Контроль деформированного состояния надземных трубопроводов в криолитозоне тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.19, кандидат технических наук Витченко, Антон Сергеевич

• Витченко, Антон Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Витченко, Антон Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРИЧИН ДЕФОРМАЦИЙ И РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ НАДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ В КРИОЛИТОЗОНЕ.

1.1. Обзор литературных источников по вопросам нестабильности трубопроводов в криолитозоне и организации контроля деформационных процессов.

1.2. Обзор литературных источников по вопросу методов расчета систем надземных трубопроводов.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОПУСТИМЫХ ЗНАЧЕНИЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ НАДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ.

2.1. Выбор и обоснование геометрических параметров деформированного состояния надземных трубопроводов.

2.2. Определение допустимых значений геометрических параметров деформированного состояния надземных трубопроводов.

2.3. Учет эффекта концентрации напряжений для тройниковых соединений.

ГЛАВА 3. ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКА ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ НАДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ.

3.1. Обобщенное описание деформированного состояния надземных разветвленных трубопроводов.

3.2. Критерии оценки деформированного состояния и технического состояния трубопроводов.

3.3. Планирование объемов планово-предупредительных работ с использованием результатов экспресс-оценки деформированного состояния надземных разветвленных трубопроводов.

ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ НАИБОЛЕЕ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ.

4.1. Построение расчетных моделей надземных трубопроводов.

4.2. Сбор исходной информации для построения расчетной модели.

4.3. Метод определения начального геометрического несовершенства физического прототипа модели.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПРОВЕДЕНИЮ РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ НА ТРУБОПРОВОДАХ И ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ СТАБИЛИЗАЦИОННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ.

5.1. Определение основных силовых опор.

5.2. Методика составления технологических карт проведения работ по выравниванию деформированных разветвленных трубопроводов.

5.3. Мероприятия по стабилизации оснований, фундаментов и опорных конструкций.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Контроль деформированного состояния надземных трубопроводов в криолитозоне»

В настоящее время в России увеличение объемов добычи природного газа связано с освоением новых месторождений на севере Западной Сибири, в том числе на полуострове Ямал. Для этой территории характерно сплошное и массивно-островное распространение многолетнемерзлых пород, что предъявляет особые требования к проектированию, строительству и эксплуатации объектов добычи, подготовки и транспортировки природного газа.

Опыт многолетней эксплуатации уникальных газодобывающих комплексов Медвежьего, Уренгойского, Ямбургского и других выявил проблему широкомасштабного развития деформаций инженерных сооружений. Интенсивным деформациям подвержены надземные трубопроводы обвязок дожимных компрессорных станций, внутриплощадочных сетей, обвязок устьев газовых скважин и т.п. С увеличением времени эксплуатации отмечается увеличение количества деформированных участков и рост величин деформаций трубопроводов. Большое количество проявленных и потенциальных зон нестабильности оснований и фундаментов обусловливает физическую невозможность единовременного приведения в проектное положение всех деформированных трубопроводов, а также выполнения в полном объеме механической и температурной стабилизации оснований.

В таких условиях газодобывающим предприятиям в целях обеспечения надежности эксплуатации деформированных трубопроводных систем необходимо выстраивать очередность и планировать объем планово-предупредительных, ремонтно-восстановительных работ и стабилизационных мероприятий, исходя из степени опасности деформационных проявлений и реальных возможностей организации. Эти задачи могут быть решены путем разработки методики контроля деформированного состояния газопромысловых надземных трубопроводов, позволяющей выполнять обобщенную оценку деформированного состояния, прогнозировать техническое состояние и рекомендовать комплекс мероприятий, обеспечивающих надежность эксплуатации. Поэтому разработка методики контроля деформированного состояния надземных трубопроводов в криолитозоне является актуальной задачей как для действующих, так и для строящихся газопромысловых объектов.

Целью диссертационной работы является разработка методики контроля деформированного состояния газопромысловых надземных трубопроводов, сооружаемых и эксплуатируемых в условиях криолитозоны.

