Введение к работе
Актуальность проблемы.
Согласно «Энергетической стратегии России» предприятиям нефтяной и газовой промышленности предписывается внедрять в производственный процесс машины и агрегаты, позволяющие рационально использовать природные ресурсы, а также минимизировать отрицательное воздействие технологических процессов на окружающую среду.
На территории Западной Сибири, являющейся крупнейшим поставщиком нефти в Российской Федерации, общие потери легких фракций углеводородов ежегодно только в Тюменской области достигают 600 тыс. тонн, и в настоящее время наблюдается тенденция роста Это ведет к снижению качества хранимого продукта, повышению уровня пожаро- и взрывоопасное процессов слива и налива жидких углеводородов, а также загрязнению окружающей среды ценнейшими нефтяными фракциями
Появление новых композитных материалов позволяет для борьбы с испарениями проектировать и активно внедрять в производство комбинированные конструкции резервуаров, состоящие из жесткостенного бассейна и помещенной внутрь него гибкой синтетической емкости, изменяющей свою форму при осуществлении сливо-наливных процессов При этом сокращаются вредные выбросы и пожарная опасность технологических процессов, решается проблема стратегического хранения продукта без потери его качества.
Надежная эксплуатация комбинированных резервуарных конструкций невозможна без оценки технического и напряженного состояния стенок и днища несущих элементов сооружения, возникающих от эксплуатационных нагрузок
Вопросу оценки напряженно-деформированного состояния гибких конструкций посвящено значительное количество работ различных авторов* Аксель-рада Э Л, Болотина В В., Винокурова С Г., Вольмира А.С., Галимова К 3 , Ильина В П Однако анализ публикаций показал, что разработанные методы расчета требуют тонких оценок сходимости, устойчивости и точности решения, а также трудноприменимы при поисковых исследованиях, когда форма конструкции еще не устоялась и может изменяться В этом случае требуется решение оптимизационной задачи, которая имеет нелинейную целевую функцию и нелинейные ограничения и на каждом шаге оптимизации необходимо проводить анализ напряженного и деформированного состояния оболочки, удовлетворяя
при этом и краевые условия. Поэтому разработка методик, позволяющих определять форму и напряженное состояние резервуаров переменного объема при осуществлении процессов хранения, слива и налива, пригодных для реализации в электронно-вычислительных системах, является актуальной задачей.
Цель диссертационной работы. Оценка и контроль напряженно-деформированного состояния и формы конструктивных элементов резервуар-ных конструкций переменного объема
Основные задачи исследований.
-
Получение аналитических зависимостей формы гибкой несущей оболочки от степени ее заполнения и действующих нагрузок.
-
Разработка расчетной схемы и конечно-элементной модели гибкой цилиндрической емкости, позволяющих определять напряженно-деформированное состояние при хранении и сливо-наливных операциях.
3. Разработка методики определения деформации формы емкости переменного внутреннего объема в зависимости от степени ее заполнения и физико-химических свойств хранимого продукта
4 Выполнение моделирования резервуарных конструкций переменного объема при различных параметрах для оценки адекватности разработанных математических моделей.
Научная новизна работы.
1. Установлена зависимость между радиусом кривизны конечного элемента оболочки и нагрузками, действующими на нее при осуществлении процессов хранения, слива и налива, положенная в основу построения конечно-элементной модели.
-
Получены аналитические зависимости напряженно-деформированного состояния напряженной цилиндрической конструкции от нагрузок, позволяющие на стадии проектирования определять ее профиль
-
Разработаны алгоритмы построения профиля и определения напряженно-деформированного состояния стенки, а также проведения on-line мониторинга гибкой цилиндрической конструкции в процессе осуществления основных технологических операций
-
Разработана методика расчета профиля гибкой цилиндрической емкости переменного объема для хранения нефти и нефтепродуктов, позволяющая на стадии проектирования определять оптимальные геометрические параметры конструкции
Практическая ценность работы.
Полученные аналитические зависимости позволяют проектным организациям на стадии разработки определить профиль гибкой резервуарной конструкции переменного внутреннего объема и рассчитать нагрузки, действующие на нее Разработана прикладная программа для расчета профиля гибкой цилиндрической конструкции и определения напряженно-деформированного состояния ее стенки, позволяющая операторам и диспетчерам служб эксплуатации, с использованием современных информационных технологий, в режиме реального времени осуществлять контроль за техническим состоянием резервуарной конструкции при проведении основных технологических операций
Апробация работы.
Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-технических конференциях и семинарах различного уровня.
- всероссийского Конкурсе молодежи ОАО «АК «Транснефть» на лучшую на
учно-техническую разработку «Проблемы трубопроводного транспорта нефти»
(Тюмень, 2005г.), учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный
транспорт-2005» (Уфа, 2005, 2006 г), Конкурсе молодых ученых и специали
стов на лучшую научно-техническую разработку ОАО «ЛУКОЙЛ» (Москва,
2007 г),
- международного научно- технической конференции «Интерстроймех»
(Тюмень, 2005 г), научно-технической конференции «Надежность и безопас
ность магистрального трубопроводного транспорта» (Новополоцк, 2006 г), на
учно-технической конференции «Геотехнические и эксплуатационные пробле
мы нефтегазовой отрасли» (Тюмень, 2007 г)
Публикации.
По материалам работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 в журналах, рекомендованных ВАК РФ
Структура и объем работы.
