, вызываются действием двух групп факторов, связанных со снижением несущей способности трубопровода, и с увеличением нагрузок и внешних воздействий
Снижение несущей способности нефтепровода происходит из-за развития дефектов в стенке труб, в частности различных видов коррозии, а так же старения металла под действием циклических нагрузок
Вторую группу составляют нагрузки и внешние воздействия, которые изменяют напряженно-деформированное состояние трубопровода
Особенно опасными являются трубопроводы, транспортирующие многофазные среды Как показывает опыт эксплуатации, основными причинами нарушения их герметичности являются коррозионные процессы, поражающие внутреннюю поверхность трубы На их долю приходится треть всех аварий
Особенно высокая скорость коррозии наблюдается в трубопроводах, по которым продукция транспортируется с низкими скоростями
Показано существование определенных закономерностей в расположении дефектов от профиля подводного перехода. Поражение металла в виде пятен, каверн развивается в основном на горизонтальных и нисходящих участках В начале восходящих участков образуются поражения в виде рельефных канавок (ру-
чейковая коррозия) Ручейковая форма разрушения наблюдается при обводненности нефти В этом случае относительные потери металла по сечению трубы незначительны, - изменения толщины стенки вне «канавки» находятся в пределах допусков на толщину стенки трубы
Показана прямая взаимосвязь коррозионных разрушений со структурными формами газожидкостного потока Коррозионные разрушения нижней части трубопровода во многом связаны с содержанием в многофазном потоке механических примесей, которые в процессе перекачки выпадают на дно трубы и при собственном движении вызывают абразивный износ трубы по нижней образующей, способствуя тем самым росту интенсивности коррозии в данной области
В связи с этим, для сохранения работоспособного состояния подводного перехода особое значение имеют профилактические мероприятия по защите внутренней стенки трубы от продуктов перекачки и предотвращению развития дефектов
Автором приведен анализ технологий и материалов, основных компании мира, имеющих опыт внутритрубного ремонта трубопроводов Выявлены основные тенденций в развитии методов ремонта трубопроводов для участков сложного профиля и ограниченного доступа к местам дефектов, показано, что в этих условиях, весьма эффективны методы, основанные на использовании внутритруб-ных многофункциональных технологических устройств
Обоснована необходимость в разработке и научно-методическом обеспечении новых технологий и технических средств, особенно для «дистанционного» ремонта внутренних дефектов трубопроводов
Второй раздел посвящен разработке методов расчета внутритрубных элементов для локального ремонта подводных переходов трубопроводов (ВРЭ)
Внутритрубные технололни и соответствующие технические средства базируются на применения ремонтных элементов, выполненных, либо в виде коротких металлических гильз, имеющих длину в несколько диаметров (рис 1а), или длинномерных пластиковых элементов длинной до нескольких сотен метров Основой металлических вставок (1) служит сталь с различными механическими свойствами (соответственно для пластически деформируемых или упруго деформируемых гильз) или сплавы с памятью формы (СПФ), де-формация которых происходит при их нагреве непосредственно в зоне дефекта (2)
Для герметизации и адгезии на наружную поверхность вставок наносятся мастики или пластиковые покрытия (3), которые позволяют получить монолитную многослойную конструкцию, защищающую внутреннюю полость трубопровода от разрушения и воздействия агрессивных сред
Металлические гильзы используются так же в качестве стопорных элементов (6), когда пластиковая тонкостенная изолирующая труба (5), установленная в месте дефекта (2), после радиального воздействия на ее торцевые части, удерживается в зоне дефекта металлическими гильзами (рис. 16) Длинномерные элементы (5) выполняются из пластика и соединяются во внутренней полости трубопровода стальными коннекторами или закладными термическими гильзами на основе СПФ (7) (рис 1в)
5 7 5
Рис 1 Схемы внутритрубных ремонтных элементов На основе анализа основных факторов, определяющих выбор метода ремонта, в работе предложена типология внутритрубных элементов (рис 2)
В зависимости от выполняемых функций элементы подразделяются на
- герметизирующие, те предотвращающее истечение транспортируемого продукта за счет механического «запирания» свищей,
- изолирующие, те перекрывающие доступ транспортируемого продукта к внутренней поверхности трубы, в частности, в зону активной коррозии или в зону сварного незаизол ирован ного шва и т д,
Тер лег11с скос воздействие нл элементы т пластиков
С'т екзющде гидравлическое сопротивление
Термическое воздействие нл элементы ж ГПФ
Сняше внсшнш связей с лтгрлгнх оболочек
Деформация виутренн1«л1 центраторами
Замковые
Рлтрьшные
Гофрированные
Ц] ш мд[>] гчес ш ге
Кори [екторы
Упро
ЕНЯЮЩНС 4-
Иэошфующпе
Гермет1ф УЮЩ-к
По Л1 Юр .ТМЛС рм-тс
элементы -способ «труб* в труб с»
Рис. 2. Типология внугритрубных ремонтных элементов.
- упрочняющие элементы, т.е. повышающие прочностные Характеристики трубы в области ремонтируем ого дефекта;
- коннекторы, исполняющие роль внутренних муфг, соединяющих внугри-трубные вставки;
- снижающие гидросопротивление за счет использования материалов или внутренних покрытий, имеющих более низкий коэффициент гидравлического сопротивления
В качестве основных материалов для ВРЭ рассматриваются
- стали, обладающие соответствующими антикоррозионными свойствами, и в зависимости от конструкции ВРЭ, повышенной пластичностью или упругостью,
- полиэтилен, в качестве основного конструкционного материала для длинномерных РЭ, а так же в качестве покрытия ремонтных гильз,
- сплавы с памятью формы, в частности никелид титана, как материал, имеющий необходимые конструкционные и технологические свойства,
- объемные пакетируемые элементы из смеси веществ, при внешнем инициировании вступающие в экзотермические реакции, с целью нагрева ВРЭ, работающих на основе эффекта памяти формы
Доставка ВРЭ в ремонтную зону осуществляется, как с помощью жесткой связи, в частности буровых штанг установок направленного бурения, так и автономно при помощи компрессоров дяя перемещения ВРЭ в режиме пневмотранспорта Во втором случае необходимо обеспечить управление положением ремонтного элемента внутри трубопровода в реальном масштабе времени
Способ установки и фиксации в рабочем положении определяется конструкцией и материалом ВРЭ В работе рассмотрены установка в рабочее положение ВРЭ, с применением оборудования, построенного по принципу внутренних гидравлических центраторов (при пластической деформации внутренних гильз), а так же установка на основе предварительно упруго деформированных ВРЭ, которые после снятия внешних связей принимают рабочее положение Гильзы, изготовленные из сплавов с памятью формы, принимают рабочее положение при их нагреве до температуры срабатывания сплава
В разделе предложены методы расчета внутритрубных элементов для локального ремонта подводных переходов трубопроводов, выполненные в виде коротких металлических гильз
Для обеспечения работоспособности элементов и сохранения эксплуатационных свойств ремонтируемых трубопроводов, определены области допустимых изменений и назначены ограничения на основные конструкционные параметры
В частности, на основании обобщения требований к проходному сечению трубопровода, получена допустимая толщина стенки гильзы - не более 5 % от внутреннего диаметра трубы Проведена оценка потерь напора, от ремонтных гильз с толщиной стенки от 1 до 6 мм Показано, что их установка вызывает незначительные потери напора, которые не могут повлиять на гидравлический режим трубопровода Определены, так же силы трения, обеспечивающие рабочее положение гильзы в трубопроводе Установлено что, коэффициент трения в нефтепроводе зависит от соотношения парафинового ряда внутренних отложений и при температурах перекачки изменяется для парафинов в довольно широких пределах от 0,26 у нонана, до 0,11 у триаконтана Анализ показывает, что область его изменения лежит в интервале от 0,11 до 0,4, и определяется составом перекачиваемого продукта, температурой и степенью очистки внутренней стенки трубы В свою очередь сила трения между внутренней поверхностью трубы и внутренним элементом определяется деформацией последнего и вследствие неравномерности по сечению трубы определяется как
Гтр=ЬлО/{Сх)]д(а)с1а (1)
о
где я(а) - распределение усилий прижатия по сечению гильзы, а - угол раскрытия разрывной гильзы (дня цельной гильзы а =2тс), Г (Сх) - коэффициент трения, как функция длины молекулярной цепи
Сравнительный расчет сил трения напряженной оболочки и усилий сдвига от потока жидкости показывает кратное превышение трения в рассматриваемой размерной области, что гарантирует статическое положение гильзы в трубе
Общим необходимым условием доставки гильзы в зону дефекта, является ее предварительная деформация в поперечной плоскости Это уменьшает габариты и дает возможность перемещать ее по внутренней полости трубы к месту монтажа В разделе приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований деформации для 1) упруго-деформируемых, 2) пластически-деформируемых и 3) гильз использующих для трансформации эффект памяти формы
Исследование формы упругой гильзы, моделирующей реальные ремонтные конструкции, проводилось на экспериментальной установке «плоская модель сечения» Получение аналитических выражений для геометрии оболочек,
при появлении пластических зон, становится невозможным, поэтому особый интерес представляли переходные сечения, при которых наблюдались участки как упруго-, так и пластически деформированные
Установка представляет собой плиту с закрепленными на ней подвижными упорами, число (максимум 8), подача и угловые координаты которых могли изменяться В центре устанавливалась оболочка, которая при радиальном синхронном перемещении упоров симметрично деформировалась Схема нагруже-ния оболочки приведена на рисунке 3 Ширина деформируемой оболочки составляла 20 мм Материал оболочки легированная сталь
Экспериментальное исследование формообразования упругих гильз проводилось в следующей последовательности
1 Выбор силовой схемы нагружения - вида симметрии и числа упоров, исходя из диаметра и толщины стенок оболочки,
2 Деформирование образца,
3 Определение координат сечения оболочки,
4 Аппроксимация формы сечения аналитическими функциями,
5 Оценка изгибных напряжений по текущей кривизне оболочки
