Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка методики формирования аварийных запасов труб

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

Автореферат диссертации по теме "Разработка методики формирования аварийных запасов труб"



Н& правах рукописи

ЧЕРПАКОВ ВЛАДИМИР ВЛАДИМИРОВИЧ

/

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ФОРМИРОВАНИЯ АВАРИЙНЫХ ЗАПАСОВ ТРУБ (НА ПРИМЕРЕ ГАЗОПРОВОДОВ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ)

Специальность 25 00 19 - Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень - 2007

003069640

Диссертационная работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» Федерального агентства по образованию Российской Федерации

Научный руководитель

доктор технических наук, Крамской Владимир Федорович

Официальные оппоненты

Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор, Кушннр Семен Яковлевич

кандидат технических наук, Жевагип Алексей Иванович

Ведущая организация ООО «Сургутгазпром», г. Сургут

Защита диссертации состоится 25 мая 2007 г в 1700 часов на заседании диссертационного совета Д 212 273 02 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу 625000, г Тюмень, ул Володарского, 38

С диссертацией можно ознакомиться в библиотечно-информационном центре Тюменского государственного нефтегазового университета по адресу 625039, г Тюмень, ул Мельникайте, 72

Автореферат разослан 20 апреля 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета /■ " Кузьмин С В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время в Российской Федерации около 5% магистральных газопроводов эксплуатируются от 1 года до 10 лет, 39 % - Ю - 20 лет, 32 % - от 20 - 30 лет, 14 % - от 30 - 40 лет, а 10 % превысили 40-ти летний срок эксплуатации Длительный срок эксплуатации является причиной роста количества аварий и инцидентов, имеющих случайный по месту и времени характер на линейной части магистральных газопроводов, а работы по их устранению наиболее дорогостоящими и продолжительными Поэтому особую важность приобретают вопросы, связанные с рациональным формированием мест расположения и объемов аварийных запасов труб, от которых зависит как эффективность профилактических, так и оперативность аварийно-восстановительных работ на линейной части

Действующие нормативные документы ВРД 39-1 10-006-2000 «Правила технической эксплуатации магистральных газопроводов» и ВРД 391 10-031-2001 «Нормы аварийного и неснижаемого запаса труб, стальных газовых кранов, материалов, соединительных деталей и монтажных заготовок на газопроводах» устанавливают требования к сортаменту труб, из которых формируется запас и порядок пополнения этих запасов, а также затрагивают вопрос их объемов

Данные документы определяют нормы запаса в общем виде для газопроводов в целом, дифференцируя их в зависимости от диаметра трубы и условий пролегания трассы Нормативные документы, позволяющие при формировании аварийных запасов труб учитывать реальную нагружен-ность магистральных газопроводов и выработанный ресурс их отдельных участков, отсутствуют

Разработка научно обоснованных методов формирования аварийных запасов труб для различных участков линейной части магистрального газопровода, учитывающих индивидуальный ресурс их работы под действи-

ем реальных спектров внешних и внутренних нагрузок при эксплуатации, является актуальной проблемой

Цель диссертационной работы - разработка методики формирования аварийных запасов труб, учитывающей реальную нагруженность газопроводов и вероятность возникновения аварий на отдельных линейных участках магистральных газопроводов

Объект исследования - методы формирования аварийного запаса труб для магистральных газопроводов Западной Сибири Основные задачи исследований:

- провести анализ состояния нормативной базы и научных работ в области формирования аварийных запасов труб,

- исследовать законы распределения давлений и температур транспортируемого газа и определение законов изменения напряжений, возникающих в газопроводе,

- разработать методику расчета вероятности безотказной работы участков газопровода по критерию усталостной прочности,

- разработать модель формирования аварийных запасов труб с учетом усталостной прочности отдельных линейных участков

Научная новизна:

- разработана методика расчета аварийного запаса труб на основе оценки вероятности возникновения аварий на различных участках газопроводов по критерию усталостной прочности,

- предложен новый метод оценки числа циклов нагружения труб до разрушения, включающий установление методами непараметрической статистики фактических законов распределения давлений и температур транспортируемого газа, компьютерное моделирование законов распределения напряжений, возникающих в стенке трубы газопровода и предельных напряжений материала труб, расчет числа циклов нагружения при заданной вероятности безотказной работы,

- разработана вероятностная модель, позволяющая выделить на линейной части газопровода аварийные участки и ранжировать их исходя из времени достижения предельного состояния труб (потери усталостной прочности)

Практическая ценность заключается в том, что результаты выполненных исследований дают возможность предприятиям, эксплуатирующим магистральные газопроводы, сократить величину ущербов при возникновении аварий и инцидентов за счет своевременного и научно обоснованного формирования аварийных запасов труб

Обоснованность и достоверность результатов. При выполнении исследований автором использованы основные положения системного анализа, теории надежности и риска, методов непараметрической статистики при обработке фактических данных контроля параметров транспортируемого газа Результаты исследований согласуются с практикой формирования и расходования на ремонтные работы аварийных запасов труб ООО «Сургутгазпром»

Апробация работы Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на международной научно-технической конференции «Ресурсосбережение в топливно-энергетическом комплексе России»,

