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:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Развитие и научное обоснование методов ремонта магистральных нефтегазопроводов без остановки транспортировки продукта

-- [ Страница 2 ] --

Влияние бактерий на коррозионные процессы в почве было обнаружено еще в 1922 г. Имеются многочисленные данные о провоцировании бактериями коррозионных процессов, вместе с тем есть данные и об отсутствии корреляции биологической активности почв с разрушением трубопроводов.

Распространено мнение, что наибольшую опасность для трубо­проводов представляют сульфатвосстанавливающие бактерии (СВБ). Выделяющийся в присутствии СВБ сероводород обладает высокой коррозионной агрессивностью, ускоряет растворение железа.

Основным методом диагностики КРН в настоящее время является внутритрубная диагностика, которая с вероятностью около 80 % позволяет выявлять дефекты КРН глубиной более 20 % от глубины стенки.

Проведённый обзор методов диагностики и ремонта магистральных трубопроводов позволил сформулировать цели и задачи исследовательской работы.

Вторая глава посвящена экспериментальным измерениям параметров ремонтной колонны с целью выбора технологической схемы ремонта, а также исследованиям взаимодействия труб (нефтепроводов) больших диаметров с грунтом нарушенной структуры при поперечных перемещениях (осадке).

Рассматриваются модели деформации грунта. Показано, что применительно к ремонту трубопроводов наиболее приемлема модель Винклера, определяющая реакцию грунта через коэффициент постели. Приведён обзор источников, использующих в качестве расчётного обоснования модель Винклера. Показано, что в ряде случаев реакция грунта может носить нелинейный характер, а зависимость может быть выражена через степенные, логарифмические, тригонометрические или другие функции.

В трассовых условиях при проведении капитального ремонта с заменой изоляционного покрытия без подъёма проведены экспериментальные измерения параметров ремонтной колонны:

– на нефтепроводе диаметром 1220 мм без применения грузоподъёмных механизмов;

– на нефтепроводе диаметром 1020 мм с применением двух крепей.

На ремонтируемом участке нефтепровода Ду = 1200 мм было проведено 5 замеров, на участке Ду = 1000 мм – 3 замера. Программа исследований включала измерение линейных параметров и осадки трубопровода в процессе прохождения ремонтной колонной ремонтируемого участка.

Проведенные замеры трубопровода Ду = 1200 мм показали, что в плотных суглинистых грунтах осадка может изменяться в широких пределах (0,31…0,60 м). Показано, что величина осадки участка нефтепровода в процессе ремонта без применения грузоподъемных механизмов во многом зависит от обрушения земляной призмы перед подкапывающей машиной (0,04…0,26 м), вызванного воздействием веса трубы.

Анализ проведенных замеров трубопровода Ду = 1000 мм показал, что при ремонте с применением грузоподъёмных механизмов (двух крепей) осадка трубопровода уже происходит по двум составляющим:

– на подкопанном участке – 0,120…0,160 м;

– на участке присыпки – 0,063…0,095 м.

Осадки из-за обрушения земляной призмы нет. Общая осадка на ремонтном участке существенно уменьшилась и составила 0,187…0,265 м.

Применение грузоподъемных механизмов в составе ремонтной колонны позволяет уменьшить осадку ремонтируемого участка до величины порядка 0,10…0,15 м, т.е. равной осадке на участке присыпки.

Таким образом, одним из путей уменьшения осадки, а значит и изгибающих напряжений стенки трубы, и увеличения производительности ремонтных работ является применение обоснованного количества достаточно мощных грузоподъемных механизмов.

Для изучения характера осадки грунта нарушенной структуры под весом трубопровода были проведены экспериментальные исследования. Программа исследований предусматривала экспериментальное измерение осадки на стендах из натурных образцов труб больших диаметров 820, 1020 и 1220 мм длиной 5,0 м, в суглинистых грунтах нарушенной структуры, при естественной влажности и различных значениях высоты (0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 м) от нижней образующей трубы до монолитного слоя грунта (дна траншеи). Схема стенда приводится на рисунке 1.

Основной целью экспериментов было выявление зависимости осадки грунта нарушенной структуры от различных значений высоты присыпки и диаметра трубы. Осадка грунта при каждой ступени нагружения замерялась до момента условной стабилизации, за которую было принято увеличение осадки не более 0,1 мм за 0,5 часа. Всего проведено 15 опытов.

