Введение к работе
Актуальность работы
Для транспортировки углеводородного сырья на предприятиях нефтегазовой отрасли используются трубопроводные системы. Принимая во внимание тот факт, что технологические трубопроводы являются транспортерами взрыво- и пожароопасных сред, эксплуатация таких систем несет угрозу безопасному функционированию предприятий. Недостаток свободных оборотных средств не позволяет своевременно обновлять существующие трубопроводные системы, повышая тем самым риск возникновения аварий.
В настоящее время продолжает сохраняться неблагоприятная ситуация, способствующая развитию на технологических трубопроводах инцидентов и аварий. Ввиду обращения на установках большого количества взрыво- и пожароопасных и горючих жидкостей, часто встречаются аварии, сопровождающиеся пожарами.
Наиболее вероятными считаются аварийные ситуации, связанные с разгерметизацией технологических трубопроводов вследствие их коррозионного износа, нарушений нормального технологического режима, недостаточного качества проведенных планово-предупредительных ремонтов и т.д. Так, вследствие коррозион-но-эрозионного износа трубопровода утоняются не только отдельные участки, но и весь трубопровод в целом, при этом наблюдается неравномерный износ по длине трубопровода. При замене таких участков новыми трубами может произойти соединение поверхностей с разной толщиной стенки, что вызывает концентрацию напряжений и, как следствие, может привести к разрушению трубопровода.
Во время пожаров на нефтегазовых предприятиях аппараты и их трубопроводная обвязка подвергаются высоким температурным нагрузкам. При тушении пожара происходит резкое охлаждение некоторых участков трубопроводов, при нахождении остальной части трубопровода под влиянием высокой температуры. Поведение конструкции трубопровода при этом, как правило, неизвестно.
В связи с этим является актуальным всестороннее изучение вопросов определения отбраковочных толщин соединения разнотолщинных участков трубопровода
и влияния опасных факторов пожара пролива на напряженно-деформированное состояние технологического трубопровода.
Цель работы - разработка расчетного метода оценки поведения трубопроводных систем во внештатных ситуациях. Задачи исследования:
-
Анализ аварийности и состояния трубопроводных систем на действующих предприятиях нефтегазового комплекса России и Республики Башкортостан в частности.
-
Анализ обстоятельств, причин и сценариев развития аварий на нефтегазовых предприятиях с возгоранием углеводородов.
-
Обоснование применения численного метода анализа аварийной ситуации путем проведения лабораторного эксперимента.
-
Разработка методики определения отбраковочных толщин при соединении разнотолщинных участков длительно эксплуатируемых трубопроводов.
-
Создание конечно-элементной модели для изучения обстоятельств развития аварийной ситуации с разгерметизацией трубопроводной обвязки и возгоранием углеводородов численным методом.
Объектом исследования является технологический трубопровод.
Предметом исследования является напряженно-деформированное состояние технологического трубопровода при воздействии опасных факторов пожара пролива.
Научная новизна
1 При моделировании напряжено-деформированного состояния трубопро
водной системы методом конечных элементов показано, что в случае сопряжения
разнотолщинных участков труб, их отбраковочные размеры необходимо устанав
ливать исходя из разницы толщин сопрягаемых элементов с учетом предельного
состояния, реализующегося при воздействии открытого огня.
2 Установлено, что в зависимости от конкретной конфигурации технологиче
ского трубопровода при воздействии открытого огня, его предельное состояние
может быть достигнуто на участках, не подверженных нагреву. В связи с этим при
оценке возможности дальнейшей эксплуатации таких трубопроводных систем необходимо на модельной системе определить все участки, где могли возникнуть пластические деформации в результате нагрева с последующей оценкой механических свойств металла в обнаруженных расчетом участках.
3 Впервые экспериментально доказано, что наиболее опасными с точки зрения разрушения и дальнейшей разгерметизации трубопроводной системы являются локальное охлаждение зон соединения линейных участков трубопроводов с отводами, а также локальный нагрев и охлаждение отдельного участка трубопровода.
На защиту выносятся теоретические выводы и обобщения, метод расчета оценки влияния пожара пролива на технологические трубопроводы, методика расчета отбраковочных толщин труб и соединительных деталей (отводов, переходов, тройников, заглушек) эксплуатируемых технологических трубопроводов, основанные на компьютерно-инженерном анализе конечно-элементной модели, и практические рекомендации по тушению трубопроводов.
Практическая ценность
Разработанный метод расчета отбраковочных толщин труб и соединительных деталей (отводов, переходов, тройников, заглушек) длительно эксплуатируемых технологических трубопроводов передан в ГУП «Башгипронефтехим» для использования при разработке проектов по модернизации и ремонту установок нефтеперерабатывающих установок нефтегазовых предприятий.
Разработанные указания по определению отбраковочных толщин технологических трубопроводов, бывших в эксплуатации, используются в учебном процессе ГОУ ВПО УГНТУ при подготовке студентов специальности 13.06.03 - «Оборудование нефтегазопереработки» при изучении курса «Численные методы моделирования при проектировании оборудования».
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции «Техносферная и экологическая безопасность на транспорте» (г. Санкт-Петербург,2008 г.), Междуна-
логическая безопасность на транспорте» (г. Санкт-Петербург,2008 г.), Международной учебно-научно-практической конференции "Трубопроводный транспорт -2008" (г. Уфа), консультационно-методическом семинаре «Промышленная безопасность дымовых и вентиляционных промышленных труб» (г. Уфа, 2008 г.).
Публикации
Основное содержание диссертации опубликовано в 7 работах, из них 3 статьи опубликованы в ведущих рецензируемых журналах в соответствии с перечнем ВАК Минобразования и науки РФ.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников из 95 наименований, содержит 118 страниц машинописного текста, включая 67 рисунков и 12 таблиц.
