авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Разработка методов определения мест неисправностей трубопроводов и их ремонта

-- [ Страница 1 ] --

УДК 622.692.4

На правах рукописи

Файзулин Руслан Наилович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

МЕСТ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ТРУБОПРОВОДОВ

И ИХ РЕМОНТА

Специальность 25.00.19 – Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

Уфа 2011

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии
«Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР»).

Научный руководитель – кандидат технических наук Султанов Риф Габдуллович
Официальные оппоненты: – доктор технических наук, профессор Азметов Хасан Ахметзиевич – кандидат технических наук Кантемиров Игорь Финсурович
Ведущее предприятие – ОАО «Институт «Нефтегазпроект»

Защита диссертации состоится 23 декабря 2011 г. в 900 часов
на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном
унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов»
по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР».

Автореферат разослан 23 ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Л.П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

На сегодняшний день значительная часть трубопроводных систем исчерпала установленный ресурс и вступает в период интенсификации потока отказов. Ясно, что только высокоорганизованная, оснащенная современными и эффективными технологиями и средствами система технического обслуживания и ремонта позволит обеспечить бесперебойность энергоснабжения, экологическую безопасность и эффективность трубопроводных систем.

В жизнедеятельности человека все шире используются производства, в которых длительные перерывы, прекращение подачи углеводородов недопустимы из-за значительного экономического и морального урона (металлургия, стекловарение, нефтехимия, отопительные котельные в зимнее время и т.п.).

Существующие методы определения мест неисправностей трубопроводов неточны и неоперативны, применяемые методы не позволяют быстро про-изводить ремонт трубопроводов в стесненных условиях, под протяженными препятствиями, а также без остановки перекачки (БОП).

Учитывая изложенное, весьма актуальной задачей становится необходимость разработки новых методов и средств определения мест неисправностей, создания новых, более эффективных технологий и технических средств для аварийного ремонта трубопроводов и без остановки транспорта энергоресурсов.

Цель работы – разработка методов определения мест неисправностей
(негерметичности, закупорок, гидратных пробок) в трубопроводах, технологий аварийного ремонта и без остановки перекачки с целью обеспечения безопасности эксплуатации трубопроводных систем.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие
основные задачи:

  • анализ современного состояния трубопроводных систем, современных методов определения мест негерметичности, закупорок и существующих методов ремонта повреждений трубопровода;
  • разработка методов и технических средств оперативного и эффективного обнаружения мест утечек в трубопроводных системах;
  • разработка методов и устройств определения места образования закупорок и гидратных пробок;
  • разработка методов и технических средств аварийного ремонта трубопровода и ремонта без остановки перекачки.

Методы решения поставленных задач

Анализы современных способов обнаружения мест утечек на участках трубопроводной сети, выявления мест и объема закупорок и гидратных пробок, ремонта трубопроводов и разработка новых способов и устройств для определения мест негерметичности, сужений, закупорок и их срочного ремонта и ремонта без остановки перекачки выполнены на основании изучения литературно-патентных источников за последние 20 лет.

Разработка математической модели определения места негерметичности, места и объема закупорок и гидратных пробок основана на анализе причин температурной неоднородности, условий состояния газа, теории компенсационных измерений.

При разработке математической модели условий прочности гибких металических труб использованы современные концепции теоретической механики, теории упругости, сопротивления материалов.

Основу исследований в диссертационной работе составили теоретические и практические работы отечественных и зарубежных ученых в области определения мест неисправностей в трубопроводах и методов их ремонта, в числе которых: Х.А. Азметов, В.Л. Березин, П.П. Бородавкин, А.Г. Гумеров, Р.С. Зайнуллин, В.Г. Карамышев, А.А. Коршак, Л.Б. Кублановский, С.Е. Кутуков,
К.Е. Расщепкин, М.Х. Султанов, В.Н. Шкляр, К.М. Ямалеев и др.