Координаты оболочки вводились в программный комплекс Зш^эйса, по которым строилась функция, описывающая линию гофры Далее определялась текущая кривизна, соответственно деформация наружных слоев материала и по диаграмме «растяжение-сжатие» текущие напряжения
В результате были получены данные о геометрии оболочек, распределении напряжений и положении уча-Рис 3 Схема нагружения оболочки
стков упругой и пластической деформации, в зависимости от толщины оболочки, ее начального диаметра, количества точек приложения сил и величины радиального перемещения
На рисунке 4 приведены результаты экспериментов по деформации оболочки диаметром 340 мм с толщиной стенки 5=0,5 Величина смещения участков оболочки, к которым прикладывались усилия, в данной схеме нагружения равня-
лась 52 мм При этом наблюдалось уменьшение диаметра описанной окружности на 38 мм соответственно (смещение наружных вершин гофр во внутрь на 19 мм)
128
126
0,500
О 700 0,900 Участок 1
1,100
0,30 0,39 0,47 Участок 2
Рис 4 Формы гофры по участкам Такой подход позволил определить допустимое уменьшение габаритов упругих оболочек, наложением на них внешних связей, без образования зон пластической деформации
В работе так же проведены исследования геометрических параметров гофрированных ремонтных гильз работающих полностью в области пластических деформаций Получены расчетные зависимости и установлены предельные размеры гилкз с постоянной кривизной гофр Показано, что в этом случае отношение начального и конечного диаметра гильзы с увеличением числа гофр стремится к л/2
Одним из перспективных направлений в области внутритрубного ремонта, является применение материалов с памятью формы (СПФ) В работе проведен анализ технологических свойств и области возможного использования гильз из СПФ, при ликвидации повреждений на подводных переходах трубопроводов
По результатам морфологического анализа, предложены основные конструктивные решения внутритрубных ремонтных гильз из СПФ, сформулированы технологические требования к ремонтным элементам и условиям их работы в полоста трубопровода
Ремонтные гильзы, использующие материалы с памятью формы условно предлагается разделить на пять типов
1 Неразрывные цилиндрические оболочки, деформируемые по схеме «растяжение-сжатие» с постоянной кривизной по всему периметру оболочки,
2 Неразрывные цилиндрические оболочки, деформируемые по схеме предварительного гофрирования,
3 Разрывные пространственно-ориентированные цилиндрические пильзы,
4 Спиральные гильзы,
5 Замковые гильзы разных конструкций, в которых рабочий элемент, выполненный из СПФ, при своем срабатывании переводит оболочку из других материалов в рабочее положение
Для изучения деформации элементов из СПФ в полости трубы разработана установка и проведено экспериментальное исследование аналогов внутренней гофрированной гильзы
Установка (рис 5) предназначена для исследования изменения геометрических параметров в процессе деформации ремонтного кольца и оценке его контактных давлений на стенки трубы в плоской постановке
Рис 5 Установка «плоская модель»
Материал кольца - N1X1, температура срабатывания 41-47 °С, химический состав Никель 55,2%, Титан 44,8%, Углерод 0,037%, Кислород 0,10%, Азот 0,009%, Водород 0,0072%
Соотношение диаметров ремонтной вставки в развернутом и гофрированном состоянии в процессе эксперимента изменялось до величины 1,8 При этом деформация в любой точке не превышала 8 %, что обеспечивало восстановления первоначальной формы СПФ Проведена оценка контактных давлений на стенки трубы, возникающих при деформации образцов имитирующих ремонтные гильзы Результаты обработаны в программном комплексе БШйзйса Получены эпюры контактных давлений Установлено, что распределение контактных давлений по внутренней поверхности установки не равномерно, и имеет максимумы в точках с «первоначальным касанием элемента», что связано с характером деформации элемента Таким образом, равномерность эпюры давления является функцией количества гофр
В разделе разработана методика расчета «замковых гильз», которые выполняются по различным схемам, общий принцип работы которых заключается в срабатывании «рабочего элемента» из СПФ
Основной рабочий характеристикой «замковых гильз» является зависимость сжимающей силы р от расстояния между концами «рабочего элемента» (рис 7) Упругая деформация СПФ может достигать 10%, однако зависимость напряжений а от деформаций г при этом существенно нелинейная Обычно в таких случаях зависимость о(е) берется в виде о = причем 0<р<1 Такая же зависимость часто используется в теории малых упруго-пластических деформаций
для аппроксимации зависимости интенсивности напряжений от интенсивности деформаций
Недостатком такой аппроксимации является то, что da/de —» оо при е —» О, тогда как в действительности da/ds = Е при е = 0, где Е - модуль упругости материала Кроме того, такая зависимость непосредственно может быть использована только при е > 0, поэтому в процессе решения необходимо следить за знаком £
Более универсальной и свободной от указанных выше недостатков является зависимость вида
Где коэффициенты Е| и Е3 можно определить из реальной диаграммы деформирования материала, в частности СПФ
При использовании зависимости вида (2) удается получить аналитическое решение даже для геометрически нелинейной задачи, если пренебречь распределенными нагрузками и осевой деформацией Ниже приведена последовательность расчета «рабочего элемента», полученная в результате решения данной задачи
1 Задается значение 60 - угла поворота оси стержня в точке б = 0 По физическому смыслу задачи 0 < 60 < л Причем 0О = 0 при р < р^, где ркр - Эйлерова критическая сила, 0О —*► % при р —> со
2 Для заданного значения 0О из (3) находится р Уравнение (3) решается численно методом хорд В качестве начального приближения берется значение р определенное из решения аналогичной задачи для линейно упругого материала при таком же 0О В решенных задачах для получения решения с 5-ю верными цифрами требовалось не более 5 итераций Интеграл в (3) вычисляется по квадратурной формуле Гаусса
3 По (4) находится координата х правого конца стержня Интегралы в (4) так же вычисляются по квадратурной формуле Гаусса По условию задачи должно быть х > 0, поэтому, как только координата х станет меньше 0, решение прекращается
ct=E]E-E3S"
.3
(2)
(3)
jc(ffl) = 2l— Kll — sin1
"12p Л
sin2^? Jl + J1 -2Djpsin2 — cos2<p d(p-s(<p) (4)
Полученные значения р и х являются решением поставленной задачи Для контроля находится е,пач При этом найденное значение етах не должно превышать допустимой для данного материала величины Х(м)
350 450 550 650 750
Рис 7 Зависимость расстояния X от силы Р ♦ - линейно-упругий материал, —- нелинейно-упругий материал На рис 7 показаны графики зависимости расстояния X между концами стержня от сжимающей силы Р для линейно и нелинейно-упругого материала для стержня прямоугольного сечения h = 4 мм, b = 40 мм, 1 = 1 м Параметры Е, и Е3равны E|=l,l 104МПа,Е3=9,6 105МПа.
В третьем разделе представлены результаты исследований в области разработки технологии и технических средств, для доставки и установки внутри-трубных ремонтных элементов в дефектных зонах подводных переходов
Основными факторами, определяющими технические и технологические возможности внутритрубных ремонтных устройств, являются
- точность установки гильз в рабочее положение по продольной координате трубопровода,
- точность установки по сечению трубопровода (угловая ориентация),
- неравномерность усилий при деформации гильз,
- влияние цикличности процесса на основные технологические параметры оборудования
В соответствии с этим, в разделе представлены результаты исследований влияния перечисленных факторов на характеристики ремонтного оборудования, дано обоснование принимаемых технических и компоновочных решений и получены аналитические зависимости для расчета основных параметров ремонтного оборудования
Дефект
Рис 8 Положение штанги и ВРУ относительно дефекта В частности, при использовании рабочей схемы с перемещением ремонтного оборудования с помощью жесткой связи, возникает необходимость определения положения ремонтной вставки по отношению к дефекту трубопровода и оценка возможного смещения гильзы вследствие потери устойчивости штанг установки ННБ Определение смещения необходимо, как для точной установки ремонтного элемента внутри трубопровода, так и для обоснования длины гильзы Рассматривались различные схемы положения рабочего оборудования в полости трубопровода В качестве основной была выбрана расчетная схема, при которой штанш расположены по нижней образующей трубы В этом случае при отклонении в любую сторону на них действует сила, стремящаяся вернуть их в положение равновесия
С учетом этого выражения уравнение устойчивости штанг примет вид
Н—т + Т——+ = 0 (5)
<&4 ж2
где Я- изшбная жесткость, Т- сжимающая сила, -перемещение
Полученное уравнение полностью совпадает с уравнением устойчивости балки на упругом основании и с уравнением устойчивости круговой цилиндрической оболочки при осевом сжатии В работе проведен анализ имеющегося решения применительно к сформулированной выше задаче
Длину стержня Ь, при которой сопротивления движению вставки Т0, при погонной массе т, достигнет критического значения, определится из уравнения
Значение Lkp, получено при условии, что сжимающая сила постоянна и равна Тмах, тогда как в действительности она принимает это значение только в одной точке, что создает определенный запас при расчете критической длины
Из проведенных расчетов видно, что критическая длина штанг существенно зависит от диаметра трубопровода При увеличении диаметра в два раза от 700 мм до 1400 мм она уменьшается примерно в 1,5 раза Критическая длина сильно зависит от коэффициента трения, его желательно уменьшать всеми возможными способами В выражении (6) J и т зависят от de и 4 - внешнего и внутреннего диаметров штанги, значит и Lv зависит от этих параметров Выявлено оптимальное соотношение диаметров 4 и d„ при котором Ь«р имеет максимальное значение, причем это соотношение слабо зависит от диаметра трубопровода Например, для стальной штанги с внешним диаметром 90 мм оптимальный внутренний диаметр лежит межцу 80 и 85 мм
Для сравнения критическая длина свободного шарнирно опертого стержня такого же поперечного сечения при сжимающей силе Т « 10 кН определенная по формуле Эйлера составляет всего 11,7 м Это значит, что при использовании центрирующих колец их нужно ставить в начале примерно через 6 метров Если же стержень лежит в трубе, то такой нагрузке соответствует критическая длина, равная примерно 1650 метрам для трубопровода диаметром 700 мм
