Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Снижение опасностей эксплуатации подводных трубопроводов при наличии оголенных и провисающих участков

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

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Нагимов, Радиф Мансурович

Введение.

1 Влияние русловых деформаций при эксплуатации подводных трубопроводов.

1.1 Анализ типов русловых процессов и их возможного влияния на эксплуатируемые подводные трубопроводы.

1.2 Нагрузки и воздействия на подводный трубопровод при наличии оголенных и провисающих участков.

1.3 Виды ремонта оголенных и провисающих участков подводных трубопроводов.

Выводы по главе 1.

2 Оценка условий безопасной эксплуатации подводных трубопроводов при наличии оголенных и провисающих участков в предремонтный период.

2.1 Оценка технического состояния подводного трубопровода при наличии оголенных и провисающих участков.

2.2 Оценка остаточного ресурса участка подводного трубопровода.

2.3 Расчет безопасных режимов эксплуатации оголенных и провисающих участков подводных трубопроводов.

Выводы по главе 2.

3 Методика расчета напряженного состояния подводного трубопровода, имеющего оголенные и провисающие участки.

3.1 Оценка общего напряженного состояния подводного трубопровода.

3.2 Оценка условий безопасной эксплуатации подводного трубопровода.

3.3 Исходная информация для определения напряженного состояния подводного трубопровода с оголенными и провисающими участками.

3.4 Определение технологических параметров ремонта.

3.5 Определение напряженного состояния подводного трубопровода в предремонтный период и при проведении ремонтных работ.

3.6. Расчет продольных напряжений в стенке трубы подводного трубопровода с оголенными и провисающими участками.

3.7 Определение напряженного состояния подводного трубопровода методом конечных элементов.

Выводы по главе 3.

4 Разработка технологии капитального ремонта подводных трубопроводов методом дополнительного заглубления.

4.1 Организационно-техническая подготовка капитального ремонта.

4.2 Определение необходимого планово-высотного положения ремонтируемого участка подводного трубопровода.

4.3 Расчет заносимости траншеи при выполнении ремонтных работ методом дополнительного заглубления.

4.4 Технологическая схема капитального ремонта размытых и провисших участков подводного перехода трубопровода методом «подсадки».

4.5 Рекомендации по выполнению земляных работ.

Выводы по главе 4.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Снижение опасностей эксплуатации подводных трубопроводов при наличии оголенных и провисающих участков"

Практика эксплуатации подводных переходов трубопроводов (ПОТ) через водные преграды показывает, что наиболее частыми дефектами, выявляемыми по результатам обследования, являются оголение и провисание подводных трубопроводов в результате происходящих русловых процессов.

Размывы подводных трубопроводов (ПТ), наблюдающиеся в процессе эксплуатации, опасны не только тем, что трубопровод подвергается интенсивному силовому воздействию потока, вызывающего дополнительные напряжения, но и тем, что возникающие при определенных условиях колебательные движения могут привести к разрушению трубопровода, а также многократно взрастает опасность его разрушения при внешнем механическом воздействии. В связи с этим снижение опасностей при эксплуатации подводных трубопроводов, имеющих оголенные и провисающие участки, является актуальной задачей.

Исследования в области обеспечения надежности и безопасности подводных трубопроводов известных ученых П.П. Бородавкина, B.JT. Березина, В.Д. Тарана, О.Б. Шадрина, С.Ш. Левина, А.Г. Гумерова, К.А. Забелы, Р.Х. Идрисова и других не охватывают всех проблем безопасности, в частности безопасности подводных трубопроводов при наличии оголенных и провисающих участков. Так, например, ремонт таких участков отсыпкой песча-но-гравийной смесью (ПГС) или закладкой мешков с ПГС и песчано-цементной смесью (ПЦС) зачастую не решает проблему в целом, особенно если он выполнен без учета русловых процессов, так как ликвидация оголения на одном участке трубопровода может вызвать его оголение на другом.

Наиболее рациональным решением при ликвидации таких дефектов может быть дополнительное заглубление трубопровода («подсадка») на глубину ниже линии предельного размыва дна русла. Для реализации этого метода ремонта необходимо: решение вопросов определения необходимого планово-высотного положения подводного трубопровода, гарантирующего его надежную эксплуатацию в течение планируемого эксплуатационного периода; выявление существующего напряженного состояния трубопровода; определение технологических параметров ремонта с учетом изменения напряженного состояния.

Цель работы

Разработка технологии ремонта методом дополнительного заглубления для снижения опасностей эксплуатации подводных трубопроводов при наличии оголенных и провисающих участков.