Натурные испытания разработанных устройств и методов проведены на объектах ОАО «Уралсибнефтепровод».

Научная новизна результатов работы

1. Предложены и научно обоснованы методы оперативного и точного обнаружения мест утечки продукта из трубопроводов с использованием принципа встречных потоков, а также в условиях температурной неоднородности трассы трубопровода;

2. Разработан высокочувствительный дифференциальный датчик повреждения трубопровода, устанавливаемый на потоке;

3. Разработаны и научно обоснованы методы определения мест и объемов закупорок и гидратных пробок;

4. Разработано устройство для автоматического определения места образования закупорки на участке трубопроводной системы;

5. Разработаны технология и технические средства для аварийного ремонта трубопровода и ремонта без остановки перекачки.

На защиту выносятся:

  • разработанные методы и устройства обнаружения мест утечек, образования и объема закупорок, гидратных пробок;
  • датчик повреждения трубопровода «на потоке»;
  • технологии и технические средства ремонта трубопровода по методу «труба в трубе» и без остановки перекачки;
  • результаты промышленных испытаний и внедрения предложенных теоретических и технических решений.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Предложены, теоретически и экспериментально обоснованы методы определения мест утечек, закупорок и гидратных пробок в трубопроводной системе, позволяющие производить оперативное обнаружение неисправных участков трубопроводов различного назначения.

Разработаны, изготовлены, испытаны новые конструкции высокочувствительных датчиков повреждения трубопроводов для монтажа их непосредственно на потоке; испытан метод определения места негерметичности трубопровода с температурной неоднородностью, рекомендуемый к использованию при эксплуатации подводных переходов.

Разработаны методы аварийного ремонта повреждений трубопроводов по типу «труба в трубе» и без остановки перекачки с использованием гибких металлических труб, основными типоразмерами которых рекомендовано укомплектоваться предприятиям трубопроводного транспорта.

Достоверность результатов обеспечивается обширным статистическим анализом, обоснованностью используемых теоретических зависимостей, принятых допущений и ограничений, применением известных математических методов, проведением достаточного количества экспериментов и испытаний в производственных условиях, полученными математическими выражениями, разработанными на их основе технологиями и устройствами определения мест негерметичности, образования закупорок, гидратных пробок, а также ремонта трубопроводов.

Апробация результатов работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на расширенном заседании кафедры «Магистральные нефтепроводы и АЗС» и заседании ученого совета НОУ «Межотраслевой институт» (г. Уфа, 2011 г.), на
Всероссийских научно-практических конференциях «Энергоэффективность.
Проблемы и решения» (г. Уфа, 2010-2011 гг.), на Международной научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (г. Уфа, 2011 г.).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 13 научных трудах, в т.ч. в 2 монографиях, 1 ведущем рецензируемом научном журнале, рекомендованном ВАК Министерства образования и науки РФ, получены 2 патента и 1 положительное решение о выдаче патента на полезную модель.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 154 наименований. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка, 5 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы ее цель и основные задачи, обозначены основные положения, выносимые на защиту, показаны научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В первой главе показано, что для экстренного ремонта трубопроводных систем необходимы новые способы и средства, обеспечивающие оперативное и точное обнаружение мест неисправностей (утечек, закупорок, гидратных пробок); необходимо аварийный ремонт трубопроводов при наличии различных жестких ограничений производить в кратчайшие сроки или по технологиям, обеспечивающим бесперебойность подачи энергоресурсов.

Возникающие экстремальные ситуации, такие как опасность взрыва, замо-раживание отопительных систем, остановка непрерывных производств и т.п., при повреждении газо-, нефтепроводов могут привести к человеческим жертвам, огромному материальному ущербу и тяжелым экологическим последствиям.

Отмечено, что при определении скорости сигнала импульса давления о повреждении трубопровода необходимо учитывать температурную неоднородность по трассе трубопровода.