Необходимо отметить, что помимо веса штанги на стенку трубопровода действует сила, обусловленная дополнительным давлением от потери устойчивости штанги Величина этой силы зависит от длины полуволны и будет тем больше, чем меньше длина полуволны, поэтому максимальная сила давления будет в первой полуволне Добавочная сила трения от этой силы составляет, как показывают оценочные расчеты не более 10 % от величины силы F Эта оценка значительно завышена, т к добавочная сила взята максимальной (по значению в первой полуволне) и постоянной по всей длине трубы, тогда как в действительности она изменяется от максимального значения в начале трубы до 0 в конце трубы На основе полученных аналитических зависимостей создано программное обеспечение для расчета величины смещения и определении координаты ремонтного элемента при установке его в рабочее положение
Получены так же аналитические зависимости и разработаны программы по расчету угловой ориентации внутренних ремонтных устройств в зависимости от центровки ремонтного блока
В случае установки ремонтных элементов без предварительной раскачки трубопровода, при расчете сил сопротивления, необходимо учитывать, что вытеснение продуктов перекачки из полости ремонтируемого трубопровода нестационарный процесс, характеризующийся непрерывным изменением массы и сопротивлением системы Определяющее влияние на этот процесс оказывают гидродинамические параметры вытесняемого продукта и продольный профиль ремонтируемого участка (рис 9) Кроме того, использование установок ННБ предполагает цикличность процесса перемещения ремонтного блока, а следовательно необходимость учета динамики процесса
Рис 9 Расчетная схема вытеснения продукта перекачки из трубопровода 1 - трубопровод, 2- ремонтный блок, 3- направляющие штанги, 4 - установка ННБ, 5- профиль ремонтируемого участка, 6- вытесняемый участок продукта, г-координата положения ремонтной установки, х- координата по длине трубопровода, ¿-длина трубопровода Расчетные значения ускорений и скоростей перемещения ремонтного блока определяются при этом по техническим характеристикам используемых установок наклонно-направленного бурения
Тогда дополнительное усилие, действующее на ремонтный блок, от перемещения транспортируемого продукта определится как
ДЬ
Ы
х
I
4 (7) 8 УЖ) 4 4 Ж
где А - коэффициент гидравлического сопротивления, g - ускорение свободного падения, к - разность отметок рассматриваемой точки и начала трубопровода
Наличие внутренних отложений значительно увеличивают силы сопротивления В начале движения ремонтного блока, перед его концевым уплотнением, отложения заполняют живое сечение трубопровода лишь частично В этом случае общее давление на уплотняющую манжету складывается из гидродинамического давления вытесняемой жидкости и контактного давления продуктов отложения В дальнейшем сечение трубы перекрывается полностью и происходит формирование цилиндрической пробки
При этом усилие на ремонтный блок увеличивается на величину
_ лВ рё
пробки
пр 1
ехр-
* й
(8)
16<Г
где С, - коэффициент бокового давления фунта между горизонтальной и вертикальной составляющими, принимаемый постоянным по всей длине пробки, / - средняя длина для цилиндрической части пробки, £т — коэффициент трения
о внутреннюю поверхность трубопровода
Для отвода продуктов перекачки, в трубопровод врезается вантуз, что увеличивает гидравлическое сопротивление всей линии вытеснения и соответственно усилие перемещения Уравнение, учитывающие потери давления на трение в сливном патрубке, а так же местные потери давления, возникающие при изменении сечения трубы, имеет вид*
где 1е - длина сливного патрубка, й?-диаметр сливного патрубка
Оптимальные размеры сливных патрубков, обеспечивающих допустимую скорость перемещения ремонтного блока, определяются на основании расчета типовых технологических схем удаления продуктов перекачки,
В разделе рассматриваются вопросы разработки технологии ремонта подводных переходов, с обоснованием состава ремонтного комплекса и его базовых характеристик Как отмечалось выше, основным оборудованием в составе комплекса является ремонтный блок
Ремонтный блок предназначен для установки гильз в рабочее положение в зоне дефекта Конструкции ремонтных блоков, в отличии от силовых, различны для каждого типа гильз и определяются характером внешнего воздействия, необходимого для приведения предварительно деформированной оболочки в рабочее состояние
Для упругих гильз конструкция выносного ремонтного блока определяется схемой деформации оболочки Оболочка может удерживаться в деформированном состоянии упорами с внешней стороны гильзы или связями с внутренней стороны, как жесткими, так и гибкими В соответствии с этим реализуются две основные схемы рабочего блока первая предполагает использование внешних упоров, вторая любой механический разрью внутренних связей
Для пластически-деформированных гильз, основной задачей выносного ремонтного блока является пластическая деформация гофрированной оболочки в правильную цилиндрическую Важным фактором, влияющим на качество ремонта и условия напряженно-деформированного состояния системы «ремонтная вставка-трубопровод», становится правильный выбор кинематической схемы силового механизма В качестве прототипа силового оборудования рассматривались внутренние центраторы, применяемые в трубопроводном строительстве Исследовались их конструкционные и функциональные возможности, с целью применения существующих технических решений На основе проведенного анализа был сделан вывод о нецелесообразности использование шарнирно-рычажных и клиновых центрирующих механизмов и необходимости использовать независимый привод, в частности гидроцилиндры
В связи с этим, так же изучался вопрос о применении независимого раздельного гидропривода для деформации пластиковых оболочек, моделирующих длинномерные внутритрубные элементы Для этого была спроектирована и создана полномасштабная модель элементов силового блока
Деформировались концевые части оболочек и отдельные полноразмерные кольца При этом максимальная длина деформируемой оболочки равнялась 380 мм Начальный внутренний диаметр деформируемых оболочек составлял не менее 300 мм, максимальный- 324 мм Усилие, передаваемое на нажимную планку - по 950 Н для каждого из 16-ти поршней
Проведенные исследования показали расхождение между расчетными значениями перемещений колец, в том числе и при расчете краевого эффекта, и
фактически наблюдаемыми Так как максимальная разность сил, развиваемых гидроцилиндрами, составляла не более 0,5 % для цилиндров, изготовленных по 8-квшштету, а величина погрешности от разницы кривизны 1%, неравномерность деформации, свыше расчетной, может быть объяснена неоднородностью материала колец в пределах заводских допусков В тоже время сопоставление результатов экспериментов с допусками геометрии трубы позволило сделать вывод о возможности использования данной силовой схемы при проектировании выносных ремонтных блоков
Для ремонтных блоков устанавливающих гальзы из сплавов с памятью формы компоновочное решение предусматривает последовательную установку поршней с образованием между ними ремонтной рабочей камеры, в которой находится гильза из СПФ Были проанализированы различные виды очистных и разделительных поршней, как импортных, так и отечественных, по всему типо-размерному ряду от 159 мм до 1420 мм На основании изучения их технологических свойств, а так же результатов эксплуатации, выявлен ряд конструкций, которые приняты в качестве базовых при создании ремонтного блока комплекса
Поршни изолирует ремонтную камеру от полости трубопровода, что дает возможность создавать в камере избыточное давление и поднимать в ней температуру до величины соответствующей температуре срабатывания материала из СПФ Теплоноситель подается в полость ремонтной камеры по направляющим штангам Для предотвращения перетечек продуктов вытеснения, находящихся перед первым поршнем, в полости рабочей камеры создается избыточное давление, величина которого зависит от характера перемещения поршня и определяется расчетом
В разделе приведены основные технологические решения при производстве внутритрубных работ, компоновочные схемы рабочих блоков и их расчетные характеристики
В четвертом разделе рассмотрены вопросы разработки технологии ремонта трубопроводов длинномерными внутренними вставками
Процесс формирования нового (полиэтиленового) трубопровода внутри ремонтируемого заключается в следующем
С одной из сторон ремонтируемого участка обустраивается монтажная площадка и делается сечение трубопровода, через которое последовательно одна за другой подаются полимерные трубы (вставки) Для образования герметичной
непрерывной нитки они свариваются между собой Для этого используется элемент из сплава, обладающего эффектом памяти формы с нанесенным термосоставом, который обеспечивает соосное соединение полиэтиленовых труб и их сварку
Перемещение вставок осуществляется под действием давления воздуха Р или другой среды, действующего на диафрагму внутри полиэтиленовой трубы
При нагреве элемента из СПФ изменяется его диаметр, при этом деформируются концевые части пластмассовых вставок так, что они прижимаются к внутренней поверхности стального трубопровода
Кроме того, оплавив внутренние слои полиэтиленовых труб, кольцо «вплавляется» в толщу последних, обеспечивая тем самым герметичность соединения за счет выдавливания части расплава в пространство, образованное скосами торцевых поверхностей вставок
Для расчета теплофизических параметров сварки полиэтиленовых оболочек разработана математическая модель процесса нагрева многослойной термической гильзы (слой нагревателя-СПФ-полиэтилен-сгаль-грунт) (10-13) При этом предполагается, что для всех материалов, кроме полиэтилена и металла с памятью формы, тегоюфизические величины являются константами
Если слой нагревателя принять в качестве источника тепла и пренебречь пространственным и временным распределение в нем, то первый этап связан с распределением температур в слое, изготовленной из металла с памятью формы
Уравнение температурного поля с соответствующими начальными и граничными условиями для слоя металла с памятью формы имеют вид
с2р2
ав (Т2 ~ Тв) + А.2 (Т2
дТ7
ав(Т2-Тв) = х2
(10)
Аналогично для цилиндрического слоя полиэтилена имеем
сРп (Т3)ррп (Т3)
дТ, 1 д
а Т.
(Лрп(Т3)—А) + _(Хрп(Т3)
Эт г 5г р <9г Эг Т3(г, г,0) = Тгр
Т, = ТЛ
"34
5 Т.
^-Ь-СГэ) 5г
б Т,
ав(Т3-Тв) = ^рп (Т3)
<ЭТ,
дг
34
г=±Ьп
Т2 =Т3
23
- 5Т2
3 г
Ц(Т3)
ЭТ.
дт
23
5Т3
(п)
Для ремонтируемой металлической трубы постановка задачи сводится к соотношениям
1 дт4 _ д2т4 | 1 эт4 | д2 т4
а 4 3 т
аг
г д г
Т4 (г, г,0) - Тгр
Т = Т 4 31№ь0)г=Г34
д Т,
дТ4 д г
= Х3(Т3)-
5 г
¡2|<Ь0> Г=Т34
ат,
Т4=Тгр|2=±со > ав(Т4-Тв) - 14 —
Т4 = Т5 4 45
|г|>Ь0, г=г.
