WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

АВТАХОВ ЗУЛЬФАТ ФАРИТОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БАЛОЧНЫХ ТРУБОПРОВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ Специальность 25.00.19 – «Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Уфа – 2004 2

Работа выполнена на кафедре «Сопротивление материалов и строительная механика» Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Быков Леонид Иванович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Азметов Хасан Ахметзиевич;

кандидат технических наук, доцент Кантемиров Игорь Финсурович.

Ведущая организация ООО «Баштрансгаз».

Защита состоится «5» марта 2004 года в 11-00 на заседании диссертационного совета Д 212.289.04 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан «4» февраля 2004 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Матвеев Ю.Г.

3 Актуальность проблемы. В настоящее время в России эксплуатируется более 200 тысяч километров трубопроводов различного диаметра, по которым транспортируются нефть, газ и продукты их переработки. Магистральные трубопроводы прокладываются в различных природно-климатических и гидрогеологических условиях, пересекая при этом большое количество естественных и искусственных препятствий. Как показывает многолетний опыт эксплуатации, подводные переходы при траншейной их прокладке зачастую оказываются не столь надежными и являются дорогими, при этом основная часть затрат приходится на текущие обследования и дальнейшие работы по ликвидации оголений, провисаний трубопроводов и проведение берегоукрепительных мероприятий.

Стоимость производства работ методами наклонно-направленного бурения и микротоннелирования, получившими в последние годы широкое признание, на 40-50% выше, чем при траншейном способе. Оба метода достаточно трудоемки и имеют немалые ограничения на производство работ.

Таким образом, не всегда целесообразно использовать традиционный заглубленный способ прокладки, а зачастую проще и дешевле проложить трубопровод поверху, возводя надземные трубопроводные переходы. Это достаточно ответственные сооружения, поскольку нередко находятся в сложных эксплуатационных условиях. Их основными достоинствами являются: возможность визуального контроля за состоянием трубопровода и опор; безопасность и надежность эксплуатации трубопровода при прохождении трассы в сложных гидрогеологических условиях; отсутствие необходимости ведения строительно-монтажных работ в русле реки, что важно с точки зрения экологической безопасности и пр.

При прокладке трубопроводов различного назначения около 90% препятствий встречаются шириной от 10 до 100 м, для их пересечения наиболее рациональными являются балочные трубопроводные переходы, от эффективности использования которых зависит работоспособность линейной части трубопроводных магистралей в целом. Под эффективностью в данном случае понимается более полная реализация прочностных свойств материала, получение конструкций, обладающих высокими эксплуатационными и строительными качествами.

Поэтому проблема повышения эффективности использования балочных трубопроводных переходов является достаточно актуальной проблемой трубопроводного транспорта, решение которой имеет немаловажное значение.

Цель работы – повышение эффективности использования балочных трубопроводных переходов путем разработки новых, улучшения существующих конструкций и совершенствования методик их расчета.

Основные задачи исследования:

- произвести анализ существующих конструктивных решений надземных трубопроводных переходов, методов их расчета и разработать классификацию переходов по конструктивным признакам;

- разработать новую конструкцию надземного трубопроводного балочного перехода с поддерживающими элементами и методику его расчета;

- на экспериментальной основе исследовать напряженно-деформированное состояние и провести анализ работоспособности трубопроводного перехода при действии статической нагрузки;

- исследовать влияние вертикальной подвижки опор на напряженное состояние многопролетных балочных трубопроводных систем и рассмотреть контактное взаимодействие трубы с опорной конструкцией при реализации рационального высотного положения.

На защиту выносятся теоретические обобщения и классификация надземных трубопроводных переходов; конструктивное решение и методика расчета надземного трубопроводного балочного перехода с поддерживающим элементом в виде фермы; рекомендации по уточнению существующей расчетной методики балочных трубопроводных переходов.

Научная новизна:

1) классификация надземных трубопроводных переходов, куда в отличие от ранее существующих внесена дополнительно подгруппа по возможности регулирования напряжений и введен новый класс по конструктивным формам;

2) экспериментально обоснованная новая конструкция трубопроводного балочного перехода с поддерживающим элементом в виде фермы и методика расчета ее напряженно-деформированного состояния;

3) рекомендации по уточнению существующей расчетной методики балочных трубопроводных переходов с учетом влияния высотного положения опор и контактного взаимодействия их с трубой;

4) новая опорная конструкция балочного трубопроводного перехода для реализации рационального, с точки зрения равнопрочности, высотного положения.

