WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Kn =п Фnij(,), ij n, Kn - полярные координаты (от точки 0); - коэффициенты инn Фnij (,) - тенсивности напряжений; - параметры поля напряжений;

нормированные функции от полярной координаты.

Представленная типизация дает возможность классифицировать дефекты и концентраторы в соответствии с особенностями распределения напряжений в их зоне, что, в свою очередь, позволит принимать адекватные решения по консервации или ликвидации повреждений.

Показания к ликвидации (ремонту) обуславливаются двумя аспектами. С одной стороны, надзорные органы разрешают разрабатывать и применять технологии ремонта в зависимости от конкретных условий и задач эксплуатации. С другой стороны, ремонтные мероприятия обеспечиваются аналитической поддержкой в виде расчетных методик и компьютерных программ, позволяющих оценить напряжения в ослабленных сечениях трубы. Обычно применительно к ремонту допустимый уровень напряжений составляет 45% от предела текучести трубной стали. На его величину влияют следующие факторы: категорийность линейного участка Kт (коэффициент снижения допустимого трения на категорию ); старение (деградация) металла стенки трубы при длительной эксплуатации, приводящее к снижению пластичности и к повышению прочности (хрупкости) Ke стали (коэффициент старения ); концентрация кольцевых ( ) и проz дольных ( ) напряжений в области дефекта, определяемая с помощью конечноэлементного анализа; перегрузки (при испытаниях), обуславливающие снижение допустимых напряжений при ремонте в Kn =1,11,раз.

С учетом изложенного допустимые ремонтные напряжения составляют:

Km g P [ ]= T - для кольцевых напряжений;

K H Kn Ke Km z g P [ ]= T - для продольных напряжений.

пр H Kn Ke Напряжения, возникающие в стенке трубопровода при ремонтноP [ ] восстановительных мероприятиях не должны превышать значения и K P [ ]. Для оценки НДС трубопровода при ремонте рассмотрены технолопр гии с подъемом и без подъема трубы.

При анализе возможности применения традиционных методов расчета напряжений в поднятом состоянии для ремонта трубопровода был сделан вывод, что не учитываемая в рамках этих методов продольная сила от воздействия подземных участков вызывает значительные напряжения.

Данное обстоятельство, а также необходимость учета остаточных напряжений и дефектов стенки трубы, предопределяют целесообразность применения численных методов при решении задачи. Для анализа НДС поднятого трубопровода с дефектами, концентрирующими вокруг себя напряжения, используется метод конечных элементов (МКЭ), формулируемый в форме метода перемещений. По данной методике можно учесть и остаточные напряжения в стенке трубопровода, которые возникают после каждой технологической операции и меняются при эксплуатации. После определения нагрузок и воздействий на поднятом трубопроводе (рис. 1) с помощью стандартной программы численного счета, реализующей МКЭ, были получены следующие результаты:

- с увеличением числа трубоукладчиков развиваемое усилие на крюке уменьшается, кроме того, возможно увеличение длины приподнятой части трубопровода;

- влияние продольной силы на НДС ремонтируемого трубопровода неодинаково по его длине: есть зоны, где влияние этой силы незначительно; есть зоны, где влияние продольной силы способствует некоторому снижению напряжений. С увеличением продольной силы напряжения начинают расти, значительно превышая уровень, который имел бы место при отсутствии продольной силы;

- ремонт трубопроводов с подъемом и без остановки перекачки возможен на магистральных трубопроводах всех диаметров, а не ограничивается восстановлением труб диаметром не более 720 мм (табл. 2);

- продольные перемещения подземных (прилегающих к поднятому для ремонта) участков значительно увеличиваются при подъеме трубы на высоту более 0,5 м.

y P y P M Mq q M M M0 M0 h h x x Рис. 1 Схема ремонта с подъемом трубопровода Таблица Технологические параметры ремонта трубопроводов больших диаметров Длина Расстояние Усиление Высота Высота Наибольшее поднима- между на крюках подъема подъема ремонтное Трубоемого трубоук- трубоук- крайних средних напряжение провод участка ладчиками ладчиков трубоуклад- трубоуклад- max L,m l,m R,т чиков, h1=h4 чиков, h2=h3 МПа 1220 (г/п) 150 20 15,3 60 100 1020 (н/п) 150 25 35,1 60 100 1220 (н/п) 150 29 44,8 60 100 X u X H X n H H R n Z R R u ре м U h 1 h h h 1 2 3 4 L 2 L 3 L Рис.2 Схема ремонта трубопровода без подъема R-ремонтные машины, Rп-подкапывающая, Rо-очистная, Ru-изолирующая, uрем-осадка трубы в результате ремонта Для расчета НДС трубопровода, ремонтируемого без подъема (рис.