34
д Г
тр
5 Г
'45
(12)
Для случая выделенного цилиндрического слоя грунта соответствующая система уравнений имеет вид
1 д Т
д 2 Тс 1 а Те д 2 т
+
Ф
д х д г г г д г
Т 5 (г, г,0) = Т гр
д г
д г
гр
д г
'45
т = т
5 ГР 1|г|=±сс Г=Я
Обозначения для уравнений (10)-(13) Тв, Т2, Т3, Т4, 7} -соответственно температура воздуха в трубе (считается постоянной в процессе нагрева), СПФ, полиэтилена, металла трубы и фунта, X, ,Лр„(Т3),Л4 ,Ягр коэффициенты теплопроводности СПФ, полиэтилена, ремонтируемой трубы и фунта, С2,Ср„(Т3), -удельные теплоемкости СПФ и полиэтилена, а, - конвективный коэффициент теплоотдачи, д0(г) - плотность теплового потока, создаваемая нафевательным элементом, р2,рр„(Т3), - соответственно плотности СПФ и полиэтилена, гп , г23, г34 > г45" соответственно внутренний радиус слоя СПФ, внешние радиусы СПФ, полиэтилена и ремонтируемой трубы, ±Ь0 - размер по горизонтали цилиндрической гильзы
Разработана профамма численного решения системы уравнений (10)-(13) Проведено тестирование профаммы на получении численного решения и сравнении его с точными, известными аналитическими решениями, для всевозможных вариантов эволюционных задач
В результате получены распределения температуры по сечению различных конструкций и типоразмеров ремонтных термических гильз, на любой момент времени, а так же зависимости температуры от времени в заданном сечении гильз Определено время разофева гильзы, необходимое для оплавления зоны контакта, в зависимости от конструкции и начальных условий работы ремонтного элемента (рис 10-11) Это позволяет регулировать режимы сварки полиэтиленовых вставок в зависимости от внешних условий и принятых технологических решений
Рис 10 Зависимость температуры от времени в заданном сечении -О- - 502 мм, -О- - 502 мм, - 502 мм, - 502 мм,
tk(Harp)= 300 с, q = 7000 Вт/м2
Т,°С г--;--
500 502 504 506 5Ô& 510 512 514 5Î6 518 520 522 г ]
Рис 11 Зависимость температуры от расстояния -О--60с, -О- -120с, -Л- -180с, -240с, -х- -300с,
Ск(„ЭТр,= 300 с, q = 7000 Вт/м2 Для определения оптимальных режимов сварки полимерных оболочек внутренними закладными элементами разработана экспериментальная установка Целью экспериментальных исследований являлось определение режимов сварки по условию максимальной прочности сварного соединения
Испытания проводились на образцах, изготовленных из полиэтиленовых труб (ПЭ80) Трубы предназначены для транспортировки природного газа и имеют соответствующую маркировку (ПЭ80 ГАЗ SDR.11 225*20,5 ГОСТ Р 50838-95) Производитель ЗАО «Завод АНД Газтрубпласт», Россия В соответствии с сертификатом № Росс Ша АЯ 02 В 15563 трубы были изготовлены из сырья Р3802В ОАО «Ставропольполимер», как серийный выпуск
Перед сваркой образцы для нормализации выдерживались в печи при температуре 70 °С в течении 2 часов
Испытания на прочность проводились на разрывной машине ЗИП Р-10 при скорости деформации 50 мм/мин и температуре 18 °С (после выдержки образцов в течении 24 часов при комнатной температуре)
При назначении уровней варьирования зазора между образцами были учтены результаты, полученные в ходе предварительного эксперимента, который показал, что уже при расстоянии, равном 22-25 мм, валики грата, выдавливаемые в зазор, не соприкасаются между собой Поэтому не происходит герметизации стыка Вследствие этого, наибольшую величину зазора между образцами в ходе эксперимента не превышали более 20 мм Наименьший зазор был равен 0 мм (рис 12)
Рис 12 Процесс образования сварного соединения 1 - ремонтируемый трубопровод, 2 - расплав полиэтилена, 3 - свариваемые полиэтиленовые трубы, 4 - закладной элемент, с - зазор На основании проведенных исследований получены зависимости прочностных характеристик соединения от условий нагрева и геометрических параметров элементов Разработаны практические рекомендации по определению оптимальных режимов сварки
Так как после монтажа полиэтиленовой вставки между ней и ремонтируемой трубой сохраняется зазор, в разделе разработана методика расчета парамет-
ров сечения «полиэтиленовая вставка - трубопровод» Получены выражения для расчета параметров двухслойного трубопровода, максимально использующие сопротивления как пластмассовой, так и стальной трубы
Получены аналитические зависимости для оценки влияния краевого эффекта на деформации внутренней ремонтной вставки при ее установке в рабочее положение
В пятом разделе рассмотрены вопросы перемещения длинномерных ремонтных элементов по переходам сложного профиля к месту монтажа
Выявлен характер движения ремонтного элемента на различных участках профиля внутри пространственно искривленного стального трубопровода
Приводятся решение полученных уравнений движения методом конечных разностей, а так же методом Бубнова-Гаперкина
В частности, для прямолинейного участка, трубопровода с наклоном а уравнение имеет вид
д2и _ ЕА д2и
где u(x,t) - перемещение элемента, А - площадь сечения трубы, Е - модуль упругости материала трубы, у - погонная масса трубы, g - ускорение свободного падения
Начальные условия
и(х,0) = О,
дф, 0) = (15)
dt
Граничные условия
ЕА^ = ТЛ= О,
& (16) ЕАдиМ = т
2 - 2 — g(sina + A cos а) (14)
ay
в
Уравнение описывает поступательное движение и продольные колебания ремонтной вставки и является линейным неоднородным дифференциальным уравнением 2-го порядка гиперболического типа
Дана оценка и показано, что в виду малости амплитуды продольных колебаний, для реальных размеров ремонтных элементов, в расчетах можно использовать уравнение движения центра масс
В разделе приводится вывод уравнения движения ремонтной вставки внутри изогнутого стального трубопровода моделирующего участок подводного перехода
У
д2и „ , д21
дг
- ЕА
•
- ЕЗ Х
ЛX Ж
+ уё 81П <Р +
+ /
Е/
X
г-л ди ^
ЕА х -± Уё сое (р
йз 1 д 5
Начальные и граничные условия имеют вид и (5 ,0 ) = 0 , V 0 ,0 )= о,
7* (0 , / ) =
(17)
= 0
ди
Т (/,/) = £4
5 = 0
= о,
(18)
= Т
В '
где
/ - длина ремонтной вставки, Тв - сила тяги, приложенная к т В трубы Полученное уравнение является нелинейным дифференциальным уравнением в частных производных Уравнение решалось численно, методом конечных разностей
Для управления в реальном масштабе времени получено упрощенное решение уравнения методом Бубнова-Галеркина При этом время расчетов сокращается в сотни раз и составляет доли секунды, что позволяет управлять движением ремонтного элемента и отслеживать положение и скорость на любой момент времени При этом расхождение между точным и приближенным решениями не превышает для сложных профилей переходов 10%
Ниже представлены результаты расчетов для сравнения «точного» и приближенного решения движение ремонтной вставки длиной / = 2 Ом по трубопроводу Ось трубопровода на участках входа и выхода определяется уравнением
к
у = — эт 2
г ж ж V / ~ 2
при 0 < х < 200
(19)
Ширина перехода ~1000 метров, глубина ~2 метра Задача решалась при следующих исходных данных внутренний диаметр трубопровода = 1,02л«,
внешний диаметр ремонтной вставки с1 = 0,9м, толщина стенки 15 и« , коэффициент трения к = 0,2, расход воздуха д = 0,05кг!сек Зависимости !>(/) и Д/>(/) приведены на рис 14-15 ,м с
1, с
Рис 14 Скорость движения 1 - точное решение, 2 - приближенное решение Анализ результатов расчетов показывает, что приближенное решение обеспечивает приемлемую точность Кроме того, имеется возможность уточнять приближенное решение, выбирая более сложную аппроксимацию для и(х, /)
Закон движения внутритрубного элемента «О,/) определяется из уравнения, которое является нелинейным уравнением в частных производных, в которое входят функций % \мр, зависящие от профиля трубопровода Таким образом, для расчета необходимо знать кривизну и угол наклона в каждой точке трубопровода Поэтому все участки трубопровода, на которых и учитываются эти функции, необходимо аппроксимировать аналитическими функциями
В разделе проведена аппроксимация профилей подводных переходов функциями синуса, сопряженными окружностями и кубическим полиномом Графики этих функций, исходя из практики проектирования, лучше других представляют профиль подводного перехода полностью, либо отдельные его части
Р.кПа
Рис 15 Перепад давления 1 - точное решение, 2 - приближенное решение
Полученные зависимости позволяют рассчитать движение ремонтной вставки по трубопроводу любого профиля управлять ее движением в реальном режиме времени
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
1 Разработана типология внутритрубных ремонтных элементов (ВРЭ) Установлены конструктивные и технологические требования к ВРЭ и определены области возможного изменения основных параметров, с учетом сохранения технологических свойств ремонтируемых трубопроводов
2 Предложены и обоснованы формы сечений и схемы деформации упругих гильз по условию прохождения по внутренней полости трубопровода Получены и обобщены экспериментальные данные по деформации упругих ремонтных оболочек, распределении внутренних напряжений и положении участков упругой и пластической деформации Проведено экспериментальное моделирование работы ремонтных гильз из СПФ при установке в рабочее положение на
плоской модели трубопровода Оценено распределение контактных давлений по периметру сечения для различных видов гофрирования оболочки
Разработана методика расчета замковых элементов из сплава с памятью формы для комбинированных ремонтных гильз
3 Определены условия работы и потери устойчивости направляющих штанг внутренних ремонтных блоков Установлена идентичность уравнений устойчивости штанг в трубе и балки на упругом основании Получены аналитические зависимости для определения положения ремонтных элементов для различных схем крепления Получены аналитические зависимости для расчета угловой ориентации внутренних ремонтных элементов
4 Разработана методика расчета основных технологических параметров оборудования для внутритрубнош ремонта трубопроводов, с учетом динамического сопротивления вытесняемого продукта и продуктов очистки полости трубопровода в циклическом режиме
5 Разработана математическая модель многослойной термической гильзы с нелинейными теплофизическими характеристиками с функцией управления сваркой полиэтиленовых оболочек. Исследован аналитический вариант решения Разработана программа численного решения
6 Разработана экспериментальная установка и методика исследования режимов сварки полимерных оболочек. Получены зависимости прочностных характеристик соединения от условий нагрева и геометрических параметров элементов Разработаны практические рекомендации по определению оптимальных режимов сварки
7 Разработана и исследована динамическая модель, описывающая движение длинномерной внутритрубной ремонтной вставки по профилю переменной кривизны. Получены уравнения движения и их решения методом конечных разностей
Получены приближенные уравнения движения внутритрубной ремонтной вставки Показано, что влияние геометрических характеристик вставки учитывается в данных уравнениях в неявном виде через силовые факторы
