Введение к работе
библиотека ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы
Повышение эффективности объектов трубопроводного транспорта (ОТТ) является одной из важнейших и приоритетных задач экономики страны, которая во многом предопределяется их пропускной способностью.
Пропускная способность ОТТ является комплексной характеристикой, зависящей от совершенства методов и технологий, применяемых на всех стадиях жизненного цикла: проектировании, строительстве и эксплуатации.
Все это вызывает необходимость совершенствования существующих и создания новых методов расчетной оценки характеристик безопасности, технологий производства, ремонта и диагностики. При этом особую значимость приобретают технологии и средства диагностики ОТТ без вьшода из эксплуатации с оперативной и адекватной оценкой их остаточного ресурса и выдачей соответствующих рекомендаций по оптимальным эксплуатационным режимам с соблюдением требований безопасности.
В указанных направлениях были определены цель и основные задачи настоящего исследования.
Работа выполнялась в соответствии с планами важнейших научно-исследовательских работ и Государственной научно-технической программой Академии наук Республики Башкортостан «Проблемы машиностроения, конструктивных материалов и технологии» п. 6.2 «Надежность и безопасность технических систем в нефтегазохимическом комплексе», а также в рамках реализации подпрограммы «Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф» (подпрограмма «Безопасность»), входящей в состав Федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения».
Цель работы - обеспечение безопасности эксплуатации ОТТ с повышенной пропускной способностью на основе разработки и внедрения усовершенствованных методов расчета на прочность, технологии сварки, прогнозирования остаточного ресурса и диагностики.
>
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:
анализ современного состояния и определение перспективных направлений обеспечения повышенной пропускной способности ОТТ;
разработка математических моделей физико-механических процессов повреждаемости базовых элементов ОТТ;
совершенствование методов расчета на прочность и оценки ресурса базовых элементов ОТТ с повышенной пропускной способностью, работающих под давлением коррозионных рабочих сред;
создание теоретических основ технологического обеспечения безопасности ОТТ с повышенной пропускной способностью;
— разработка и практическая реализация тепловизионного контроля ОТТ.
Методы решения поставленных задач
Теоретические исследования выполнены с использованием современных подходов теории коррозии и механохимии металлов, пластичности, механики разрушения, физики твердого тела, теории надежности работоспособности и безопасности трубопроводных систем.
Научная новизна результатов работы:
базируясь на эволюционно-дискретных процессах разрушения твердого деформируемого тела, обусловленных кинетикой и переходом различных структурных оболочек металла из одного термодинамического состояния в другое, в работе предложено модифицированное уравнение механической активации коррозии на всех этапах устойчивого упругого и пластического деформирования металла; данное уравнение явилось научной базой для создания усовершенствованных методов расчета на прочность и долговечность базовых элементов ОТТ с учетом коррозии;
на основе известных подходов теории пластичности неоднородных тел выполнен уточненный анализ напряженного и предельного состояний наклонных мягких и твердых прослоек в составе базовых элементов ОТТ, на основании которого произведена оценка допускаемых (оптимальных) параметров механической неоднородности, обеспечивающих необходимую работоспособность и безопасность при статическом и циклическом нагружениях базовых элементов ОТТ, а также позволяющих расчетным путем устанавливать их остаточную напряженность и дефектность после проведения гидравлических испытаний;
натурными исследованиями стальных труб доказана возможность задержки роста трещиноподобных повреждений после проведения испытаний повышенным давлением;
базируясь на многочисленных экспериментальных данных, в работе предложен и апробирован метод расчета полных диаграмм циклической повреждаемости базовых элементов ОТТ различной прочности в зависимости от остаточных напряжений, коэффициентов концентрации напряжений (ККН) и характеристик цикличности нагружения и механической неоднородности сварных кольцевых швов и др.;
установлены и описаны основные закономерности взаимосвязей между характеристиками трещиностойкости, пластичности сталей различной прочности и температурой испытаний;
разработан метод оценки степени напряженности базовых элементов ОТТ с помощью тепловизора, включающий панорамную и детальную съемку базовых элементов в эксплуатационных условиях, обработку термоизображений, расчет экспериментальных значений ККН;
- адаптирован к условиям применения в резервуарных парках метод опти
ко-эмиссионной спектрометрии для определения химического состава, марки
стали металла стенки резервуаров и трубопроводов без вывода их из эксплуата
ции; установлены аналитические зависимости между твердостью и химическим
составом сталей.
На защиту выносятся:
комплекс результатов исследований, определяющих научную и практическую ценности;
математические модели повреждаемости металла в различных условиях эксплуатации;
методы расчета на прочность и долговечность и технологического обеспечения безопасности ОТТ;
методы тепловизионного контроля диагностических параметров при испытаниях и эксплуатации ОТТ;
методы оценки балльной экспертизы и степени напряженности базовых элементов ОТТ с применением тепловизора;
- аналитическая взаимосвязь твердости и химического состава сталей.
Практическая ценность результатов работы:
— результаты выполненных исследований позволяют научно обоснованно
устанавливать параметры гидравлических испытаний и технологические свой
ства мягких кольцевых сварных швов, при которых обеспечиваются понижен
ные остаточная напряженность и дефектность базовых элементов при сохране
нии необходимого уровня безопасности эксплуатации ОТТ;
- разработанные методы определения ресурса базовых элементов ОТТ по
зволяют расчетным путем определять долговечность и устанавливать безопас
ные сроки эксплуатации ОТТ с повышенной пропускной способностью.
Некоторые полученные научные результаты апробированы на предприятиях нефтегазового комплекса России и нашли применение в практике диагностирования и экспертизы промышленной безопасности ОТТ, в частности:
«Методика экспертизы параметров дефектов вертикальных стальных резервуаров РВС» была внедрена на ОАО «Башкирнефтепродукт»;
«Методика оценки напряженно-деформированного состояния стальных резервуаров и трубопроводов с помощью тепловизора» была внедрена на ОАО «Башкирнефтепродукт», ОАО «Северные магистральные нефтепроводы», ОАО «Уралтранснефтепродукт»;
Научно-практические исследования по проведению анализа химического состава и оценке механических свойств резервуарных и трубных сталей в эксплуатационных условиях были внедрены на ОАО «Башкирнефтепродукт», ОАО «Уралтранснефтепродукт».
Разработана нормативно-методическая база по оценке ресурса безопасности объектов трубопроводного транспорта.
Апробация результатов работы
Основные положения и результаты работы докладывались на научных семинарах, Конгрессах нефтегазопромышленников России и конференциях, проведенных в УГНТУ, ГУП «ИПТЭР» и др. в период с 1996 по 2011 гг.
Работа заслушана и рекомендована к защите на расширенном заседании секции Ученого совета «Безопасность нефтегазового оборудования и трубопроводов» ГУП «ИПТЭР» (протокол № 3 от 9 декабря 2011 г.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 75 научных трудах, в том числе в 18 ведущих рецензируемых научно-технических журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка использованной литературы, включающего 271 наименование, 7 приложений. Работа изложена на 379 страницах машинописного текста, содержит 158 рисунков, 33 таблицы.
