Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Оценка влияния вибрационных и коррозионных процессов на несущую способность технологических трубопроводов

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

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Гурьянов, Вадим Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1.ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ, СВЯЗАННЫХ С ОЦЕНКОЙ

ВЛИЯНИЯ КОРРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ И ВИБРАЦИИ

НА РАБОТУ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ.

1.1 .Установки очистки газов от кислых компонентов АГПЗ.

Общая характеристика.

1.2.Анализ основных коррозионноактивных сред установок очистки газов.

1.2.1.Абсорбенты, используемые при извлечении кислых компонентов из природных газов. Их влияние на характер и механизм коррозионных поражений.

1.2.2.Поведение углеродистых сталей во влажных сероводородсодержащих средах.

1.2.3.Поведение углеродистых сталей в растворах оснований.

1.3.Коррозионное состояние аппаратов и трубопроводов.

1.3.1 .Коррозионное состояние аппаратуры.

1.3.2.Коррозионное состояние трубопроводов.

1 АМатематическое моделирование влияния параметров вибрации на напряженно-деформированное состояние трубопроводов.

1.5.Нормирование опасности вибрации трубопровода.

1.6.Анализ вибрации трубопроводных обвязок центробежных насосов.

1.7.Цели и задачи работы.

ГЛАВА 2.ВЫЯВЛЕНИЕ ПРИЧИН И ОЦЕНКА ОПАСНОСТИ

ВИБРАЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ.

2.1 .Экспериментальное определение параметров вибрации трубопроводов.

2.2.Расчет спектра собственных частот трубопроводов.

2.3.Анализ причин вибрации трубопроводов.

2.4,Определение напряженно-деформированного состояния трубопроводов с учетом действия статических и динамических нагрузок. Оценка опасности вибрации трубопроводов.

ГЛАВА 3.АНАЛИЗ КОРРОЗИОННОГО СОСТОЯНИЯ АППАРАТОВ

И ТРУБОПРОВОДОВ.

3.1.Исследование причин коррозии аппаратов.

3.2.Исследование причин коррозии трубопроводов.

3.3.Вывод ы.

ГЛАВА 4.ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПЕРЕМЕННОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ

НАГРУЗКИ НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ

ТРУБОПРОВОДОВ.

4.1.Методы оценки несущей способности трубопроводов при переменных нагрузках.

4.1.1.Оценка опасности переменных напряжений в трубопроводе при отсутствии усталостных трещин.

4.1.2.0ценка опасности переменных напряжений в трубопроводе при наличии трещин.

4.1.3.Критерии коррозионно-механической прочности при статическом и переменном нагружении.

4.2,Оценка несущей способности трубопроводов с учетом цикличности изменения осевых нагрузок.

4.2.1.Определение характеристик переменного напряженного состояния трубопроводной системы.

4.2.2.Экспериментальное определение механических характеристик стали трубопровода и расчет предела выносливости.

4.2.3.Определение коэффициентов запаса по усталостной прочности участков трубопроводной системы.

4.3 .Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Оценка влияния вибрационных и коррозионных процессов на несущую способность технологических трубопроводов"

При эксплуатации технологического оборудования и трубопроводов насыщенного амина установок очистки газов от кислых компонентов Астраханского газоперерабатывающего завода (АГПЗ) неоднократно возникали разрушения их элементов. Основными причинами снижения надежности работы технологических трубопроводов установок очистки газов является их вибрация в условиях коррозионных воздействий.

В диссертации рассмотрены методы количественной оценки влияния вибрации на напряженно-деформированное состояние (НДС) трубопровода, проведена оценка работоспособности и долговечности трубопроводов и оборудования.

Проведенные работы позволили установить основную причину снижения надежности работы трубопроводов и оборудования и разработать рекомендации по ее устранению.

Основные положения и результаты работы представлены в [11-13,30,44]. 6

Заключение Диссертация по теме "Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ", Гурьянов, Вадим Владимирович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1 .Разработана методика расчета спектра собственных частот трубопроводных обвязок центробежных насосных машин. При этом установлено, что основной причиной вибрации трубопроводов является суперпозиция вынужденного движения на оборотной частоте насоса и движения на собственных частотах в условиях параметрического резонанса.