Задачи исследований:

1. разработка мероприятий по снижению в предремонтный период опасности эксплуатации подводных трубопроводов при наличии оголенных и провисающих участков;

2. разработка методики оценки напряженно-деформированного состояния и режимов работы подводного трубопровода с оголенными и провисающими участками;

3. разработка методики расчета безопасных технологических параметров ремонта подводных трубопроводов;

4. разработка технологических схем ремонта оголенных и провисающих участков подводных трубопроводов методом дополнительного заглубления.

Методы решения поставленных задач

Расчеты безопасных режимов работы подводных трубопроводов при наличии оголенных и провисающих участков и выбор технологических параметров ремонта подводных трубопроводов методом дополнительного заглубления основаны на положениях теории прочности и методе конечных элементов.

Научная новизна работы:

- предложены мероприятия по обеспечению безопасной эксплуатации подводных трубопроводов при наличии оголенных и провисающих участков в предремонтный период;

- разработана методика и программа оценки напряженно-деформированного состояния и режимов работы оголенных и провисающих участков подводного трубопровода;

- предложена методика расчета технологических параметров ремонта оголенных и провисающих участков подводных трубопроводов методом дополнительного заглубления;

- разработаны технологические схемы ремонта оголенных и провисающих участков подводных трубопроводов методом дополнительного заглубления.

Практическая ценность результатов работы

Результаты, полученные в работе, позволяют устанавливать безопасные режимы работы трубопроводов при наличии оголенных и провисающих участков в русловой части подводных переходов трубопроводов через водные преграды. Предложенные технологические схемы ремонта оголенных и провисающих участков нефтепроводов методом дополнительного заглубления позволяют продлить сроки эксплуатации подводных трубопроводов.

Результаты выполненных исследований нашли практическое применение в трех руководящих документах по эксплуатации и ремонту подводных нефтепроводов на предприятиях магистральных нефтепроводов Республики Казахстан.

Апробация работы

Полученные в работе результаты докладывались на научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности объектов трубопроводного транспорта углеводородного сырья» в рамках Международной специализированной выставки «Нефть. Газ. Технологии-2004» (г. Уфа), совещаниях и семинарах.

Диссертация заслушана на расширенном заседании методического совета отдела «Безопасность сложных технических систем» ГУЛ «ИПТЭР» и рекомендована к защите.

На защиту выносятся:

- методика расчета безопасных рабочих режимов эксплуатируемых трубопроводов при наличии оголенных и провисающих участков в русловой части подводных переходов трубопроводов через водные преграды;

- методика расчета безопасных технологических параметров ремонта оголенных и провисающих участков подводных трубопроводов методом дополнительного заглубления;

- технологические схемы ремонта оголенных и провисающих участков трубопроводов методом дополнительного заглубления.

Заключение Диссертация по теме "Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ", Нагимов, Радиф Мансурович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Выполнен анализ нагрузок и воздействий на оголенные и провисающие участки эксплуатируемых трубопроводов.

Предложены мероприятия по снижению в предремонтный период опасности эксплуатации подводных трубопроводов при наличии оголенных и провисающих участков.

Разработана методика оценки фактического напряженного состояния и допустимых режимов работы подводного трубопровода с размытыми и провисающими участками.

Разработана методика и программа расчета безопасных технологических параметров ремонта оголенных и провисающих участков подводных трубопроводов методом дополнительного заглубления.

Разработана технологическая схема ремонта подводных трубопроводов, имеющих оголенные и провисающие участки, предложены технологические карты ремонта с учетом заносимости траншей.

На основе выполненных исследований разработаны два руководящих документа по эксплуатации и ремонту подводных трубопроводов Республики Казахстан.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Нагимов, Радиф Мансурович, Уфа

1. Кондратьев Н.Е., Попов И.В., Снищенко Б.Ф. Основы гидроморфологической теории руслового процесса. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. -176 с.

2. Пиньковский С.И. Особенности русел равнинных рек СССР // Русловый процесс. JI.: Гидрометеоиздат, 1959. - 121 с.

3. Снищенко Б.Ф. О гидролого-экологических проблемах строительства и эксплуатации переходов магистральных нефтепроводов через водные преграды // Трубопроводный транспорт нефти. 1994 - № 2. - С. 18-19.

4. Эрозионные и карстовые процессы на территории центра Русской равнины. — М.: Московский филиал географического общества СССР, 1987.-321 с.

