Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Оценка прочности промысловых и технологических трубопроводов морских нефтегазовых сооружений Ушин Николай Васильевич

Оценка прочности промысловых и технологических трубопроводов морских нефтегазовых сооружений
<
Оценка прочности промысловых и технологических трубопроводов морских нефтегазовых сооружений Оценка прочности промысловых и технологических трубопроводов морских нефтегазовых сооружений Оценка прочности промысловых и технологических трубопроводов морских нефтегазовых сооружений Оценка прочности промысловых и технологических трубопроводов морских нефтегазовых сооружений Оценка прочности промысловых и технологических трубопроводов морских нефтегазовых сооружений Оценка прочности промысловых и технологических трубопроводов морских нефтегазовых сооружений Оценка прочности промысловых и технологических трубопроводов морских нефтегазовых сооружений Оценка прочности промысловых и технологических трубопроводов морских нефтегазовых сооружений Оценка прочности промысловых и технологических трубопроводов морских нефтегазовых сооружений
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Ушин Николай Васильевич. Оценка прочности промысловых и технологических трубопроводов морских нефтегазовых сооружений : диссертация ... кандидата технических наук : 25.00.18. - Москва, 2005. - 110 с. : ил. РГБ ОД,

Содержание к диссертации

Введение

Глава I. Оценка работоспособности промысловых и технологических трубопроводов морских нефтегазовых сооружений 8

1.1. Состояние проблемы 8

1.2. Выбор расчетно-экспериментального подхода для исследований 19

1.3. Техническая диагностика трубопроводных систем 22

Глава II. Исследование прочности трубопроводных систем . 35

2.1. Исследование коэффициентов концентрации напряжений в трубопроводах с дефектами

2.2. Выбор критериев прочности 45

2.3. Трубопроводы из полимерных и композиционных материалов 50

Глава III. Разработка методики оценки ресурса эксплуатации трубопроводов 64

3.1. Работоспособность трубопроводных систем при динамическом нагружении 64

3.2. Влияние различных дефектов на работоспособность конструкций 71

3.3. Техническая диагностика и оценка ресурса технологических трубопроводов узлов редуцирования 81

3.4. Методика оценки остаточного ресурса технологических трубопроводов 90

Выводы 100

Литература 102

Введение к работе

Континентальный шельф России содержит в своих недрах огромные, пока полностью не оцененные запасы углеводородного сырья. Поэтому современный этап развития нефтегазовой отрасли страны характеризуется становлением морской отрасли нефтедобычи. При этом целесообразно максимально использовать опыт освоения «сухопутных» месторождений и существующей системы транспорта нефти и газа, а также методологию освоения месторождений Каспия, Азовского и Южно-Китайского («Белый тигр») морей, шельфа Сахалина и Балтийского моря.

Наиболее важным, с точки зрения обеспечения надежности при эксплуатации морских нефтегазовых сооружений являются промысловые и технологические трубопроводные системы. Последнее объясняется сложностью конфигурации технологических трубопроводных систем, «тяжелыми» условиями эксплуатации, затруднениями при проведении обслуживания и ремонта, отсутствием достоверных критериев для оценки прочности и т.д. Основными особенностями эксплуатации морских промысловых и технологических трубопроводов являются:

высокий уровень коррозии стали трубопроводов морских сооружений, особенно в зонах, смачиваемых морской водой;

динамические нагрузки на системы трубопроводов, обусловленные многочастотными гидродинамическими пульсациями и гидравлическими ударами при сборе и транспорте углеводородов;

требования полного исключения аварий трубопроводных систем из-за возможного экологического ущерба окружающей среде и огромных затрат на ликвидацию аварий.

Из изложенного следует, что задача оценки прочности морских промысловых и технологических трубопроводов современна и актуальна.