8 Предложен эффективный метод численного решения приближенных уравнений, позволяющий проводить расчеты в реальном масштабе времени и управлять движением вставки
Выявлены участки наибольших расхождений численных значений скорости движения и координат положения ремонтной вставки и их связи с аппроксимирующими функциями
Основное содержание диссертации опубликовано в 39 работах: в журналах и изданиях рекомендованных ВАК
1 Торопов С Ю Методика предсказания надежности нефтегазотранспорт-ного оборудования /СЮ Торопов, В С Торопов // Известия высших учебных заведений серия «Нефть и газ» -Тюмень ТюмГНГУ, 1997г, №6 - С 135
2 Торопов С Ю Транспортировка внутренних полиэтиленовых вставок к месту монтажа /СЮ Торопов, С М Дорофеев, Е В Сапожников // Известия высших учебных заведений серия «Нефть и газ» - Тюмень ТюмГНГУ, 2003г, №1-С 71-76
3 Торопов С Ю Приближенное решение уравнения движения полиэтиленовой трубы внутри трубопровода. /СЮ Торопов, С М Дорофеев, Е В. Сапожников // Известия высших учебных заведений серия «Нефть и газ» - Тюмень ТюмГНГУ, 2003г, №3 - С 49-53
4 Торопов С Ю Применение закладных металлических элементов при соединении пластмассовых труб /СЮ Торопов, В В Бердышев // Известия высших учебных заведений серия «Нефть и газ» - Тюмень ТюмГНГУ, 2005г, №1 -С 67-70
5.Торопов СЮ Определение положения ремонтного оборудования во внутренней полости трубопровода / СЮ Торопов, СМ Дорофеев, Т Г Пономарева, В М Качур // Известия высших учебных заведений серия «Нефть и газ» -Тюмень ТюмГНГУ,2005г, №4 -С 67-71
6 Торопов С Ю Внутритрубные ремонтные гильзы на основе сплавов с памятью формы /СЮ Торопов, Е С Торопов // Известия высших учебных заведений серия «Нефть и газ» - Тюмень ТюмГНГУ, 2006г, №6 - С 70-77
7 Торопов С Ю Расчет комбинированных ремонтных гильз с элементами памяти формы /СЮ Торопов, С М Дорофеев // Известия высших учебных заведений серия «Нефть и газ» - Тюмень ТюмГНГУ, 2007г,№1 -С 54-59
8 Торопов С Ю Расчет температурного поля ремонтного элемента /СЮ Торопов,ТГ Пономарева //Известия высших учебных заведений серия «Нефть и газ»-Тюмень ТюмГНГУ, 2007г, №2 -С 53-59
монографиях
9 Торопов С Ю Конструкции и расчет оборудования для внутритрубного ремонта /СЮ Торопов //СПб Недра,2006г - С 200
в других журналах и изданиях
10 Торопов СЮ Работа пластмассового трубопровода проложенного внутри стального /СЮ Торопов, Н В Николаев // Сборник научных трудов «Вопросы состояния и перспективы развития нефтегазовых объектов в Западной Сибири»-Тюмень ТюмГНГУ,2003г-С 152-156
11 Торопов С Ю Определение параметров бинарных внутритрубных полимерных покрытий трубопроводов / С.Ю Торопов // Сборник научных трудов «Проблемы транспорта в Западно-Сибирском регионе России» - Тюмень ТюмГНГУ, 2001г - С 286-289
12 Торопов СЮ Оборудование для аварийного ремонта газонефтепроводов /СЮ Торопов, СМ Дорофеев, ИВ Прокопьев II Материалы международной научно-технической конференции, часть II - Тюмень ТюмГНГУ, 2005г -С 170-172
13 Торопов СЮ Вывод уравнения устойчивости стержня с ограничениями / С Ю Торопов, С М Дорофеев // Сборник научных трудов «Математическое и информационное моделирование» - Тюмень ТГУ2005г-С 114-121
14 Торопов СЮ Определение усилий при изгибе нелинейно-упругого стержня /СЮ Торопов, С М Дорофеев // Сборник научных трудов «Математическое и информационное моделирование» - Тюмень ТГУ 2006г - С 67-78
15 Торопов С Ю Вопросы ремонта газопроводов эксплуатирующихся на болотах и обводненных территориях /СЮ Торопов, Н В Николаев // Материалы всероссийской научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири» - Тюмень, 1998г - С 78 - 82
16 Торопов СЮ Исследование прочности соединений полиэтиленовых образцов, с закладными металлическими элементами /СЮ Торопов, В В Бер-дышев // Сборник научных трудов «Вопросы состояния и перспективы развития нефтегазовых объектов Западной Сибири»-Тюмень ТюмГНГУ, 2003г - С 152156
17 Торопов СЮ О длине зоны влияния краевого эффекта цилиндрической осесимметричной нагруженной оболочки /СЮ Торопов, В В Бердышев, Н В. Николаев // Материалы региональной научно-практической конференции «Нефть и газ новые технологии в системах транспорта», часть П - Тюмень 2004г -С 56-58
18 Торопов С Ю Взаимодействие ремонтной вставки с криволинейными участками трубопроводов / СЮ Торопов, ГЮ Зубарев, Д.В Салтанов //Сборник научных трудов «Проблемы транспорта в Западно-Сибирском регионе России» -Тюмень- ТкйДИГУ,2001г -С 227-232
19 Торопов СЮ Природные и техногенные системы в нефтегазовой отрасли /СЮ Торопов, Д В Салтанов // Материалы региональной научно-техни-ческойконференции.-Тюмень ТюмГНГУ,2(Ю2г - С294-298
20 Торопов С Ю Расчет сил трения при движении в пространственно искривленных трубопроводах. / С.Ю Торопов, Д В Салтанов, В.В. Бердышев, Е.В. Сапожников // Материалы Международной научно-практической конференции «Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях» - Тюмень ТюмГНГУ, 2002г, часть И -С 87-93
Подписано к печати % -/О, { Бум писч №1 Заказ № ^__Уч -изд л /> ¿>
Формат 60 х 84 '/16 Уел печ л
Отпечатано на (ЖО вЯ 3750 Тираж ЮОэкз
Издательство «Нефтегазовый университет» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет» 625039 Тюмень, ул Киевская, 52
Содержание диссертации, доктора технических наук, Торопов, Сергей Юрьевич
Введение
Раздел 1. Анализ условий эксплуатации и ремонта подводных переходов 9 нефтегазопроводов и водоводов
1.1. Классификация и конструктивное исполнение подводных переходов
1.2. Характеристика внутренних повреждений
1.3. Конструкционные свойства материалов
1.4. Анализ внутритрубных методов ремонта 21 Выводы по разделу 32 Раздел 2. Разработка методов расчёта внутритрубных элементов для 34 локального ремонта подводных переходов трубопроводов
2.1. Конструктивные решения внутренних элементов для дистанционного 34 ремонта
2.2. Введение типологии внутренних ремонтных элементов.
2.3. Разработка основных конструктивных и технологических требований 40 к ремонтным элементам
2.4. Упругие внутритрубные ремонтные гильзы
2.5. Исследование деформации упругого ремонтного элемента на «плоской 50 модели сечения»
2.6. Разработка методов расчета конструктивных параметров пластически- 56 деформированных ремонтных гильз
2.7. Внутритрубные ремонтные гильзы на основе сплавов с памятью 62 формы
2.7.1. Анализ технологических свойств и области применения материалов 64 с памятью формы
2.7.2. Морфологический анализ конструкций внутритрубных ремонтных 69 гильз
2.7.3. Экспериментальные исследования деформации модели внутренней 75 гильзы из материала с эффектом памяти формы
2.8. Моделирование деформации цилиндрических спиральных гильз
2.9. Разработка методики расчёта силовых замковых элементов. 91 Выводы по разделу 98 Раздел 3. Разработка конструктивных решений и методов расчета 100 основных параметров оборудования для ремонта трубопроводов внутренними гильзами
3.1. Обоснование состава ремонтного комплекса
3.2. Анализ технологических схем ремонта внутренними гильзами
3.3. Разработка методов расчёта положения внутритрубного ремонтного 107 оборудования
3.4. Основы расчета силового оборудования
3.5. Исследование неравномерности деформации внутритрубных 131 элементов
3.6. Анализ конструктивных решений оборудования для гильз с памятью 141 формы.
3.7. Предремонтная подготовка внутренней поверхности трубы.
3.8. Блок вспомогательного оборудования
3.9. Учёт динамических параметров при ремонте без раскачки 148 трубопровода
Выводы по разделу 153 Раздел 4. Разработка технологии ремонта трубопроводов длинномерными 155 внутренними вставками
4. Технологические решения монтажа ремонтных вставок
4.2. Анализ свойств материалов длинномерных ремонтных вставок
4.3. Физико-механические основы сварки полимерных материалов
4.4. Расчёт температурного поля ремонтного элемента 169 4.4.1. Постановка задачи и выбор метода решения
4.4.3. Анализ аналитического варианта решения
4.4.4. Численное решение одномерной нестационарной задачи
4.5. Экспериментальные исследования режимов сварки закладными 192 элементами
4.6. Исследование условий работы длинномерной пластмассовой вставки 206 внутри стального трубопровода
4.7. Разработка методики расчёта параметров сечения «вставка- 210 трубопровод»
4.8. Оценка краевого эффекта при деформации внутренней ремонтной 213 вставки
4.9. Обоснование геометрических параметров внутритрубных ремонтных 217 вставок
Выводы по разделу
Раздел 5. Разработка теоретических основ управления движением длинномерных ремонтных элементов
5.1. Исследование режимов движения ремонтной вставки на 223 прямолинейных участках трубопровода
5.1.1. Моделирование работы диафрагмы
5.1.2. Моделирование работы мембраны
5.2. Анализ влияния кривизны на движение ремонтной вставки в 231 трубопроводе
5.3. Методика расчёта силовых воздействий на ремонтную вставку при 236 движении на криволинейном участке трубопровода
5.4. Решение уравнения движения
5.5. Анализ режимов движения ремонтной вставки
5.6. Приближенное решение уравнения движения и управление 250 движением ремонтной вставки
5.7. Аппроксимация профиля трубопровода аналитическими функциями
5.8. Анализ результатов расчета динамики движения ремонтных
Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обеспечение работоспособности подводных переходов внутритрубными методами ремонта"
Повышение надёжности и безопасности эксплуатации трубопроводов является одной из наиболее актуальных технических задач. Известно, что срок эксплуатации значительной части трубопроводов превысил или близок к нормативному. Поддержание работоспособного состояния трубопроводов невозможно без проведения ремонтно-восстановительных работ. Выполнение этой задачи сопряжено с большими капиталовложениями, а в сложных условиях прокладки и со значительными техническими трудностями.
Одним из перспективных направлений, позволяющих поддержать необходимый уровень надёжности и снизить общие эксплуатационные затраты, является применение внутритрубных методов ремонта. При этом минимизируются земляные работы, сокращается время поиска зоны дефекта, а в ряде случаев применение этих методов является единственно возможным способом восстановления трубопровода.
Внедрение новых способов строительства, в частности наклонно-направленного бурения, при которых значительно снижается доступность к повреждённому участку трубопровода, ещё больше повышает актуальность работ в этом направлении, особенно при ремонте переходов через водные преграды глубокого заложения. Принимая во внимание важность проблемы и рост числа потенциальных объектов, в настоящее время активно разрабатываются внутритрубные методы, ориентированные на профилактические ремонтные работы, позволяющие снизить влияние вредных факторов и увеличить сроки эксплуатации трубопроводов.
