Введение к работе
Актуальность темы диссертации.
В настоящее время природный газ стал основным продуктом не тол обеспечения энергетических потребностей человека, но и ценным химичесь сырьём для многих отраслей промышленности. Доля природного газа во всём сортименте топливно-энергетических ресурсов мира с 1985 по 1990 г. возро на 20%, а по прогнозам учёных в 2000-м году увеличится ещё на 30 - 35%.
Пропорционально этим цифрам наблюдается рост объёмов траиспо природного газа по магистральным газопроводам России.
Уже сегодня в России эксплуатируется 138,5 тыс. км магистральных зопроводов, из них диаметром 1420 мм - 50 тыс. км.
Функционирует единая система газоснабжения (ЕСГ), которая характе зуется высокой концентрацией производственных мощностей. По многоннт ным газотранспортным системам, проложенным от месторождений Западі Сибири в Европейскую часть, в едином технологическом коридоре транспор руется до 250 млрд. куб. м газа в год, а на отдельных участках трассы - до '. млр. куб. м под внутренним избыточном давлении 7,5 МПа.
Вместе с тем основные фонды газовой отрасли нашей страны: линей) часть газопроводов и компрессорные станции значительно устарели и нуждаю в реконструкции и модернизации.
По данным РАО «Газпром» объёмы ремонтно-восстановительных pai на линейной части магистральных газопроводов ( м.г. ) неуклонно растут, а в питальном ремонте нуждается треть эксплуатируемых газопроводов и около і из них требует полной замены. При этом в последние годы объёмы восстано тельных работ на м.г. становятся сопоставимыми с объёмами работ по стр> тельству новых газопроводов.
Статистический анализ аварийных ситуаций на действующих газотранспортных магистралях, выполненный по материалам расследования Главного Управления Госгазнадзора СССР Министерства газовой промышленности за период с 1962 по 1983 г., позволил получить полную реальную картину распределения среднестатистических значений отказов в процентах с выявлением причин по всем объединениям, транспортирующим природный газ по магистральным газопроводам:
Число отказов ( % )
№ Причина отказа
п\п
1 Заводской дефект труб
2 Дефект технологического оборудования
,3 Брак сварочных работ
-
Брак строительно-монтажных работ
-
Нарушение правил эксплуатации газопроводов
-
Наружная коррозия
-
Внутренняя коррозия и эрозия
-
Механические повреждения трубы
-
Нарушения правил испытания газопровода
-
Стихийные бедствия
-
Прочие
-
Всего При этом в среднем в год заменено 4539 п.м. труб, затрачено 3029 час. на
ликвидацию последствий аварий, потеряно 348 миллионов кубометров газа.
Следовательно, основная доля отказов линейной части газопроводов происходит из-за наличия дефектов в стенке стальной тонкостенной оболочки, коррозионного и эрозионного износа стали на наружной и внутренней поверхностях трубы.
В этой ситуации становится весьма актуальной и приоритетной решеї задачи по определению несущей способности и остаточного ресурса сталы оболочки магистрального газопровода с локальными или протяженными деф тами в стенке, выявленные в результате контроля её технического состоя ни помощью современных средств диагностики.
Имея полную картину напряженно-деформированного состояния ста ной оболочки в области дефекта, можно оценить её остаточный ресурс и си временно предупредить аварийную ситуацию либо путем временного снижеі избыточного внутреннего давления газа до уровня напряжений не превышакн го нормативного значения, либо путем проведения ремонтно - восстановите. ных работ на отдельных изношенных участках трассы.
Цель диссертационной работы заключается в разработке научных ось оценки несущей способности и остаточного ресурса оболочки магистральнс газопровода с дефектами в стенке по результатам диагностирования её техни' ского состояния и оптимизации системы профилактики конструкции.