Основной целью работы явилось решение поставленной научно-технической задачи. Для этого последовательно проведены разработки и исследования в части:

разработки методик математического моделирования задач определения напряженно-деформированного состояния трубопроводов в статической постановке с учетом возможных дефектов в трубе;

проведения экспериментальных работ по техническому диагностированию трубопроводных систем с целью выявления типовых дефектов в процессе эксплуатации;

исследования работоспособности трубопроводных систем при различных динамических режимах нагружения;

обоснования критерия прочности трубопровода и методики оценки остаточного ресурса эксплуатации трубопровода;

оценки возможности применения труб из перспективных полимерных и композиционных материалов.

На защиту автором выносятся следующие положения:

предложенный подход для комплексного диагностического сопровождения промысловых и технологических трубопроводных систем;

полученный и обоснованный критерий прочности технологических трубопроводов;

критерий «рассогласования» резонансных режимов при динамическом нагружении трубопроводов за счет газодинамических процессов рабочего тела и других возмущений;

установленные закономерности поведения коэффициентов концентрации в дефектах трубопроводных систем из типовых трубных сталей.

Основными научными результатами, полученными в работе, являются:

- предложенный экспериментально-теоретический подход для
исследования концентрации напряжений в трубопроводных системах с
дефектами, основанный на техническом диагностировании трубы
прямыми измерениями и последующим конечноэлементном анализе

напряжений с обязательным учетом упруго-пластических свойств трубной стали;

впервые полученная универсальная регрессионная модель расчетного напряжения в вершине коррозионного дефекта в зависимости от базовых геометрических параметров дефекта: глубины, ширины и длины для имеющихся типоразмеров трубопроводов;

теоретически установленный и экспериментально подтвержденный факт подавления процессов трещинообразования для трубопроводов при использовании низколегированных сталей с пределом текучести 380...430 МПа и коэффициентом интенсивности напряжений 60...150 МПа-м1/2 в стандартных условиях;

предложенная вероятностная оценка для рассогласования частот собственных колебаний транспортируемого газа (нефти) и трубы, исходя из нежелательности динамических нагрузок на трубопроводные системы с амплитудой виброскоростей более 10 мм/с.

Практическая значимость работы состоит в решении задач, позволяющих:

исследовать концентрацию напряжений в трубопроводных системах в зонах выявленных техническим диагностированием дефектов, отклонениях от проектных параметров трубопроводной обвязки и т.п.;

давать рекомендации по ремонту отдельных элементов трубопроводных систем;

оценивать прочность промысловых и технологических трубопроводов;

разрабатывать технические мероприятия по повышению работоспособности трубопроводов: снижению уровня действующих динамических компонент напряжений и деформаций, использованию полимерных труб и демпферов, оптимальному конструктивному оформлению трубопроводной системы и т.п.

Основные результаты работы в виде разработанных методических подходов непосредственно внедрены в практику проектирования и

эксплуатации трубопроводных систем «сухопутных» и морских нефтегазовых сооружений: использованы на газораспределительных и компрессорных станциях ООО «Мострансгаз», а также в ОАО «Сахалинморнефтегаз» и на месторождениях Черного моря.

Отдельные результаты работы поэтапно докладывались на международных деловых встречах «Диагностика» в 2002 и 2003 г.г.; научно-технической конференции «Социально-экономические проблемы развития региона», Ижевск, 2002 г.; III Всероссийской конференции «Информация, инновации, инвестиции», Пермь, 2003 г.; XXII Российской школе по проблемам науки и технологии, Миасс, 2003 г. и других.

Диссертация состоит из введения, трех глав и выводов. В первой главе изложено состояние решаемой проблемы и поставлены цели и задачи на собственные исследования. Сделан выбор расчетно-экспериментального подхода для исследований. Предлагается техническую диагностику трубопроводных систем осуществлять общепринятыми средствами с прямыми измерениями напряжений (предпочтительно использование комплексов основанных на магнитошумовом методе измерений). Математическое моделирование конструкций и процессов проводится методом конечных элементов при использовании как собственных программных комплексов, так и универсальной системы ANSYS версии 8.0.