- г Тюмень, 1999 г , расширенном заседании кафедры «Сооружение и ремонт нефтегазовых объектов» ТюмГНГУ, - г Тюмень, 2001 г , международном семинаре «Геотехнические и эксплуатационные проблемы нефтегазовой отрасли», - г Тюмень, 2002 г, расширенном заседании кафедры «Машины и оборудование нефтяной и газовой промышленности», ТюмГНГУ - г Тюмень, 2007 г

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 6 печатных работах

Структура и объем работы. Диссертация содержит 122 страницы машинописного текста, 25 рисунков, 24 таблицы и состоит из введения, 4 разделов, выводов, списка литературы включающего 98 наименований

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы ее цель и основные задачи исследований В первом разделе проведен анализ

- состояния систем трубопроводного транспорта,

- ущерба от произошедших аварийных ситуаций,

- состояния аварийно восстановительных служб,

- существующей нормативной базы и научных работ в области формирования аварийных запасов

Выполненный анализ выявил увеличение интенсивности инцидентов и аварий на магистральных газопроводах всех диаметров в зависимости от времени их эксплуатации Выявлена зависимость величины ущерба от времени доставки материалов к месту аварии Определено, что распределение материально-технических ресурсов выполняется на основании личного опыта руководителей и без технико-экономического анализа эффективности принимаемых решений Существующая на сегодняшний день нормативная база не содержит рекомендаций и методик формирования аварийных запасов труб с учетом срока эксплуатации магистральных газопроводов и истории их нагружения Ранее работы в данном направлении проводились такими авторами как Бородавкин П П, Гумеров А Г , Галиу-лин 3 Т , Альшанов А П, Гуссак В Д

Во втором разделе проведен анализ изменения нагрузок, действующих на магистральный газопровод в течение всего срока его эксплуатации, определено влияние таких факторов, как давление и температура газа на срок безаварийной работы газопровода

Рассмотрен газопровод Уренгой-Сургут-Челябинск (I нитка с 0 км до 1480 км) Данные по изменению давления нагнетания (Р„агн), температуры нагнетания (Тнагн), давления всасывания (Рвсас) и температуры всасывания

(Твсас) для ряда участков (компрессорных станций - КС) приведены на гистограммах (рис.1 - 4),

0,15

§

й й 0.12

Е

§

& 0,09

-О § 0,06

2

1

о 0,03

О

со СП К

"с >д Л< 4 1

1 4н |! II

О - функция Плотности распределения Рндгн

о - восстановленном функция плотности распределения Р

6.0 6,5 7,0 7,5 Р, МЛ а

Рис. 1. Функция плотности распределения Р1(агн за 2006 г. КС Губкинская.

* °'!5 I 0,12

I

& 0,09

<в ■о

§ 0,06

о

с

§ 0,03 Ь;

0

оо

0 - функция плотности распределения Тнагн

о - восстановленная функция плотности распределения Тт ,и

5 10 15 20 25 30 35 Т, 'С Рис. 2, Функция плотности распределения Тнаг„ за 2006 г. КС Приобская.

Анализ статистических данных показал, что Р[шн изменяется в пределах от 5,87 МПа до 7,6 МПа, Р^ в пределах от 4,01 МПа до 6,98 МПа. При этом изменение температуры происходит следующим образом, Тиа(1) изменяется от - 4 °С до 55 "С, Тим изменяется от - I °С до 25 °С.

Из анализа существующих работ сделан вывод, при расчетах прочностной надежности магистральных газопроводов традиционно прини-

мается, что закон распределения давления и температуры не противоречит нормальному. В то же время, представленные на рисунках 1 - 4 гистограммы функций плотности распределения Р„аг„ , Р,,^ , Т„агм , Тв(;л|: свидетельствуют, что эти законы не только далеки от нормального распределения, но и не могут быть описаны на основе стандартных законов, предложенных и исследованных в рамках параметрической статистики. , 0,15

с

= 0,12 I

I 0,09

со -о

§ 0,06 С>

а 6

§ 0,03 (3

о

ли

Шк

Й8й

О - функция плотности распределения Р^ас

О - восстановленная функция плотности распределения Расас

4,8 5,0 5,2 5,4 5,6 Р, МПа Рис. 3. Функция плотности распределения Р^ за 2006 г. КС Вынгапуровская.

„ 0,15

п

2 0,12 I

& 0,09

(В -О

В 0,06

о а Е

§ 0,03 С:

о

о

с >о о У о

1 л > 1 1

О - функция плотности распределения ГЯ(.