5. Ресурсы поверхностных вод СССР. Вып. 1. - Л.: Гидрометеоиздат, 1971. - Т. 12: Нижнее Поволжье и Западный Казахстан. - 280 с.

6. Ресурсы поверхностных вод СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - Т. 7: Донской район. - 325 с.

7. Фролов Р.Д. Исследование руслового процесса на перекатах зон выклинивания подпора водохранилищ: Автореф. . канд. техн. наук. Л., 1975.-22 с.

8. Векслер А.Б., Доненберг В.М. Переформирование русла в нижних бьефах крупных гидроэлектростанций. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 87 с.

9. Рекомендации по прогнозу деформаций речных русел на участках размещения карьеров и в нижних бьефах гидроузлов. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. - 135 с.

10. Гидрометеорологический режим озер и водохранилищ СССР. Куйбышевское и Саратовское водохранилища. Л.: Гидрометеоиздат, 1978.-112 с.

11. Соколов А.А. Гидрография СССР (вод суши). Л.: Гидрометео-издат, 1964. - 291 с.

12. Антроповский В.И. Карта типов и схемы деформаций речных русел на участках подводных переходов нефтепроводов АО «Приволжские МН» // Трубопроводный транспорт нефти. 1996. - № 2. - С. 27-30.

13. ВСН 163-83. Учет деформаций речных русел и берегов водоемов в зоне подводных переходов магистральных трубопроводов (нефтепроводов). Л., Гидрометеоиздат, 1985. - 143 с.

14. РД 39-069-04. Методические указания по учету деформаций речных русел на подводных переходах магистральных нефтепроводов Республики Казахстан. Астана: КазТрансОйл, 2004. - 150 с.

15. Методика определения механических характеристик металла труб действующих нефтепроводов без остановки перекачки. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1990.-23 с.

16. Методика оценки статической прочности и циклической долговечности магистральных нефтепроводов. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1990. - 89 с.

17. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. -М.: Энергоатомиздат, 1989. 525 с.

18. РД 50-345-82. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностой-кости (вязкости разрушения) при циклическом нагружении. М.: Изд-во стандартов, 1983. - 87 с.

19. РД 39-0147103-305-88. Методика расчета на прочность и долговечность сварных соединений трубопроводов и нефтепромысловых аппаратов с технологическими дефектами. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1988. - 45 с.

20. РД 39-00147105-016-98. Методика расчета прочности и устойчивости ремонтируемых линейных участков магистральных нефтепроводов с учетом дефектов, обнаруженных при диагностическом обследовании. -Уфа: Минтопэнерго, ИПТЭР, 1999. 64 с.

21. Айбиндер. Расчет магистральных и промысловых трубопроводов на прочность и устойчивость: Справочное пособие. М.: Недра, 1991. - 321 с.

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

23. Бородавкин П.П. Подземные магистральные трубопроводы. М.: Недра, 1982. - 324 с.

24. Галлямов А.К., Черняев КВ., Шаммазов А.М. Обеспечение надежности функционирования системы нефтепроводов на основе технической диагностики. Уфа: УГНТУ, 1998. - 600 с.

25. Галюк В.Х., Зайнуллин Р.С., Гумеров К.М. Оценка статической прочности трубопровода со сквозной трещиной // Актуальные вопросы технической эксплуатации магистральных нефтепроводов. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1989. - С. 156 - 160.

26. Гумеров А.Г., Зайнуллин Р.С., Гумеров К.М. Оценка безопасных давлений и режимов сварки при ремонте трубопровода без остановки перекачки // Ресурс и прочность оборудования нефтеперерабатывающих заводов. Уфа: УНИ, 1989. - С. 130-145.

27. Гумеров К.М., Галяутдинов А.Б., Хажиева Р.Ф. и др. Некоторые перспективные методы обеспечения надежности магистральных нефтепроводов // Безопасность труда в промышленности. 2000. - № 9. - С. 8-12.

28. Иванцов О.М. Надежность и безопасность магистральных трубопроводов России // Трубопроводный транспорт нефти. -1997. № 10. - С. 26-31.

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

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

31. Куркин С.А. Прочность сварных тонкостенных сосудов, работающих под давлением. М.: Машиностроение, 1976. - 184 с.

32. Махутов Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкции на прочность. М.: Машиностроение, 1981. - 272 с.

33. Прочность сварных соединений при переменных нагрузках / Под ред. В.И. Труфякова. Киев: Наукова Думка, 1990. - 255 с.