Вторая глава содержит исследования прочности трубопроводных систем. Получены как коэффициенты концентрации напряжений в дефектах труб, так и коэффициенты интенсивности напряжений в вершинах дефектов типа трещин. Установлено, что типовые трубные низколегированные стали в силу своих пластических свойств не склонны к трещинообразованию в обычных условиях эксплуатации. Здесь же рассмотрены критерии прочности трубопроводов из перспективных полимерных и композиционных материалов. Предложен механизм коррозионного разрушения трубопроводов под напряжением.

В третьей главе исследованы вопросы прочности трубопроводных систем при динамическом нагружении. Для промысловых трубопроводов динамика обусловлена движением по трубе многофазной системы продуктов. Для технологических трубопроводов существуют, как правило, три характерных режима динамических нагрузок. Предложен вероятностный критерий рассогласования динамических собственных частот колебаний потока транспортируемых продуктов и самой трубы. Получена универсальная регрессионная модель учета типового поверхностного коррозионного дефекта при оценках прочностной работоспособности трубопровода, позволяющая определить остаточный ресурс эксплуатации трубопровода.

Выбор расчетно-экспериментального подхода для исследований

При разработке методик оценки прочности трубопроводов морских нефтегазовых сооружений необходимо учитывать тот факт, что опыт эксплуатации таких сооружений и объем статистических данных по их отказам пока просто не накоплен, что приводит к необходимости использовать весь огромный массив информации по проектированию и эксплуатации наземных систем. В этом случае повышается достоверность разрабатываемых методик, так как они базируются на экспериментальном материале.

Именно поэтому большой научно-технической проблемой становится определение рационального срока службы трубопроводов и внедрения новых технологий диагностики и функционирования, а также новых способов продления срока их службы и разработки руководящих документов. В связи с этим разрабатываются, в частности, новые технологии ремонта трубопроводов, в том числе основанные на внутритрубной диагностике и использовании для ремонта композиционных материалов, что позволяет поддерживать работоспособность трубопроводных систем на длительное время.

В настоящее время, как уже отмечалось, основными причинами сокращения срока службы технологических и промысловых трубопроводов является коррозия (за последние 30 лет 50% всех отказов и аварий было связано с коррозией трубной стали), а также механические повреждения, брак при проведении строительно-монтажных работ, поэтому диагностика магистральных газопроводов является важным условием обеспечения надежности эксплуатации этих систем. Способы внутритрубной диагностики, однако, пока применяются только на магистральных трубопроводах, для промысловых и технологических трубопроводах их применимость ограничена. В дальнейшем должны быть усовершенствованы такие технологии диагностики, как акустоэмисонные, контроль внутренней и внешней поверхности трубопровода, контроль толщины стенки трубопроводов, электронная диагностика, диагностика развивающихся напряжений и деформаций в трубе и целостности сварных соединений. Необходима также ранняя диагностика стресс-коррозии, ставшей важной проблемой в последние годы.

В современных проектах разработки морских нефтегазовых сооружений должны быть предусмотрено применение систем новых технических решений и технологий в области проектирования и эксплуатации промысловых и технологических трубопроводных систем, направленных прежде всего на повышение их надежности, снижение технического риска, повышение их экологической безопасности. Можно считать, что аварии на морских нефтегазовых промыслах должны и могут быть исключены, в силу огромного ущерба, который может быть нанесен окружающей среде.

Вместе с тем, стальные трубопроводы, скорее всего останутся самыми распространенными в обозримом будущем. Вместе с тем, проводятся интенсивные поисковые исследования по использованию для морской газонефтедобычи труб из композиционных материалов и стеклопластика, которые не подвержены коррозии [23]. Видимо, в ближайшее время этот вопрос разрешится на основе анализа технико-экономических параметров и накопленного опыта.

Следует отметить, что дальнейшее снижение металлоемкости трубопроводов за счет повышения прочностных свойств металла и диаметра труб практически исчерпана. Увеличение прочности труб возможно только при решении проблемы создания трубных сталей, стойких к коррозии под напряжением. Для решения данной проблемы и выпуска высокотехнологичных труб предусматривается комбинация современных способов сталеварения с термической обработкой листового проката, применение металлургических приемов на основе ниобия, что позволит наладить массовое производство труб очень высокой прочности [22].