2.Показано, что основное влияние на несущую способность исследуемых трубопроводов оказывают продольные напряжения, вызванные движением потока по криволинейной траектории и вибрацией.

3 .Экспериментально исследована несущая способность трубопровода с дефектом с учетом изменения физико-механических свойств материала в процессе эксплуатации и коррозионного воздействия. Установлено, что прочность стали после выдержки в сероводородной среде снижается не более, чем на 25%.

4.На основе полученной диаграммы предельных амплитуд (на примере стали 20ЮЧ) доказано, что уровень вибрации и вызываемые им осевые напряжения не влияют на несущую способность трубопровода.

5.Установлено, если остаточная толщина стенки трубы в зоне дефекта составляет не менее 80% начальной толщины, то разрушение трубы при действующих величинах нагрузок не происходит.

134

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Гурьянов, Вадим Владимирович, Москва

1.Антонов В.Г.,Долотова Т.С.,Коновалов В.Н.,Корнеев А.Е. Анализ продуктов коррозии и осадков установки очистки газа./Газовая промышленность, 1995, № 6, с. 31-33.

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

3. Бусыгин И.Н.,Бусыгина Н.В. Оптимизация селективной МДЭА-очистки смеси газов/ Газовая промышленность, 1997, № 6, с. 47-48.

4. Василенко И.И.,Мелихов Р.К. Коррозионное растрескивание сталей. Киев.: Наукова думка, 1977,265 с.

5. Владиславлев А.П. и др. Трубопроводы поршневых компрессорных машин. -М.: Машиностроение, 1972. -269 с.

6. Вышеславцев Ю.Ф.,Настека В.И.,Стрючков В.М. и др. Промышленный опыт очистки карачаганакского газа МДЭА/ Газовая промышленность, 1989, № 1, с. 52.53.

7. Гетманский М.Д.,Панов М.К.,Рождественский Ю.Г. и др. Исследование структуры сульфидных пленок, образующихся в процессе коррозии стали в сероводородной минерализованной водной среде./Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. 1982, № 1, с.5-8.

8. Ю.Гоник А.А. Коррозия нефтепромыслового оборудования и меры ее предупреждения. М.: Недра, 1976, 192 с.

9. Гурьянов В.В.,Поляков В.А. Анализ процесса вибрации технологических трубопроводов ГПЗ //Научные труды АНИПИгаз "Разведка и освоение нефтегазовых месторождений". 2002 г., вып. № 4. -Астрахань: АНИПИгаз, 2002. с.402-405.

10. Гурьянов В.В.,Поляков В.А. Измерение и расчет частот вибрации технологических трубопроводов ГПЗ //Научные труды АНИПИгаз "Разведка и освоение нефтегазовых месторождений". 2002 г., вып. № 4. -Астрахань: АНИПИгаз, 2002. с.406-409.

11. Демидов С.П. Теория упругости. -М.: Высш. шк., 1979. 432 с.

12. Добрынин С.А.,Фельдман М.С.,Фирсов Г.И. Методы автоматизированного исследования вибрации машин. -М.: Машиностроение, 1987. -224 с.

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

14. Когаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях переменных во времени.- М.: Машиностроение, 1977.- 232 с.

15. Корнеев А.Е.,Изотов В.И.,Долотова Т.С. и др. Анализ состояния оборудования на установках очистки газа./Газовая промышленность, 1998, № 3, с 35-36.

16. Коррозионная усталость металлов: Тр. 1 сов.англ. семинара / Под ред. Акад. Я.М.Колотыркина.- Киев: Наукова думка, 1982, 372 с.

17. Круцан A.M.Дохмурский В.И.,Мелихов Р.К. Коррозионное растрескивание и защита сварных конструкций из малоуглеродистых и низколегированных сталей./ Защита металлов, 1998, т. 34, № 3, с.257-265.

18. Кудрявцев И.В.,Наумченков Н.Е. Усталость сварных конструкций. М.: Машинострение,1976, 270 с.

