WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

УДК 622.692.4.621.193/197

На правах рукописи

Садыков Рустам Венерович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

И ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА НЕФТЕПРОВОДОВ

С КОМБИНИРОВАННЫМИ ДЕФЕКТАМИ

(ВМЯТИНами С РИСКАМИ И ТРЕЩИНАМИ)

Специальности: 25.00.19 – Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ;

05.26.03 Пожарная и промышленная

безопасность (нефтегазовый комплекс)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Уфа 2008

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии
«Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР»), г. Уфа

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Зайнуллин Рашит Сибагатович

Научный консультант

доктор технических наук

Ямалеев Ким Масгутович

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор

Нугаев Раис Янфурович

кандидат технических наук, доцент

Галлямов Мурат Ахметович

Ведущее предприятие

Открытое акционерное общество

«Уралтранснефтепродукт», г. Уфа

Защита диссертации состоится 29 апреля 2008 г. в 16оо часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном
унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов»
по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «Институт
проблем транспорта энергоресурсов».

Автореферат разослан 28 марта 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук Л.П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

В России эксплуатируются системы магистральных трубопроводов протяженностью более 240 тыс. км, имеющие свыше 5 тыс. надземных технологических объектов обслуживания: компрессорных и насосных станций, хранилищ и резервуарных парков. Протяженность промысловых трубопроводов составляет 350 тыс. км. Подавляющая часть объектов трубопроводных сетей построена в 60-80-е годы прошлого столетия, и в настоящее время наметилась устойчивая тенденция (и не только в нашей стране) сокращения темпов ввода в эксплуатацию замещающих мощностей. В то же время аварийность на объектах магистральных трубопроводов находится на высоком уровне и имеет тенденцию роста. Основными техническими причинами аварий на трубопроводном транспорте являются:

1) повреждения в результате внешних (случайных) воздействий, в том числе механических – 33 %;

2) брак, допущенный при проектировании и монтаже – 24 %;

3) брак, допущенный в заводских условиях производства труб – 17 %;

4) наружная коррозия – 20 %;

5) нарушение регламента эксплуатации – 6 %.

Более половины аварий на трубопроводах определенным образом связаны с накоплением повреждений в металле трубы и сварных швах. При этом развитие нарушений (трещины) происходит за счет образования, увеличения размера и слияния микротрещин в течение заметного времени эксплуатации трубопровода. Поэтому при оптимальном варианте коммерческой эксплуатации трубопроводов за счет применения средств технической диагностики и своевременного ремонта аварии по нескольким причинам могли бы быть исключены. Однако из-за недостатков нормативно-технической документации, регламентирующей определение срока безопасной эксплуатации магистральных трубопроводов, заниженных объемов обследований, технического обслуживания и ремонта в России вероятность аварий на трубопроводных сетях по второй и третьей причинам, по всей видимости, будет увеличиваться. Это связано с тем, что в настоящее время на территории России фактический срок эксплуатации большинства магистральных трубопроводов приближается к тому моменту, когда значительно возрастает интенсивность отказов и аварий из-за естественных процессов коррозии и старения металла. Вместе с этим отсутствие на действующих объектах трубопроводных систем совершенных автоматизированных систем мониторинга и предупреждения о возможных авариях усложняет задачу обеспечения безопасной эксплуатации. Поэтому совершенно очевидно, что для повышения степени безопасности эксплуатации магистральных трубопроводов необходима общая концепция контроля и прогнозирования безопасных сроков службы всех потенциально опасных элементов трубопроводных систем.

Необходимы создание общей методологической базы для исследования процессов, определяющих старение основных элементов и оборудования трубопроводных систем, и совершенствование нормативов и правил по уточнению проектных сроков безопасной эксплуатации трубопроводов по их фактическому состоянию.

Одними из распространенных дефектов, обнаруженных при диагностике, являются отклонения от круглости: вмятины (увод кромок), овальность и смещение кромок. Расчетам напряженного состояния, оценке несущей способности и долговечности оборудования и трубопроводов с отклонениями от круглости посвящено достаточно большое количество опубликованных работ, в частности известные исследования Г.А. Николаева (МГТУ им. Н.Э. Баумана), О.А. Бакши (ЧГТУ), О.И. Стеклова (ГАНГ им. И.М. Губкина), н.а. Махутова (ИМАШ РАН), Г.С. Васильченко (ЦНИИТМАШ), А.Д. Никифорова (МИХМ), Е.М. Морозова (МИФИ), А.Г. Гумерова (ГУП «ИПТЭР») и др.

Следует отметить, что наиболее полно изучено влияние на ресурс труб смещения кромок и овальности. В литературе недостаточно сведений о совместном влиянии на ресурс трубопроводов комбинированных дефектов, в частности с вмятинами, в которых имеются риски (царапины) и трещины. Эти проблемы обостряются, когда трубопроводы подвергаются коррозии, ускоряемой действием локализованных механических напряжений (локализованной механохимической коррозии). Кроме этого накопление повреждений в металле значительно ускоряется при повторно-статических нагрузках (пуск – остановка и др.).

Настоящая работа направлена на разработку методов расчетного определения остаточного ресурса трубопроводов с комбинированными механическими повреждениями.

Цель работы обеспечение безопасности эксплуатации нефтепроводов с комбинированными механическими повреждениями регламентацией их остаточного ресурса.

Основные задачи работы:

• анализ проблем обеспечения безопасности нефтепроводов при эксплуатации;

• исследование механизма инициации и развития трещин, возникающих при статическом и динамическом взаимодействиях труб с твердыми телами;

• оценка совместного влияния вмятин, рисок и трещин на напряженное состояние труб нефтепроводов;

• определение несущей способности и остаточного ресурса труб нефтепроводов с комбинированными дефектами.