Практическая ценность и реализация работы На основании научных результатов, полученных в работе, разработана инструкция предприятия для МУП «Уфимское предприятие тепловых сетей» «Руководство по проектированию надземных трубопроводных переходов с поддерживающими элементами в виде ферм». Результаты исследований влияния высотного положения опор на напряженное состояние балочных систем трубопроводов внедрены отделом капитального ремонта магистральных продуктопроводов Уфимского ПО ОАО «Уралтраснефтепродукт».

Апробация работы Основные результаты работы поэтапно докладывались на 49-й, 50-й, 53-й, 54-й научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых Уфимского государственного нефтяного технического университета (г. Уфа, 1998, 1999, 2002, 2003 гг.); межрегиональной научно-методической конференции «Проблемы нефтегазовой отрасли» (Уфа, 2000 г); межрегиональной молодежной научной конференции «СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ-2002», посвященной 35-летию Ухтинского государственного технического университета (Ухта, 2002 г.); Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 50-летию с начала подготовки специалистов трубопроводного транспорта в УНИ-УГНТУ (Уфа, 2002 г); VI международной научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса России» (Уфа, 2002 г.); международной научно-технической конференции «Трубопроводный транспорт – сегодня и завтра» (Уфа, 2002 г.).

Публикации По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и списка литературы включающего 137 наименований и приложений. Содержание работы изложено на 129 страницах машинописного текста, включая 51 рисунок и 7 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении показана актуальность выбранной темы диссертации, приводится общая характеристика работы, сформулированы цель, основные задачи исследования, приведены основные научные результаты и практическая ценность работы.

В первой главе выполнен литературный обзор существующих конструкций надземных трубопроводных переходов и анализ методов их расчета.

Значительный вклад в развитие различных сторон рассматриваемой проблемы внесли работы институтов: ВНИИСТ, ВНИИГАЗ, ИПТЭР, РГУНГ им.

И.М. Губкина; проектных организаций: Гипротрубопровод, ВНИПИтрансгаз, Нефтегазпроект. Вопросам проектирования, сооружения и эксплуатации надземных трубопроводных переходов посвящены работы отечественных ученых Азметова Х.А., Айнбиндера А.Б., Бабина Л.А., Березина В.Л., Бородавкина П.П., Булгакова А.В., Быкова Л.И., Гольдштейна А.С., Гумерова А.Г., Казакевича М.И, Камерштейна А.Г., Кантемирова И.Ф., Киреенко В.И., Лунева Л.А., Папаценко Х.И., Перуна И.В., Петрова И.П., Спиридонова В.В., Тартаковского Г.А., Харионовского В.В., Шувалова В.Ю., Ясина Э.М. зарубежных Корнелла C., Майера Л., Пагсли A., Робинсона A., Веста Х. и др.

На основании обобщения многочисленных публикаций по данной тематике нами разработана классификация надземных трубопроводных переходов (рис.1), основным принципом построения которой является несущая способность рабочего трубопровода. Он отражает возможность воспринимать действующие на трубопровод нагрузки. Согласно данному признаку, надземные переходы делятся на два основных типа: 1) переходы с самонесущим рабочим трубопроводом; 2) переходы с поддерживающими элементами рабочего трубопровода.

Применительно к балочным трубопроводным переходам, на основе анализа конструктивных особенностей, внесена дополнительно подгруппа по возможности регулирования напряжений. Кроме того, введен новый класс по конструктивным формам – предлагаемое нами конструктивное решение трубопроводного перехода с поддерживающим элементом в виде фермы.

Представленная классификация обеспечивает возможность прогнозирования перспективных направлений исследований по совершенствованию конструкций и методик расчета надземных переходов трубопроводов.

Рис.1. Классификация надземных трубопроводных переходов по конструктивным признакам Во второй главе на основе анализа достоинств и недостатков существующих конструкций предложено конструктивное решение трубопроводного балочного перехода с поддерживающим элементом в виде фермы и изложена методика его расчета.

Трубопроводный переход (рис.2), опирающийся на концевые опоры 2 и 4, содержит поддерживающий элемент в виде фермы 3, которая может иметь либо прямоугольное поперечное сечение (рис.2,а), либо сечение в виде равнобедренного треугольника (рис.2,б). Внутри фермы размещается трубопровод 1. Пояса 6 ферм могут иметь тавровое поперечное сечение, решетка 5 может быть выполнена из равнобоких уголков.