О - восстановленная функция плотности распределения

Т, 'С

0 5 10 ¡5 20

*

Рис. 4. Функция плотности распределения Ткас за 2006 г. КС Тобольская. Подобные показанным на рисунках функции плотности распределения давления и температур получены при обработке результатов измерения (более 50 тыс. значений) давления газа и температуры на входе

и выходе 15 компрессорных станций, расположенных на территории Западной Сибири за 2006 год эксплуатации

В теории прочности при решении задач оценки вероятности безотказной работы или прогнозирования ресурса используют различные законы распределения случайных величин нормальное распределение, гамма -распределение, распределение Вейбула и другие Все эти законы являются унимодальными и имеют легкие «хвосты» распределения плотности Полученные на основе обработки конкретных экспериментальных данных гистограммы (рис 1, рис 3) функций плотности распределения величин давления характеризуются несколькими экстремумами, что при решении задач прочностной надежности трубопроводов исключает возможность использования методов параметрической статистики В качестве примера на рисунках 1 - 4 показаны результаты восстановления функций плотности распределения давления и температуры нагнетания, а также давления и температуры всасывания с использованием математического аппарата, разработанного в рамках теории непараметрической статистики путем минимизации функции эмпирического риска

Для оценки неизвестной функции плотности распределения использовано разложение по системе тригонометрических функций

м

/*(<)=Хл ч>М), (1)

1=1

где X, ,1 = \,М - коэффициенты, определяемые в процессе минимизации функции эмпирического риска, М - число членов разложения,

Для генерирования выборок исследуемых случайных величин (давления и температуры) на основе функции (1) разработан непараметрический датчик Восстановленный закон изменения функции плотности является основой для реализации численных алгоритмов расчета вероятности безотказной работы магистрального газопровода по критериям прочности

В третьем разделе разработана методика формирования аварийных запасов труб на основе оценки ресурса участков магистрального газопровода при заданной вероятности безотказной работы Для расчета выборки {мJ = 1,п числа циклов до разрушения использована зависимость

// = 10 \fo\Tcг = 10 02,8(£Г-/а-'ЛУ<т6 /ст, (2)

в которой механические характеристики стали, - предел прочности (^в),

предел выносливости ) представлены случайными величинами с нормальным законом распределения, а генерирование выборки действующих в газопроводе напряжений () (рис 5 а) осуществляется на основе значений давлений (Р,) и температуры (Т,), рассчитанных с помощью непараметрического датчика и восстановленных функций плотности распределения давления и температуры газа в исследуемом участке магистрального газопровода

= 7сгч_£7«р сг^+сгпР , (3)

Овн)!{2 5), (4)

°~пр = -а Е п3 (5)

где - ¡и, а, Е - коэффициенты Пуассона и линейного расширения материала, модуль его упругости, 8, Оен - толщина стенки и внутренний диаметр трубы, п3 - коэффициент запаса

В результате компьютерного моделирования на основе выборки {дгДу =1,и с использованием функции (1) решается задача восстановления

функции плотности распределения числа циклов N (на рисунке 56 в качестве примера показан один из вариантов расчета), которая позволяет путем решения интегрального уравнения

N°

где а - величина квантиля, /м (Ю = ~ ~~ )],

А» - т1п{д/' }; В« =тах1лг,[ 1 )

определить прогнозируемое число циклов до разрушения (ЛГ) для любого значения квантиля.

Разработанная и реализованная в комплексе программ методика расчета позволяет выполнять различные исследования по влиянию на долговечность участка трубопровода: геометрических параметров трубы; механических характеристик сталей; изменения внешних условий (давления, температуры) при эксплуатации магистрального газопровода.

а> а 0.08

О - функция плотности распределения а

— ■ восстановленная функция плотности распределения а

240 250 260 270 280 290 300 О, МЛ а

б)

0 - функция плотности распределения N

—- восстановленная функция плотности распределения N

5 Ю4 ПО5 ¡.5105 210} 2,5Ю5 '<икл

Рис.5. Функции плотности распределения напряжений СТ и числа циклов до

разрушения N

Определено влияние на ресурс работы газопровода толщины стенки трубы и величины давления газа Вычислено, что при уменьшении толщины стенки трубы на 2 мм расчетный ресурс трубопровода для наиболее нагруженных участков (30-ти километровая зона от КС в сторону нагнетания газа) уменьшается в 3-3,5 раза При снижении давления в трубопроводе на 1,0 МПа расчетный срок службы увеличивается в 10-14 раз Понижение температуры перекачиваемого газа с 21 до 16 градусов Цельсия увеличивает ресурс работы трубопровода в 1,3 раза

Разработанная методика позволяет производить уточнения в расчетах вероятности безотказной работы для каждого участка магистрального газопровода за счет постоянного накопления данных по температуре и давлению транспортируемого газа и введения в расчеты таких критериев, как изменение свойств металла трубы, утонение стенки трубы и т д

В четвертом разделе на основе разработанной автором методики проведен расчет прогнозируемого числа циклов до разрушения различных линейных участков (таблица 1)