19. Легезин Н.Е.,Альтшуллер Б.Н.,Митина А.П. Коррозионные исследования и испытания / Реф. Сб. ВНИИГАЗПРОМа. М.: 1981, Вып. 6. с. 4 (Серия «Коррозия и защита скважин, трубопроводов, оборудования и морских сооружений в газовой промышленности»)

20. Мак Х.И. Перевод установок аминовой очистки газов на растворители МДЭА / Нефть, газ и нефтехимия за рубежом, 1993, № 6, с. 69-74.

21. Махутов Н.А.,Каплунов С.М.,Прусс Л.В. Вибрация и долговечность судового энергетического оборудования. -Л.: Судостроение, 1985. -300 с.137

22. Медведева М.Л.,Гурьянов В.В. О коррозионном состоянии установок очистки природного газа от кислых компонентов //Защита металлов. 2002. Т.38. № 3. с.322-326.

23. Медведева М.Л.Дурдгелаидзе Г.Д.,Башилова Г.М. О пассивирующей способности слабощелочных растворов, используемых при производстве катализаторов крекинга нефтепродуктов./ Защита металлов, 1992, т. 28, № 3, с. 495-498

24. Мелихов Р.К.,Радкевич А.И.ДСарвацкий Л.М.,Круцан A.M. О стойкости отечественных конструкционных сталей против сульфидного растрескивания./ Защита металлов, 1997, т. 33, № 5, с. 493-497.

25. Методика расчета многопролетных трубопроводов. -М.: ВНИИГАЗ, 1988.-37 с.

26. Методика расчета технологических трубопроводов компрессорных станций. -М.: ВНИИГАЗ, 1987. 94 с.

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

28. Мурин В.И.,Кисленко Н.Н. Газопереработка сегодня и завтра / Газовая промышленность, 1998, № 8, с. 68-70.

29. Мяченков В.И. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов. -М.: Машиностроение, 1989. 520 с.

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

31. Нотт Дж.Ф. Основы механики разрушения. М.Металлургия, 1978.256 с.

32. Петушков В.А. О динамике и прочности трубопроводных систем при сейсмических воздействиях //Проблемы прочности, 1986, №10. с. 94102.

33. Писаревский В.М.,Поляков В.А. О выявлении источника параметрического резонанса в трубопроводных системах центробежных насосов //"Транспорт и хранение нефтепродуктов", N 4-5, 1997, с.33-34.

34. Писаревский В.М.,Поляков В.А.,Прохоров А.Д.,Черняев В.Д., Че-линцев С.Н. Основы технической диагностики: Методические указания к практическим занятиям по курсу. Часть I. -М.: ГАНГ, 1996 90 с.

35. Поляков В.А. К вопросу снижения уровня вибрации при параметрическом резонансе в трубопроводных системах центробежных насосов //"Транспорт и хранение нефтепродуктов", N 4-5, 1997, с.35-36.

36. Поляков В.А. Разработка методики нормирования вибрации трубопроводов больших диаметров с целью повышения их надежности. Автореферат дис.канд.техн.наук.-М.: 1989.-21 с.

37. Поляков В.А. Уравнение движения трубопроводной системы с транспортируемым потоком //НТС "Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт", № 2, 2000. М.: РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина, 2000 г. - с.67-73.

38. Прохоров Е.М.,Алексеев С.3.,Литвинова Г.И. и др. Испытания смешенного абсорбента на установкахе сероочистки Астраханского ГПЗ / Газовая промышленность, 1997, №10, с. 63-65.51 .Рандалл Р.Б. Частотный анализ. Глоструп: "К.Ларсен и сын", 1989.-389 с.

39. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: Справ./ В.П. Когаев, Н.А. Махутов, А.П. Гусенков.- М.: Машиностроение, 1985.- 224 с.

40. Расчеты на прочность в машиностроении/ Под ред. С.Д. Пономарева-М.: Машгиз, 1959. Т.З. 1118 с.

