Введение к работе
з
Актуальность проблемы
В настоящее время в Российской Федерации эксплуатируется свыше 260 тысяч километров магистральных трубопроводов, транспортирующих газ, нефть и нефтепродукты. При такой протяженности приходится преодолевать большое количество естественных и искусственных препятствий, участки пересечения через которые принято называть трубопроводными переходами.
Трубопроводные переходы в области сооружения и эксплуатации занимают особое место, поскольку относятся к наиболее ответственным и потенциально опасным участкам. Несмотря на принимаемые меры, вопрос аварийности на объектах магистральных трубопроводов продолжает оставаться актуальным. Поэтому к их надежности предъявляют высокие требования, так как даже незначительные повреждения с потерей герметичности приводят к тяжелым экологическим последствиям. Улучшение качества проектирования и строительства трубопроводных переходов и применение более совершенных их форм, несомненно, приведет к повышению надежности трубопроводного транспорта в целом.
Одним из путей решения проблемы повышения надёжности трубопроводов является использование новых эффективных научно обоснованных технологий строительства трубопроводных систем. Как показывает многолетний опыт эксплуатации, подводные переходы при траншейной их прокладке зачастую оказываются не столь надежными и являются дорогими, при этом основная часть затрат приходится на текущие обследования и дальнейшие работы по ликвидации оголений, провисаний трубопроводов и проведение берегоукрепительных мероприятий. Стоимость производства работ методами наклонно-направленного бурения и микротоннелирования, получившими в последние годы широкое признание, на 40-50% выше, чем при траншейном способе. Оба метода достаточно трудоемки и имеют немалые ограничения на производство работ. Таким образом, не всегда целесообразно использовать традиционный
заглубленный способ прокладки, а зачастую проще и дешевле проложить трубопровод поверху, возводя надземные трубопроводные переходы. Их основными достоинствами являются: возможность визуального контроля над состоянием трубопровода и опор; безопасность и надежность эксплуатации трубопровода при прохождении трассы в сложных гидрогеологических условиях; отсутствие необходимости ведения строительно-монтажных работ в русле реки, что важно с точки зрения экологической безопасности и пр.
При прокладке трубопроводов различного назначения около 90% препятствий встречаются шириной от 10 до 100 м, для их пересечения наиболее рациональными являются балочные трубопроводные переходы, от эффективности использования которых зависит работоспособность линейной части трубопровода в целом. Надежность трубопроводного перехода определяется не только конструктивным исполнением, но и его напряженно-деформированным состоянием (НДС).
В последнее время проведено мало теоретических и экспериментальных исследований по повышению несущей способности строительных конструкций, в связи с чем четких и апробированных решений по ряду вопросов нет.
Таким образом, оценка НДС балочных переходов трубопроводов является актуальной проблемой трубопроводного транспорта, решение которой имеет большое производственное значение.
Цель работы
Повышение несущей способности балочных переходов газонефтепроводов на основе совершенствования принципов прокладки и существующих опорных конструкций.
Задачи исследования:
-
Анализ конструктивных решений и методов их расчета с целью получения равнопрочной конструкции балочного трубопроводного перехода.
-
Разработка программы для расчета напряженно-деформированного состояния и рационального высотного положения опор многопролетных балочных переходов трубопроводов, выполненных по неразрезной схеме прокладки.
-
Экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния балочных переходов газонефтепроводов и анализ его несущей способности на действие статической нагрузки, оценка влияния вертикального регулирования опор на напряженное состояние рассматриваемых конструкций.
-
Оценка напряжённо-деформированного состояния воздушного перехода магистрального трубопровода в промышленных условиях при изменении высотного положения и конструкции опор.
Методы решения поставленных задач
Теоретические исследования выполнены с использованием методов строительной механики и математического анализа. Результаты теоретических исследований подтверждены значениями напряжений, полученными при выполнении экспериментальных исследований на модельной установке. Произведены прочностные расчеты на действующем переходе, полученные результаты сопоставлены с измеренными значениями.
Научная новизна:
-
Повышение несущей способности балочного трубопроводного перехода путем создания равнопрочной конструкции за счет изменения схемы прокладки, позволяющее снизить общий уровень напряжений, возникающих в трубопроводе, до 30%.
-
Определено и экспериментально подтверждено результатами численного анализа рациональное высотное положение опор, обеспечивающее равенство изгибающих моментов в пролетных и опорных сечениях перехода.
-
Показана возможность оперативного регулирования положения опор в период эксплуатации балочного перехода, обеспечивающего снижение напряженно-деформированного состояния трубопровода за счет использования их усовершенствованной конструкции.
На защиту выносятся:
Результаты теоретических и экспериментальных исследований, технические решения, направленные на повышение несущей способности балочных трубопроводных переходов, в виде усовершенствованной конструкции опоры.
Практическая значимость и реализация результатов работы
-
Разработанная программа BCPOptimize имеет Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013611326 от 09.01.2013 г. и используется при выполнении оценочных расчетов переходов и в учебном процессе.
-
Результаты исследования влияния высотного положения опор на напряженно-деформированное состояние балочного трубопроводного перехода, а также алгоритм расчета напряженного состояния использованы в рамках проведения экспертизы промышленной безопасности балочного (воздушного) трубопроводного перехода магистрального газопровода Челябинск-Петровск 0 1420 мм через р. Юрюзань на 249 км (декабрь 2012 г.).
-
Получено положительное решение на патент «Опора трубопровода», заявка №2013125017/03(036756) от 29.05.2013 г., предложенный к использованию при капитальном ремонте существующего промышленного трубопроводного перехода.
-
Разработанная экспериментальная установка «Исследование напряженно-деформированного состояния балочного трубопроводного перехода» и технология определения напряженного состояния используются при проведении лабораторных и практических занятий по дисциплинам «Сооружение и ремонт газонефтепроводов», «Прочность и устойчивость трубопроводных конструкций», а также при подготовке выпускных квалификационных работ бакалаврами направления подготовки 130500 «Нефтегазовое дело».
Апробация результатов работы
Основные положения и результаты работы докладывались на 62-й, 63-й научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых Уфимского государственного нефтяного технического университета (Уфа, 2011, 2012 гг.); Международной научно-технической конференции «Нефтегазовая энергетика - 2011», г. Ивано-Франковск, Украина; VII Международной научно-технической конференции «Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта», г. Новополоцк, Беларусь, 2011 г.;
VIII международной учебно-научно-практической конференции
«Трубопроводный транспорт» (2012 г.) г. Уфа.
Публикации
По теме диссертационного исследования опубликовано 14 работ, в том числе свидетельство о регистрации программы для ЭВМ, положительное решение о выдаче патента на полезную модель, 4 статьи 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
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 168 наименований, четырех приложений. Содержание работы изложено на 176 страницах машинописного текста, включая 52 рисунка и 19 таблиц.
