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 | 4 |

Теоретические основы совершенствования методов расчета стальных вертикальных резервуаров с понтонами

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи


Лукьянова Ирина ЭдуаРдовна

Теоретические основы

Совершенствования методов расчета

стальных вертикальных резервуаров

с понтонами

Специальность 25.00.19 – «Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ»




автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Уфа – 2010

Работа выполнена на кафедре «сооружение и ремонт газонефтепроводов и газонефтехранилищ» уфимского государственного нефтяного технического университета

Научный консультант доктор технических наук, профессор

Мустафин Фаниль Мухаметович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Коршак Алексей Анатольевич

доктор технических наук

Новоселов Владимир Викторович

доктор технических наук, профессор

Тарасенко Александр Алексеевич

Ведущая организация ГУП «Институт проблем транспорта

энергоресурсов», г. Уфа

Защита состоится «24» декабря 2010 года в 1430 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.04 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г.Уфа, ул.Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан « » ноября 2010 года.

Ученый секретарь совета В.У. Ямалиев

общая характеристика работы

актуальность работы

Стальные резервуары в общем объеме хранилищ составляют более 80%. Анализ показывает, что одним из наиболее эффективных методов борьбы с потерями от испарения в стальных вертикальных резервуарах является использование понтонов, плавающих крыш. не все легколетучие нефтепродукты можно хранить в резервуарах с плавающими крышами; к последним относятся нефтепродукты, чувствительные к воде или содержащие водорастворимые присадки.

Эффективность понтонов как средства сокращения потерь достигает 90%. При одинаковой степени герметичности затвора и при одинаковом температурном режиме и испаряемости нефтепродукта в резервуаре с понтоном потери от испарения меньше, чем в резервуаре с плавающей крышей.

Первые исследования по созданию резервуаров с понтонами в нашей стране были начаты в 50-х годах под руководством профессора Н.Н. Константинова. Общие научные принципы проектирования, сооружения и эксплуатационной надежности резервуаров сформулированы в работах отечественных ученых и специалистов: Ф.Ф. Абузовой, В.Л. Березина, И.С. Бронштейна, В.А. Буренина, В.Б. Галеева, А.Г. Гумерова, С.Г. Едигарова, М.Г. Каравайченко, В.С. Корниенко, А.А. Коршака, Б.В. поповского, М.М. Сафаряна, А.А. Тарасенко, В.Е. Шутова, В.Г. Шухова, Э.М. Ясина и других, а также зарубежных ученых: И. Виггинса, М. Ирвинга, А.Нельсона, В.Робертсона, Т. Цутому и др. Исследованием упомянутых проблем занимаются коллективы ВНИПИнефть, ВНИИмонтажспецстрой, ЦНИИпроектстальконструкция, ИПТЭР, ТатНИПИнефть, ЗАО «Нефтемонтаждиагностика», РГУНГ им.Губкина, Тюменский ГНУ и др.

Большое значение для обеспечения надежной эксплуатации резервуаров, снижения потерь нефти и нефтепродуктов от испарения имеет использование технически исправного резервуарного оборудования, правильный его монтаж и эксплуатация.

Постоянного внимания требуют вопросы своевременного удаления отложений из резервуаров, работоспособности и безопасности необходимого для реализации этих целей оборудования.

внедрение нового оборудования, совершенствование конструкций стальных резервуаров и отдельных их элементов, выявление оптимальных габаритов, при которых обеспечивается минимальный расход металла и максимальное снижение потерь нефти и нефтепродуктов от испарения, требует разработки индивидуальных проектов на резервуары. При разработке последних необходимо использовать новые прогрессивные методы и программные средства для оптимизации расчетов.