1 – несущий каркас; 2 – винтовая пара для регулирования высоты;

3 – труба; 4 – пригрузы; 5 – грунт присыпки; 6 – прогибомер

Рисунок 1 – Схема экспериментального стенда

По результатам проведённых исследований установлено, что наибольшая осадка имеет место в течение 5…10 минут, а ее условная стабилизация наступает через 2,5…4,0 часа.

Полученные экспериментальные данные показали, что зависимость осадки грун­та от времени и распределённой нагрузки носит общий характер. Для выбо­ра регрессионного уравнения экспериментальные данные были обработа­ны по методу наименьших квадратов. В качестве уравнений регрессии рассматрива­лись степенные функции вида

q = k h ; (1)

q = k h2; (2)

q = k1 h + k2 h2 ; (3)

q = k1 h + k2 h2 + k3 h3, (4)

где k, k1, k2, k3 – коэффициенты, определяемые по методу наименьших квадратов;

q – линейная распределенная нагрузка, кН/м;

h – осадка грунта присыпки, см.

Применительно к этим уравнениям были проведены корреляционный и регрессионный анализы. Результаты анализа показывают, что описанию зависимости осадки грунта от распределённой нагрузки наиболее полно соответствует парабола второй степени с двумя членами – функция (3).

На рисунке 2 приведены графики зависимости осадки от нагрузки для трубопровода диаметром 1220 мм при высоте присыпки Н = 0,6 м и графический эквивалент функциям (1) – (4). График функции (4) условно не показан, так как практически совпадает с графиком функции (3).

– график функции (1); – график функции (2);

– график функции, полученной экспериментально;

– график функции (3)

Рисунок 2 – Графики зависимости осадки от нагрузки для функций (1) – (3)

В трассовых условиях проводились замеры высотного положения участка нефтепровода диаметром 1220 мм через год после его ремонта, которые показа­ли, что и после стабилизации осадка продолжается и в процессе эксплуатации может превышать 0,1 м.

В третьей главе проведены теоретические исследования НДС ремонтируемого участка нефтепровода. В качестве инструмента исследований была разработана методика расчёта НДС.

Под действием нагрузок и воздействий на ремонтируемом без остановки перекачки нефтепроводе происходит его продольно-поперечный изгиб. В зависимости от направления продольных сил уравнение продольно-поперечного изгиба имеет вид:

ЕIуIV ± N yII = q; (5)

где ЕI – параметр продольной жесткости трубопровода;

N – продольная сила (сжимающая или растягивающая);

q – распределенная нагрузка.

Для решения задачи продольно-поперечного изгиба участка нефтепровода используется метод перемещений. В этом случае независимо от расчетной схемы участка нефтепровода основная система распадается на балки с защемленными концами. Канонические уравнения метода перемещений для расчетной схемы в общем случае имеют вид:

r11 Z1 + r12 Z2 + r13 Z3 + R1p = 0;

r21 Z1 + r22 Z2 + r23 Z3 + R2p = 0; (6)

r31 Z1 + r32 Z2 + r33 Z3 + R3p = 0,

где R1p, R2p, R3p – реакции вновь введенных связей, вызванные внешними нагрузками и воздействиями;

Z1, Z2, Z3 – углы поворота опорных сечений;

rik – реакция связи i, вызванная единичным перемещением связи k,
i = 1, 2, 3; k = 1, 2, 3.

С учётом граничных условий получены формулы для определения изгибающих моментов в опорных сечениях от каждого вида нагрузки или воздействия. В качестве примера в таблице 1 приводятся формулы изгибающих моментов в опорных сечениях при действии растягивающих сил.

Таблица 1 – Формулы изгибающих моментов в опорных сечениях при действии растягивающей силы

Уравнение (5) действительно не на всём протяжении вскрытого участка ремонтируемого трубопровода. На участке присыпки, где имеет место отпор грунта нарушенной структуры, для выбранной системы координат дифференциальное уравнение имеет вид:

ЕIуIV – N y11 = q 0 + k1 (yQ – y) + k2 ( yQ – y)2, (7)

где k1 и k2 – из формулы (3);

yQ – осадка на участке присыпки;

q0 – распределённая нагрузка на участке присыпки.

Для решения поставленной задачи используется метод Бубнова-Галеркина, в соответствии с которым для приближённого решения вычисляется постоянная А – характеристика отпора грунта. Таким образом определяются изгибающие моменты и реакции опор по формулам:

Мизг = ЕI у" А; (8)

Rоп = ЕI у"" А, (9)

где Мизг – изгибающие моменты в опорных сечениях;

Rоп – реакции опор в опорных сечениях.

