Введение к работе
Актуальность проблемы. Технологические трубопроводы являются неотъемлемой частью установок предприятий нефтегазовой отрасли, и их общая протяженность достигает сотен километров. Поскольку при сложных аварийных ситуациях, результатом которых являются взрывы, пожары, необратимые деформации оборудования, в критических зонах оказываются трубопроводы, содержащие пожаро- и взрывоопасные вещества, их разгерметизация приводит к дополнительным проявлением негативных факторов.
Анализ аварий на предприятиях нефтегазовой отрасли показывает, что при взрывах и пожарах пролива, которые приводят к падению вертикальных аппаратов, до 90% связанных трубопроводов выходят из строя и не подлежат восстановлению. Кроме трубопроводов, входящих в обвязку аппарата, при распространении аварии выходят из строя межустановочные и межцеховые трубопроводы. Причем велика вероятность разгерметизации этих трубопроводов и пролива углеводородов в окружающую среду.
В последнее время выполняются работы по моделированию аварийных ситуаций с применением численных методов под руководством профессора Ку-зеева И.Р. (к таким работам можно отнести работы Ягафарова Р.Р. , Ильина К.В., Рашитова Р.Р.), которые показали эффективность такого подхода для анализа ситуации при расследовании причин аварии и возникновения критических нагрузок. Такие модели могут повысить качество проектных работ, поскольку конструктивные решения могут быть проверены на устойчивость от внешних воздействий. Однако отсутствуют работы по моделированию поведения технологических трубопроводов, имеющих сложную конфигурацию, при воздействии критических нагрузок при реализации внештатных ситуаций на технологических установках.
Поэтому работы, направленные на решение этой проблемы, актуальны и своевременны.
4 Цель исследования
Оценка критических параметров воздействия взрыва, приводящих к разрушению трубопровода путем проведения моделирования поведения технологических трубопроводов при воздействии взрыва.
Для достижения цели решаются следующие задачи:
-
Моделирование напряженно-деформированного состояния (НДС) технологических трубопроводов численными методами при воздействии взрывной волны на работающий трубопровод и оценка предельного состояния системы.
-
Верификация данных, полученных в ходе натурного опыта и в среде ПК ABAQUS, с целью проверки достоверности численных результатов при решении задачи о величине критической деформации, приводящей к необратимым пластическим деформациям.
-
Оценка потенциальной опасности технологических трубопроводов различной ориентации в пространстве и опор в зависимости от воздействия поражающих факторов.
4. Классификация трубопроводных систем по уровню напряженно-деформированного состояния в опасных сечениях. Научная новизна
1 Численным моделированием поведения работающих трубопроводов в
поле ударной волны показано влияние направления удара на характер дефор
мирования и произведена классификация трубопроводных систем, в основе ко
торой лежит категорирование систем по уровню НДС состояния в опасных се
чениях.
В результате моделирования выявлено, что распределение напряжений в горизонтальных и вертикальных технологических трубопроводах в результате воздействия взрывной волны носит полиэкстремальный характер, при этом в зависимости от конкретной конфигурации трубопровода можно идентифицировать наиболее вероятные зоны разрушения
2 В результате проведенного численного моделирования было установ
лено, что наиболее опасным с точки зрения разрушения трубопровода на опоре
является движение ударной волны горизонтально относительно поверхности
5 земли. Разрушение происходит при достижении давления на фронте ударной волны 40 кПа, что соответствует результатам натурного эксперимента, полученных Котляревским В.А.1 Экспериментально показано, что деформации трубопровода при ударном воздействии на физическую модель и численную модель в среде ПК ABAQUS различаются не более чем на 10%.
Практическая значимость работы
Модели оценки напряженно-деформированного состояния технологических трубопроводов предприятий нефтегазовой отрасли при возникновении аварийных ситуаций используются в инжиниринговой компании ООО «ТЕ-СИС» при разработке новых систем проектирования и инженерного анализа.
Апробация результатов работы
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены:
на VI Конгрессе нефтегазопромышленников России, Уфа, 2005 г.;
на ГХ Международной научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса России», Уфа, 2005 г.;
на семинаре «Остаточный ресурс нефтегазового оборудования», Уфа, УГНТУ, 2006 г.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано девять работ, из которых две работы включены в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, вьшускаемых в Российской Федерации в соответствии с требованиями ВАК Минобразования и науки РФ.
Объем и структура работы