Таблица 1

Прогнозируемое число циклов нагружения труб до разрушения

Название КС Ртах, МПа Рщш» МПа Тта» °с Ттт» °с Минимальное кол-во ЦИКЛОВ, ТЫС

гкс 7,6 6,51 37 -4 24,0

Ягенетская 6,75 5,87 9 4 340,0

Пурпейская 6,83 6,08 18 4 190,0

Губкинская 7,6 6,22 35 7 30,2

Вынгапуровская 7,6 6,86 49 16 8,05

Ортъягунская 7,65 6,65 39 15 18,0

Аганская 7,6 6,64 34 5 28,7

Приобская 7,6 6,51 38 9 22,0

Южно-Балыкская 7,6 6,5 49 10 9,5

Самсоновская 7,6 6,26 54 29 6,7

Демьянская 7,6 6,12 51 17 8,0

Туртасская 7,6 6,27 55 17 6,6

Тобольская 7,6 6,26 49 14 9,6

Ярковская 7,57 6,1 52 1 11,0

Богандинская 7,6 6,42 55 30 7,35

Предложены рекомендации по срокам и местам формирования аварийных запасов для газопровода Уренгой - Сургут - Челябинск (I нитка) (рис. 6),

Рис. 6. График безаварийной работы линейного участка

| - соответствует продолжительности безаварийной работы линейного участка по критерию усталостной прочности при вероятности 95%.

На основе проведенных исследований и нормативных документов предлагается производить формирование аварийных запасов не для всех участков в одно и тоже время в регламентированном объеме (что фактически выполняется в настоящий период времени), а индивидуально для каждого линейного участка магистрального газопровода между компрессорными станциями с учетом усталостной прочности труб в условиях эксплуатации, Предложенный подход позволит производить плановую замену участков, вырабатывающих свой ресурс, снизить риск возникновения вероятных аварий и инцидентов, время ликвидации и как следствие, уменьшить экономические затраты и экологический ущерб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1 Предложена методика расчета аварийного запаса труб, основанная на оценке вероятности возникновения аварии по критерию усталостной прочности на различных участках магистральных газопроводов

2 Исследование законов распределения давлений и температур транспортируемого газа показало, что их описание на основе моделей параметрической статистики в большинстве случаев является некорректным и требует применения математического аппарата непараметрической статистики

3 Разработана методика определений закона изменения напряжений, возникающих в стенке трубы газопровода, и прогнозирования ресурса труб по усталостной прочности, которая включает восстановление неизвестных законов распределения случайных величин и расчет на их основе ресурса при заданной вероятности безотказной работы

4 Выявлено, что формирование аварийных запасов труб для линейных участков газопровода согласно нормативной документации, не учитывающей усталостную долговечность труб, не является рациональным На основе проведенных исследований предложены рекомендации по формированию новых и корректировке существующих аварийных запасов труб и их рациональному распределению вдоль трассы газопровода

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Черпаков В В Особенности нормативной системы технического обслуживания и ремонта газотранспортных систем / Иванов В А // Ресурсосбережение в топливно-энергетическом комплексе России тез докл науч -техн конф - Тюмень Запсибгазпром, 1999 -С 121-122

2 Черпаков В В Показатели надежности линейной части газотранспортных систем / Иванов В А // Ресурсосбережение в топливно-энергетическом комплексе России тез докл науч -техн конф - Тюмень Запсибгазпром, 1999 - С 127-130

3 Черпаков В В Влияние газотранспортных систем на экологические процессы в условиях многолетнемерзлых грунтов / Новоселов В В // Проблемы эксплуатации и ремонта промысловых и магистральных трубопроводов сб науч тр -Тюмень ТюмГНГУ, 1999 - С 40-42

4 Черпаков В В Принципы управления риском и страхование как метод управления безопасностью магистральных газопроводов / Новоселов В В , Конев А В // Геотехнические и эксплуатационные проблемы нефтегазовой отрасли материалы международного семинара - Тюмень ТюмГНГУ, 2002 -С 164-167

5 Черпаков В В Совершенствование системы формирования аварийного запаса материалов как метод снижения ущерба от аварий / Бачериков АС// Вопросы состояния и перспективы развития нефтегазовых объектов Западной Сибири сб науч тр -Тюмень ТюмГНГУ, 2005 -С 16-19

6 Черпаков В В Подходы к системе формирования аварийных запасов газопроводов - Журнал «Известия вузов Нефть и газ» , 2007 №1 —С 60-61

г

/

Подписано к печати Бум писч N»1 Заказ № //9__Уч - изд л

Формат 60 X 84'/16 Уел печ л /У

Отпечатано на RISO GR 3750 Тираж 100 экз

Издательство «Нефтегазовый университет»

Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет»

625039, Тюмень, уп Киевская, 52

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Черпаков, Владимир Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

РАЗДЕЛ 1. СОСТОЯНИЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ

ГАЗОПРОВОДОВ И АВАРИЙНО

ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ СЛУЖБ

1.1. Анализ состояния систем трубопроводного транспорта

1.2. Анализ ущерба от аварийных ситуаций

1.3. Анализ состояния аварийно-восстановительных служб

1.4. Анализ существующей нормативной базы и работ в ^3 области формирования аварийных запасов труб

Выводы по разделу 4Q

РАЗДЕЛ 2. АНАЛИЗ ДЕЙСТВУЮЩИХ НАГРУЗОК НА

ГАЗОПРОВОД, ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ 41 АВАРИЙ

РАЗДЕЛ 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ФОРМИРОВАНИЯ АВАРИЙНОГО ЗАПАСА ТРУБ

3.2. Результаты расчета числа циклов до разрушения участков газопровода

2.1. Аварийная ситуация и инцидент

2.2.Методика восстановления функции плотности распределения ^

2.3. Анализ изменения нагрузок, действующих на газопровод 65 Выводы по разделу

3.1. Разработка методики прогнозирования ресурса труб при ^ заданной величине отказа по усталостной прочности