Однако следует отметить, что механизм торможения трещин, в том числе коррозионных, как будет показано в настоящей работе, очень эффективен для низколегированных сталей (типа 17Г1С, Ст. 20) с пределом текучести 380...430 МПа и коэффициентом интенсивности напряжений 60...150 МПа-м1/2. Высоколегированные стали гораздо более чувствительные к различного рода концентраторам и другим дефектам и, учитывая их стоимость, авторы не видят пока для них перспектив для труб большого диаметра применительно к рассматриваемой проблеме.

Существенную проблему в обеспечении работоспособности технологических и промысловых трубопроводов морских нефтегазовых сооружений представляет сложность конфигурации технологических трубопроводов, «плотность» их укладки, тяжелые условия эксплуатации (в первую очередь динамический характер нагружения) и отсутствием резервирования трубопроводных обвязок.

Именно поэтому технологические обвязки находятся в зоне повышенного внимания исследователей как в области прочности, так и технической диагностики. Эта проблема представляется исключительно актуальной и современной.

Второй, не решаемой в полном объеме, представляется применительно к морским нефтегазовым сооружениям задача, связанная с однотрубной системой сбора углеводородов. Практически все действующие системы сбора углеводородов на морских сооружениях предусматривают использование однотрубной системы, предполагающей совместный транспорт продукции нефтегазовых и газоконденсатных месторождений. Наличие двух и более фаз в потоке одной трубы, как правило, приводит к возникновению пульсаций давлений, зачастую большой амплитуды, периодической генерации жидких пробок, прорыв которых приводит к гидравлическим ударам, образованию газогидратов и т.п. Все это объективно необходимо оценивать с точки зрения динамических процессов, в противном случае технология промыслового трубопровода может оказаться неэффективной и энергозатратной.

В итоге эти актуальные задачи промысловых и технологических трубопроводов поставила практика нефтегазодобычи на морских нефтегазовых сооружениях. Они и будут являться предметом настоящей работы.

Техническая диагностика трубопроводных систем

Как уже отмечалось, технологические трубопроводы являются наиболее опасными объектами морских нефтегазовых сооружений и проблема их диагностического обслуживания исключительно актуальна. Анализ отечественной и зарубежной литературы показал, что наиболее полно анализ состояния проблемы технической диагностики технологических трубопроводов проведен Якубовичем В.А. с сотрудниками [17, 24]. Так как предметом настоящей работы является прочность трубопроводов, то мы ограничимся исследованием уровня развивающихся в трубопроводе эксплуатационных напряжений. При этом воспользуемся результатами реальных динамических характеристик трубопроводных систем в многомерных постановках, полученных автором [24].

Одним из основных параметров, по которому оперативно определяется техническое состояние технологической обвязки, является степень отклонения высотного положения от проектного уровня. В качестве критериев отступлений от проектного уровня (либо ошибок монтажа) устанавливаются максимальный наклон (перепад высот на конечных участках трубы) и стрела прогиба. При этом искомые отклонения устанавливаются классическим нивелированием или георадарами. Затем программным пакетом ANSYS версии 8.0 методом конечных элементов [25, 26] просчитывается стержневая система трубопроводной обвязки. При моделировании МКЭ в соответствии с комплексом ANSYS очень важное значение имеет задание граничных условий. Как правило, руководство по программному комплексу не дает полных рекомендаций по данному вопросу [27, 28]. Поэтому вопрос об адекватности математической модели реальному процессу зачастую остается открытым.

На практике, при проектировании трубопроводных обвязок учитываются прежде всего максимальные уровни давления рабочего тела на трубопроводе, перепады температуры в условиях зима-лето в отсчете от, так называемой, равновесной температуры, при которой сваривается стык, собственный вес трубопровода и его элементов, масса перекачиваемого продукта. Что касается граничных условий, то в задании их существуют сложности, которые в конечном итоге определяют степень достоверности получаемых результатов. Так, например, коэффициент трения на скользящих опорах установить сложно и он является величиной эмпирической. Есть сложности при задании граничных условий при учете степени свободы реальных конструкций. В конечном итоге, технологические трубопроводы (по комплексу причин: скрытые нарушения проекта в части опорных конструкций и фундаментов и т.п.) могут иметь, так называемые, дополнительные кинематические граничные условия, которые целесообразно и желательно учитывать [29].