Целью работы является повышение работоспособности стальных вертикальных резервуаров с понтонами на основе совершенствования методов расчета, учитывающих особенности конструкций и оборудования, в том числе при воздействии динамических нагрузок.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решались следующие основные задачи:

  1. исследование влияния современного оборудования стальных вертикальных резервуаров с понтонами, способов расчета на повышение работоспособности и безопасности их эксплуатации;
  2. совершенствование методов расчетов плавучести, остойчивости, непотопляемости понтонов с учетом их конструктивных особенностей на основе теории статики корабля, опирающихся на законы теоретической механики и гидромеханики;
  3. построение и изучение математической модели, описывающей напряженно-деформированное состояние понтона; численное моделирование напряженно-деформированного состояния армированного понтона;
  4. разработка методики, численное моделирование и исследование напряженно-деформированного состояния стальных вертикальных резервуаров при работе винтового оборудования для размыва донных отложений, образующихся при хранении продукта;
  5. разработка конструкций понтонов с улучшенной остойчивостью, исследование их поведения на основе разработанной математической модели с целью обоснования возможности применения таких понтонов в резервуарах различной вместимости для повышения работоспособности последних.

Методы исследований: Поставленные задачи решены с использованием: положений теории прочности, теории надежности, теории корабля, теории подобия и математического моделирования физических объектов и процессов, закономерностей и положений механики конструкций из композиционных материалов. Использованы математический аппарат рядов Фурье, методы конечных элементов, контрольного объема, ортогональной прогонки Годунова, последовательных приближений, вероятностно-статистические методы. Окончательная оценка предлагаемых научно-технических решений проводилась по результатам стендовых и опытно-промышленных испытаний.

Научная новизна

1. исследовано влияние конструктивных параметров понтонов стальных вертикальных резервуаров (РВС) на характеристики плавучести, остойчивости, непотопляемости; разработана классификация понтонов на основе указанных характеристик, позволяющая оценить достоинства и недостатки существующих в настоящее время понтонов для повышения объективности оценки проектируемой конструкции плавающего покрытия РВС.

2. Впервые, на основе теории корабля, разработана методика расчета плавучести, остойчивости, непотопляемости понтона, имеющего форму диска с дополнительными элементами, позволяющая учитывать в расчете модификацию конструкции.

3. Получены зависимости скорости течения жидкости различной плотности от уровня налива продукта в РВС при закачивании на хранение. Установлено, что для стальных вертикальных резервуаров большой вместимости (больше 50000 м3) с одной направляющей стойкой разрушение уплотняющего затвора стального понтона неизбежно. На основании проведенных расчетов разработаны рекомендации для снижения нагрузки на затворы и повышения их работоспособности и долговечности.

4.Теоретически решена и экспериментально подтверждена задача исследования напряженно-деформированного состояния понтона РВС при установке на опорную конструкцию, имеющую форму многолучевой звезды, и дополнительных нагрузках при помощи обобщенной математической модели, описывающей понтон из изотропного, монотропного и армированного материала.

5. Впервые, с использованием программных комплексов на основе методов конечных элементов и конечных объемов, разработаны математические модели и методики для определения напряженно-деформированного состояния стальных вертикальных резервуаров при размыве донных отложений с помощью винтового оборудования, учитывающие воздействие потока жидкости на стенки РВС.

6. На основе созданных методов расчета определены геометрические параметры разработанной новой конструкции металлических понтонов с устройствами, повышающими остойчивость. Исследованы вопросы статической и динамической остойчивости понтонов с успокоителями. Впервые разработаны научные основы получения диаграмм статической и динамической остойчивости понтонов.

Практическая ценность работы

Научные результаты, полученные в работе, применены при расчетах и разработке конструкции пенополиуретановых понтонов, выполненных ЗАО «Нефтемонтаждиагностика», смонтированных в вертикальных цилиндрических резервуарах ОАО «Ново-Уфимский нефтеперерабатывающий завод», ОАО «Уфимский нефтеперерабатывающий завод».

Разработанные методы, модели и результаты, полученные в работе, использованы в ОАО «Уфагипротрубопровод» для определения напряженно-деформированного состояния стальных вертикальных резервуаров при работе винтового оборудования для размыва донных отложений, образующихся при хранении нефтепродукта.

