WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

МЯСНИКОВ ВЛАДИМИР АНАТОЛЬЕВИЧ ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ КОНСТРУКТИВНОЙ НАДЕЖНОСТИ ДЛИТЕЛЬНО ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ 25.00.19 – Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ А в т о р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень, 2004 г.

Работа выполнена в Тюменском государственном нефтегазовом университете

Научный консультант: доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ Иванов В. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Тарасенко А.А.

кандидат технических наук Дорофеев М.С.

Ведущая организация: ОАО «Нефтегазпроект»

Защита состоится 6 июля 2004 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.273.02 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу:

625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменского государственного нефтегазового университета

Автореферат разослан 5 июня 2004г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор технических наук, профессор С. И. Челомбитко 2

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследований Созданная в России крупнейшая система нефтегазоснабжения, не имеющая аналогов в мировой практике, включает нефтяные и газовые месторождения, многониточную нефтегазотранспортную систему с многоцеховыми компрессорными и насосными станциями. При этом 94% газа добывается на действующих и новых месторождениях Западной Сибири и лишь 6% в других регионах страны. В зависимости от объёмов добычи газа только на территории Тюменской области необходимо эксплуатировать от 20 до 29 магистральных газопроводов. Крайне интенсивна и загрузка нефтепроводов Западной Сибири, обусловленная концентрацией потоков из этого региона. Одновременно с этим трубопроводы стареют, часть их отрабатывает нормативный срок службы и возникает проблема адекватной оценки работы существующей нефтегазотранспортной системы с отражением особенностей её эксплуатации за последние годы. До последнего времени заключение о промышленной безопасности трубопровода выдавалось в соответствии с действующими нормативными документами.

Однако такой подход означает, что более половины трубопроводов следует немедленно остановить и вывести из эксплуатации из-за того, что они содержат те или иные отклонения от нормативных требований. При таком подходе не учитывается фактическая опасность обнаруженных дефектов или других отклонений от норм для конкретного трубопровода с учётом особенностей его эксплуатации.

Противоречие между длительно эксплуатируемыми трубопроводами и нормативными требованиями имеет следующие основные причины:

- с течением времени металл стенки трубы претерпевает изменения (появляются и исчезают дефекты, охрупчивается материал и т.д.);

- изменяются условия эксплуатации трубопроводов (объёмы транспортировки продукта, рабочее давление);

- в соответствии с уровнем развития техники и технологий изменяются нормативные требования.

Для разрешения данного противоречия необходимо, во-первых, принципиально изменить концепцию эксплуатационной надежности и безопасности. Во-вторых, разработать специальную нормативную базу для оценки безопасности трубопроводов, особенно тех, чей срок службы превышает 20-25 лет. Для этого следует выполнить следующий комплекс исследований: проанализировать техническое состояние магистральных трубопроводов с учётом негативных факторов эксплуатации; разработать количественные критерии и методы оценки надёжности длительно функционирующих магистралей, в том числе и в сложных условиях; на основе данной оценки сформировать методику принятия решений о дальнейшей эксплуатации линейных участков. Реализации перечисленных исследований посвящена данная работа, тема которой, в связи с изложенным выше, несомненно, является актуальной.

Целью работы является разработка методов расчёта работоспособности длительно эксплуатируемых трубопроводов для обеспечения безопасности систем трубопроводного транспорта энергоресурсов Западной Сибири.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать влияние негативных факторов на техническое состояние трубопроводов при длительной эксплуатации в условиях Западной Сибири;

- разработать методику оценки напряжённо - деформированного состояния трубопроводов, учитывающую региональные особенности;

- разработать аналитические методы, позволяющие рассчитать устойчивость трубопровода при изменении условий эксплуатации и переменности продольных усилий на исследуемом линейном участке;

- разработать математическую модель оценки конструктивной надёжности (работоспособности) трубопроводов по прочности и устойчивости.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработаны методы расчёта напряжённо-деформированного состояния трубопровода, учитывающие изменение величины нагрузок во времени и по длине линейно-протяжённой конструкции;

- разработаны методики определения прочности и устойчивости трубопроводов Западной Сибири при изменении эксплуатационных условий;

- создана аналитическая модель для оценки работоспособности трубопроводов, длительно эксплуатируемых в сложных условиях, позволяющая учесть требования по прочности и устойчивости конструкции.