а б Рис.2. Трубопроводный переход с поддерживающим элементом рабочего трубопровода в виде фермы:

а – с фермой прямоугольного сечения; б – с фермой сечением в виде равнобедренного треугольника;

1 – трубопровод; 2,4 – концевые опоры; 3 – ферма; 5 – решетка фермы;

6 – пояса фермы Нагрузка от транспортируемого продукта в трубопроводе 1 воспринимается опорными узлами фермы 3 и посредством ее общей работы передается на шарнирно-подвижную 2 и шарнирно-неподвижную 4 концевые опоры перехода.

Описанный трубопроводный переход дает возможность увеличить перекрываемый пролет в 2-3 раза без устройства промежуточных опор и специальных ветровых систем.

Для обоснования целесообразности его использования в работе выполнена оценка материалоемкости путем сравнения безразмерных коэффициентов, выражающих отношение погонного веса перехода к погонным действующим нагрузкам. Для сравнения были выбраны наиболее распространенные конструкции трубопроводных переходов, имеющие один диапазон перекрываемых пролетов. В результате установлено, что предлагаемый нами переход занимает по материалоемкости промежуточное положение между гибким висячим трубопроводным переходом и вантовым трубопроводным переходом с горизонтальной стяжкой. Окончательный выбор способа надземной прокладки зависит от конкретных размеров, нагрузок и воздействий, а также условий эксплуатации трубопровода.

При разработке методики расчета принимались следующие допущения:

- материал трубопровода и поддерживающей ее фермы нагружен в пределах упругих деформаций;

- расчетная схема трубопроводного перехода сводится к стержневой;

- элементы фермы соединены между собой шарнирно;

- воздействие ветра на трубопроводный переход не учитывается;

- явление аэродинамической неустойчивости не рассматривается.

Такие допущения возможны и подтверждены в работе В.Л. Березина, В.Е. Шутова «Прочность и устойчивость резервуаров и трубопроводов».

Разработанная методика реализуется по следующему алгоритму:

1) рассчитывается распределенная нагрузка, которая включает в себя собственный вес трубы и вес перекачиваемого продукта;

2) подбирается расчетом поддерживающая ферма из числа типовых конструкций;

3) трубопроводный переход представляется в виде расчетной схемы (рис.3), где он рассматривается в виде балки кольцевого поперечного сечения, а ферма заменяется упругоподатливыми опорами, количество которых соответствует числу точек опоры трубопровода внутри этой фермы;

Рис.3. Расчетная схема трубопроводного перехода 4) в расчетной схеме сосредоточенные силы F1 Fn определяются путем приведения расчетной распределенной нагрузки на опорные узлы;

5) в этом случае коэффициенты жесткости упругоподатливых опор будут находиться по формуле i = F, (1) fi где fi -прогиб фермы в точке приложения единичной силы, определяемый по формуле Максвелла-Мора;

6) для решения системы уравнений строится матрица коэффициентов уравнений равновесия в виде -1 -1 -(l1 + l2 ) - l2 0 0 1 -1 -1 -1 -- l2 (l2 + l3 ) - l3 0 0 -1 -1 -0 - l3 (l3 + l4 ) 0 0 -0 0 - l4 0 0 A = - ; (2) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - - ln-1 0 -1 -1 -0 0 0 - ln-1 (ln-1 + ln ) 0 7) с учетом расчетной схемы (см. рис.3) формируется матрица внутренней податливости из выражения для потенциальной энергии внутренних сил при наличии упругоподатливых опор, которая имеет вид (l1 + l2) lk 0 0 0 3EI 6EI l2 (l2 + l3) l 0 0 6EI 3EI 6EI l3 (l3 + l4) 0 0 0 6EI 3EI ln-B =, (3) 0 6EI ln-1 (ln-1 + ln ) 0 0 0 k 0 6EI 3EI 0 0 0 0 0 1-1 -0 0 0 0 0 0 0 n где коэффициент k учитывает влияние концевых компенсаторов на защемленность трубопровода и определяется по формулам, разработанным Л.А. Луневым;

8) реализуя матричный метод расчета упругих стержневых систем, находим искомые прогибы трубопровода и возникающие внутренние силовые факторы (изгибающие моменты М и реакции упругоподатливых опор Т);

9) проверку прочности трубопровода на действие максимального изгибающего момента проводим по формуле R2, (4) max где = + изг, Па;

max пр. р R2 – расчетное сопротивление трубной стали растяжению (сжатию);

Pages:     || 2 | 3 |






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