Теоретические и практические результаты работы использованы в учебнике, двух учебных пособиях для вузов, учебно-методических пособиях и лекциях по курсам «САПР в нефтегазовом деле», «Сооружение и ремонт газонефтепроводов и газонефтехранилищ».

На разработанную конструкцию понтона получен патент на изобретение № 2302365 РФ «Плавающее покрытие для резервуара».

На защиту выносятся следующие основные положения:

– классификация понтонов на основе характеристик плавучести, остойчивости, непотопляемости, позволяющая оценить достоинства и недостатки плавающих покрытий;

– методика расчета плавучести, остойчивости, непотопляемости понтона, имеющего форму диска с дополнительными элементами, позволяющая учитывать в расчете модификацию конструкции;

– обобщенная математическая модель, описывающая понтон из изотропного, монотропного и армированного материала при установке на опорную конструкцию, имеющую форму многолучевой звезды;

– методика для определения напряженно-деформированного состояния стальных вертикальных резервуаров при размыве донных отложений с помощью винтового оборудования;

– исследования статической и динамической остойчивости новой конструкции понтона с устройствами, повышающими остойчивость.

Апробация работы

Основные положения работы докладывались на международных, всероссийских и республиканских совещаниях и конференциях:

на всероссийской научно-технической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса России», г. Уфа, 1995 г.; Всероссийской конференции «Проблемы гидродинамики, надежности и прочности в современном трубопроводном транспорте», г. Уфа, 1997 г.; III Международном конгрессе «Защита-98», г. Москва, 1998 г.; Международной научно-технической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса России. Транспорт и хранение нефти и газа», г. Уфа, 1998 г.; 3-ей Всероссийской научно-практической конференции c международным участием “Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности”, г. Санкт-Петербург, 1998 г.; Всероссийской научно-технической конференции «Новоселовские чтения», г. Уфа, 1998 г.; Всероссийской научно-технической конференции «Новоселовские чтения», г. Уфа, 1999 г.; Международной научной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов (КХТП-V-99)», г. Уфа, 1999 г.; IV Международной научно-технической конференции при IV Международной специализированной выставке «Строительство, архитектура, коммунальное хозяйство-2000» «Проблемы строительного комплекса России», г. Уфа, 2000 г.; межотраслевой научно-практической конференции «Проблемы совершенствования дополнительного профессионального и социогуманитарного образования специалистов топливно-энергетического комплекса», г. Уфа, 2001 г.; всероссийской научно-технической конференции «Трубопроводный транспорт нефти и газа», г. Уфа, 2002г.; II всероссийской учебно-научно-методической конференции «реализация государственных образовательных стандартов при подготовке инженеров-механиков: проблемы и перспективы», г. Уфа, 2004 г.; II Российской межвузовской конференции по компьютерному инженерному анализу, г.Екатеринбург, 2005г.; III Российской межвузовской научно-практической конференции с международным участием «Методы компьютерного проектирования и расчета нефтяного и газового оборудования», г.Тюмень, 2006г.; Х Международной научно-технической конференции при Х Международной специализированной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство - 2006» «Проблемы строительного комплекса России», г. Уфа, 2006 г.; ХIII Международной научно-практической конференции «Гидроаэромеханика в инженерной практике», г. Киев, 2008г. IV Международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт - 2008», г. Уфа, 2008г.; V Международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт - 2009», г. Уфа, 2009г.

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 51 научном труде, в том числе: монография – 1, статей – 19 (в т.ч. 9 во включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналах и изданях, выпускаемых в Российской Федерации в соответствии с требованиями ВАК Минобразования и науки РФ), руководящий документ – 1, патент на изобретение – 1, учебник – 1, учебные пособия – 2.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций; содержит 322 страницы машинописного текста, в том числе 9 таблиц, 118 рисунков и 4 приложения, библиографический список из 148 наименований.

Содержание работы

Во введении приводится общая характеристика работы, обоснованы актуальность, цель и основные задачи исследований, приведены основные результаты.