3.3. Методика формирования аварийного запаса труб на основе оценки ресурса участков магистрального газопровода

РАЗДЕЛ 4. РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АВАРИЙНЫХ ЗАПАСОВ ТРУБ ВДОЛЬ УЧАСТКА МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА

4.1. Характеристика газопровода

4.2. Расчет продолжительности безаварийной работы линейных участков магистрального газопровода

4.3. Расчет необходимого количества аварийных стеллажей и определение мест их расстановки

Выводы по разделу ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка методики формирования аварийных запасов труб"

Актуальность работы

В настоящее время в Российской Федерации около 5% магистральных газопроводов эксплуатируются от 1 года до 10 лет, 39 % - 10 - 20 лет; 32 % -от 20 - 30 лет; 14 % - от 30 - 40 лет; а 10 % перешагнули 40-ти летний срок эксплуатации. Длительные сроки эксплуатации являются причиной роста отказов и инцидентов, имеющих случайный по месту и времени характер на линейной части газопроводов, а работы по их устранению наиболее дорогостоящими и продолжительными. Поэтому особую важность приобретают вопросы, связанные с рациональным формированием мест расположения и объемов аварийных запасов труб, от которых зависит как эффективность профилактических, так и оперативность аварийно-восстановительных работ на линейной части.

Действующие нормативные документы в области формирования аварийных запасов устанавливают требования к сортаменту труб, из которых формируется запас и порядок пополнения этих запасов, а также затрагивают вопрос их объемов. Данные документы определяют нормы запаса в общем виде для газопроводов в целом, дифференцируя их в зависимости от диаметра трубы и условий пролегания трассы. Нормативные документы, позволяющие при формировании аварийных запасов труб учитывать реальную нагруженность газопроводов и выработанный ресурс их отдельных участков, отсутствуют.

Поэтому разработка научно обоснованных методов формирования аварийных запасов труб для различных участков линейной части магистрального газопровода, учитывающих индивидуальный ресурс их работы под действием реальных спектров внешних и внутренних нагрузок при эксплуатации, является актуальной проблемой.

Цель диссертационной работы - разработка методики формирования аварийных запасов труб, учитывающей реальную нагруженность газопроводов и вероятность возникновения аварий на их отдельных участках на примере газопроводов Западной Сибири).

В соответствии с поставленной целью решались следующие основные задачи исследования:

• анализ состояния нормативной базы и научных работ в области формирования аварийных запасов труб;

• исследование законов распределения давлений и температур транспортируемого газа и определение законов изменения напряжений, возникающих в газопроводе;

• разработка методики расчета вероятности безотказной работы участков газопровода по критерию усталостной прочности;

• разработка модели формирования аварийных запасов труб с учетом усталостной прочности отдельных линейных участков.

В процессе решения поставленных задач получены результаты, представляющие научную новизну:

• разработана методика расчета аварийного запаса труб на основе оценки вероятности возникновения аварий на различных участках газопроводов по критерию усталостной прочности;

• предложен новый метод оценки числа циклов нагружения труб до разрушения, включающий: установление методами непараметрической статистики фактических законов распределения давлений и температур транспортируемого газа; компьютерное моделирование законов распределения напряжений, возникающих в стенке трубы газопровода, и предельных напряжений материала труб; расчет числа циклов нагружения при заданной вероятности безотказной работы;

• разработана вероятностная модель, позволяющая выделить на линейной части газопровода аварийные участки и ранжировать их исходя из времени достижения предельного состояния труб (потери усталостной прочности).

Практическая ценность заключается в том, что результаты выполненных исследований дают возможность предприятиям, эксплуатирующим магистральные газопроводы, сократить величину ущербов при возникновении аварий и инцидентов за счет своевременного и научно обоснованного формирования аварийных запасов труб.

Обоснованность и достоверность результатов.

При выполнении исследований автором использованы основные положения системного анализа, теории надежности и риска, методов непараметрической статистики при обработке фактических данных контроля параметров транспортируемого газа. Результаты исследований согласуются с практикой формирования и расходования на ремонтные работы аварийных запасов труб ООО «Сургутгазпром».

Заключение Диссертация по теме "Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ", Черпаков, Владимир Владимирович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Предложена методика расчета аварийного запаса труб, основанная на оценке вероятности возникновения аварии по критерию усталостной прочности на различных участках магистральных газопроводов. Исследование законов распределения давлений и температур транспортируемого газа показало, что их описание на основе моделей параметрической статистики в большинстве случаев является некорректным и требует применения математического аппарата непараметрической статистики.

