Напряженно-деформированное состояние и обеспечение прочности тройников подземных трубопроводов Хасанов, Рустям Рафикович

Введение к работе

Актуальность проблемы

Трубопроводный транспорт является важнейшей составляющей топливно-энергетического комплекса страны. На территории Российской Федерации эксплуатируются десятки тысяч километров магистральных нефтепроводов, нефтепродуктопроводов и газопроводов. Общая протяженность магистральных трубопроводов в стране составляет свыше 248 тысяч километров. В этой системе тройники являются одной из наиболее распространенных и часто используемых деталей.

В настоящее время существует большое разнообразие конструкций и современных технологий изготовления тройников, направленных на повышение прочности и надежности. Тем не менее тройники, подвергающиеся в процессе эксплуатации значительным статическим и динамическим нагрузкам, остаются наиболее напряженными и, как следствие, потенциально опасными элементами трубопроводной системы.

Одной из основных причин отказов на подземных тройниках являются большие нагрузки, возникающие в результате линейных перемещений прилегающих трубопроводов под действием внутреннего давления продукта и изменения температуры стенки труб.

Значительное влияние на прочность и надежность тройника также оказывает:

действие грунта засыпки как механическое, происходящее вследствие уплотнения, так и электрохимическое, в случае повреждения изоляции;

действие перекачиваемых агрессивных сред, которое приводит к изменению структуры металла трубы.

К не менее существенным негативным факторам можно отнести ошибки проектировщиков, брак, допущенный при строительно-монтажных работах, дефекты и неисправности, накапливаемые за период эксплуатации. Все эти обстоятельства накладываются друг на друга и на сложную пространственную

конструкцию тройника.

Согласно статистическим данным среди оборудования трубопроводного транспорта наиболее высокой является интенсивность отказов на тройниках. Так, например, количество нештатных ситуаций на тройниках значительно больше, чем на оборудовании, имеющем движущиеся элементы (вентили и вращающиеся детали насосов). Поэтому теоретические исследования и конструкторские разработки, направленные на обеспечение прочности тройников, являются крайне актуальными.

Цель работы: снижение риска возникновения нештатных и аварийных ситуаций на тройниках подземных трубопроводов на основе совершенствования технологии мониторинга напряженно-деформированного состояния (НДС) металла и использования стабилизирующих и компенсирующих устройств.

Задачи исследования

1. 1. Анализ методов исследования напряженного состояния металла тройников. Разработка классификации методов исследования напряженного состояния металла тройников.

   2. Оценка влияния основного трубопровода и трубопровода-отвода на напряженно-деформированное состояние металла в патрубковой зоне подземного тройника.

   3. Разработка беспроводной закладной контрольно-измерительной аппаратуры (ЗКИА) для мониторинга напряженного состояния подземных тройников; исследование проводимости грунтом радиосигналов, лежащих в основе работы устройства; оценка адекватности функционирования прибора и точности измерений.

   4. Экспериментальные исследования влияния конструкций стабилизирующего и компенсирующего устройств на картину напряженного состояния металла тройника в патрубковой зоне.

   Научная новизна

   1 Установлены эмпирические зависимости, позволяющие оценить влияние осевых продольных нагрузок, действующих на тройник со стороны магистрали и отвода, на значения максимальных напряжений в патрубковой зоне.

   2 Построены карты напряжений металла в патрубковой зоне тройника при использовании конструкции жесткофиксирующего железобетонного стабилизатора и компенсатора на основе упругодеформируемого материала.

   На защиту выносятся: результаты теоретических и экспериментальных исследований, технические решения, направленные на обеспечение эксплуатационной прочности и надежности тройников подземных трубопроводов, в виде разработанной беспроводной закладной контрольно- измерительной аппаратуры, комплекса стабилизирующих и компенсирующих устройств, выводы и обобщения.