Общетеоретическим и прикладным вопросам ремонта трубопроводов и экологической безопасности их эксплуатации посвящено значительное количество работ Азметова Х.А., Березина B.JL, Бердышева В.В., Бобылёва JI.M., Бородавкина П.П., Васильева Г.Г., Векштейна М.Г., Гетманского М.Д.,
Гумерова А.Г., Гумерова Р.С., Забела К.А., Земенкова Ю.Д., Зубаирова А.Г., Иванова В.А., Кузьмина С.В., Левина С.И., Левитина Ю.И., Малюшина Н.А., Маричева Ф.Н., Мингалёва Э.П., Мугаллимова Ф.М., Мустафина Ф.М., Нефедова Н.Ф., Новосёлова В.В., Орлова В.А., Примина О.Г., Продоуса О.А., Сапожникова Е.В., Султанмагомедова С.М., Харькина В.А., Храменкова С.В., Шамазова А.М и др., из анализа которых следует, что комплекс задач, относящихся к внутритрубному ремонту, по разработке основных требований к конструктивным решениям ремонтных элементов, методам их расчёта и способам доставки в зону ремонта, а так же приведению имеющихся знаний в единый комплекс, до сих пор не решен.
В связи с этим цель настоящей работы - обосновать и разработать теоретические положения и практические способы обеспечения работоспособного состояния подводных переходов трубопроводов на основе применения внутритрубных ремонтных элементов.
В соответствии с поставленной целью, решались следующие основные задачи:
1. Разработать общие принципы конструктивных решений внутритрубного ремонтного оборудования и назначить области допустимого изменения основных параметров;
2. Обосновать формы упругих ремонтных оболочек и найти соответствующие им схемы нагружения с учетом возможного появления зон пластической деформации;
3. Провести моделирование и экспериментальное исследование работы конструкций внутритрубных элементов, использующих для собственной деформации эффект памяти формы;
4. Получить зависимости по определению положения ремонтных элементов во внутренней полости трубопровода при установке их на жесткой связи и оценить смещение при потере устойчивости штанг для различных компоновочных решений;
5. Разработать и исследовать модель процесса управления движением длинномерных упругих вставок во внутренней полости трубопровода в реальном масштабе времени;
6. Разработать технические решения и исследовать процессы соединения полимерных оболочек в полости трубы, найти зависимости прочностных характеристик от условий нагрева и геометрических параметров элементов.
Заключение Диссертация по теме "Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ", Торопов, Сергей Юрьевич
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
1. Разработана типология внутритрубных ремонтных элементов (ВРЭ). Установлены конструктивные и технологические требования к ВРЭ и определены области возможного изменения основных параметров с учетом сохранения технологических свойств ремонтируемых трубопроводов.
2. Предложены и обоснованы формы сечений и схемы деформации упругих гильз по условию прохождения по внутренней полости трубопровода. Получены и обобщены экспериментальные данные по деформации упругих ремонтных оболочек, распределении внутренних напряжений и положении участков упругой и пластической деформации. Проведено моделирование работы ремонтных гильз из СПФ при установке в рабочее положение на плоской модели трубопровода. Оценено распределение контактных давлений по периметру сечения для различных видов гофрирования оболочки.
Разработана методика расчета замковых элементов из сплава с памятью формы для комбинированных ремонтных гильз.
3. Определены условия работы и потери устойчивости направляющих штанг внутренних ремонтных блоков. Установлена идентичность уравнений устойчивости штанг в трубе и балки на упругом основании. Получены аналитические зависимости для определения положения ремонтных элементов для различных схем крепления. Получены аналитические зависимости для расчета угловой ориентации внутренних ремонтных элементов.
4. Разработана методика расчета основных технологических параметров оборудования для внутритрубного ремонта трубопроводов с учетом динамического сопротивления вытесняемого продукта и продуктов очистки полости трубопровода в циклическом режиме.
5. Разработана математическая модель многослойной термической гильзы с нелинейными теплофизическими характеристиками с функцией управления сваркой полиэтиленовых оболочек. Исследован аналитический вариант решения. Разработана программа численного решения.
6. Разработана экспериментальная установка и методика исследования режимов сварки полимерных оболочек. Получены зависимости прочностных характеристик соединения от условий нагрева и геометрических параметров элементов. Разработаны практические рекомендации по определению оптимальных режимов сварки.
7. Разработана и исследована динамическая модель, описывающая движение длинномерной внутритрубной ремонтной вставки по профилю переменной кривизны. Получены уравнения движения и их решения методом конечных разностей.
Получены приближенные уравнения движения внутритрубной ремонтной вставки. Показано, что влияние геометрических характеристик вставки учитывается в данных уравнениях в неявном виде через силовые факторы.
8. Предложен эффективный метод численного решения приближенных уравнений, позволяющий проводить расчеты в реальном масштабе времени и управлять движением вставки.
Выявлены участки наибольших расхождений численных значений скорости движения и координат положения ремонтной вставки и их связи с аппроксимирующими функциями.
Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Торопов, Сергей Юрьевич, Тюмень
1. Абдуллин И.Г. и др. Механизм канавочного разрушения нижней образующей нефтесборных коллекторов // Нефтяное хозяйство.-1984.-№3 С.51-53.
2. Абдуллин И.Г.,Гареев А.Г.,Мостовой А. В., Коррозионно-механическая стойкость нефтегазовых трубопроводных систем: диагностика и прогнозирование долговечности.— Уфа: Гилем, 1997.—177с.
3. Агапчев В. И., Виноградов Д. А., Мартяшева В. А. Проектирование, строительство и эксплуатация трубопроводов из полимерных материалов: Учебное пособие.— Уфа: Изд-во УГНТУ, 2002,— 74 с.
4. Бледнова Ж.М., Будревич Д.Г. Методика испытания и механические свойства материалов с эффектом памяти формы // Заводская лаборатория. Диагностика материалов.- 2004.-№3.- Том 70.
5. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М.: ФМ, 1962. - 654 с.
6. Бартенев Г.М. Прочность и разрушение полимеров. -М.: Химия, 1984-279с.
7. Бердышев В.В. Развитие методов и технических средств для внутритрубного ремонта магистралей Дис. . к.т.н.: 05.02.13/ ТюмГНГУ.-2005.- 157 с.
8. Бобылев JI.M., Бобылев A.JI. Современное оборудование для бестраншейногоремонта трубопроводов // РОБТ.- 1996.-№ 2.- С. 17-21.
9. Бобылев A.M., Бобылев А.А. Бестраншейная замена изношенных трубопроводов полиэтиленовыми трубами // РОБТ. -1997.- № 5.- С.17-21.
10. Ю.Бобылев JI.M., Бобылев A.JI. Оборудование для бестраншейной прокладки коммуникаций//РОБТ 1996.-№ 1.11 .Бородавкин П.П., Березин B.JI. Сооружение магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1977. - 407с.
11. Бородавкин П.П., Березин В. Л., Шадрин О.Б. Подводные трубопроводы.— М.: Недра, 1979.— 415 с.
12. Бородавкин П. П., Таран В. Д. Трубопроводы в сложных условиях.— М.: Недра, 1968,— 304 с.
13. Н.Бугай Д.Е., Гетманский М.Д., Фаритов А.Т. Прогнозирование коррозионного разрушения нефтепромысловых трубопроводов. М.-ВНИИОЭНГ, 1989.-64 с.
14. Бутенин Н.В., Лунц Я.Л., Меркин Д.Р. Курс теоретической механики. -М.: Наука, 1985.-325 с.
15. Василевский Р. Дж. Эффект запоминания формы в сплаве системы Ti — Ni как один из аспектов вызванного напряжением мартенситного превращения // В кн.: Эффект памяти формы в сплавах.- М.: Металлургия, 1979.- С. 205—230.
16. Возиянов В.И., Гнилорыбов Н.А. Обновление старых трубопроводов с помощью протяжки полиэтиленовых труб бестраншейным способом // РОБТ. -1998.- № 1.- С. 19-20.
17. Волков С.С. Сварка и склеивание полимерных материалов: Учебное пособие для вузов. -М.: Химия, 2001 376 с.
18. Вольмир А.С. Нелинейная динамика пластинок и оболочек. М.: Наука, 1972.-219 с.
19. ВСН 014 — 89. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов, охрана окружающей среды.— М.: Миннефтегазстрой, 1990.—83 с.
20. Гафаров Н. А., Кушнаренко В. М., Бугай Д. Е., Рахманкулов Д. Л. и др. Ингибиторы коррозии.-Т. 2.— М.: Химия, 2001.— 391 с.
21. Гертц Е.В. Пневматические приводы. М.: Машиностроение, 1969. -269 с.
22. Гетманский М.Д., Фазлутдинов К.С., БехассерА.Л. Характер коррозии внутренней поверхности трубопроводов, транспортирующих сточные воды нефтепромыслов. // Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности ВНИИОЭНГ.-, 1979.-№12.-С.8-11.275
23. Гоник А.А., Корнилов Г.Г. Причины и механизм локальной коррозии внутренней поверхности нефтесборных трубопроводов на месторождениях Западной Сибири.- 1999.
24. Гумеров А. Г., Зубаиров А. Г., Векштейн М. Г., Гумеров Р. С., Азметов X. А. Капитальный ремонт подземных нефтепроводов.— М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 1999.—525с.
25. Гумеров А. Г., Азметов X. А,,Гумеров Р. С., Векштейн М. Г. Аварийно восстановительный ремонт магистральных нефтеповодов. — М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 1998.—271с.
26. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке: Методы обработки данных / Пер. с англ; Под ред. Э.К. Лецкого. -М.: Мир, 1980.- 610 с.
27. Дьяконов В., Круглов В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем: Специальный справочник. -СПб.: Питер, 2002. -448 с.
28. Жебынева Н. Ф., Чернов Д. Б. Характеристики термомеханического возврата // Металловедение, термическая обработка.- 1975.- № 10,- С. 10—13.
29. ЗО.Зиневич A.M., Глазков В.И., Котик В.Г. Защита трубопроводов и резервуаров от коррозии.-М.: Недра, 1975. -288 с.31 .Изоляция внутренней поверхности труб в полевых условиях//Р1ре lane.-1985.-№1.
30. Изоляция внутренней поверхности трубопроводов // Pipe lane & Gaz.-1991.-№3.
31. Каган Я. М., Кузьмичева О. П., Кушнир В. П. Влияние режима течения среды на развитие коррозионных процессов в промысловых нефтепроводах. — РНТС // Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. -М.: ВНИИОЭНГ, 1981.- № 5.- С. 7—10.
32. Инструкция по строительству подводных переходов магистральных трубопроводов. ВСН2-118-80.- М.: 1980.
33. Каган Д.Ф. Трубопроводы из пластмасс. М.: Химия, 1980. -324 с.
34. Кармазинов Ф. Санирование канализационных сетей в Санкт-Петербурге и переключение прямых выпусков // РОБТ.- 1998.-№ 1.-С.9-11.