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие основные задачи исследования:

- разработка способа обобщенного описания деформированного состояния надземных разветвленных трубопроводов по данным геометрического нивелирования;

- разработка методов определения допустимых значений геометрических параметров деформированного состояния трубопроводов;

- создание методики экспресс-оценки деформированного состояния разветвленных надземных трубопроводов;

- систематизирование существующих методов конструкционного моделирования разветвленных трубопроводов;

- разработка методологического подхода к реверс-инжинирингу физических прототипов конструкций разветвленных надземных трубопроводов, дающего возможность создавать математические модели, наилучшим образом отражающие процессы деформирования и силового воздействия на оборудование;

- разработка и расчетно-экспериментальное обоснование метода планирования этапов и объемов ремонтных работ с целью снижения опасных деформаций трубопроводов.

Научная новизна работы.

В работе впервые расчетным путем определены индивидуальные критерии оценки геометрических параметров деформации отдельных участков разветвленных трубопроводов. Разработан способ описания деформированного состояния трубопроводов с помощью обобщенного безразмерного коэффициента. Обоснована методика экспресс-оценки деформированного состояния газопромысловых надземных разветвленных трубопроводов.

Разработан метод построения математической модели, позволяющий учитывать в расчетах начальное искривление разветвленных трубопроводов.

Впервые выполнено обоснование метода составления технологических карт, отражающих последовательность этапов и объемы проведения работ по разгрузке и выравниванию деформированных трубопроводов.

Разработана специальная конструкция опоры с быстроразъемным смещаемым креплением опорной балки для компенсации нарастающих подвижек свайных опор. Предложена методика расчета характеристик упругих регулируемых опор для использования на трубопроводах среднего диаметра.

Защищаемые положения.

1. Методика экспресс-оценки деформированного состояния разветвленных надземных трубопроводов с использованием обобщенного безразмерного коэффициента.

2. Методика моделирования конструкции разветвленных надземных трубопроводов, обеспечивающая учет начального искривления, позволяющая объективно проводить оценку напряженно-деформированного состояния трубопроводов и прогнозировать изменение силового воздействия на оборудование.

3. Метод планирования этапов и объемов ремонтных работ, позволяющих разгрузить опасно деформированные трубопроводы и привести конструкции к проектному положению или положению на момент завершения монтажа.

Практическая значимость работы.

Результаты работы внедрены в практику геотехнического мониторинга газопромысловых объектов ООО «Газпром добыча Надым». Методика контроля деформированного состояния надземных трубопроводов используется в ходе планирования и реализации ремонтно-восстановительных работ газопромысловых трубопроводов, включая технологические трубопроводы обвязок ДКС.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались: на Пятой и Седьмой Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов, аспирантов и студентов по проблемам газовой промышленности России (РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003, 2007); совещании «Результаты проведения диагностического обслуживания оборудования и трубопроводов КС, ДКС, СОГ, КС ПХГ в 2006 г., задачи на 2007 г.» (ДОАО «Оргэнергогаз»); XIII научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Проблемы развития газовой промышленности Западной Сибири - 2004» (ООО «ТюменНИИгипрогаз»); Всероссийской научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири - 2007» (Тюменский государственный нефтегазовый университет); научно-практических конференциях ООО «Тюментрансгаз» (2003), ФГУП ПНИИИС (2006).

Публикации. Результаты исследований автора по теме диссертации опубликованы в 14 работах, в том числе 1 - в издании, входящем в "Перечень ." ВАК Минобрнауки РФ; получен один патент.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 86 наименований, 2 приложений. Она изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков и 12 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ», Витченко, Антон Сергеевич

7. Результаты работы внедрены в производственную практику газодобывающего предприятия ООО "Газпром добыча Надым" и используются для проведения геотехнического мониторинга газопромысловых объектов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Витченко, Антон Сергеевич, 2008 год

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

2. Алешин В.В. Повышение безопасности промышленных трубопроводных систем с использованием методов численного прочностного анализа: Дис. канд. техн. наук. — Саров: ООО «НПО ВНИИЭФ-ВОЛГОГАЗ», 2003.

3. Алешин В.В., Селезнев В.Е., Клишин Г.С., Кобяков В.В., Дикареа К.И. Численный анализ прочности трубопроводов / Под ред. В.В. Алешина и В.Е. Селезнева. М.: Едиториал УРСС, 2003. - 320 с.