Первая глава диссертации посвящена исследованию влияния оборудования на надежность эксплуатации резервуаров и анализу методов их расчета.

На работоспособность резервуара влияет надежность всех конструктивных элементов, но, согласно приводимым в литературе данным, довольно часто теряют работоспособность и могут приводить к тяжелым аварийным последствиям понтоны вертикальных цилиндрических резервуаров. Так, на одной из перекачивающих станций РФ в резервуарах вместимостью 20000 м3 утонули 22 стальных понтона.

Во время эксплуатации на днищах вертикальных стальных цилиндрических резервуаров с нефтью может образовываться и накапливаться значительное количество осадков, состоящих в основном из парафина. Из-за необходимости вывода резервуаров из эксплуатации и производства работ по их зачистке уменьшается полезная вместимость емкостей, оборачиваемость резервуарных парков, увеличивается стоимость хранения нефти.

В настоящее время для борьбы с донными отложениями на днищах стальных вертикальных резервуаров используют устройства предотвращения и размыва осадка – размывочные головки, устройства «Диоген», «Тайфун» и т.п. Они предназначены для размыва и перемешивания отложений подвижной струей нефти в резервуарах различной емкости. Для обоснованных выводов о возможности безопасной эксплуатации указанных устройств была поставлена задача исследования поведения конструкции резервуара с понтоном при возникающих в процессе размыва нагрузках.

Выполненный анализ современного оборудования стальных вертикальных резервуаров выявил наиболее актуальные направления исследований для повышения надежности эксплуатации. Повышенного внимания требуют задачи поддержания работоспособного состояния понтонов, а также своевременного удаления отложений из резервуаров.

Рассмотрены преимущества и недостатки различных типов понтонов. Изучение существующих конструкций внутренних плавающих покрытий, их технических характеристик и эксплуатационных показателей показало, что возможны случаи зависания и заклинивания понтонов, отставания облицовочного покрытия пластмассовых панелей, поэтому актуальными являются исследования, направленные на повышение остойчивости, плавучести, непотопляемости, жесткости и прочности понтонов, в том числе из полимерных материалов.

Из-за наличия газа в нефти при понижении давления на возвышенных участках трассы трубопровода образуются газовые пробки, которые при возобновлении перекачки попадают в резервуар и вызывают перекос стальных понтонов. Таким образом, в результате перекосов понтонов, переливов нефти (нефтепродуктов), кипения нефти возможно затопление бездефектных технически исправных металлических стальных понтонов.

В первой главе на основании проведенного сравнительного анализа преимуществ и недостатков существующих типов внутренних плавающих покрытий, с учетом оценки характеристик их плавучести, остойчивости, непотопляемости, предложена классификация понтонов для резервуаров со стационарными крышами.

В предложенной классификации (таблица 1) приведены существующие на сегодняшний день типы понтонов.

Из классификации видно, что понтоны из вспененных полимеров обладают самым высоким коэффициентом непотопляемости А и вторым по величине коэффициентом запаса плавучести К, а алюминиевые понтоны – самым высоким коэффициентом запаса плавучести К и вторым по величине коэффициентом непотопляемости А.

В первой главе рассмотрены также аналитические и численные методы расчета РВС с понтонами. Вопросами работоспособности резервуаров с плавающими покрытиями применительно к плавающим крышам РВС занимался М.Г. Каравайченко. Им рассмотрены вопросы расчетов плавучести, остойчивости, непотопляемости плавающих крыш резервуаров, но не приводятся соответствующие методики для плавающих покрытий другой формы.

Оптимизация расчетов на основе численных методов позволяет сократить время, уменьшить стоимость проектирования резервуаров с плавающими покрытиями, уточнить расчеты и провести численные эксперименты с проектируемыми конструкциями на критических режимах, но требует разработки методик использования программных комплексов.

Таблица 1 – Классификация понтонов стальных вертикальных резервуаров



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 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.