На основе проведённых теоретических исследований была разработана методика расчёта НДС ремонтируемого участка нефтепровода с учётом возможных нагрузок и воздействий, включая продольные силы и отпор грунта на участке присыпки.

Проведено исследование количественной зависимости изгибных напряжений на ремонтируемом участке нефтепровода от его осадки, что позволило выбрать технологическую схему ремонта, количество и мощность подъемных средств.

Применительно к принятой технологической схеме ремонта показано влияние на НДС трубопровода веса ремонтных машин, обоснованы и рекомендованы основные технологические параметры:

- оптимальные расстояния между опорами;

- рациональные значения шага ремонтной колонны и на его основе эмпирические формулы для расчёта линейных технологических параметров;

- минимальные расстояния от опорных устройств до кольцевых стыков и их взаимосвязь с другими технологическими параметрами.

Проведены исследования влияния продольных растягивающих и сжимающих сил.

Исследовано влияние на НДС отпора грунта на участке присыпки, которое показало, что постоянная А (характеристика отпора грунта) составляет от 0,82 до 0,92. Учет отпора грунта на участке присыпки позволил уточнить изгибные напряжения в опорных сечениях, и при реальных значениях технологических параметров их расчетные значения снижаются на 8…18 %.

Капитальный ремонт нефтепроводов производится без остановки перекачки, поэтому необходимо определить допустимое давление нефти на ремонтируемом участке. Согласно существующим нормативам подъем, удержание и уклад­ка нефтепровода, не имеющего дефектов, могут производиться без остановки перекачки со снижением давления на участке до 2,5 МПа. Проведённые исследования показали, что в ряде случаев такая величина давления нефти превышает требования прочности ремонтируемого трубопровода, или, наоборот, предел прочности позволяет выполнять ремонтные работы при более высоком давлении.

Была предложена зависимость, выведенная из положений СНиП 2.05.06-85*:

T = 1/ tE(((1 – 0,75k / R2 2) – 0,5 k / R2 ) R2 + k k u), (10)

где T – температурный перепад, 0С;

t – коэффициент линейного расширения;

Е – модуль упругости, Па;

k – кольцевые напряжения от внутреннего давления нефти, Па;

R2 – расчётное сопротивление металла трубопровода, Па;

k – коэффициент продольной деформации;

u – напряжения изгиба, Па.

Предложенный метод позволяет назначать допустимое давление с учётом следующих факторов:

- диаметра трубопровода, толщины его стенки;

- температурного перепада;

- изгибных напряжений;

- категории участка;

- предела текучести трубной стали.

Полученные результаты для наглядности представлены в виде графиков в диссертации.

В порядке проверки результатов теоретических исследований на ремонтируемом участке нефтепровода диаметром 1220 мм были проведены комплексные экспериментальные исследования НДС. Программа экспериментальных исследований включала измерения технологических параметров ремонтной колонны, высотного положения ремонтируемого участка, напряжений изгиба в сечении трубопрово­да. Измерения проводились при прохождении ремонтной колонны в рабочем режиме. Кроме того, путем установки в гидросистеме крепей одинакового давления (12 МПа) определялись их подъемные усилия.

В качестве основного метода исследования использовался метод прямого тензометрирования изменений деформаций стенки трубопровода в процессе прохождения ремонтной колонны.

На рисунке 3 представлены расчётная схема с применением двух опор (рисунок 3, а), эпюры прогибов (рисунок 3, б), изгибающих моментов (рисунок 3, в), перерезывающих сил (рисунок 3, г).

По данным замеров, технологических параметров, высотных от­клонений в опорных точках А и В, осадки, линейных размеров, а также с учетом нагрузок и геометрических характеристик трубопровода на ремонтируемом участке были проведены расчеты его напряженного состояния. Расчётные значения прогибов на рисунке 3, б обозначены пунктирной линией (значения в круглых скобках), фактические измерения сплошной линией (в квадратных скобках). Из рисунка 3, б видно, что экспериментальные значения прогибов незначительно отличаются от расчетных.

На рисунке 3, в приведена эпюра напряжений изгиба с нанесенными на нее экспериментальными точками, полученными по результатам измерений НДС. Качественный и количест­венный анализы показывают на их хорошую сходимость.

На рисунке 3, г приведена эпюра перерезывающих сил. Реакции опор в точках А и В составили соответственно 330 кН (33,0 тс) и 341 кН (34,1 тс), что исходя из коэффициента полезного действия в достаточной степени соответствует подъемному усилию крепей КР-1220.

