Исследование напряженно-деформированного состояния подводных переходов магистральных трубопроводов с учетом условий эксплуатации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.19, кандидат технических наук Маматкулов, Абдуманноп Абдугаффарович

• Маматкулов, Абдуманноп Абдугаффарович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Маматкулов, Абдуманноп Абдугаффарович

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

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

1.1. Фактическая надежность подводных переходов.

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

1.3. Математике кие модели расчета НДС подводных переходов. Нормативные нагрузки.

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

1.5. Цель и задачи работы. .„.♦.„,,,.

ГЛАВА 2, РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

РАСЧЕТА НДС ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ С УЧЕТОМ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ.

2.1. Выбор математической модели. ,,

2.2. Расчет компонент тензора напряжений.

2.3. Математическая модель статической деформации и НДС подводных переходов. .„

2.4. Выводы Главы 2.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА

НДС ПОДВОДНЫ X ПЕРЕХОДОВ.~

3-1. Планирование эксперимента и регрессионный знал in в задачах численной оценки влияния различных параметров на исследуемую величину.„

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

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

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

4.2. Исследован не вя няння уеловн й закрепления.Л ОI

4.3. Исследование влияния условий эксплуатации и геометрических параметров. . . Л

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ИЗМЕНЕ' НИЯ УПРУГОЙ ЛИНИИ ПЕРЕХОДА И РАСЧЕТ НДС.- Л

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

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

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование напряженно-деформированного состояния подводных переходов магистральных трубопроводов с учетом условий эксплуатации»

Одним кз наименее надежных элементов системы маг моральных трубопроводов являются переходы через естественные препятствия, в частности, водные преграды.

Несмотря на наличие резервных ниток, регулярное обследование и все возрастающий объем ремонта о-восстановится ьных н ремонта о-профилактнческнх работ эксплуатация переходов сопровождается большим количеством аварийных ситуаций, связанных с изменение русла, выпучиванием трубопровода из траншей, механическими повреждениями, неэффективной работой прнгрузов и так далее.

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

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

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

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

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

Используемые а работе термины и определения, обозначения и единицы измерен ня соответствуют [10,16,40,41 ].

Основные положения работы опубликованы в [34+39] и представлены на:

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

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

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

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

ГЛАВА ] ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ НО ОЦЕНКЕ НАДЕЖНОСТИ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ И МЕТОДАМ ОЦЕНКИ ИХ НДС.

Заключение диссертации по теме «Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ», Маматкулов, Абдуманноп Абдугаффарович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

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

2,В результате исследования разработанной модели методами планирования зкспернме1ста и регрессионного анализа установлено, что

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

- влияние диаметра трубопровода составляет приблизительно 20 [%];

- влияние пространственной геометрии перехода составляет приблизительно 20 [Ув).

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

- изменению упругой линии;

- нарушению условий прочности и устойчивости;

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

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

124

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Маматкулов, Абдуманноп Абдугаффарович, 2006 год

1.Б. Расчет магистральных и промысловых трубопроводов на прочность и устойчивость. -М: Недра, 1991. — 287 с.

2. Бабин Л-А.Быков Л-И.,Волохов В.Я Типовые расчеты по сооружению трубопроводов. -М-; Недра, 1979. 176 с,

3. Бате К.Внлсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. -М,: Стройнэдат, 1982. 448 с.

4. Бердичсвский В.Л. Вариационно-асимптотический метод построения теории оболочек н стержней, Автореферат дне.докт.ф.-м.наук. -М., 1981. -45 с.

5. Бородавкнн П.П- Подземные трубопроводы, -М.г Недра, 1973, 304 с.

6. Бородавкин П,П.,Береэин В,Л. Сооружение магистральных трубопроводов. -М.: Недра, 1987. 472 с.7, Бородавкин Л.П.,Березин В. Л „Шадрин О. Б. Подводные трубопроводы. -М-; Недры, 1979.-415 с.

7. В.Бородавкин ПЛ., К им Б.И. Охрана окружающей среды при строительстве н эксплуатации магистральных трубопроводов- -М; Недра. 1981160 с.9,Бородавкин П.П.,Синюков А.М. Прочность магистральных трубопроводов. -М-: Недра, 1984, 245 с.

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

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

10. Васин Е.С. Опенка технического состояния магистральных нефтепроводов по результатам диагностического контроля //ТТН, 1996, № 4. с.2б.

11. ВсселовскиЙ Р. А,,Значков Ю.К,,Забела К, А. Ремонт нефтепроводов с помощью клеев. -М.: ВНИИОЭНГ, 1975.

12. Н.Васнленко C.C Исследование работы центробежных насосов магистральных нефтепроводов в режимах малых подач. Автореферат лис, канд,техн.наук, -М., 2000, 18 с.15,Гернипейн М.С. Динамика магистральных трубопроводов, -М.: Недра, 1992.-283 с,

13. Иваниов 0-М, Надежность н безопасность магистральных трубопроводов России /«ТГН, 1997, № 10. с.2б.