Разработана методика определения закона изменения напряжений, возникающих в стенке трубы газопровода, и прогнозирования ресурса труб по усталостной прочности, которая включает восстановление неизвестных законов распределения случайных величин и расчет на их основе ресурса при заданной вероятности безотказной работы. Выявлено, что формирование аварийных запасов труб для линейных участков газопровода согласно нормативной документации, не учитывающей усталостную долговечность труб, не является рациональным. На основе проведенных исследований предложены рекомендации по формированию новых и корректировке существующих аварийных запасов труб и их рациональному распределению вдоль трассы газопровода.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Черпаков, Владимир Владимирович, Тюмень

1. Аварийно-восстановительный ремонт магистральных нефтепроводов/ Гумеров А.Г., Азметов Х.А., Гумеров Р.С., Векштейн М.Г. — М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 1998. — 271 с.

2. Агапчев В.И., Фаттахов М.М., Виноградов Д.А. Бестраншейные технологии в трубопроводном строительстве России — журнал "Нефть и газ" №7. — Киев: НефтьГазПраво, 2006. — С. 72-73

3. Айнбиндер А.Б., Камерштейн А.Г. Расчет магистральных трубопроводов на прочность и устойчивость — М.: Недра, 1982. — 341 с.

4. Александров П.А., Хариановский В.В. Расчет подземных трубопроводов в условиях пучения грунта// Сб. научн. тр. — М.: ВНИИГАЗ, 1986. — С. 37-44

5. Алынанов А.П. Повышение надежности транспорта газа путем оптимизации аварийно-восстановительного и профилактического ремонта газопроводов — Дис. к-та техн. наук. — Москва: ВНИИгаз, 1988. — 139 с.

6. Алыпанов А.П., Галиулин З.Т., Гуссак В.Д. Методика расчета аварийного запаса труб. «Газовая промышленность», 1977, №8 — С. 34-37

7. Болотин В.В. Методы теории вероятностей и теории надежности врасчетах сооружений — М.: Стройиздат, 1981. —351 с.

8. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций— М.: Машиностроение, 1984. —312 с.

9. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций — 2-ое изд., перераб. и доп. — М.: Машиностороение, 1990. — 448 с.

10. Бородавкин П.П. Механика грунтов в трубопроводном строительстве — М.: Недра, 1986. —224 с.

11. Бородавкин П.П., Березин B.J1. Сооружение магистральных газопроводов — М.: Недра, 1987. —471 с.

12. Бородавкин П.П., Березин B.JL, Шадрин О.Б. Подводные трубопроводы — М.: Недра, 1983. — 210 с.

13. Важенин Ю.И. Управление безопасностью эксплуатации магистрального газопровода на основе анализа риска — Дис. к-та техн. наук. — Тюмень: ТюмГНГУ, 1999. —112 с.

14. Вапник В.Н., Стефанюк А.Р. Непараметрический метод восстановления плотности вероятности — Автоматика и телемеханика. 1978. —с.38-52

15. Веремеенко A.JT. Разработка систем слежения за развитием коррозионных дефектов магистральных газопроводов — Дис. к-та техн. наук. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2001. — 121 с.

16. Виноградов С.В. Расчет внешних трубопроводов на внешние нагрузки — М.: Стройиздат, 1980. — 135 с.

17. Вольмир А.С. Устойчивость деформируемых систем — М.: Наука, 1967.596 с.

18. Вопросы транспорта газа —М.: ВНИИгаз, 1985. —С. 188-197

19. ВСН 004-88 Строительство магистральных трубопроводов. Технология и организация — введ. 4.01.89 — М.: Изд-во стандартов, 1989. — 46 с.

20. ВСН 006-89 Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Сварка— введ. 7.01.89 — М.: Изд-во стандартов, 1989.118с.

21. ВСН 008-88 Строительство магистральных и промысловыхтрубопроводов. Противокорозионная и тепловая изоляция — введ. 1.01.89 — М.: Изд-во стандартов, 1989. — 55 с.

22. ВСН 011-88 Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Очистка полости и испытание — введ. 2.01.89 — М.: Изд-во стандартов, 1989. — 59 с.

23. ВСН 012-88 Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Контроль качества и приемка работ //часть I — введ. 1.01.89 — М.: Изд-во стандартов, 1989. — 63 с.

24. ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения — М.: МНТК "Надежность машин", 1988. — 58 с.

25. Деврой JI., Дьёрфи JI. Непараметрическое оценивание плотности L-подход / Перевод с английского. — М.: Мир, 1988. — 408 с.

26. Зиневич A.M. Система обеспечения строительной надежности линейной части магистральных трубопроводов — М.: РГУНГ им. Губкина, 1989. — 160 с.

27. Зорин Е.Е., Ланчаков Г.А., Степаненко А.И., Шибнев А.В. Работоспособность трубопроводов: В 3-х ч. — М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2001. Ч. 1. Расчетная и эксплуатационная надежность — 320 с.

28. Иванов А.В., Черпаков В.В. Показатели надежностилинейной части газотранспортных систем // Ресурсосбережение в топливно-энергетическом комплексе России: Тез. докл. науч. техн. конф.— Тюмень: Запсибгазпром, 1999. —С. 127-130

29. Иванцова С.Г. Методология расчетов технологических параметров выборочного ремонта нефтепроводов без остановки перекачиваемого продукта — Дис. д-ра техн. наук. — М: РГУНиГ им. И.М.Губкина, 2000.315 с.

30. Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем— М.: Мир, 1980. —604 с.

31. Карзов Г.П., Марголин Б.З., Швецова В.А. Физико-механическое моделирование процессов разрушения— СПб: Политехника, 1993. — 391 с.

32. Ким Д.Х. Разработка концепции управления безопасностью производственного объекта на основе анализа риска— Дис. к-та техн. наук. — Тюмень: ТюмГНГУ, 1999. — 122 с.

33. Клейн Г.К. Расчет подземных трубопроводов — М.: Недра, 1969. — 315 с.

34. Клементьев А.Ф. Устойчивость магистральных трубопроводов в сложных условиях — М.: Недра, 1985. — 113 с.

35. Клюк Б.А., Стояков В.М., Тимербулатов Т.Н. Прочность и ремонт участков магистральных газопроводов Западной Сибири— М.: Машиностроение, 1994, — 120 с.

36. Концепция методического руководства по оценке степени риска аварий на магистральных нефтепроводах. «Трубопроводный транспорт нефти»/ Лисин Ю.В., Верушин А.В., Лисанов М.В., Мартынюк В.Ф., Печеркин А.С, Сидоров В.И. —1997, №12

37. Копельман Л.А. Сопротивляемость сварных узлов хрупкому разрушению — М.: Машиностроение, 1978. — 232 с.

38. Короленюк A.M. Разработка системы планирования органзационных и технологических процессов капитального ремонта и технического обслуживания линейной части магистральных газопроводов / Дис. д-ра техн. наук. — Москва: РГУНиГ им. Губкина, 1998. — 350 с.

39. Красников А.Ф. Разработка методики оценки эксплуатационной надежности локальных участков трубопровода после ремонта — Дис. к-та техн. наук. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2005. — 162 с.

40. Ланчаков Г.А., Зорин Е.Е., Пашков Ю.И., Степаненко А.И.

41. Работоспособность трубопроводов: В 3-х ч. — М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2001. Ч. 2. Сопротивляемость разрушению — 350 с.

42. Лимар Е.Е. Методология расчета риска при авариях на газотранспортных системах. В сб.: Основные направления в решении проблемы экологического риска топливно-энергетического комплекса. М., ВНИИГАЗ. 1994, С. 156-163.

43. Лисанов М.В., Печеркин А.С., Сидоров В.И. Анализ риска и декларирование безопасности объектов нефтяной и газовой промышленности. «Надежность и сертификация оборудования для нефти и газа»— 1998, №1

44. Лобанов Е.В., Силкин В.М., Харионовский В.В. Об устойчивости газопроводов, прокладываемых в статистически неоднородных грунтах — М.: ВНИИгаз, 1985. — С. 8-13

45. Магистральные трубопроводы. Часть 1 Газопроводы. ОНТП 51-1-85 — М.: Мингазпром, 1986. — 100 с.

46. Мазурин И.И., Иванов О.М., Молдаванов О.И. Конструктивная надежность и экологическая безопасность трубопроводов— М.: Недра, 1990. —167 с.

47. Махутов Н.А., Пермяков В.Н. Ресурс безопасной эксплуатации сосудов и трубопроводов. — Новосибирск: Наука, 2005. — 516 с.

48. Методика оценки последствий аварий взрывов топливно-воздушных смесей — М.: НТЦ "Промышленная безопасность", 1993. — 56 с.

49. Методические указания. Вероятностный подход к расчетам сварных конструкций на усталость— М.: МЦНТИ, МНТК "Надежность машин", 1993. — 103 с.

50. Морозов В.Н. Магистральные трубопрводы в сложных инженерно-геологических условиях— Л.: Недра, 1987. — 121 с.

51. Мясников В. А. Оценка параметров конструктивной надежности длительно эксплуатируемых трубопроводов Западной Сибири — Дис. к-та техн. наук. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2004. — 159 с.

52. Новоселов В.В., Черпаков В.В. Влияние газотранспортных систем на экологические процессы в условиях многолетнемерзлых грунтов // Проблемы эксплуатации и ремонта промысловых и магистральных трубопроводов: Сб. науч. тр. — Тюмень: ТюмГНГУ, 1999. — С. 40-42

53. Нормы аварийного запаса труб — М.: Недра, 1977. — 10 с.

54. Нормы аварийного и неснижаемого запаса труб, стальных газовых кранов, материалов, соединительных деталей и монтажных заготовок на газопроводах. ВРД 39-1.10-031-2001. — М.: ООО "ВНИИГАЗ", 2001. — 14 с.

55. Овчаров С.И. Разработка методов анализа риска эксплуатации магистральных трубопроводов — Дис. к-та техн. наук. — М: РГУНиГ им. И.М.Губкина, 1997. — 269 с.

56. Петров И.П., Спиридонов В.В. Надземная прокладка трубопроводов — М.: Недра, 1984. —245 с.

57. Правила технической эксплуатации магистральных газопроводов. ВРД 39-1.10-006-2000 — М.: ООО "Информационно-рекламный центр газовой промышленности", 2000. — 7 с.