4. Бабин JI.A., Григоренко П.Н., Ярыгин Е.Н., Типовые расчеты при сооружении трубопроводов -М.: Недра, 1995.

5. Бате К., Вил сон Е. Численные методы анализа и метод конечных эле-ментов. Пер. с англ. М.: Стройиздат, 1982. - 447с.

6. Березняков А.И., Витченко А.С., Гаврилов А.К., Коротеев П.С., Осокин А.Б. Обобщенная оценка деформаций трубопроводов дожимных компрессорных станций в криолитозоне // Нефть и газ: изв. вузов России. Тюмень - 2007. - №4, с.44-47.

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

8. Бородавкин П.П., Синюков A.M. Прочность магистральных трубопроводов. — М.: Недра, 1984. — 286 с.

9. Бородавкин П.П., Березин B.JI. Сооружение магистральных трубопроводов. М.:Недра,1977.-407с.

10. Быков Л.И., Автахов З.Ф. Оценка влияния опорных условий на работу балочных трубопроводных систем // Изв. вузов. Нефть и газ. 2003. -№5. - С.79-85.

11. Виноградов С.В. Определение предельных напряжений в трубопроводах. // Строительство трубопроводов. 1969.-№ 10.-C.21-23.

12. Витченко А.С., Осокин А.Б., Коротеев П.С. Обобщенный коэффициент интенсивности деформаций трубопроводных обвязок ГПА ДКС и АВО газа Информационный бюллетень ИТЦ «Оргтехдиагностика» №12/92, 2005, информация № 546, с.8-11.

13. Гайдамак В.В. Исследование надежности трубопроводов, прокладываемых в неоднородных грунтовых условиях: Дис. канд. техн. наук, Уфа, НИИСПТнефть, 1975.-195с.

14. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. Пер. с англ. М.: Мир, 1984.-428С.

15. Голъденблат И. И., Копнов В. А. Критерии прочности и пластичности конструкционных материалов. —М.: Машиностроение, 1968. — 192 с.

16. ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. / Госстандарт 1989 29 с.

17. Дарков А.В., Шапошников Н.Н. Строительная механика. М.: Высш. шк., 1986. -606с.

18. Дубина М.М. Прогноз термомеханического поведения системы сооружение-грунт в криолитозоне//Материалы первой конференции геокриологов России. Книга 3. Инженерная геокриология М.: Изд. МГУ, 1996.

19. Дубина М.М., Красовицкий Б.А. Теплообмен и механика взаимодействия трубопроводов и скважин с грунтами. Новосибирск: Наука, 1983.

20. Емельянов JI.M. О расчете тонкостенных труб , заложенных в земле.// Гидротехника и мелиорация. 1952.-№10.-с. 18-29.

21. Зенкевич О.С. Метод конечных элементов в технике. — М.: Мир, 1975. — 542 с.

22. Инструкция по проведению диагностического обследования (паспортизации) надземных технологических трубопроводов обвязок АВО газа (вторая редакция, дополненная и измененная). ИТЦ «Оргтехдиагностика» ДАО «Оргэнергогаз», Москва, 2000 г.

23. Инструкция по проведению диагностического обследования (паспортизации) надземных технологических трубопроводов обвязок нагнетателей ГПА (вторая редакция, дополненная и измененная). ИТЦ «Оргтехдиагностика» ДАО «Оргэнергогаз», Москва, 2000 г.

24. Клейн Г.К. и др. Руководство к практическим занятиям по курсу строительной механики. (Статика стержневых систем). М.: Высш. шк., 1980.-384с.

25. Коротеев П.С. Определение напряженно-деформированного состояния трубопроводов технологической обвязки компрессорных станций, расположенных в условиях Крайнего Севера (на примере месторождения "Медвежье"): Дис. канд. техн. наук. Надым, 1997.-142с.

26. Коротеев П.С., Методика определения статических напряжений в трубопроводах технологической обвязки компрессорных станций // Научн.-техн. сб., Сер.'Транспорт и подземное хранение газа". М.: ИРЦ Газпром, 1997г. - №4.-с.43-47.

