Определение напряженно-деформированного состояния трубопроводов технологической обвязки компрессорных станций, расположенных в условиях Крайнего Севера (на примере месторождения "Медвежье") Коротеев, Петр Семенович

Введение к работе

Актуальность темы

Развитие отечественной газовой промышленности в ближайшие 10-15 лет будет определяться эффективным освоением существующих и разработкой новых газовых месторождений в районах Крайнего Севера , которые уже сейчас обеспечивают 90 % добычи газа . Третье в мире по запасам месторождение "Медвежье" обеспечивает 10 % объема всего добываемого в России газа.

Проблема поддержания безопасной эксплуатации и надежной работоспособности существующих трубопроводов является одной из наиболее актуальных задач в газовой промышленности. Надежность эксплуатации трубопроводов технологической обвязки компрессорных станций приобретает первоочередное значение, так как трубопроводы обвязки компрессорных станций находятся в особенно жестких условиях эксплуатации и ава-эии могут сопровождаться значительным экономическим и экологическим ущербом , а также человеческими жертвами.

Неблагоприятное развитие геокриологических процессов вследствие техногенного влияния объектов газовой промышленности на тепловой ре-ким многолетнемерзлых пород , а также отсутствие опыта проектирования і строительства в сложных климатических и мерзлотных условиях Край-іего Севера привело к возникновению на месторождении "Медвежье" деформаций фундаментов трубопроводов технологических обвязок. За 25-іетний период эксплуатации месторождения деформации фундаментов приобрели значительные масштабы , как по амплитудам , так и по числу проявлений ; зафиксированы на всех дожимных компрессорных станциях и імеют многолетний тренд и разнонаправленный характер. Это обусловило і свою очередь появление в трубопроводах технологических обвязок значи-ельных напряжений, соизмеримых в ряде случаев с пределом текучести ма-ериалов трубопроводов.

Наличие внешних и внутренних источников кинематического возбуж-ения трубопроводов и появление неработающих опор приводит к возникновению интенсивных балочных колебаний трубопроводов технологичес-

4 кой обвязки компрессорных станций.Оценка степени опасности возника щих при этом динамических напряжений, в настоящее время осуществляв ся только косвенным путем, на основе сравнения показателей вибраці трубопроводов с нормативными величинами, но существующие нормы в браний не учитывают влияние величины статических напряжений, одновг менно действующих в трубопроводах , на коэффициент запаса усталостш прочности.

Появившиеся в связи с этим проблемы надежности и безопасное эксплуатации трубопроводов технологической обвязки не могут быть р шены путем полной реконструкции и модернизации оборудования в chj очень больших материальных затрат. Следовательно, необходимость пр ведения комплекса диагностических работ, позволяющих своевремеш предупреждать аварийные ситуации, связанные с напряженно-дсформіп> ванным состоянием трубопроводов, а так же прогноз и планирование р монтно-восстановительных работ на трубопроводах технологической обв зки по их реальному техническому состоянию являются актуальными как научной, так и с практической точек зрения.

Целью диссертационной работы является обеспечение надежности безопасности эксплуатации трубопроводов технологической обвязки комі рессорных станций путем разработки комплекса мероприятий на основ расчетно-экспериментальных методик определения статических и динам* ческих напряжений в трубопроводах.

Поставленная цель потребовала решения следующих задач: 1. Провести анализ всех основных силовых факторов, определяющих наг ряженно-деформированное состояние трубопроводов технологической об вязки дожимных компрессорных станций месторождения "Медвежье". 2.Разработать расчетно-экспериментальную методику определения стати ческих напряжений в трубопроводах технологической обвязки ДКС на ос нове геодезических измерений положения оси трубопровода. 3.Разработать расчетно-экспериментальную методику определения динами ческих напряжений в трубопроводах технологической обвязки ДКС на ос нове расчета динамической формы упругой линии трубопровода на собст

5 пенных и вынужденных частотах колебаний , построенной путем непосредственного измерения вибрации трубопроводов.