34. Методика определения коэффициента интенсивности напряжений и трещиностойкости труб. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1988. - 19 с.

35. Методика расчетов напряжений и термоциклической долговечности трубопроводов. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1989. - 21 с.

36. Бакши О.А., Зайцев H.JL, Гумеров К.М. Напряженное состояние и сопротивление хрупкому разрушению упругонеоднородных стыковых соединений // Физико-химическая механика материалов. -1987. № 2. - С. 37-42.

37. Гиндин В.А., Гумеров К.М. К вопросу о напряженном состоянии ремонтной накладки // Диагностика и работоспособность магистральных нефтепроводов. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1989. - С. 78,83.

38. Гумеров К.М., Гумеров И.К., Сабиров У.Н. Расчет напряжений на трубопроводе при осадке грунта после выборочного ремонта // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов: Сб. научн. тр. -Уфа: ИПТЭР, 1995. С. 66-72.

39. Гумеров К.М., Ямуров Н.Р., Гумеров И.К. Расчет механических напряжений и выбор безопасных технологических параметров при ремонте магистральных нефтепроводов: Учебное пособие. Уфа: УГНТУ, 2000.-111 с.

40. РД 39-066-04. Правила капитального ремонта подводных переходов магистральных нефтепроводов. Астана, КазТрансОйл: 2004. -185 с.

41. СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы. М.: Стройиз-дат, 1997. - 59 с.

42. РД 39-068-04. Инструкция по технологическому процессу капитального ремонта подводных нефтепроводов методом подсадки на грунтах I Ш категории. - Астана: КазТрансОйл, 2004. - 80 с.

43. РД 39-00147105-015-98. Правила капитального ремонта магистральных нефтепроводов. М.-Уфа: Минтопэнерго, ИГГГЭР, 1998. -194 с.

44. РД 153-39.4-067-00. Методы ремонта дефектных участков действующих магистральных нефтепроводов. М.: АК «Транснефть», 2000. - 68 с.

45. Березин B.JL, Ращепкин К.Е., Телегин Л.Г. Капитальный ремонт магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1978. - 364 с.

46. Капитальный ремонт подземных нефтепроводов / А.Г. Гумеров, А.Г. Зубаиров, Х.А. Азметов и др.; под ред. А.Г. Гумерова. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. - 525 с.

47. Гумеров К.М., Ишмуратов Р.Г., Хажиев Р.Х. и др. Повышение эффективности ремонта нефтепроводов // Трубопроводный транспорт нефти. 1997.-№6.-С. 18-21.

48. Гумеров К.М., Гумеров Р.С., Галяутдинов А.Б. и др. Выбор методов ремонта нефтепровода по данным дефектоскопического обследования // Проблемы подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. Уфа: ИПТЭР, 1997. - С. 161-173.

49. Гумеров К.М., Ишмуратов Р.Г., Салихов М.С. и др. Методы ремонта дефектных участков трубопроводов // Новые высокие технологии для газовой, нефтяной промышленности, энергетики. Тез. докл. IX Еже-го дн. междунар. конгр. Уфа, 1999. - С. 48-50.

50. Гумеров К.М., Гумеров И.К., Емелин В.М. Технология капитального ремонта трубопроводов на сложных участках // Новые высокие технологии для газовой, нефтяной промышленности, энергетики. Тез. докл. IX Ежегод. междунар. конгр. Уфа, 1999. - С. 38-40.

51. Зайнуллин Р.С., Гумеров Р.С., Гумеров К.М. Восстановление работоспособности трубопроводов без остановки перекачки // Проблемы охраны окружающей среды в нефтяной промышленности. Тез. докл. Всесо-юзн. совещ. Уфа, 1989. - С. 63-64.

52. Лисин Ю.В. Методические подходы к ремонту магистральных нефтепроводов на основе данных внутритрубной диагностики // Трубопроводный транспорт нефти. 1999. - № 3. - С. 20-26.

53. Сооружение подводных трубопроводов: Учебное пособие для вузов / Б.В. Самойлов, Б.И. Ким, В.И. Зоненко, В.И. Кленин. М.: Недра, 1995. - 304 с.

54. РД 39-0147103-372-86. Инструкция по обследованию коррозионного состояния магистральных нефтепроводов. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1986. -56 с.

55. РД 39-30-1060-84. Инструкция по обследованию технического состояния подводных переходов магистральных нефтепроводов. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1984. - 67 с.

56. РД 39-052-01. Правила по обследованию линейной части магистральных нефтепроводов внутритрубными диагностическими приборами. -М.: АК «Транснефть», 2001. 150 с.