27. Коротеев П.С., Основные факторы, определяющие напряженно-деформированное состояние трубопроводов технологической обвязкикомпрессорных станций // Научн.-техн.сб., Сер. "Транспорт и подземное хранение газа". М.: ИРЦ Газпром, 1997г. - № 4. - с.30-34.

28. Краткий физико-технический справочник. Т2. М.: Гос. изд. физ.-мат. литературы, 1960.

29. Куксинский В.И., Оценка напряженно-деформированного состояния трубопроводов газовой обвязки нагнетателей ГПА по результатам тензоконтроля. -М.: ВНИИЭгазпром. Обз.информ.Транспорт и хранение газа.- 1987.-Вып.6.-с21.

30. Методика оценки напряженно-деформированного состояния технологических трубопроводов компрессорных станций. М.: ОАО ГАЗПРОМ, 2002.

31. Методика расчета технологических трубопроводов компрессорных станций. М.: ВНИИГАЗ, МИНГ им И.М.Губкина, 1987

32. Методические рекомендации по натурным измерениям напряженного состояния магистральных газопроводов. М.: ВНИИГАЗ, 1985.

33. Морозов Е.М., Зернин М.В. Контактные задачи механики разрушения. М.: Машиностроение, 1999. - 544 с.

34. Новогрудский О.Е. Совершенствование конструктивной формы и методов расчета подземных трубопроводов большого диаметра на основе нормирования воздействия неравномерных осадок опор: Дис. . канд. техн.наук.- М.,1988.-129с.

35. Новогрудский О.Е., Малый В.И. Расчет и проектирование трубопроводов большого диаметра при случайном воздействии неравномерных осадок опор (реферат доклада) // Строительная механика и расчет сооружений.-1988.-№2.-с.2.

36. Нормы вибрации, оценка интенсивности вибрации газоперекачивающих агрегатов в условиях эксплуатации на компрессорных станциях министерства газовой промышленности. -М., ВНИИЭгазпром, 1985.

37. Образцов И.Ф., Савельев JI.M., Хазанов Х.С., Метод конечных элементов в задачах строительной механики летательных аппаратов: Учеб. Пособие для студентов авиац. Спец. Вузов. М.: Высш. шк., 1985.-392 е., ил.

38. Пат. (пм) 74997 РФ. Опора смещаемая быстроразъемная / Витченко А.С., Галактионов Э.Ю., Осокин А.Б., Смолов Г.К., Березняков А.И.; заявл. 06.12.2007; опубл. 20.07.2008; Бюл. №20. 5 е.: ил.

39. Перун И.В. Магистральные трубопроводы в горных условиях. — М.: Недра, 1987.- 175 с.

40. Петров И.П., Спиридонов В.В. Надземная прокладка трубопроводов. -М.: Недра, 1973.-472 с.

41. Подвижные опорные части трубопроводов и других сооружений/ под ред. Д.А. Коршунова. Киев: Вища школа, 1976. — 142 с.

42. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. — М.: Наука, 1988.—712 с.

43. РахматуллинХ. А., СагомонянА. Я., Алексеев Н. А. Вопросы динамики грунтов. —М.: Изд-во МГУ, 1964. — 478 с.

44. Ращепкин К.Е. Исследование продольно-поперечного изгиба магистрального трубопровода // В кн.:Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. Труды ВНИИСПТнефть. -Уфа, 1969. -Вып.12.-с.241-254.

45. РД 51-4.2-003-97 Методические рекомендации по расчетам конструктивной надежности магистральных газопроводов. / РАО "Газпром" 1997 90 с.

46. Регламент измерений, необходимых для технической диагностики газоперекачивающих агрегатов, технологических обвязок и общестанционного оборудования компрессорных станций. М., ВНИИЭгазпром, 1984.

47. Рекомендации по контролю напряженного состояния магистральных газопроводов. М.: ВНИИГАЗД989.

48. Рекомендации по повышению надежности и долговечности технологических трубопроводов газораспределительных станций. М.: ВНИИГАЗД990.