35. Ким Д.П., Кислов А.И., Скибо В.И. Региональные учения по ликвидации аварий и их последствий на подводных переходах нефтепроводов через Енисей // ТТН. 1996. - №9. - С.21 - 24.
36. Крылов Б. С., Кузьмин С. Л., Лихачев В. А. и др.Исследование механической памяти в металлиде TiNi // Изв. вузов. Физика.- 1976.- № 9.-С. 23—25.
37. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1978. - с.830.
38. Корнилов И. И., Белоусов О. К, Качур Е. В. Эффект памяти формы соединения мононикелида титана // Металловедение и термическая обработка,- 1975.- № ю. -С. 5—7.
39. Корнилов И. И., Белоусов О. К., Качур Е. В. Никелид титана и другие сплавы с памятью формы.- М.: Наука, 1977.- 178 с.
40. Коррозия:Справочник / Под ред. Шрайера Л.Л.- М.: Металлургия, 1981.
41. Курочкин В.В., Овчинников Н.Т., Безверхов А.А. Бестраншейные методы прокладки нефтепроводов // ТТН. 2000. - №5. - С.25 - 30.
42. Ларичев Ф. Н., Тегерана О. П., Соколов В. Ф. Роль фактора трассы в развитии процесса внутренней коррозии нефтесборных трубопроводов. — РНТС// Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности.- М. ВНИИОЭНГ, 1979.-№ 11.
43. Левин С.И. Подводные трубопроводы. М.: Недра, 1970. - 288 с.
44. Левин С.И. Предупреждение аварий и ремонт подводных трубопроводов. -М.: Гостоптехиздат, 1963. 182 с.
45. Левитин Ю.И. Бестраншейный ремонт местных повреждений подземных трубопроводов// РОБТ.- 1997.- №8.- С.37-39.
46. Легезин Н.Е., Глазов Н.П., Кессельман Г.С., Кутовая А.А. Защита откоррозии промысловых сооружений в газовой и нефтедобывающей промышленности.- М. Недра, 1993.- 168 с.
47. Легезин Н. Е., Глазов Н. П. , Г. С. Кессельман, Кутовая А. А. Защита от коррозии промысловых сооружений в газовой и нефтедобывающей промышленности.— М.: Недра, 1993.—168 с.
48. Лурье М.В. Динамика движения в пневмоконтейнерных трубопроводах: Дис. . д.т.н.: 05.15.07 / Московский Ордена Трудового Красного Знамени институт нефтехимической и газовой промышленности им. И.М.Губкина. 1979. -355 с.
49. Лышенко Л.З., Бисярина О.М. Технические средства ремонта подводных нефтепроводов. М.: ВНИИОЭНГ, 1986. - 45 с.
50. Магистральные трубопроводы: СНиП 2.05.06 85*: с изм. № 1, № 2 Утв. Пост. Госстроя СССР от 08.01.87., с изм. № 3: Утв. Пост. Минстроя России от 10.11.96 № 18 - 78: взамен СНиП II - 45 - 75: Госстрой России // ГУП ЦПП. - М., 2002. - 60 с.
51. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести.- М.: Машиностроение, 1975.- 400 с.
52. Маричев Ф.Н., Гетманский М.Д., Тетерина Щ.П. и др. Внутренняя коррозия и защита трубопроводов на нефтяных месторождениях Западной Сибири: Обзорная информация. -Сер. Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности.- ВНИИОЭНГ, 1981. 44 с.
53. Маричев Ф.Н., Гетманский М.Д. Внутренняя коррозия и защита трубопроводов на нефтяных месторождениях Западной Сибири.- М., 1981.
54. Материалы с эффектом памяти формы: Справ, изд. / Под ред. В. А. Лихачева. — С.-Петербург: Изд-во НИИХСПбТУ, 1997. -Т. 1. —424с.; 1998.- Т. 2. —374 е.; Т. 3. — 474 е.; Т. 4. — 268 с.
55. Мингалёв Э.П., Кузмичёва О.Н., Маланичев Г.Д. Проблемы коррозии и защиты трубопроводов на месторождениях Тюменской области: Обзорная информация.- Сер. «Коррозия и защита в нефтегазовойпромышленности»,- ВНИИОЭНГ, 1983. 40 с.
56. Мингалёв Э.П., Кушнир В.Н., Кузмичёва О.Н. и др. Исследование причин разрушения трубопроводов на Самотлорском месторождении и методы борьбы с ними// Нефтепромысловое дело.- ВНИИОЭРГ.- 1979.-№9.- С. 45-48.
57. Мингалёв Э.П., Силаев А.А. К вопросу о механизме коррозионного разрушения нефтесборных коллекторов // Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности.- ВНИИОЭНГ.- 1981,- №4 .- С. 18-20
58. Михлин С.Г. Вариационные методы в математической физике. М.: Наука, 1970.-432 с.
59. Мустафин Ф. М.,Быков Л.И.,Гумеров А. Г., Квятковский О. П. и др. Промысловые трубопроводы и оборудование: Учеб. пособие для вузов.— М.: Недра, 2004-662с.
60. Нарисава, Икуо. Прочность полимерных материалов. -М.: Химия,1987-397с.63 .Нильсен, Лоуренс. Механические свойства полимеров и полимерных композиций. -М.: Химия, 1985. -310с.
61. Новоселов В.В., Кусков В.Н., Иванов В.А., Сапожников Е.В. Перспективные материалы для нефтегазовых объектов: Учебное пособие. -Тюмень: ТюмГНГУ, 2005. 180 с.
62. Павлов И. М., Калачев И. Б., Гранаткин Ю. А. и др. Критерии оценки работоспособности материалов с эффектом памяти формы// Изв. АНСССР. Металлы,-1979,- № 2.- С. 125—129.
63. Поршаков Б.П. и др. Термодинамика и теплопередача. -М.: Недра, 1987. -352с.
64. Потемкин В.Г. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.x -В 2-х т.- Том 2.-М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999.-304 с.
65. Применение полиэтиленовых труб для внутрипромысловых трубопроводов. -М.: Недра, 1968. -33с.
66. РД 39-0147103-347-86. Технологии предотвращения ручейковой коррозии в системах нефтегазосбора. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1986.- 68 с.
67. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела.- М.: Наука, 1979.- 744 с.
68. Роботы для трубопроводов // РОБТ.- 1998.- №5.- С. 29-31.
69. Родригес С„ Браун JI. С. Механические свойства сплавов, обладающих эффектом запоминания формы// В кн.: Эффект памяти формы в сплавах.- М.: Металлургия, 1979.- С. 36—59.
70. Разработка технических решений по ремонту участков магистральных трубопроводов и схем базирования ремонтных служб на трассе.- Гос. регистрация № 187.0049106.
71. Ромейко B.C. и др. Проектирование, строительство и эксплуатация трубопроводов из полимерных материалов. -М.: Стройиздат, 1985. -304с.
72. Ростов Б.М. Экспериментальные исследования параметров движения контейнеров по трубопроводу: Дис. . к.т.н: 05.483 / Ленинградский ордена Ленина институт инженеров железнодорожного транспорта имени академика В.Н. Образцова. Ленинград, 1969. - 128 с.
73. Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента: Справ, руководство.— М.: Недра, 1971.— 192 с.
74. Саакиян Л.С, Соболева И. А. Защита нефтегазопромыслового оборудования от разрушения, вызываемого сероводородом .-Сер. «Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности», 1981.—74 с.
75. Саматов Р. М, Арсланов Ф. Г., Гарифуллин Ф. С, Гатин Р. Ф., Ахмадеев Р. Г. Промысловые исследования влияния кислорода на усиление коррозии трубопроводов // Нефтяное хозяйство.— 2003.— № 1.—С. 7374.
76. Сапожников Е.В. Исследование динамики движения ремонтных секций в подводных переходах трубопроводов: Дис. . к.т.н.: 25.00.19 / ТюмГНГУ. 2003. - 140 с.
77. Сварка пластмасс. -М.: Стройиздат, 1987.-128с.
78. Сварка полимерных материалов:Справочник / Зайцев К.И. др. -М.: Машиностроение, 1988-309с.
79. Смолдырев А.Е. Пневмотранспорт штучных грузов. М.: Недра, 1967. - 267 с.
80. Смолдырев А.Е. Трубопроводный транспорт. -М.: Недра, 1970. 220 с.
81. СНиП 2.05.06 85* Магистральные трубопроводы:: с изм. № 1, № 2 Утв. Пост. Госстроя СССР от 08.01.87., с изм. № 3: Утв. Пост. Минстроя России от 10.11.96 № 18 - 78: взамен СНиП II - 45 - 75: Госстрой России // ГУП ЦПП. - М., 2002. - 60 с.
82. СНиП III 42 - 80* Магистральные трубопроводы: переизд. с изм. Утв. Пост. Госстроя СССР (Минстроя России) № 18 - 79 от 10.11.96: Госстрой России // ГУП ЦПП. - М., 2002. - 74 с.
83. СНиП 3.05.05 Технологическое оборудование и технические трубопроводы:- 84: взамен III 31 - 78*: Госстрой России // ГУП ЦПП. -М., 2002.-31 с.
84. СНиП 2.04.12 86Расчет на прочность стальных трубопроводов:: взамен СН 373 - 67: Госстрой России // ГУП ЦПП. - М., 2002. - 12 с.
85. СП 34-116-97 "Инструкция по проектированию, строительству и реконструкции промысловых нефтегазопроводов".
86. Султанмагомедов С. М. Обеспечение долговечности и безопасной эксплуатации промысловых трубопроводов, подверженных кана-вочному износу.— Уфа: Изд-во УГНТУ, 2002.— 224 с.
87. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Справочник. -М.: Энергоатомиздат, 1982.-510с.
88. Технологии ремонта и замены напорных трубопроводов // РОБТ.- № 1.-1998.-С. 23-29.
89. Тихонов А.С. и др. Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении.- М.: Машиностроение ,1981.-80 с.
90. Торопов Е.С. Разработка оборудования для внутритрубного ремонта нефтепроводов с использованием сплава с памятью формы Дис.к.т.н. 05.02.13. ТюмГНГУ.-2006.-199 с.
91. Торопов С.Ю., Николаев Н.В. Вопросы ремонта газопроводов эксплуатирующихся на болотах и обводнённых территориях// Всесоюзная научно-техническая конференция «Нефть и газ Западной Сибири». Тюмень, 1998.
92. Торопов С.Ю., Николаев Н.В. Работа пластмассового трубопровода, проложенного внутри стального// Сборник научных трудов «Вопросы состояния и перспективы развития нефтегазовых объектов в Западной Сибири» Тюмень: ТюмГНГУ, 2003.