Поэтому в случае расчетной схемы трубопроводной обвязки в балочной постановке (исходная схема для дальнейшей детализации интересующих, наиболее нагруженых узлов) не вызывают сомнения абсолютно жесткие крепления в концевых точках трубопроводных систем и тройниковые соединения. При этом в концевых точках задается жесткое закрепление, а для тройникового соединения необходимо уточнять (в первом приближении наиболее простое тройниковое соединение целесообразно принять абсолютно жестким) граничные условия.

В точках В, С и А принимаем жесткое защемление. После расчета схемы трубопроводной системы выделяются зоны максимальных напряжений, где проводится наиболее точный расчет по теории упругости, либо теории пластичности.

Как правило, в этих зонах концентрация напряжений обусловлена либо дефектами монтажных работ, либо наличием различного рода других дефектов. Именно эти зоны повышенной концентрации и определяют прочностную работоспособность трубопроводной обвязки. Для решения задачи в замкнутом виде целесообразно использовать теорию пластичности, так как в пластической зоне для типовых трубных сталей при учете пластических эффектов концентрация напряжений снижается, иногда в значительной степени.

Выбор критериев прочности

Для оценки фактического запаса прочности как «сухопутных» так и морских трубопроводов и их элементов применяются традиционные классические подходы к оценке статистической и динамической прочности [1, 3, 4, 29, 47]. Следует отметить, во-первых, что несмотря на то, что критериев прочности существует достаточно много и базируются они, зачастую, на различных допущениях и гипотезах, на практике используются и хорошо себя зарекомендовало довольно ограниченное их количество. Во-вторых, можно отметить, что если число публикаций посвященных исследованию напряжённо-деформированного состояния различных конструкций и элементов постоянно нарастает, то исследованиям в области новых критериев прочности посвящено крайне малое число публикаций. Наиболее распространенным критерием для оценки прочности конструкций машиностроения является подход, основанный на понятии эквивалентного напряжения, которое вычисляется по теории энергии формоизменения [29]: где G\, аг, аз, - главные напряжения. В качестве коэффициента запаса в этом случае может быть принято соотношение между максимальным эквивалентным напряжением в опасном сечении и предельным f = [а]/а ,где за величину [а] в зависимости от характера разрушения принимается либо величина предела текучести ат, либо временное сопротивление аь трубных сталей. Детерминированный коэффициент f, как показано, например, в работах [49, 50, 51], в ряде случаев не может служить достоверным показателем прочностной работоспособности, так как при оценках необходимо учитывать разбросы расчётной и предельных величин аэкв и [а]. Кольцевые (эквивалентные для осесимметричной задачи - круглой трубы) напряжения в случае действия внутреннего давления рабочего тела в трубе определяется по выражению [29]: СУ = жв 2-8 где 5 - номинальная толщина стенки трубы, мм; DH - наружный диаметр трубы, мм; Р - рабочее давление на участке трубопровода, МПа. В отечественной литературе приведённое выражение называют «котельной» формулой, в иностранной - формулой Барлоу.