Проведенные комплексные экспериментальные исследования подтвердили достоверность исходных предпосылок и результатов теоретических исследований напряженного состояния ремонтируемого трубопровода, а также обоснованность практических рекомендаций по выбору технологических параметров ремонтной колонны. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований рекомендуются основные технологические параметры, которые должны обеспечить минимальные изгибные напряжения в трубопроводе.

Проведенные исследования положены в основу РД 39-0147103-346-86.

В четвёртой главе разработана новая технология ремонта перехода магистральных газопроводов через автомобильные дороги без остановки транспортировки газа.

Приводится обоснование возможности использования существующей бездефектной трубы, толщина стенки которой соответствует I категории, что исключает замену участка. Показано, что современная внутритрубная дефектоскопия с достаточной степенью точности позволяет оценить уровень дефектности рабочего трубопровода (газопровода) внутри футляра. Предлагается принципиально новая конструкция защитного футляра
(рисунок 4).

Из рисунка 4 видно, что предлагаемый вариант защитного футляра представляет собой самостоятельную пространственную конструкцию, не связанную с газопроводом, в то же время достаточно жесткую, чтобы избежать продольных или поперечных перемещений.

Рисунок 4 – Конструктивная схема перехода газопровода
через автомобильные дороги с защитным футляром
из половинки трубы

Приводятся технологические схемы перехода магистральных газопроводов через автомобильную дорогу. Подробно описаны конструктивные особенности защитного футляра, подчеркнуты элементы новизны.

Показаны преимущества вновь созданной технологии:

- нет остановки газопровода, а значит отпадает необходимость в освобождении участка от газа, т.е. ремонт производится без остановки транспорта газа;

- обеспечивается полноценная электрохимическая защита трубопровода и защитного футляра;

- исключается возможность электрического контакта между газопроводом и защитным футляром;

- остается стабильным напряженное состояние газопровода;

- повышается ремонтопригодность участка перехода;

- существенно снижаются материалоемкость и трудоемкость ремонтных работ, исключаются огневые работы на действующем газопроводе.

И главное – технология, в силу вышеупомянутых преимуществ, объективно способствует повышению надежности газопровода на переходе через автомобильную дорогу.

Приведен сравнительный анализ условий работы участков газопроводов на переходах через автомобильные дороги. В качестве базы сравнения были приняты:

- переходы нефтепроводов через железные дороги;

- переходы нефтепроводов через автомобильные дороги I-II категорий;

- переходы нефтепроводов через автомобильные дороги III-IV категорий;

- переходы газопроводов через железные дороги;

- переходы газопроводов через автомобильные дороги I-II категорий;

- переходы газопроводов через автомобильные дороги III-IV категорий;

- переходы газопроводов III-IV категорий, пролегающих в нормальных условиях (например пашня).

В качестве критериев сравнения были приняты:

- электрохимическая защита;

- напряженно-деформированное состояние;

- динамические воздействия;

- первичные и вторичные факторы последствий возможных аварий;

- ремонтопригодность участка;

- режим транспортировки продукта в период проведения ремонтных работ;

- вероятность повреждения сторонними силами;

- вероятность появления электрического контакта;

- вероятность нарушения изоляции.

Оценка по сумме условных баллов показала, что в связи с повышением надежности отремонтированных по новой технологии переходов магистральных газопроводов через автомобильные дороги III-V категорий становится целесообразным не заменять, а использовать на них собственно трубы, толщина стенки которых соответствует III категории магистральных трубопроводов.

Пятая глава посвящена экспериментальным и теоретическим исследованиям воздействия проезжающего по автомобильной дороге транспорта на эксплуатируемый трубопровод при различных конструкциях защитного футляра.

Целью экспериментов было исследование воздействия вибрации проезжающего по грунтовой автомобильной дороге транспорта на рабочий трубопровод при следующих вариантах конструкции защитного футляра:

- общепринятого типа «труба в трубе» (кожух);

- новой технологии «из половинки трубы» (полукожух);

- трубопровода без защитного футляра.

Работы производились на экспериментальной площадке, состоящей из трех стендов, и сооруженной над ними грунтовой дорогой. Стенды представляют собой в двух случаях трубу Ду = 500 мм с защитным футляром различной конструкции Ду = 700 мм (кожух, полукожух) и трубу Ду = 500 мм без защитного футляра.

Программа исследований включала измерение и запись в память компьютера виброскорости на стендах, причем для вариантов «кожух» и «полукожух» – одновременно для трубы и защитного футляра, при проезде:



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 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.