По окончании строительства, ремонта и реконструкции в полости трубопровода нередко остаются строительный мусор, грязь и вода, которые скапливаются, в основном, в наиболее низких участках профиля трассы, а в процессе эксплуатации на стенках трубопровода происходит отложение различных соединений углеводородов. Все это приводит к уменьшению проходного сечения трубопровода вплоть до полной закупорки, снижению эффективности участка трубопроводной сети, повышению вероятности разрушения тела трубы.

Существующие методы и технические средства не обеспечивают доста- точной достоверности определения мест образования сужений и пробок.

Анализ методов ремонта трубопроводов позволил все существующие способы укрупненно разделить по технологическим признакам и применяемому оборудованию на 4 группы:

1) полная замена дефектного участка трубопровода новым;

2) герметизация поврежденного участка трубы снаружи;

3) герметизация поврежденного участка изнутри трубопровода;

4) способ по типу «труба в трубе».

Способы ремонта трубопроводов по типу «труба в трубе» относятся к быстрым бестраншейным технологиям, проводимым в стесненных условиях.

При невозможности приостановить транспортировку энергоресурсов используют методы ремонта с применением «холодной врезки», которые несовершенны из-за высоких требований к условиям производства работ. Они малоэффективны из-за необходимости строительства протяженных байпасных линий, огибающих место выхода углеводородов.

Все это приводит к значительному увеличению сроков ремонта, трудовых и материальных затрат на ремонтные работы, объема вышедших углеводородов, снижению пожарной, промышленной, экологической безопасности.

Во второй главе изложены научные обоснования предложенного метода обнаружения места утечки из трубопровода. Показано, что температурная неоднородность транспортируемой среды, образованная в результате пересечения трубопроводами оврагов и водных преград, подземно-надземный вариант укладки трубопровода, а также соседство теплотрасс с населенными пунктами оказывают значительное влияние на скорость прохождения сигнала возмущения, образованного отрицательной ударной волной, и привносят ощутимую погрешность в существующие методы определения места повреждения участка трубопровода.

Скорость V прохождения сигнала зависит от температуры перекачиваемой среды Т:

, (1)

где – отношение теплоемкостей газа при постоянном давлении Ср и постоянном объеме Сv, = Ср/Сv; R – газовая постоянная; M – молярная масса. Скорость прохождения сигнала определяют при помощи датчиков повреждения, подключаемых к контролируемым пунктам (КП) системы телемеханики в конечных точках участка КП1 и КП4, и дополнительных датчиков, устанавливаемых на определенном расстоянии от них (КП2 и КП3) (рисунок 1).

  График изменения скорости прохождения сигнала возмущения Предлагается-2

Рисунок 1 – График изменения скорости прохождения сигнала возмущения

Предлагается эти дополнительные датчики устанавливать в точках КПпр1 и КПпр2. Место порыва трубопровода определяют по разности прихода сигнала в КП из выражения Lп = (L – V*t)/2.

На рисунке 1 наглядно видно, кривая изменения скорости сигнала имеет пологий вид, что свидетельствует о том, что предлагаемый метод значительно точнее.

Разработан метод определения места повреждения трубопроводов при проведении их периодических переиспытаний (статический метод). В предлагаемом способе необходимо найти точку С, в которой происходит утечка на участке трубопровода АВ, описываемом некоторой пространственной кривой, заданной в виде функции длины дуги, отсчитываемой от точки А:

. (2)

Производят закачку как с одной стороны, так и одновременно с двух сторон участка трубопровода, определяют изменение давления на обоих концах участка при равенстве объемов закачки в обоих случаях и находят место утечки:

, (3)

что иллюстрируется рисунком 2.

  Определение места негерметичности статическим методом Разработанное-5

Рисунок 2 – Определение места негерметичности статическим методом

Разработанное устройство для автоматического определения места негерметичности участка трубопроводной системы работает следующим образом (рисунок 3).