В приведённом выше выражении не учитывается температурный перепад, нормальное воздействие на трубу вышележащего слоя воды или грунта; упругий отпор основания и действие сосредоточенных сил, например, от веса железобетонных или чугунных пригрузов и.т.п. В случае жёсткого основания, упругая реакция заменяется соответствующей реакцией, а для участка с упругоискривлённой осью необходимо дополнительно учитывать действие изгибающих моментов от упругого изгиба трубопровода и т.п. Если рассматривать более общий случай, что чаще всего и реализуется на практике, то необходимо учесть нагружение трубопровода также сжимающей силой N и изгибающим моментом М. Тогда выражения для кольцевых и осевых напряжений примут вид: в 28 z n-DH-8 n-D2H-8 При принятом напряжении возможны два предельных состояния -потеря трубной прочности, либо устойчивости. Особенность прочностного расчёта морских трубопроводов состоит в том, что помимо внутреннего давления на трубу действует внешнее гидростатическое давление воды, которое способно смять стенку трубопровода [2]. Для случая действия внутреннего и внешнего давления «котельная» формула принимает вид: (P-P0)-DH 6 28 где P0 - внешнее гидростатическое давление воды. Приведённое выражение справедливо для тонкостенной цилиндрической оболочки с отношением 5/DH 0,01. Для глубоководных морских трубопроводов условие тонкостенности оболочки, как правило, не выполняется и тогда кольцевые напряжения рассчитываются по формуле Ламэ [52, 53]: P-D2-P-D2 4-D2-D2 Р—Р 9 D1 -D2 г2 D2-D2 где Do - внутренний диаметр трубы; г - текущий радиус от оси трубопровода.

Максимальное гидравлическое внешнее давление имеет место для случая максимального заглубления трубопровода, а минимальное внутреннее - атмосферное - на стадии строительства после гидроиспытания. Уровень кольцевых сжимающих напряжений, приводящих к достижению предела текучести стали, ещё до смятия трубопровода, определяются из «котельной» формулы: Рт=2-ат . D СНиП 2.05.06-85 [54] содержит требования производить проверку устойчивости поперечного сечения трубопровода диаметром свыше 1000 мм при заглублении в воду свыше 20 м. В нормах для морских трубопроводов ВН 39-1.9-005-98 [55] приводится формула оценки несущей способности на чистое смятие при действии внешнего давления: Р -Р У -Т 1 1/ 1 т Рс = где критическая нагрузка по упругому смятию Ру соответствует известному соотношению: Р =±Л-(- -)2 у 1-F24 Такой подход применим для отношения диаметра к толщине стенки трубы в диапазоне 15...45 при условии, что начальная овальность трубы Ч1 = (Dmax - Dmin)/D не превышает 0,5 %. Все рассмотренные расчётные случаи дают прочностные оценки для отказа в виде выброса. Исчерпание прочностной работоспособности в результате постепенного накопления повреждений для трубопроводных систем используются значительно реже [4, 29, 56]. Необходимо отметить, что единые стандарты на проектирование и строительство морских трубопроводов пока ещё не созданы, а существующие Российские ведомственные нормы [55] не позволяют оценить все предельные состояния морских трубопроводов. Основных предельных состояний у морского трубопровода четыре [57, 58]: - исчерпание прочности трубопровода при действии внутреннего давления рабочей среды; - чистое смятие, характерное для глубоководных участков в процессе вакуумной сушки трубопровода после гидроиспытаний когда наружное давление максимально, а внутреннее отсутствует; - локальное смятие в процессе строительства глубоководного участка; - лавинное смятие, которое может происходить на глубине свыше 700 м, как при строительстве, так и при эксплуатации в случае возникновения локального смятия [58].

Влияние различных дефектов на работоспособность конструкций

Изучение отказов линейной части магистральных трубопроводов позволяет распределить их причины следующим образом. Заводские дефекты труб, включая дефекты заводских сварных швов; дефекты сварных соединений труб, выполняемых на сварочно-монтажных базах и в трассовых условиях; повреждения труб при их транспортировке и монтаже; повреждение трубопроводов сельскохозяйственными машинами; перенапряжение труб, обусловленное различного рода отклонениями; перенапряжение труб в результате воздействия на них неучтенных нагрузок; коррозия; нарушение правильного режима эксплуатации; прочие причины [3, 4].

Заводские дефекты труб: металлургические дефекты (слоистость стенок труб, закаты, неметаллические включения, плены); использование сталей с пониженными характеристиками прочности, пластичности, вязкости; отклонение геометрических характеристик от заданных (толщина стенки, диаметр трубы, величина притупления кромок); дефекты заводских сварных швов (непровары, ослабление околошовных зон основного металла, трещины, царапины и задиры, наносимые на металл в процессе изготовления труб, места ремонта заводского сварного шва).