Практическая ценность и реализация проведённых исследований:

В результате проведённых исследований разработанная методика расчёта параметров конструктивной надёжности длительно эксплуатируемых трубопроводов позволяет формировать адекватные программы перспективной эксплуатации и технического обслуживания магистралей Западной Сибири.

Полученные результаты могут быть использованы нефтегазотранспортными предприятиями АК Транснефть и ОАО Газпром, а также проектными организациями.

Апробация работы Основные положения диссертационной работы докладывались на научно – практическом семинаре «Транспортный комплекс 2002» (Тюмень, 2002г.), на научно – техническом семинаре ТюмГНГУ (Тюмень, 2003г.). По результатам исследований опубликовано 4 статьи.

Объёмы работы. Работа состоит из введения, четырёх глав, выводов.

Общий объём составляет 159 страниц машинописного текста, включая рисунка, 17 таблиц, список использованной литературы из 90 наименований.

Во введении показана актуальность темы, отражена научная новизна, сформулированы основные задачи исследований по проблеме количественной оценки и обеспечения конструктивной надёжности (работоспособности) трубопроводов Западной Сибири.

В первой главе проанализированы факторы, влияющие на техническое состояние трубопроводных систем, и причины разрушений магистральных трубопроводов Западной Сибири. Сделан обзор работ по исследованию несущей способности и работоспособности трубопроводов. На основании изложенного поставлены задачи исследований.

В число важнейших особенностей длительно эксплуатируемых трубопроводов Западной Сибири, возрастная структура которых представлена на рис.1, входят следующие:

- магистральные трубопроводы, поставляя нефть и газ с северных месторождений Западной Сибири в центральные районы страны и на экспорт, пересекают обширные территории со слабыми грунтами (болота, мерзлые грунты). Однако методология расчёта магистральных трубопроводов в слабых грунтах на прочность, деформативность и общую устойчивость в продольном направлении с учётом неравномерной осадки трубы пока не получила широкого применения в проектных институтах. По этой причине нефтегазопроводы прокладываются без достаточного расчётного обоснования, что влияет на безопасность их эксплуатации;

Более До 10 лет До 20 лет;

лет 14% 22% 20% Более лет; 45% 21-33 лет 23% 20 - 11-20 лет лет; 35% 41% Рис. 1. Структура трубопроводов по возрасту а) магистральных газопроводов; б) магистральных нефтепроводов - в процессе многолетней эксплуатации магистральных трубопроводов происходят изменения физико-механических свойств металла стенки трубы.

Общий характер изменения свойств стали выглядит следующим образом:

повышаются предел текучести и предел прочности при растяжении;

уменьшаются относительное удлинение и сужение; повышается твёрдость;

снижается ударная вязкость и повышается температура перехода стали в хрупкое состояние. Помимо прочего, ряд сталей, имеющих сравнительно грубую структуру и содержащие большое количество примесей, подвержены процессу старения. Старение дифференцируется на естественное, протекающее медленно и длящееся много лет, и деформационное, протекающее значительно быстрее и характеризующееся эффектами упрочнения и охрупчивания;

- под воздействием повторно-статического нагружения внутренним потоком транспортируемого продукта металл стенки трубы испытывает циклические изменения напряжений, что интенсифицирует развитие дефектов и приводит к так называемой усталости металла. При повторностатическом (циклическом) нагружении развитие пластических деформации идёт опережающими темпами в поверхностных слоях металла, а затем локализуется в окрестностях механического повреждения, являющегося концентратором напряжений;

- особое место среди внешних воздействий, оказывающих наибольшее влияние на эксплуатационную надёжность трубопроводов Западной Сибири занимает наружная коррозия, на долю которой приходится большой процент аварий. Относительно нефтепроводов это обусловлено тем, что многие из них были изолированы битумом, срок защиты которого составляет 12-15 лет, часть труб, изолировалась изоляционной лентой, срок защиты которой – лет. В результате на всех нефтепроводах, построенных раньше 1980 года (их 85%) требуется заменить изоляцию. Что касается магистральных газопроводов, то рост темпов их из сооруженных с середины 60-х годов привёл к тому, что плёночные покрытия из-за простоты технологии нанесения и низкой трудоёмкости стали основными на строительстве. В настоящее время 65% газопроводов имеют полимерную плёночную изоляцию, которая, к тому же, не всегда качественно наносилась строителями и, в целом, не может обеспечивать требуемый уровень антикоррозийной защиты, поскольку через 8-10 лет теряет свои свойства.