2), также был применен МКЭ, с помощью которого получено (рис. 3):

- наиболее напряженная область находится на границе перехода от подземного участка к ремонтной траншее. После завершения ремонта ремонтные напряжения исчезают вследствие перехода трубы в положение ниже исходного;

, [М Па] 0 L --18 L 2 L 3 L Рис.3 Напряженно – деформированное состояние трубопровода, ремонтируемого без подъема - на верхней образующей появляется сначала максимальные растягивающие, а затем максимальные сжимающие напряжения, способствующие интенсивности дефектов сварных стыков. На нижней образующей трубы появляются примерно вдвое меньшие напряжения в обратной последовательности – сначала сжатие, а затем растяжение, способствующие гофрообразованию;

- касательные напряжения в десятки раз меньше нормальных напряжений;

- плотность грунтовой подбивки (подсыпки) способствует уменьшению просадки трубы снижая, тем самым, ремонтные напряжения.

В третьем разделе разработана математическая модель оценки работоспособности трубопровода после выборочного ремонта. При этом количественно проанализировано влияние на отремонтированные участки грунта обратной засыпки при эксплуатации трубопровода в условиях болот и взаимодействие отремонтированных участков с мерзлыми грунтами.

Как было отмечено выше, при выборочном ремонте магистральных трубопроводов отремонтированный участок получает вертикальное смещение по сравнению с исходным положением, что обусловлено невозможностью добиться идентичного прежнему состояния грунта под трубой. Это смещение вызывает остаточные (осадочные), напряжения, которые, при прочих равных условиях, растут при:

- увеличении диаметра, глубины залегания, глубины подкопа;

- уменьшении толщины стенки трубы, уплотнения грунта при подсыпке, коэффициента постели грунта.

С увеличением длины ремонтируемого участка послеремонтная просадка трубопровода и остаточные напряжения имеют тенденцию к стабилизации, которая наступает при L = 50 м. Это связано с тем, что с увеличением длины отремонтированного участка концентрации напряжений в краевых зонах перестают влиять друг на друга. В окрестности L = 20 м остаточные напряжения имеют наибольшие значения, что объясняется взаимным влиянием и наложением концентраций напряжений в краевых зонах. При уменьшении длины L остаточные напряжения и деформации стремятся к нулю.

Несмотря на существование различных способов снижения осадочных напряжений, дополнительные напряжения, остающиеся после выполнения ремонтных работ, невозможно устранить полностью. В зонах этих напряжений интенсифицируются процессы коррозии, роста микродефектов, изменения физико-механических характеристик стали. Даже если предположить, что неремонтируемые (не были обнаружены дефекты при диагностическом обследовании) и отремонтированные участки соответствуют проектному состоянию, то все же граничные зоны нельзя считать полностью благополучными. Это предопределяет целесообразность анализа надежностных параметров магистрального трубопровода после выборочного ремонта его отдельных участков с учетом наличия зон повышенных послеремонтных напряжений. Следует отметить, что алгоритм расчета параметров надежности, приведенный ниже, может быть использован и для случая, когда не ремонтированные участки не соответствует проектному состоянию.

В предположении, что из K(0) линейных участков трубопровода K(t) участков соответствует предельному состоянию к моменту t, предложена зависимость для оценки вероятности безотказной работы конструкции:

K(t) P(T t)= (t), (1) K(t)+ [K(t - 1)- K(t)] где [K(t - 1)- K(t)] - количество отремонтированных участков.

Поскольку трубопровод средней протяженности состоит из 106-секций, то в соответствии со статистическим определением относительная частота отказов будет асимптотически приближаться к значению функции живучести (t). При этом остаточный ресурс определяется следующим образом:

f (t)= 1 -(t). (2) Дифференцируя (t) по аргументу t рассчитывается плотность распределения времени безотказной работы (t):

d(t) d[K(t -1)- K(t)].

(t)= = (3) d(t) K(0)dt Параметр интенсивности отказов в этом случае:

(t) 1 d[K(t - 1)- K(t)].

(t)= = (4) (t) K(t) dt С учетом приведенных соотношений априорная вероятность отказа в интервале от (t – 1) до t равна вероятности того, что за период времени от 0 до (t – 1) не произойдет отказа, умноженной на условную вероятность Pc (t) отказа в интервале от (t – 1) до t:

P(t -1 T t) K(t -1)- K(t) Pc (t)= =. (5) P(T t - 1)K(t -1) Если в качестве параметра технического состояния трубопровода рассматривать предельное разрушающее давление, то состояние линейных участков описывается плотностью распределения вероятности расчетного разрушающего давления с учетом остаточных (в том числе осадочных) напряжений. Используя статистические данные и приведенные выше зависимости, рассчитывается вероятность отказа трубопровода после выборочного ремонта. При этом предусмотрена возможность реализации различных стратегий выборочного ремонта, приводящих к различным уровням отказов:

- ремонт по “отказу”;

- ремонт секций с “недопустимыми” дефектами;

- ремонт секций с дефектами.

В зависимости от выбранной стратегии выборочного ремонта средняя интенсивность отказов трубопровода составляет 0,60,01отказов/(год х 1000 км).