57. РД 39-064-04. Инструкция по техническому обслуживанию и ремонту подводных переходов магистральных нефтепроводов (ППМН). -Астана, 2004. -185 с.

58. Методика определения остаточного ресурса трубопроводов с дефектами, определяемыми внутритрубными инспекционными снарядами. -М.: АК «Транснефть», 1994. 36 с.

59. РД 09-102-95. Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, поднадзорных Госгортех-надзору России. М.: Госгортехнадзор России, 1995.

60. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. -М.: Машиностроение, 1984. 245 с.

61. Гумеров А.Г., Гумеров Р.С., Гумеров К.М. Проблемы оценки остаточного ресурса участков магистральных нефтепродуктопроводов // Нефтяное хозяйство. -1990. № 10. - С. 66-69.

62. Гумеров А.Г., Гумеров К.М., Росляков А.В. Разработка методов повышения ресурса длительно эксплуатирующихся нефтепроводов // Об-зорн. инфор. Сер. «Транспорт и хранение нефти». М.: ВНИИОЭНГ, 1991. -84 с.

63. Гумеров А.Г., Гумеров Р.С., Гумеров К.М. Методы оценки ресурса элементов линейной части магистральных нефтепроводов // Нефтяное хозяйство. 1992. - № 8. - С. 36-37.

64. Ишмуратов Р.Г., Гумеров И.К., Гумеров К.М. и др. Определение остаточного ресурса металла труб длительно эксплуатирующихся магистральных нефтепроводов // Сварка и контроль. Итоги XX века. Тез. докл. конф. Челябинск, 2000. - С. 153-156.

65. Пашков Ю.И., Анисимов Ю.И., Ланчаков Г.А. и др. Прогнозирование остаточного ресурса прочности магистральных газонефтепроводов с учетом продолжительности эксплуатации // Строительство трубопроводов. -1996,-№2.-С. 2-5.

66. Черняев К.В., Байков И.Р. Оценка остаточного ресурса магистральных нефтепроводов // Трубопроводный транспорт нефти. 1995. - №7. -С. 12-16.

67. РД 39-00147105-001-91. Методика оценки работоспособности труб линейной части нефтепроводов на основе диагностической информации. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1992. -142 с.

68. Методическое руководство по оценке риска аварий на магистральных нефтепроводах. 2-е изд., испр. - М.: ГУЛ «НТЦ «Промбезопас-ностъ», 2002. - Серия 27. - Выпуск 1. -120 с.

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

70. Гумеров К.М., Ямуров Н.Р., Гумеров И.К. Расчет механических напряжений и выбор безопасных технологических параметров при ремонте магистральных нефтепроводов: Учебное пособие. Уфа: УГНТУ, 2000. -111 с.

71. Бородавкин П.П., Шадрин О.Б. Вопросы проектирования и капитального ремонта подводных переходов трубопроводов // НТО. Сер. «Транспорта и хранение нефти и нефтепродуктов». М.: ВНИОЭНГ, 1971. -84 с.

72. Бородавкин П.П. Подземные магистральные трубопроводы (проектирование и строительство). М.: Недра, 1982. - 384 с.

73. РД 39Р-00147105-024-02. Методика расчета напряженного состояния подводных переходов магистральных нефтепроводов при техническом обследовании и ремонте. Уфа: ТрансТЭК, 2002. - 57 с.

74. СН 34-101-98. Свод правил. Выбор труб для магистральных нефтепроводов при строительстве и капитальном ремонте. М.: АК «Транснефть», 1998. - 65 с.

75. Нормы на проектирование капитального ремонта подводных нефтепроводов. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1981. -115 с.

76. СНиП 11-01-95. Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и состава проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений. М.: Минстрой России, 1995 . - 89 с.

77. OCT 39-139-81. Нефтепровод магистральный, капитальный ремонт подземных нефтепроводов. Порядок рекультивации земель. М.: ВНИИСТ, 1981. - 88 с.

78. СНиП Ш-42-80*. Правила производства и приемки работ. Магистральные трубопроводы. -М.: Минстрой России, 1997. 201 с.

79. СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения, основания и фундаменты. Правила приемки и производства работ. М.: Минстрой России, 1987. -98 с.

80. Р 513-83. Руководство по технологии разработки траншей в легких и средних грунтах высокопроизводительными земснарядами при строительстве подводных переходов магистральных нефтепроводов. М.: ВНИИСТ, 1984. - 57 с.