Дефекты сварных соединений, выполняемых в полевых условиях, в основном те же, что и в заводских сварных швах. Механические повреждения труб при транспортировке, строительстве и эксплуатации приводят к вмятинам, царапинам, задирам, приваркам «заплат», «корыт», приваркам различного рода крепежных элементов, к утонению торцевых участков труб при перетаскивании их волоком, к сквозным повреждениям, гофрам.

Перенапряжение труб реализуется: при дополнительном к проекту искривлению трубопровода в вертикальной и горизонтальной плоскостях вплоть до образования гофр; при принятии в проектах недостаточно обоснованных конструктивных решений; при неучете продольных сил в трубах и продольных перемещений и т.п. Перенапряжение возникает и при неучете таких нагрузочных факторов как силовое воздействие оползающих грунтов при укладке труб в тело оползней, при размыве подводных трубопроводов, колебаниях участков трубы под воздействием водяного потока и т.п.

Коррозия труб приводит к образованию различных выемок, каверн, свищей, уменьшению толщины стенки трубы. Сплошная равномерная коррозия охватывает значительные участки труб; сплошная неравномерная коррозия за одно и то же время разъедает стенки труб в разных зонах на различную глубину. При местной коррозии происходит разрушение металла на локальных участках в форме язв, точечных разъеданий, сквозных проржавлений. Для трубопроводов работающих в среде сероводородного газа характерно образование в металле микротрещин; металл насыщается атомарным водородом, что резко снижает его пластические свойства. «Охрупчивание» металла с одновременным образованием микротрещин быстро приводит к разрушению труб. Особенно активно эти процессы происходят в зоне сварных швов, где нарушения кристаллической решетки металла значительно больше чем в основной трубе [71, 72].

К отказам могут приводить и нарушения требуемого режима эксплуатации трубопровода: повышение рабочего давления, несвоевременное обследование участков, что не позволяет оперативно оценить критическое состояние трубопровода: выпученные участки, размывы труб в руслах рек, участки с интенсивной коррозией и т.п. В силу случайного характера заранее точно предсказать, какой из перечисленных выше возможных дефектов явится причиной отказа трубы нельзя, однако некоторую ориентировочную оценку можно получать на базе статистического анализа отказов, которые уже имели место на действующих трассах трубопроводного транспорта. На рис. 3.3 приведены данные по разрушениям магистральных трубопроводов на основании большого числа опытных наблюдений в зависимости от различных причин. Анализ результатов рис. 3.3 показывает, что несмотря на непрерывное совершенствование защитных мероприятий против коррозии отказы трубопроводов от этой причины составляют постоянно примерно половину всех происходящих разрушений [4].

На постоянном уровне находятся отказы, вызванные дефектами труб заводской сварки, а также сварки в полевых условиях. Здесь имеется большой резерв по исключению, либо сведению до незначительного уровня данной группы отказов. Последнее обеспечивается постоянным повышением качества металла для труб, улучшением технологии их изготовления, технологии сварки в полевых условиях.

Следует отметить, что результаты по рис. 3.3 приведены по отказам трубопроводов в период эксплуатации. В период испытаний трубопроводов перед пуском их в эксплуатацию также наблюдается определенное число отказов. Статистика отказов периода испытаний показывает, что основная причина разрушений - дефекты труб, а также сварочные и строительные дефекты. Это говорит о том, что имеются значительные резервы повышения надежности трубопроводов и находятся они в равной мере как в улучшении качества труб, так и в технологии строительства.

По существующим методикам оценки надежности конструкций и сооружений из рассмотрения исключаются те отказы, причины которых уже устранены. Поэтому анализ характера отказов, по существу, представляет собой процедуру предварительной оценки надежности.

Похожие диссертации на Оценка прочности промысловых и технологических трубопроводов морских нефтегазовых сооружений