Методы решения поставленных задач

Проблемы возникновения трещин при соударении труб с твердыми телами решались с использованием подходов контактной механики разрушения. Оценка критических параметров вмятин проводилась с использованием деформационных критериев разрушения.

Коэффициенты интенсивности напряжений (КИН) в конструктивных элементах с комбинированными дефектами определялись методом предельных нагрузок на моделях из хрупких низкомодульных материалов.

Предельные нагрузки элементов с повреждениями определены по результатам натурных испытаний стальных образцов из низколегированных сталей.

Остаточный ресурс определялся на базе полученных автором результатов с использованием известных кинетических уравнений малоцикловой повреждаемости Коффина-Мэнсона, Н.А. Махутова и Бэсквина.

Научная новизна:

- базируясь на основных положениях механики контактного разрушения, выявлены основные закономерности инициации и развития трещин при статическом и динамическом взаимодействиях труб с твердыми телами;

- методами теории тонких оболочек вращения и механики разрушения получены расчетные зависимости для определения напряженного состояния труб с вмятинами с рисками и трещинами (комбинированными дефектами);

- на основании деформационных критериев разрушения получены аналитические зависимости для определения несущей способности труб с вмятинами;

- получены и научно обоснованы расчетные формулы для определения несущей способности и остаточного ресурса труб нефтепроводов с комбинированными дефектами.

На защиту выносятся все результаты исследований, имеющие научную и практическую значимость для трубопроводного транспорта и других объектов нефтегазовой отрасли.

Практическая ценность результатов работы заключается в том, что на основании полученных расчетных зависимостей для определения остаточного ресурса труб становится возможным проводить оценку степени опасности комбинированных дефектов и устанавливать безопасные сроки эксплуатации нефтепроводов.

Достоверность результатов исследований

Решение основных задач базировалось на современных апробированных подходах теории оболочек, механики разрушения, теории пластичности и упругости, механохимии металлов. В работе учитывались современные достижения в области промышленной безопасности и оценки остаточного ресурса.

Большинство экспериментальных результатов подтверждены результатами лабораторных и натурных испытаний. Результаты исследований согласуются с общими представлениями механики твердого деформируемого тела с дефектами и данными других авторов.

Экспериментальные исследования проведены с использованием приборов и машин, прошедших госповерку.

Личный вклад автора

Автором лично получены следующие наиболее существенные результаты: а) выявлены основные закономерности инициации и развития трещин при статическом и динамическом взаимодействиях труб с твердыми телами; б) определены поля напряжений в трубах с комбинированными дефектами (вмятинами с рисками и трещинами); в) установлены и описаны основные закономерности влияния комбинированных дефектов на несущую способность и остаточный ресурс нефтепроводов. Автор лично проводил испытания образцов и принимал участие в натурных испытаниях труб с комбинированными дефектами в ОАО «Салаватнефтемаш».

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на семинаре «Остаточный ресурс нефтегазового оборудования» в рамках Международной научно-практической конференции «Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах» (г. Уфа, 13-14 февраля 2008 г.); расширенном научно-методическом семинаре отдела № 23 ГУП «ИПТЭР» ( апреля 2008 г.).

Публикации

Основные положения работы опубликованы в 7 научных трудах.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего
127 наименований, 6 приложений. Она изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 1 таблицу, 6 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и основные задачи работы, показаны её научная новизна и практическая ценность результатов исследования.

В первой главе освещены основные проблемы оценки безопасных сроков эксплуатации нефтепроводов.

Рассмотрены факторы, предопределяющие безопасность эксплуатации трубопроводов. Дан анализ структуры работ по оценке остаточного ресурса нефтепроводов и сформулированы общие подходы к этой оценке.

Дана характеристика объекта исследования.

Показано, что остаточный ресурс трубопроводов определяется в результате проведения комплекса исследований, включающего анализ технической документации, функциональную диагностику, экспертное обследование, установление параметров технического состояния, предельного состояния, определение характеристик металла с учетом старения и др.

Существующие методы оценки ресурса трубопроводов с вмятинами от круглости не учитывают локальной напряженности металла в области вершин, рисок и трещин.

Одним из факторов, определяющих остаточный ресурс трубопроводов, является старение металла при длительной эксплуатации. Изменение механических свойств металла при эксплуатации, в основном, обусловлено деформационным старением в условиях статической и малоцикловой нагрузок. Механические свойства в результате старения изменяются незначительно (до 25 %). При этом прочностные характеристики повышаются, а пластические снижаются.

С целью обеспечения безопасности действующих трубопроводов необходимо разрабатывать методы оценки остаточного ресурса, учитывающие локализованный характер протекания процессов повреждаемости и старения металла.

Необходимо проведение комплекса исследований по оценке остаточного ресурса конструктивных элементов нефтепроводов с комбинированными дефектами, включающими вмятины и трещиноподобные дефекты.

Вторая глава посвящена исследованию механизма инициации и развития подповерхностных трещин в механических повреждениях конструктивных элементов нефтепроводов, возникающих при их взаимодействии с твердыми телами.

Базируясь на основных положениях контактной механики разрушения (Е.М. Морозов и др.), показано, что при взаимодействии труб с твердыми телами могут образовываться кроме вмятин риски и трещины. При этом подповерхностные трещины могут быть радиальными и медианными. В работе дана иллюстрация возникновения и расположения указанных трещин.

Показано, что в зоне взаимодействия трубы с твердым телом возникает значительная пластическая деформация как при статическом, так и динамическом нагружениях.

Рассмотрены конкретные примеры, в частности механическое повреждение трубопровода, возникающее, например, от удара ковшом экскаватора, лемехом бульдозера или при сбросе трубы на камень. Все эти повреждения образуются вследствие общей причины – локального удара по трубе тупым жестким предметом.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»