58. Прейскурант на линейную часть магистральных и промысловых газонефтепроводов — М.: Стройиздат, 1986. —62 с.

59. Приказ МЧС России и Госгортехнадзора России от 4 апреля 1996 г. №222/59.

60. Промысловые трубопроводы и оборудование / Мустафин Ф.М., Быков Л.И., Гумеров А.Г., Васильев Г.Г. — М.: Недра, 2004. — 346 с.

61. РД "Методическое руководство по оценке степени риска аварий на магистральных нефтепроводах" Утверждено АК "Транснефть", приказ от 30.12.99 №152, согласовано Госготехнадзором России, письмо от 7.07.99 №10-03/418

62. РД 03-315-99. Положение о порядке оформления декларацийпромышленной безопасности и перечне сведений, содержащихся в ней. введ. 05.11.99. — М.: Изд-во стандартов, 1999. — 20 с.

63. РД 03-357-00 Методические рекомендации по составлению декларации промышленной безопасности опасного производственного объекта — М.: Изд-во стандартов, 2000. — 60 с.

64. РД 08-120-96. Методические указания по проведению анализа риска опасных промышленных объектов. введ. 12.07.96.— М.: Изд-во стандартов, 1996. — 14 с.

65. РД 51-4.2-003-97 Методические рекомендации по расчетам конструктивной надежности магистральных газопроводов, введ 01.06.97 — М.: Изд-во стандартов, 1997. — 120 с.

66. Рекомендации по оценке несущей способности участков газопроводов в непроектном положении — М.: ВНИИгаз, 1986. —43с.

67. Рекомендации по оценке работоспособности подводных переходов газопроводов при наличии размывов дна — М.: ВНИИгаз, 1995. — 40 с.

68. Рекомендации по оценке работоспособности участков газопроводов с дефектами типа овализации — М.: ВНИИГАЗ, 1996. — 34 с.

69. Рекомендации по оценке работоспособности участков газопроводов с поверхностными повреждениями — М.: ВНИИгаз, 1996. — 19 с.

70. Савченко М.Б. Разработка стратегии деятельности газотранспортных предприятий в чрезвычайных ситуациях: Дис. к-та техн. наук — Москва: РГУНГ им Губкина, 1997. — 135 с.

71. СНиП 2.05.06-85. Магистральные трубопроводы / Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. — 52 с.

72. СНиП Ш-42-80. Правила производства и приемки работ. Магистральныетрубопроводы / Госстрой СССР. —М.: Стройиздат, 1981. — 80 с.

73. СП 105-34-96 Свод правил сооружения магистральных газопроводов. Производство сварочных работ и контроль качества сварных соединений — введ. 10.01.96 — М.: Изд-во стандартов, 1996. — с.79

74. Ставровский Е.Р., Сухарев М.Г., Карасевич A.M. Методы расчета надежности магистральных газопроводов— Новосибирск: Наука, 1982. —125 с.

75. Старение труб нефтепроводов / Гумеров А.Г., Зайнуллин Р.С., Ямалеев К.М., Росляков А.В. — М.: Недра, 1995. — 218 с.

76. СТО РД Газпром 39-1.10-084-2003 Методические указания по проведению анализа риска для опасных производственных объектов газотранспортных предприятий ОАО "Газпром" — М.: Изд-во стандартов, 2003. —110 с.

77. Теплинский Ю.А., Быков И.Ю. Управление надежностью магистральных газопроводов. — М.:.— 2007. — 400 с.

78. Федеральный закон "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" от 21.07.97 №116-ФЗ (Собрание законодательства Российской Федерации, 1997. №30. ст. 3588 .

79. Хариановский В.В. Анализ надежности северных газопроводов/ Надежность газопроводных конструкций: Сб. науч. тр. — М.: ВНИИгаз, 1990.—С. 4-11

80. Хариановский В.В. Конструкции газопроводов в мерзлых грунтах / Обз. информ. Сер.: Транспорт и подземное хранение газа. — М.: ВНИИГАЗ, 1984. — С. 153-159

81. Харионовский В.В. Надежность и ресурс конструкций газопроводов —

82. М.: ОАО "Издательство "Недра", 2000. — 467 с.

83. Харионовский В.В. Напряжение в газопроводе при воздействии пучения грунта / Транспорт природного газа: Сб. науч. тр. — М.: ВНИИгаз, 1984. — С. 153-159

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

85. Хеллан К. Введение в механику разрушения. Пер. с англ. — М.: Мир, 1988. —364 с.

86. Хенли Э., Кумамото X. Надежность технических систем и оценки риска — М.: Машиностроение, 1984. —340 с.

87. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения— М.: Наука, 1974. — 640 с.

88. Черпаков В.В. Подходы к системе формирования аварийных запасов газопроводов Журнал «Известия ВУЗов. Нефть и газ»., 2007. №1 — С. 60-61

89. Черпаков В.В., Веремеенко А.Л., Кабиров Э.Д. Разработка методики оценки напряженно-деформированного состояния в зоне коррозионного дефекта // Новые технологии нефтегазовому региону: Тезисы докладов — Тюмень: ТюмГНГУ, 1998. —С. 156-157