41. Розенфельд И.Л. Ингибиторы коррозии. М.: Химия, 1977, 352 с.

42. Рябченков А.В. Коррозионно-усталостная прочность стали. М.: Машгиз, 1953, 180 с.

43. Стеклов О.И. Прочность сварных конструкций в агрессивных средах. М.: Машиностроение, 1976, 200 с.

44. Стеклов О.И. Стойкость материалов и конструкций к коррозии под напряжением.- М.: Машиностроение, 1990. -384 с.

45. Стеклов О.И.,Басиев К.Д.,Есиев Т.С. Прочность трубопроводов в коррозионных средах. Владикавказ: РИПП, 1995, 152 с.

46. Строительные нормы и правила (СНиП) 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы /Минстрой России. -М.: ГУП ЦПП, 1997. 60 с.140

47. Требования к материалам и оборудованию объектов добычи и подготовки нефти и газа с высоким содержанием сероводорода и наличием С02. М.: Госгортехнадзор, 1994, 22 с.

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

49. Хачатурян А.С. Волновые процессы в компрессорных установках. -М.: Машиностроение, 1983. 223 с.

50. Хелан К. Введение в механику разрушения.- М.:Мир, 1988.- 364с.

51. Швед М.М.,Гнып И.П.,Билый J1.M. Влияние водорода на разориен-тацию и дробление блоков мозаики при одноосном растяжении трансформаторной стали / Физико-химическая механика материалов, 1973, т. 9., № 5, с. 105-106.

52. Шкляр Р.Л.,Кисленко Н.Н.,Алексеев С.З. и др. Селективная очистка газа от сероводорода на Астраханском ГПЗ/Газовая промышленность, 1999, № 12, с. 40-41.

53. Шрейдер А.В. Коррозионное растрескивание нефтегазового оборудования и защита от него. Обзор зарубежной литературы. Серия «Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности». М.: ВНИИОЭНГ, 1977, с.64.

54. Шрейдер А.В.,Шпарбер И.С.,Арчаков Ю.А. Влияние водорода на химическое и нефтяное оборудование. М.: Машиностроение, 1976, 216 с.

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

56. В1апс С., Grail M.,Demarais, G., The Part Played by Degradation Products in the Corrosion of Gas Conditioning Plants Using DEA and MDEA / Processing of the 1982 Gas Conditioning Conference

57. McNab A.J.,Treseder R.S. Materials Requirment For a Gas Treating Process./Material Performence, Vol. 10, No 1< 1971.141

58. Paz M.,Mechelow J. "Stiffness Analysis of Network Pipes Conveying Fluid", 33rd International Conference on Pressure Vessel Technology, April 1922, 1966, pp. 143-148.

59. Pisarevskiy V.M., Polyakov V.A. Normalization of pipe-line system vibration//2nd Int. Conf., «Pipeline Insp.», Moscow, Oct. 14-18, 1991. -Moscow, 1991. -c.154-158.

60. Polyakov V.A., Yarmoluk Y.V. Diagnostics dynamic state of pipe-line systems for compressor plants //2nd Int. Conf. «Pipeline Insp.», Moscow, Oct. 14-18, 1991. -Moscow,1991. c. 255-259.

61. Richert J.P.,Bagdasarian A.J.,Shargay C.A. Extent of Stress Corrosion Crackig in Amine Plants Revealied by Survey/ Oil & Gas Journal, June 5, 1989

62. Teevens P.J. Toward a Better Understanding of the Cracking Bahavior of Carbon Steel in Alkanolamine Sour Gas Sweeting Units, Its Detection, Monitoring and How to Avoid It. NACE Corrosion Paper#198, 1990

63. The Dow Chemical Co., Gas Conditioning Fact Book, 1962

64. The Dow Chemical Co., Internal Corrosion Test Results, 1980.

65. The Dow Chemical Co., Gas/ SPEC Technology Group, Internal Corrosion Test Results, 1990

66. To C.W.S.,Kaladi V. Vibration of piping systems containing a moving medium. "Trans. ASME: J. Pressure vesseltchnol", 1985, 107, N4, 344-349.