4. Провести на основе разработанных расчетно-экспериментальных мето діж работы по определению напряженно-деформированного состояния трубопроводов технологической обвязки ДКС месторождения "Медвежье" и разработать мероприятия по обеспечению безопасности их дальнейшей эксплуатации.

1. В результате проведенных работ установлено , что основным силовым фактором , определяющим напряженно-деформированное состояние трубопроводов технологической обвязки дожимных компрессорных станций месторождения "Медвежье" при наличии значительных деформаций свайных фундаментов , являются статические изгибные напряжения от весовых нагрузок трубопроводов , запорной арматуры и подземного коллектора и реакций опор.

2. Разработана оригинальная расчетно-экспериментальная методика определения статических изгибных напряжений в трубопроводах технологической обвязки компрессорных станций на основе геодезических измерений оси трубопровода с использованием пространственной фильтрации аппроксимирующего сплайна.

3. Впервые разработана расчетно-экспериментальная методика определения динамических напряжений в трубопроводах технологической обвязки компрессорных станций на основе расчета динамической формы упругой линии трубопровода на собственных и вынужденных частотах колебаний , построенной путем непосредственного измерения вибрации грубопроводов.

4. Впервые получены, обобщены и проанализированы данные о напряженно-деформированном состоянии трубопроводов технологических об-зязок компрессорных станций,,эксплуатирующихся в условиях Крайнего Севера.

І. Основным силовым фактором , определяющим напряженно-дефор-ііировашюе состояние трубопроводов технологической обвязки дожимных

компрессорных станций. месторождения "Медвежье" при наличии значительных деформаций свайных фундаментов, являются статические изгиб-иые напряжения от весовых нагрузок трубопроводов, запорной арматуры и подземного коллектора и реакций опор.

2. Расчетно-экспериментальная методика определения статических ш-гибных напряжений в трубопроводах обвязки компрессорных станций на основе геодезических измерений оси трубопровода с использованием пространственной фильтрации аппроксимирующего сплайна.

3. Расчетно-экспериментальная методика определения динамических напряжений в трубопроводах технологической обвязки компрессорных станций на основе расчета динамической формы упругой линии трубопровода па собственных и вынужденных частотах колебаний , построенной путем непосредственного измерения вибрации трубопроводов.

4. Результаты работ по определению напряженно-деформировашюгс состоянии трубопроводов технологических обвязок компрессорных станций, эксплуатирующихся в условиях Крайнего Севера и мероприятия пс обеспечению их надежной и безопасной эксплуатации .

1. На всех дожимных компрессорных станциях месторождения "Медвежье" проведен комплекс работ, основанный на разработанных автором расчетно-экспериментальных методиках определения статических и динамических напряжений в трубопроводах, в результате которого определены "опасные сечения" трубопроводов обвязки, имеющие низкие коэффициенты запасов прочности.

2. Автором разработан ряд мероприятий по повышению надежности и безопасности эксплуатации трубопроводов технологической обвязки компрессорных станций , включающий в себя проведение работ по механической компенсации подвижек свайных фундаментов с использованием упруго-регулируемых опор.

3. На основе проведенных исследований разработана, утверждена в РАО "Газпром" и внедрена "Методика по проведению диагностических работ при надзоре и паспортизации технического состояния технологических трубопроводов обвязок оборудования компрессорных станций рас-

7 толоженных в районах Крайнего Севера (надземные коммуникации) пред-іриятия "Надымгазпром".

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ Основные результаты работы докладывались на II Международном конгрессе "Новые технологии для нефтегазовой промышленности и энергетики будущего" ( 02-05.06. 1997г., г.Москва). По результатам исследований опубликовано 7 научных работ.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, приложений. Она изложена на 142 страницах машинописного текста , содержит 49 рисунков, 11 таблиц, список литературы 156 наименования и 4 приложения.

Автор выражает искреннюю признательность за сотрудничество, содействие в проведении исследований, ценные советы и предоставление материалов СВ. Власову, А.К. Гаврилову, А.А. Коршаку, Г.Е. Коробкову, О.М. Ермилову, А.Б. Осокину, А.П. Попову, С.С. Фесегасо, Л.С. Чутунову, A.M. Шаммазову.