Таблица Аварии на нефтепроводах АК «Транснефть», кол-во/процент 1996 г. 1997 г. 1998 г.

Количество отказов/процент 63/100 25/100 23/Коррозия 19/30 7/28 5/Заводской дефект 2/3 0 5/Строительно-монтажные дефекты 12/19 9/36 7/Механические повреждения 4/6 5/20 3/Ошибки эксплуатации 0 2/8 3/Повреждения сторонними 20/32 2/8 организациями Отказ оборудования 6/10 0 Таблица Динамика аварийности на магистральных нефтепроводах (включены категорированные аварии – с выходом нефти более 1 т) Годы Протяжённость Число Число аварий нефтепроводов, км аварий на 1000 км 1 2 3 1985 62,2 (СССР) 27 0,1986 64,2 (СССР) 24 0,1987 64,1 (СССР) 16 0,1988 65,9 (СССР) 25 0,1989 66,3 (СССР) 17 0,1990 66,7 (СССР) 17 0,(по России 0,27) 1991 49,7 (Россия) 10 0, Продолжение таблицы 1 2 3 1992 49,7 (Россия) 10 0,1993 49,7 (Россия) 12 0,1994 49,7 (Россия) 6 0,1995 49,6 (Россия) 7 0,1996 49,6 (Россия) 10 0,1997 49,0 (Россия) 3 0,1998 48,9 (Россия) 3 0,1999 48,6 (Россия) 3 0,В зависимости от степени влияния различных факторов существуют различные механизмы разрушения и, соответственно, причины аварий на нефтегазопроводах.

Данные об основных причинах и динамике аварийности на магистральных нефтепроводах приведены в таблицах 1 и 2.

Как следует из таблиц, в последние годы общее число аварий снижается, что обусловлено развитием внутритрубной диагностики. При этом остаётся относительно высоким число аварий, вызванных разрушением труб от дефектов, имеющих сварочное происхождение или примыкающих к сварным швам участков трубы, что объясняется трудностью обследования сварных соединений.

Распределение приведённой к общей протяжённости ЕСГ аварийности газопроводов ОАО «Газпром» больших диаметров по возрасту представлена на рис.2. При анализе относительных показателей аварийности по эксплуатационным организациям (число аварий в год на 1000 км), приведённых к общей протяжённости ЕСГ, получено, что наибольший поток отказов составил: на газопроводах ООО «Севергазпром» - 0,0380; ООО «Тюментрансгаз» - 0,0107 и ООО «Пермтрансгаз» - 0,0093. В основном эти отказы вызваны стресс – коррозией. При рассмотрении статистики «чисто коррозионных» и стресс – коррозионных аварий (рис.3) было выявлено некоторое нарушение закономерности динамики аварийности вблизи наибольшего возраста стресс-коррозии (22-24 года), что, по всей вероятности, обусловлено ошибками в идентификации природы коррозии.

Анализ аварий на нефтегазпроводах показывает, что размеры разрушения труб нефтепроводов в длину не превышают 3-5 диаметров трубы, на газопроводах разрушение может распространяться на десятки и сотни метров. Основная часть разрушений происходит на сварных соединениях. По механизмам и физической природе разрушения трубопроводов можно подразделить на: статические, квазистатические, усталостные разрушения, коррозионный износ, коррозионно – механические растрескивание, сероводородные растрескивания. В целом разрушения вызываются совпадением нескольких причин, вызванных чаще всего изменением конструктивных параметров трубопровода при эксплуатации.

Сложные условия Западной Сибири значительно интенсифицируют процесс влияния негативных факторов, что вызывает необходимость адекватной оценки напряжённо деформированного состояния (НДС) трубы с учётом региональных временных воздействий и определению на этой основе, уровня конструктивной надёжности (работоспособности) линейно протяжённой конструкции.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






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