Введение к работе
Диссертационная работа посвящена оценке прочности элементов магистральных трубопроводов (нефте- и газопроводов) на основе натурных и лабораторных испытаний.
Актуальность. Современный магистральный трубопроводный транспорт представляет собой сложный комплекс инженерных сооружений. Основным звеном этого комплекса является линейная часть, т.е. собственно трубопровод, состоящий из труб, тройников, запорной арматуры и других элементов, которые работают под воздействием давления перекачиваемого продукта.
Нарушение прочности элементов трубопровода наносит большой ущерб народному хозяйству, так как вызывает загрязнение окружающей среды, простой в работе трубопроводов, перебой в работе добывающих и перерабатывающих предприятий.
Только прямой ущерб экологии при аварии магистрального нефтепровода может составлять миллиарды рублей.
В связи с интенсивным освоением новых месторождений нефти в отдаленных и труднодоступных районах Союза, ростом протяженности нефтепроводов большого диаметра и увеличением их единичной мощности к началу 70-х годов сложилась критическая ситуация с обеспечением их работоспособности из-за высокой аварийности.
Кроме того, в трубопроводном транспорте остро встает вопрос об обосновании инженерных мероприятий по восстановлению ресурса для длительно эксплуатируемых нефтепроводов с учетом частично исчерпавшегося ресурса за счет накопления макро- и микродефектов.
Особое беспокойство вызывает и вызывало обеспечение безопасности в промышленных и экологически опасных зонах
таких диагностических мероприятий (до недавнего вре единственный способ проверки надежности трубопровода), гидравлические переиспытания (переопрессовки).
Эти инженерные мероприятия требуют реш нескольких взаимосвязанных сложных проблем:
- применение комплекса средств локальной диагнос
для уточнения вида и параметров дефекта, а также хараь
старения материала;
определение остаточного ресурса аварийного участка наличии выявленных дефектов;
Выбор ОПТИМаЛЬНОЙ реМОНТНОЙ КОНСТРУКЦИИ И TeXHOJ
ремонта;
- прогноз остаточного ресурса с учетом выбра
ремонтной конструкции.
Совокупность перечисленных выше проблем может решена только на основе комплексного применения совремеї расчетных методов и натурных экспериментов с использова целенаправленно разработанных и скомпонованных обору; ния, методических, программных и аппаратных средств.
Состояние вопроса.
Расчет на прочность магистральных трубопрої традиционно производился по методу предельного состой которое определяется прочностью труб на разрыв от дейс внутреннего статического давления. В качестве оснс расчетной схемы при оценке прочности труб при тонкостенная оболочка, находящаяся под давлением. Казг бы, если труба выдерживает внутреннее давление, вызывав напряжением в стенке порядка напряжения-времеї сопротивления, то работоспособность в трубопроводе да трубы обеспечена, т.к. эксплуатационное напряжение, обу<
десятилетии этого периода (с 1961 по 1970 г.г.), когда произошло 68 случаев разрушения или 80% от общего числа разрушений за весь 20-ти летний срок с 1950 г. Это обстоятельство, наряду с предпринятыми в 1957 году повышением рабочего давления в нефтепроводах, является следствием проявления малоцикловых разрушений действующих трубопроводов, накопивших усталостные повреждения в трубах при повторно-статическом воздействии рабочего давления.
На основании изложенного можно заключить, что при оценке прочности сварных труб большого диаметра и сварных элементов из них следует считаться с явлениями малоцикловой усталости. Необходима постановка специальных исследований для выяснения действительных условий нагружения нефтепроводов и основных закономерностей процесса разрушения сварных труб и других элементов линейной части нефтепроводов при малоцикловом нагружении с целью оценки несущей способности трубопроводов по критерию сопротивления малоцикловому разрушению.
Данная работа, начатая по инициативе Главтранснефти МНП СССР и поддержанная ГКНТ СМ СССР, АН СССР, проводилась с 1973 г. и имела следующие цели:
анализ эксплуатационных условия магистральных нефтепроводов и характера их разрушения;
разработка нагружающего комплекса и методов испытаний элементов трубопроводов, адекватных эксплуатационному нагружению;
- исследование напряженно-деформированного состояния элементов магистральных трубопроводов при статическом и повторно-статическом нагружении с учетом концентрации напряжений и наличия моментных зон;
- разработка основ метода оценки долговечности нефте
водов и восстановления ресурса поврежденных элементов.
Научно-техническая новизна.
Впервые сконструированы и созданы специальные ст* для натурных испытаний труб большого диаметра в реи статического и повторно-статического нагружения, имитирук эксплуатационные режимы магистральных нефтепроводов.
Разработаны и защищены авторскими свидетельств технологические процессы сварки на действующих нефте водах.
Предложен способ оценки ресурса прочности большого диаметра по выявленным устойчивым призн; акусто-эмиссионного сигнала.
Практическая значимость диссертационной pal состоит прежде всего в том, что на основе ее результ сформулирован комплекс мероприятий, позволяющий:
- прогнозировать прочность сварных труб в эксплуатац
ных условиях;
проводить безопасные гидравлические испыт, длительно эксплуатируемых нефтепроводов (переопрессово* работы), проходящих через крупные населенные и промыш ные зоны;
- восстанавливать ресурс поврежденных элементов м
стральных нефтепроводов.
На основе полученных результатов разработана и внед в Верхне-Волжском управлении магистральными нефтепроЕ ми инструкция по ликвидации повреждений линейной ч нефтепровода, а также разработаны и внедрены че'
стандарта предприятия по экспертным испытаниям элементов нефтепроводов и сосудов, работающих под давлением.
Внедрение результатов работы в практику нефтепро-водного транспорта позволило добиться существенного снижения аварийности нефтепроводов из-за малоцикловой усталости по причине заводских дефектов, брака строительно-монтажных работ, механических повреждений стенки трубы. Так интенсивность отказов на 1000 км трубопровода по этим причинам снизилась с 2.07 в 1971 году до 0.4 в 1987 году, т.е. более, чем в 5 раз.
Апробация работы. Материалы диссертации обсуждались на III Всесоюзном симпозиуме по механике разрушения (Житомир, 1990), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Волжской государственной академии водного транспорта (Н. Новгород, 1974-1983 г.г.), городском научном семинаре "Волновые задачи механики" (под рук. д.ф.-м.н. Ерофеева В.И. и д.ф.-м.н. Крысова СВ., Н. Новгород, 1987).
В полном объеме диссертация докладывалась на научных семинарах: института проблем машиноведения РАН (под рук. д.ф.-м.н. Индейцева Л.А., С- Петербург, 1995); отдела волновой динамики машин Нижегородского филиала института машиноведения РАН (под рук. проф. Весницкого А.И., Н.Новгород, 1995). Материалы диссертации входили в цикл работ "Защита окружающей природной среды за счет снижения аварийности магистральных нефтепроводов и продления их ресурса", выдвинутого в 1989 г. на соискание премии министерства нефтяной промышленности СССР.
Разработанный автором стенд для натурных испытаний труб большого диаметра демонстрировался в экспозициях
павильона "Нефтяная промышленность" ВДНХ СССР и удостоен серебряной (1988 г.) и бронзовой (1987 г.) медалей.
Публикации. Основные положения диссертации опубл ваны в 7 печатных работах; по результатам выполненных ис дований получено 15 авторских свидетельств на изобретения.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключен списка литературы, содержащего 142 наименования.