Рисунок 3 – Устройство для автоматического определения места утечки

При открытых клапанах 1 и 12 устройство 6 осуществляет мониторинг параметров перекачки, и при разбалансе расходов, выявляемом датчиками расхода 4 и 9, устройство 6 закрывает клапаны 1 и 12. Затем устройство 6 подает команду на открытие задвижки 10, прокачку среды с устройства 11, измерение давления и расхода. Далее устройство 6 открывает задвижки 3, 10 так, чтобы суммарные расходы с устройств подачи 2 и 11 были равны расходу с устройства 11 в предыдущем случае и производят измерение величин давлений и расходов датчиками 5, 8 и 4, 9 соответственно.

Разработан датчик повреждения трубопровода на потоке (рисунок 4). В трубопровод 1 вваривается патрубок 2 с задвижкой 3 с глухим патрубком 4,

  Датчик повреждения трубопровода пространство между которыми-7

Рисунок 4 – Датчик повреждения трубопровода

пространство между которыми мембрана 5 с пьезоэлементом 6 делит на две полости 7 и 8, которые сообщаются между собой регулируемым дросселем 9 в виде кольцевого зазора, образованного мембраной 5 и боковой поверхностью конуса 10. Дроссель выравнивает давление в полостях 7 и 8 при отсутствии сигнала и позволяет регулировать конусом 10 чувствительность датчика в зависимости от координаты его установки и состояния трубопровода.

В момент порыва трубопровода волна возмущения достигает датчика и из-за наличия кольцевого зазора давления в полостях не успевает выравниться и происходит значительное отклонение мембраны 5 от первоначального положения (состояния покоя), возникающий импульс напряжения на пьезоэлементе 6 поступает на микроконтроллер КП.

Изменяя положение конуса 10 можно регулировать площадь кольцевого сечения дросселя и, тем самым, чувствительность датчика, а упорами конуса предотвращать повреждение мембраны при значительных амплитудах ее прогиба. Наличие зазора дросселя позволяет не реагировать на низкочастотные медленно изменяющиеся возмущения, характерные для такой инерционной гидравлической системы, какой является трубопровод, и возникающие при различных изменениях режима перекачки. Тем самым, датчик способен улавли-вать резко изменяющиеся сигналы, и в то же время имеющие незначительную амплитуду, т.к. по принципу действия он относится к дифференциальным датчикам давления. Установка датчика непосредственно на трубопроводе значительно повышает чувствительность системы обнаружения повреждений трубопровода и позволяет производить мониторинг состояния подземного сооружения с использованием трехуровневой SСADA-системы.

Таким образом, разработаны методы определения места утечки, применение которых возможно как при перекачке энергоресурсов, так и в процессе переиспытаний трубопроводов; разработан дифференциальный датчик повреждения трубопроводов на потоке с регулируемой чувствительностью, позволяющий производить более точное обнаружение места повреждения трубопровода.

В третьей главе описан предложенный метод определения места сужения в трубопроводе (рисунок 5). При условиях Р0, Т0 внутрь емкости объемом V0 по команде БУ 4-1 закачивают рабочий агент Vp.а, одновременно измеряя время t1, в течение которого параметры газа станут равными Р1, Т1, затем закачку прекращают и начинают отсчет времени t2 изменения параметров газа до значений Р0, Т2. Масса газа в полости в начальный момент времени равна m0, в конце закачки станет , а на момент времени t2. Здесь g1 и g2 – среднеинтегральные расходы утечек газа между стенкой трубопровода 1-1 и закупоркой 2-1 в процессе закачки и после ее прекращения соответственно.

  Определение места сужения в трубопроводе Решая систему уравнений, -10

Рисунок 5 – Определение места сужения в трубопроводе

Решая систему уравнений

, (4)

находим . Учитывая, что L=, получим выражение для определения места сужения L трубопровода сечением SТР:

. (5)



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.