   Практическая ценность

   1. 4. 1. Предлагаемый способ и технология монтажа железобетонного стабилизатора внедрены в производство и используются ЗАО «Ордена Ленина трест «Нефтепроводмонтаж». Разработана «Технологическая карта монтажа железобетонного стабилизатора на тройниковом узле подземного трубопровода».

         2. На разработанные конструкции железобетонного стабилизатора и компенсатора получены патенты на полезные модели №96212 «Стабилизатор механических напряжений» и №111240 «Комплексное компенсирующее устройство трубопровода» соответственно.

         3. Монография «Напряженно-деформированное состояние и обеспечение надежности тройников подземных трубопроводов», написанная по материалам исследований, применяется в учебном процессе в УГНТУ.

         4. Разработанный экспериментальный стенд «Исследование напряженно- деформированного состояния подземных тройников» и технология проведения испытаний используются при проведении лабораторных занятий по дисциплине «Сооружение и ремонт газонефтепроводов», а также при подготовке выпускных квалификационных работ бакалаврами направления подготовки 130500 «Нефтегазовое дело».

         Апробация работы

         Основные положения работы докладывались на следующих конференциях: V Международная учебно-практическая конференция «Трубопроводный транспорт - 2009», 2009 г.; 61-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ, 2010 г.; VI Международная учебно-практическая конференция «Трубопроводный транспорт - 2010», 2010 г.; 62-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ, 2011 г.; Международная научно- практическая конференция «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» в рамках Нефтегазового форума «Газ. Нефть. Технологии - 2011», 2011 г.; региональный научно-технический семинар «Современные проблемы разработки и внедрения АСУ ТП в нефтегазовом комплексе», 2011 г.; VII Международная учебно- практическая конференция «Трубопроводный транспорт - 2011», 2011 г.; Международная научно-практическая конференция «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» в рамках Нефтегазового форума «Газ. Нефть. Технологии - 2012», 2012 г.; 63-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ, 2012 г.; Всероссийская научно - практическая конференция студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов «Новые технологии - нефтегазовому региону», 2012 г.

         Публикации

         По материалам диссертации опубликовано 22 работы, в том числе одна монография, три патента на полезные модели, восемнадцать статей и тезисов, из них семь статей в научно-технических журналах, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации в соответствии с требованиями ВАК Минобразования и науки РФ.

         Структура и объем работы

         Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций; содержит 180 страниц машинописного текста, в том числе 20 таблиц, 89 рисунков и 2 приложения, библиографический список из 115 наименований.

         Похожие диссертации на Напряженно-деформированное состояние и обеспечение прочности тройников подземных трубопроводов

         

         Методология оценки технического состояния и обеспечения работоспособности подводных трубопроводов Березин Леонид Всеволодович

         

         Обеспечение работоспособности проектируемых трубопроводов путем усовершенствования метода прочностного расчета по предельному состояниюХохлова, Ирина Александровна

         

         Научные основы расчета напряженно-деформированного состояния трубопроводов, проложенных в сложных инженерно-геологических условияхЗарипов Раиль Муталлапович

         

         Развитие методов оценки напряжённого состояния подземных трубопроводовШАДРИН ВАЛЕРИЙ СЕРГЕЕВИЧ

         

         Контроль деформированного состояния надземных трубопроводов в криолитозонеВитченко Антон Сергеевич

         

         Напряженно-деформированное состояние полиэтиленовых трубопроводов при бестраншейной прокладке в условиях отрицательных температурЛавров Игорь Георгиевич

         

         Исследование напряженно-деформированного состояния магистральных трубопроводов с учетом условий эксплуатацииМаматкулов Абдуманноп Абдугаффарович

         

         Разработка магнитоупругого метода контроля напряженно-деформированного состояния подземных трубопроводовКулак Сергей Михайлович

         

         Совершенствование методов оценки технического состояния технологических трубопроводов по результатам диагностированияЗавьялов Алексей Петрович

         

         Определение работоспособного состояния участков стальных трубопроводов по электромагнитным диагностическим признакамИрмякова Нурия Рашитовна