Для оценки работоспособности трубопровода после выборочного ремонта в условиях болот необходимо учитывать специфику взаимодействия конструкции с грунтом. Эта специфика заключается в возможности значительных осадок, перемещений в продольном направлении, а также в неопределенности взаимодействия трубопровода с основанием при неориентированном перемещении трубы. Рассмотрены три варианта перемещений забалластированного отремонтированного участка относительно проектного положения: поперечное вверх, поперечное вниз и продольное.

Поперечное перемещение отремонтированного участка вверх характеризуется разрушением засыпки при перемещении забалластированной трубы:

в Fпр = F1в + F2в + F3в - предельное сопротивление засыпки;

F1в - сила давления на трубу от массы грунта в призме выпора; - сила F2в сопротивления окружающей засыпки перемещению призмы выпора;

F3в - сила трения засыпки по боковой поверхности пригрузов;

F1в = [hDL + NL(hn Bn - hD)];

uh -F2в = 2[h0L + NL(hn - h0)] ;

F3в = 2К NFприн(0,5 hctg + Сгр ), тр гр гр h, hn, h0, hc где - параметры заглубления трубы, диаметром D1, и утяжелиN,, B, Fприм телей; - количество утяжелителей, их длина, ширина, площадь боковой поверхности.

Поперечное перемещение отремонтированного участка вниз происходит при достижении предельного сопротивления основания перемещения трубы:

h N Pпр = 0,71ND + N + NcCгр, гр g гр т, N, N - коэффициенты несущей способности; hт - параметр загде гр g c глубления трубы.

H Перемещение трубы при давлении на основание = R :

H H H S = SR(PПр - R) PH (Pпр - P ) R, Н H PH = SRPпр /[SR(Pпр - R)+ SR].

Перемещение отремонтированного участка в продольном направлении имеет место при достижении предельного сопротивления основания и пригрузов удлинению (укорочению) трубы:

бал H в tпр = tпр + tпр N ;

H бал и-2 и-б tпр = gтр tg R + C ;

в и-б и-б tпр = g tg R + C, ут бал где gпр - погонный вес трубы с балластировкой в обводненной среде; Gут - и-2 и-б и-б и-б масса утяжелителя в обводненной среде; tg, С0 и tg, С0 - характеристики контактного трения полимерной изоляции по торфу и по бетонной поверхности соответственно.

Приведенные выше зависимости позволяют количественно оценить перемещение участков трубопровода в условиях болот, и тем самым, адекватно оценить НДС металла стенки трубы и работоспособность конструкции.

Для оценки работоспособного выборочно восстановленного трубопровода в мерзлых грунтах рассмотрены различные случаи, характеризующие положение отремонтированного участка при изменении несущей способности грунтов (рис. 4).

Н Н D h а) D в) D б) Рис. 4 Смещение трубы вверх после выборочного ремонта а) Труба полностью в грунте; б) труба частично заглублена D>H>0,5D;

в) труба частично заглублена 0,5D>H>+ qгр = а) Реакция грунта сверху: -(h + 0,1073D) D.

гр qгр = Реакция грунта снизу: -С(U - U ) D, + U = (qсв + qгр) СD, qсв где - вес трубы диаметром D с изоляцией;

U - параметр вертикального смещения U, при котором исчезает реакция грунта снизу.

- + qгр = qгр + qгр б) При U U :, + qгр = - f1() Dсум, гр qгр = -С(U - U) Dсум, + U = -(qсв + qгр) С Dсум.

+ При U > U : qгр = qгр, R R R 1 H f1()= [ (2 - 1- )- arcsin]; = -1.

4 R qгр = qгр в) При U U :, - qгр = -С(U - U) D 1, U = -qсв.

С D 1При U > U : qгр = 0.

Значения напряжений, определяемые по заданным смещениям U трубы в грунтах с известными физико-механическими свойствами, позволяют судить о работоспособности исследуемого участка по выбранному критерию (или по разрушающему давлению).

В четвертом разделе разработаны методики, позволяющие практически реализовать полученные результаты. В предположении, что влияние как случайных, так и износовых факторов на длительность эксплуатации трубопровода удовлетворительно описывается распределением Пуассона, дан алгоритм определения вероятности безотказной работы выборочно восстановленного трубопровода.

Поскольку данная вероятность зависит от выбранной стратегии ремонтных мероприятий, то ее количественная оценка позволила провести технико-экономический анализ различных стратегий выборочного ремонта для выбора наиболее рационального по надежностностоимостным показателям варианта.

В соответствии с математической моделью оценки работоспособности трубопровода после выборочного ремонта, остаточный ресурс магистрали на момент времени t составляет:

t fT (t)= K(0) (t)+ Z (u)T (t - u)du. (6) T Первое слагаемое в зависимости (6) описывает состояние конструкции до проведения выборочного ремонта. Второе слагаемое – число участков, не достигших предельного состояния ко времени t из отремонтированных на момент времени U.

Pages:     | 1 || 3 |






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