14. Нванцов О.М.Дарионйвскнй В,В,,Черннй В.П. Сопоставление методик расчета магистральных трубопроводов по нормам России, США, Канады и европейских стран. М-: ИРЦ Газпром, 1996. - 51 с.

15. Ильюшин А.А. Механика сплошной среды. -М,; Изд-во Моск. ун-та, 1978.-287 с.

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

17. Инструкция по ликвидации аварий и повреждений на магистральныхнефтепроводах, РД 39-110-91, Мнннефтепром СССР,

18. Инструкиня по обследованию технического состояния подводных переходов магистральных трубопроводов. РД 39,30- 1060-84. Миннефтсгвз-пром СССР.

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

20. К им ДХ.,Кононов С.В.,Скнбо В, и др. Опенка надежности подводных переходов магистральных нефтепроводов //ТТН, 1997, № 12. с.15-19.

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

22. Колтунов МА,Васильев ЮЛ.,Черных В.А- Упругость и прочность цилиндрических тел, -М: Высш. школа, 1975, 526 с.

23. Курганова И.Н., Окопный Ю.А.Т Радии В.М. Устойчивость и закрнти-чсскне деформации подземного газопровода //Проблемы ресурса газопроводных конструкций //ВНИИГАЗ. М 1995. - с.73-83.

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

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

26. Мстодическне рекомендации по оценке работоспособности трубопроводов с дефектами овализацни. -М-: ВНИИГАЗ, 1996. 34 с.

27. Методическне рекомендации по расчетам конструктивной надежности магистральных газопроводов. -М.: ИРЦ Газпром, 1997. . 26 с.

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

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

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

31. Нормы вибрации трубопроводов технологического газа КС с центробежными нагнетателями. -М: ВНИИГАЗ, 1994.

32. Нормы пульсации давления технологического газа в трубопроводах компрессорных станций с полнонапорнымн центробежными нагнетателями. -М.: ВНИИГАЗ, 1993.

33. Овчинников В.Ф. Математическое моделирование динамики пространственных трубопроводных систем. Автореферат дис.докт.техн.наук, -Нижний Новгород, 2002. 36 с.

34. Рекомендации по оценке несущей способности участков газопроводов в нспроектном положении /В.В.Харионовскнй н др. -М,; ВНИИГАЗ, 1986. 44 с,

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

36. Сегерлннд Л, Применение метода конечных элементов, -М.: Мир, 1979.-392 с.

37. Седов Л Л, Механика сплошной среды. T.L -М.: Наука, 1976. 536 с.

38. Сгронтельные нормы и правила (СНиП) 2.05.06-85, Магистральные трубопроводы /Госстрой СССР. -М.; ЦИТП Госстроя СССР, 1985, 52 с.

39. Стронтсльные нормы и правила (СНиП) 2.05.06-85". Магистральные трубопроводы /Минстрой России. -М.: ИУП ЦПП, 1997. 60 с.

40. Тимошенко С.ГЦудъер Дж. Теории упругости, -М.: Наука, 1979. -560 с,

41. Талоконников Л .А. Механика деформируемого твердого тела. -М.; Высш. школа, 1979. 318 с.

42. Федоровнч ЕД,Фокин Б.С.Аксельрод А.Ф.гГольдберг Е.Н. Вибрации элементов оборудования ЯЭУ. -М.: Эиергоатомиздат, 1 989. 168 с.

43. Феодосьсв В Н. Сопротивление материалов. -М.: Наука, 1986. 512 с.71,Харионовскнй В,В, Надежность и ресурс газопроводов. -М.: ОАО "Издательство "Недра", 2000. 467 с,

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

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

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

47. American National Standard, ANSI B3t.t, Power Piping Code, 1986,

48. Amencan NaHonal Standard. ASME/ANSI B31.4-92, Liquid Transportation Systems for Hydrocarbons, Liquid Petroleum Gas, Anhydrous Ammonia and Alcohols.

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

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

51. Bntish Standard. BS 8010. Code of Practice for Pipelines, 1993,

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

53. Canadian Standard, CAN/CSA-ZI83, Oil Pipe Transportation Systems,

54. Canadian Standard. CAN/CSA-2184. Gas Pipeline Systems. Pipeline Systems and Materials,

55. Dct Norske Veritas: DnV Rules for Submarine Pipeline Systems, 1996,

56. Dcutsche Normen, DIN 2413, Stablrohre, Bcrcchnung dcr Wanddicke gegen Innendmck.

57. Dcutsclie Normen, DIN 2470, Teil 2. Gasleitungen aus Stahlrohren mil zul. Betncbsdrucken von mchr als bar. Anforderungcn an die Robtcitungsieile,

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

59. Fricdmann Y, "Sea-botton forces crucial in pipeline crossings design" //OGJ, June 27,1988 (Vol.86, No.26), pp.47-50,52-53.1. An)

60. Fynleiv 0„Mork 1С+СЬегЫапТЙ ^rfidsen F.G. Оттеп Langc HTHP lessons prompt design, standard adjustments //OGJ, Mar. 13,2006. p.62-64,

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