Введение к работе
Актуальность темы.
Трубопроводный транспорт начал развиваться несколько позже других видов транспорта, но быстро завоевал признание и начал широко использоваться. В настоящее время он занимает второе место после железнодорожного транспорта, а грузооборот магистральных трубопроводов составляет более трети того, что перевозится другими видами транспорта. Практически весь добываемый природный газ, более 90% нефти и нефтепродуктов доставляется потребителям как внутри страны, так и за рубежом по магистральным трубопроводам.
Понятно, что такое сосредоточение энергетических мощностей, прибли
женность трубопроводов к городам, поселкам, другим транспортным магистра
лям выдвигают проблему надежной, безопасной и рациональной эксплуатации ма
гистральных трубопроводов в число основных проблем, от правильного решения
которых зависит не только обеспечение непрерывной работы магистральных тру
бопроводов, но также и экологическая безопасность населения страны. ^
Ситуация усугубляется тем, что возраст ряда трубопроводных конструкций подходит практически к аварийному периоду и требуется срочное решение комплекса вопросов продления ресурса действующих трубопроводов на основе их инспекции, теоретических и инженерных разработок по прогнозу остаточного ресурса, выводу в ремонт, а также научно обоснованных требований к новым трубопроводам.
Что касается новых трубопроводов, то они должны обладать следующими показателями:
на них не должно происходить непредсказуемых аварий, за исключением случаев, вызванных стихийными бедствиями;
нормативный срок их службы должен составлять не 33 года, а достигать 50-60 лет;
они должны быть экологически безопасными;
иметь уменьшенную на 5-7 % металлоемкость за счет применения сталей с более высокими свойствами;
для контроля за их состоянием должны применяться современные средства.
Применительно же к существующим трубопроводам специальное внимание надо уделить линейной части, которая эксплуатируется в разнообразных сложных условиях. Трубопровод на своем протяжении имеет различные конструктивные решения, в процессе эксплуатации отдельные участки реконструируются. Эти факторы требуют дифференцированной оценки конструктивной надежности.
Поэтому требуется разработка концепции организации прочностного мониторинга трубопроводных конструкций, который должен обеспечить непрерывный или периодический контроль и управление напряженно-деформированным состоянием существующих трубопроводов. Прочностной мониторинг должен лежать в основе принципа эксплуатации по техническому состоянию. Этот принцип предполагает контроль нагруженности основных и наиболее напряженных участков в течение предыдущего периода эксплуатации, получение информации об изменении технического состояния для прогнозирования ресурса или достижения предельного состояния. Следовательно проблема прочностного мониторинга включает решение таких задач, как оценка текущего состояния (поиск дефектов, анализ нагрузок и условий взаимодействия трубопровода с окружающей средой) и прогнозирование изменения этого состояния с течением времени под влиянием действующих причин.
Поэтому для правильной организации прочностного мониторинга необходима разработка проблемно-ориентированных программных комплексов, содержащих модули обработки экспериментальных данных, численного решения краевых задач механики трубопроводных конструкций, оценки предельных состояний и прогнозирования долговечности трубопроводных конструкций с учетом реального их состояния и условий работы.
В связи со сказанным выше исследования, посвященные разработке основ, принципов и методов организации прочностного мониторинга трубопроводных конструкций, подвергающихся воздействию коррозионных сред, представляются весьма актуальными.
Настоящая диссертационная работа посвящена исследованию комплекса вопросов, связанных с разработкой основ прочностного мониторинга трубопроводных конструкций, подвергающихся совместному воздействию нагрузок, температур и коррозионных рабочих сред, а также решению ряда задач, нужных для организации или возникающих при реализации прочностного мониторинга трубопроводных конструкций.
Работа выполнена в соответствии с проектом "Разработка методов прочностного расчета металлических и железобетонных конструкций, подверженных коррозионному разрушению" направления "Прочность и долговечность конструкций при нетрадиционных воздействиях, нарушающих внутренние связи материала" подпрограммы (раздела) "Динамика" межвузовской научно-технической программы "Поисковые и прикладные исследования высшей школы в приоритетных направления науки и техники" (1995-1997 гг.), а также в соответствии с темой "Развитие теории и методов расчета прочности и долговечности тонкостенных оболочечных конструкций с учетом дефектов и повреждений коррозионного происхождения", входящей в план научной работы Саратовского государственного технического университета.
Целью настоящей работы является:
разработка структуры и концепции развития системы прочностного мониторинга трубопроводных конструкций, подвергающихся совместному воздействию нагрузок, температур и коррозионных рабочих сред;
разработка структуры банков данных по моделям деформирования материала трубопроводных конструкций и по моделям коррозионного износа трубопроводов;
построение расчетных моделей и разработка методик расчета напряженно-деформированного состояния оболочек трубопроводов с учетом нелинейности материала, влияния нагрузки, температуры и коррозионной среды, вызывающей коррозионный износ трубопроводов;
разработка методики расчета ресурса оболочки трубопровода, подвергающегося коррозионному износу с использованием теории накопления повреждений;
построение расчетных моделей деформирования трубопровода и круглой заглушки с полимерным защитным покрытием.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработана структура системы прочностного мониторинга трубопро
водных конструкций, подвергающихся совместному воздействию нагру
зок, температур и коррозионных рабочих сред;
разработаны структуры банков данных по моделям деформирования материала трубопроводных конструкций и по моделям коррозионного износа трубопроводов;
построены расчетные модели и разработаны методики расчета напряженно-деформированного состояния оболочек трубопроводов с учетом нелинейности материала, влияния нагрузки, температуры и коррозионной среды, вызывающей коррозионный износ трубопроводов; решен ряд модельных задач;
разработана методика расчета ресурса оболочки трубопровода, подвергающегося коррозионному износу и решен ряд модельных задач по оценке долговечности;
построены расчетные модели деформирования трубопровода и круглой заглушки с полимерным защитным покрытием.
Достоверность результатов работы подтверждается применением известных методов расчета напряженно-деформированного состояния оболочечных конструкций, тестированием используемого программного обеспечения и сопоставлением, где это возможно, полученных результатов с результатами экспериментов или других авторов.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: научно-техни-ческих конференциях профессорско-преподавательского состава Саратовского государственного технического университета (1994-1997 гг.); 14 Российской научно-тех-нической конференции "Неразрушающий контроль и диагностика (Москва, 1996 г.); межвузовской научно-методической конференции "Современные технологии в промышленности, строительстве и высшем образовании: инновации, опыт, проблемы, перспективы (Камышин, 1996 г.); 1 Международной конференции "Экологическое моделирование и оптимизация в условиях техногенеза" (Солигорск, Беларусь 1996 г.); межвузовской научной конференции "Математическое моделирование и краевые задачи" (Самара, 1996 г.).
В целом диссертационная работа докладывалась на научном семинаре кафедры "Сопротивление материалов" Саратовского государственного технического университета" (Саратов, 1997 г.) и кафедры "Строительная механика" Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии (Волгоград, 1997 г.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 8 публикациях.
Объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов, списка литературы из 263 наименований. Основное содержание изложено на 173 страницах машинописного текста.