93. Торопов С.Ю., Сапожников Е.В., Дорофеев С.М. Некоторые решения уравнения движения внутритрубных вставок / Вопросы состояния и перспективы развития нефтегазовых объектов Западной Сибири: Сб.науч.труд. Тюмень: ТюмГНГУ, 2002. - С. 43-49.
94. Торопов С.Ю., Дорофеев С.М., Сапожников Е.В. Приближенное решение уравнения движения полиэтиленовой трубы внутри трубопровода.// Известия высших учебных заведений: серия «Нефть и газ».- 2003.-№3.- С.49-53.
95. Торопов С.Ю., Дорофеев С.М., Сапожников Е.В. Транспортировка внутренних полиэтиленовых вставок к месту монтажа// Известия высших учебных заведений: серия «Нефть и газ».-2003.- №1.- С.71-75.
96. Торопов С.Ю., Бердышев В.В., Горковенко А.И. Нестационарный нагрев двухслойного цилиндра / Аграрная наука на современном этапе: Сб.научн. тр.-Тюмень: ТюмГСХА, 2004.- С. 254258.
97. Торопов С.Ю., Бердышев В.В., Котляр Б.Г. Использование бестраншейных методов ремонта для восстановления трубопроводных систем//Материалы конференции молодых ученых, ч.2 « Молодые ученые в решении проблем АПК».-Тюмень: Ризограф, 2003.-С.218-200.
98. Торопов С.Ю., Бердышев В.В. Исследование прочности соединений полиэтиленовых образцов с закладными металлическими элементами / Вопросы состояния и перспективы развития нефтегазовых объектов Западной Сибири: Сб. науч. тр. -Тюмень: ТюмГНГУ, 2003 .-152с.
99. Торопов С.Ю., Бердышев В.В. Конвективный теплообмен в конструкциях типа «труба в трубе» // Нефть и газ. Новые технологии в системах транспорта: Материалы научно-практической конференции. Ч.2.-Тюмень: ТюмГНГУ, 2004.-С.87-90.
100. Торопов С.Ю., Дорофеев С.М., Бердышев В.В. Расчет смещения ремонтного элемента при потере устойчивости штанги. / Нефть и газ. Новые технологии в системах транспорта: Материалы научно-практической конференции. 4.1.-Тюмень: ТюмГНГУ, 2004.- С.64-68.
101. Торопов С.Ю., Бердышев В.В. К вопросу применения закладных металлических элементов при соединении пластмассовых труб // Известия высших учебных заведений: серия «Нефть и газ».-№1.-Тюмень, 2005.-С.67-70.
102. Торопов С.Ю., Торопов B.C. Методика предсказания надежности нефтегазотранспортного оборудования // Известия высших учебных заведений: серия «Нефть и газ»/-. 1997. -№6.-С.135
103. Торопов С.Ю., Торопов B.C. Особенности прокладки полиэтиленовых труб под водными преградами // Сборник научных трудов «Проблемы эксплуатации и ремонта промысловых и магистральных трубопроводов». Тюмень: ТюмГНГУ, 1999. - С. 26-27.
104. Торопов С.Ю., Торопов B.C. К вопросу о надежности трубопровода // Тезисы докладов к конференции «Энергосбережение при освоении и разработке северных месторождений Западно-Сибирского региона». -Тюмень, 1997. С. 91-92.
105. Торопов С.Ю., Торопов B.C. Методика предсказания надежности нефтегазотранспортного оборудования // Тезисы докладов к конференции «Тюменская нефть вчера и сегодня». Тюмень, 1997. - С. 63-65.
106. Торопов С.Ю., Торопов B.C. Особенности прокладки полиэтиленовых труб под водными преградами // Сборник научных трудов «Проблемы эксплуатации и ремонта промысловых и магистральных трубопроводов». Тюмень: ТюмГНГУ, 1999. - С. 26-27.
107. Торопов С.Ю., Торопов B.C. Учет вероятностных коэффициентов при прочностных расчетах // Материалы Всероссийской научно-технической конференции. Тюмень, 1998. - С. 35-36.
108. Торопов С.Ю., Салтанов Д.В. Исследование движения внутритрубных ремонтных элементов // Сборник научных трудов «Проблемы транспорта в Западно-Сибирском регионе России»,-Тюмень: ТюмГНГУ, 2001.- С. 222-227.
109. Торопов С.Ю., Салтанов Д.В., Зубарев Г.Ю.Взаимодействие ремонтной вставки с криволинейными участками трубопроводов // В сб. научн. тр. «Проблемы транспорта в Западно Сибирском регионе России». - Тюмень: ТюмГНГУ, 2001 С. 227 - 232.
110. Торопов С.Ю. Определение параметров бинарных внутритрубных полимерных покрытий трубопроводов // В сб. научн. тр. «Проблемы транспорта в Западно Сибирском регионе России». -Тюмень: ТюмГНГУ, 2001.- С. 286-289.
111. Торопов С.Ю. Долгосрочные прогнозы при моделировании трубопроводов// В сб. научн. тр. «Проблемы транспорта в Западно -Сибирском регионе России». Тюмень: ТюмГНГУ, 2001.- С. 292-296.
112. Торопов С.Ю., Салтанов Д.В., Осыка А.В. // Сборник научных трудов «Научные проблемы Западно-Сибирского нефтегазового региона».- Ухтинский филиал ТюмГНГУ, 2001.
113. Торопов С.Ю., Салтанов Д.В. Природные и техногенные системы в нефтегазовой отрасли // Материалы региональной научно-технической конференции. Тюмень: ТюмГНГУ/- С. 187-193.
114. Торопов С.Ю., Дорофеев С.М., Качур В.М., Пономарёва Т.Г. Определение положения ремонтного оборудования во внутренней полости трубопровода. Известия высших учебных заведений: серия «Нефть и газ»,. 2005.- № 4.-С. 67-71.
115. Торопов С.Ю., Торопов Е.С. Внутритрубные ремонтные гильзы на основе сплавов с памятью формы // Известия высших учебных заведений: серия «Нефть и газ».- 2006.- № 6.- С.54-59.
116. Торопов С.Ю., Дорофеев С.М., Прокопьев И.В. Оборудование для аварийного ремонта газонефтепроводов //Труды международной научно-технической конференции Тюмень, 2005.- частьП.- С. 170-172.
117. Торопов С.Ю., Дорофеев С.М. Вывод уравнения устойчивости стержня с ограничениями. Математическое и информационное моделирование // Сборник научных трудов. -Тюмень: ТГУ, 2005.-С. 114-121.
118. Торопов С.Ю., Дорофеев С.М. Определение усилий при изгибе нелинейно-упругого стержня // Сборник научных трудов «Математическое и информационное моделирование», Тюмень: ТГУ, 2006.-С.114-121.
119. Торопов С.Ю. Конструкции и расчёт оборудования для внутритрубного ремонта// СПб.: Недра, 2006. -200с.
120. Тоут А.И. Технологические процессы и методы расчета параметров очистки полости строящихся магистральных трубопроводов: Дис. . к.т.н.: 05.15.07 ВНИИСТ. - 1983. - 199 с.
121. Устройство для ремонта трубопровода / В.М. Петухов, О.Н. Крысанов, JI.M. Бобылев, A.JI. Бобылев, В.Н. Шихирин (Международная заявка на изобретение РСТ/КВ 95/00153).
122. Физические величины: Справочник/ Бабичев А.П., Бабушкина A.M. и др.; Под ред. Григорьева И.С.-М.: Энергоатомиздат, 1991. -1232с.
123. Хаплыев Н.Х., Абасов Т.Н., Селиверстов В.Г., Парфенов А.И., Куприна Н.Д. Современные методы ремонта трубопроводов: Обз. иформ. -Сер. «Транспорт и подземное хранение газа». -М.: ИРЦ Газпром, 1997.-44с.
124. Хачин В.Н., Пушин В.Г., Кондратьев В.В. Никелид титана: структура и свойства. — М.: Наука, 1992. —160с.
125. Хачин В. Н., Паскаль Ю. И. Гюнтер В. Э. и др. Структурные превращения, физические свойства и эффект памяти у никелида титана и сплавах на его основе II Физика металлов и металловедение.- 1978.Т. 46. Вып. 3.- С. 511—520.
126. Чеботаревский А. Э., Лык Н. Т. Технология внутренней изоляции трубопроводов // Нефтепромысловое дело.—1995.— №4 — 5.
127. Шатайкин В. А., Варенберг А.Н. Центраторы для сборки магистральных трубопроводов: Научно-технический обзор. -М.: Информнефтегазстрой, 1980. -56с.
128. Шестопал А.Н. и др. Справочник по сварке и склеиванию пластмасс. -Киев: Техника, 1990.-198с.
129. Шишкин С.В. Заводская лаборатория.- 1993.- Т.59.- №11.- С. 4147.
130. Ялышко Г.Ф. Сварка и монтаж трубопроводов из полимерных материалов. -М.: Стройиздат, 1990. -221с.
131. Buehler W. I., Gifrich I. V„ Wiley R. C. Effect of low temperature-phase changes on the mechanical properties of alloys near composition TiNi — Journal of Applied Physics, .963, v. 34, N, 5, p. 1475—1477.
132. Buehler W. I., Wiley R. C. TiNi—ductile intermetallic compound,— Transactions of ASM, 1962, v. 55, p. 269—276,
133. Crarke N., Beauford W. Изоляция внутренней поверхности трубоthпроводов в полевых условиях // 5 Int. Conf. Intern and Extern. Prot. Pipes, London, 21 -23 Sept., 1987 // Cranfield, 1987.
134. 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.
135. Hanlon I. E., Butler S. R., Wasilewski R. 1. Effect of martensitic transformation on the electrical and magnetic properties of NiTi. — Transactions of Metallurgical Society of AIME, v. 239, 1967, p. 1323— 1327.
136. Warlimont H. Shape memory effects. — Material Science and Engineering, 1976, v. 25, N 1/2, p. 139—144.
137. Wasilewski R. I., Butler'S. R, Hanlon I. E. On the martensitic transformation in TiNi.—Metal Science Journal, 1967, v. 1, p. 104—110.
-
Торопов, Сергей Юрьевич
-
доктора технических наук
-
Тюмень, 2007
-
ВАК 25.00.19
- Снижение опасностей эксплуатации подводных трубопроводов при наличии оголенных и провисающих участков
- Прогнозирование работоспособности подводных переходов магистральных газопроводов с учетом неопределенности параметров эксплуатации
- Исследование динамики движения ремонтных секций в подводных переходах трубопроводов
- Методология оценки технического состояния и обеспечения работоспособности подводных трубопроводов
- Повышение эффективности диагностики технического состояния линейной части магистральных газопроводов