49. Решетников JI.H., Жильцов Ю.М., Ильский О.Г. Взаимодействие межпромыслового коллектора с многолетнемерзлыми породами на месторождении «Медвежье». Сер.: Геология, бурение и разработка газовых месторождений. Экспресс информ. - М.: ВНИИЭГазпром, 1980. №3.

50. Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений. — М., Стройиздат, 1977.

51. Свод правил СП 34-116-97, Инструкция по проектированию,строительству и реконструкции промысловых нефтегазопроводов /гМинтопэнерго России, 1997.

52. Селезнев В.Е., Алешин В.В., Клишин Г.С. Методы и технологии численного моделирования газопроводных систем. — М.: УРСС, 2002. — 446 с.

53. Селезнев В.Е. Повышение безопасности и эффективности газопроводных систем ТЭК с использованием методов прямого численного моделирования: Дис. . докт. техн. наук.— Саров: ООО «НПО ВНИИЭФ-ВОЛГОГАЗ», 2003. —303 с.

54. Синицын С.Б., Строительная механика в методе конечных элементов стержневых систем / Учеб. пособ. для техн. вузов — М.: Издательство АСВ, 2002-320 с.

55. Справочник по проектированию магистральных трубопроводов / Под ред. А. К. Дерцакяна — JL: Недра, 1977. — 519 с.

56. Справочник проектировщика. Металлические конструкции промышленных зданий и сооружений / Под ред. Н.П.Мельникова.-2-е изд., перераб. и доп.-М.:Стройиздат,1980.-776с.

57. Стояков В.М. Анализ напряженного состояния трубопроводов по замерам прогиба оси с применением метода регуляризации: Дис. канд. техн. наук Тюмень, 1979,-149с.

58. Строительные нормы и правила СНиП 2.02.04.-88, Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах / Госстрой СССР.- М.: Стройиздат, 1988.

59. Строительные нормы и правила СНиП 2.05.06-85*, Магистральные трубопроводы / Госстрой СССР.-М.-.ЦИТП Госстроя СССР.-1985.

60. Строительные нормы СН 527-80, Инструкция по проектированию технологических стальных трубопроводов Ру до 10 МПа / Госстрой СССР.- М.: Стройиздат, 1982.

61. Тимербулатов Г.Н. Оценка напряженно-деформированного состояния газопроводов при их ремонте в заболоченной местности: Дис. канд. техн. наук. Уфа,1988.-213с.

62. Физические величины: Справочник / Под ред. И. С. Григорьева, Е. 3. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

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

64. Хечумов Р.А., Кепплер X., Прокопьев В.И. Применение метода конечных элементов к расчету конструкций. Учеб. пос. М.: Изд-во АСВ, 1994.-350с.

65. Хигер МЛН., Стояков В.М. К анализу напряженного состояния изгиба трубопровода по высотному положению. Тр. Тюменского индустриального института, 1974, вып.24.-с.45-47.

66. Хигер М.Ш., Стояков В.М. Модификация метода сплайнов для определения кривизны оси трубопровода. Межвузовский сб. Проектирование, строительство и эксплуатация магистральных газонефтепроводов, вып.1, Уфа, 1977. -с. 104-107.

67. Хигер М.Ш., Стояков В.М. Экспериментальные исследования изгибных напряжений на модели трубопровода. Тр. Тюменского индустриального института, 1974, вып.24.-с.47-49.

68. Ясин Э.М., Гайдамак В.В. Анализ напряжений изгиба в подземных трубопроводах методами математической статистики// Нефтяное хозяйство, 1972.-№ 12.-е. 13-20.

69. Ясин Э.М., Гайдамак В.В. Закономерности искривлений подземных магистральных трубопроводов// Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. Тр. ВНИИСПТнефть .-Уфа,1973.-вып.11.-34с.

70. Ясин Э.М., Черникин В.М. Устойчивость подземных трубопроводов. -М.:Недра, 1968.-120с.

71. ASME ВЗ 1.8-2003 Gas Transmission Distribution and Piping Systems American Society of Mechanical Engineers.

72. Zienkiewicz O.C. The Finite Element Method. From Intuition To Generality. Appl. Mech. Rev., Mar. 1970. 23. p. 249-256.