В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решак 'ся следующие задачи:
выбор эффективных методов и технических средств поиска и опреде; ния координат и пространственной формы дефектов в стенке магистральных і зопроводов в процессе их эксплуатации;
разработка алгоритмов и программ для расчета напряженно - дефорл рованного состояния стальной оболочки газопровода в области коррозионной эрозионного износа стали при действии эксплуатационной нагрузки;
исследование механизма упругопластического разрушения сталы і оболочки газопровода в области локальных дефектов;
исследование напряженно-деформированного состояния стальной оболочки газопровода в области дефектов и определение остаточного ресурса частично изношенной конструкции;
разработка метода определения оптимальных сроков проведения ре-монтно-восстановительных работ в зависимости от величины остаточного ресурса магистрального газопровода.
Научная новизна
-
Проведен анализ эффективности современных методов и технических средств диагностирования дефектов в стенке стальной оболочки газопровода. Разработана методика обработки результатов сканирования дефектов и оценка их достоверности.
-
Разработаны алгоритмы и пакет программ на алгоритмическом языке «СИ» для расчёта несущей способности стальной оболочки в области дефекта.
-
Исследован механизм упругопластического разрушения стальной оболочки газопровода в области локальных дефектов.
-
Разработаны методы:
определения фактического межремонтного ресурса газопровода в зависимости от его реального уровня надёжности по результатам технической диагностики;
экономической оценки ущерба от возможного отказа конструкции;
оптимизации системы профилактики линейной части магистральных газопроводов.
Методологические и теоретические основы исследования:
а методы и технические средства диагностирования дефектов в стенке
стальной оболочки магистрального газопровода; о методика обработки результатов и оценки достоверности диагностирования технического состояния газопровода;
теория расчета напряженно-деформированного состояния оболочки
зопровода в области протяженных и локальных дефектов при дейсті
« эксплуатационной нафузки;
теоретические и экспериментальные методы исследования упругоп
і стического разрушения стальной оболочки газопровода в области
кального дефекта; q методика определения оптимальных сроков проведения ремонт восстановительных работ на изношенных участках трассы газопро дов по критериям надежности и стоимости с экономической ОЦЄН1 ущерба при отказе конструкции. Практическая ценность работы.
Полученные результаты исследований и рекомендаций автора исполі ваны при эксплуатации и реконструкции многониточных газотранспортных с тем Тюменской области, а также в качестве учебно-методических материале учебном процессе специальности 0908 " Проектирование, строительство и.': плуатация газонефтепроводов, газохранилищ и нефтебаз".
Апробация работы.
Основные положения работы докладывались и обсуждались и получилі одобрительную оценку наследующих конгрессах, симпозиумах, конференция
-
Международный симпозиум «Workshop on Pipeline Integrity», 21 мая 1996г., г.Тюмень.
-
Международный симпозиум «Магистральные нефтепроводы. Состо: ние, проблемы, перспективы», 30 октября 1997г., г.Мюнхен.
-
Всероссийская научно-практическая конференция «Тюменская нефт вчера и сегодня», 22 декабря 1997г., г.Тюмень.
4. Всероссийская научно-практическая конференция «Моделирование ехнологических процессов бурения, добычи и транспортировки нефти и газа а основе современных технологий», 20 мая 1998г., г.Тюмень.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 статей.
На защиту выносятся:
-
Результаты анализа методов и технических средств поиска и сканирования дефектов в стенке стальной оболочке магистральных газопроводов.
-
Методика обработки результатов сканирования дефектов и оценка их достоверности.
-
Численный метод расчета напряженно-деформированного состояния оболочки газопровода на участках имеющих коррозионный или эрозионный износ стали при действии эксплуатационной нагрузки.
-
Механизм упругогшастического разрушения стальной оболочки газопровода в области локального дефекта с учетом процесса декомпрессии газа.
-
Методика определения оптимальных сроков проведения ремонтно-восстановительных работ на изношенных участках трассы газопровода по критериям надежности и стоимости.
Структура и объём работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, двух приложений : текстом программ и условными обозначениями и списка литературы,
включающего 105 наименований. Она содержит 158 страниц машинописного текста, 36 рисунков и 4 таблицы.