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 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Организационно-технологическая система обеспечения эксплуатационной надежности магистральных нефтепроводов

-- [ Страница 4 ] --

Из приведенных данных видно, что применение дополнительных технических решений позволяет достигнуть таких значений вероятностей возможных аварий, которые позволяют отнести их к категории запроектных.

В четвертой главе на основе анализа современных методов и средств технической диагностики МН изложены основные подходы по усовершенствованию диагностики и оценки технического состояния. В зависимости от этапа жизненного цикла нефтепроводов различают техническое диагностирование МН, законченных строительством; нефтепроводов, находящихся в эксплуатации; нефтепроводов, находящихся в состоянии консервации или режиме содержания в безопасном состоянии. В зависимости от указанной классификации предложены различные виды технического диагностирования нефтепроводов.

На магистральных нефтепроводах, законченных строительством, применяются внутритрубная диагностика (ВТД) (профилеметрия и дефектоскопия) и электрометрическая диагностика (контроль изоляции методом катодной поляризации) линейной части и переходов через естественные и искусственные преграды, включая подводные переходы (послестроительная диагностика).

На магистральных нефтепроводах, находящихся в эксплуатации, применяются внутритрубная диагностика (профилеметрия и дефектоскопия) линейной части и переходов через естественные и искусственные преграды; наружная диагностика методами неразрушающего контроля камер пуска и приема средств очистки и диагностики (КПП СОД), соединительных деталей, приварных элементов и ремонтных конструкций, емкостей сбора нефти с КПП СОД; акустико-эмиссионный контроль участков и элементов линейной части и подводных переходов, на которых в силу их конструктивных особенностей внутритрубная диагностика неосуществима; измерение глубины залегания нефтепровода и определение планового положения его конструктивных элементов; электрометрическая диагностика линейной части.

На магистральных нефтепроводах, находящихся в состоянии консервации или режиме содержания в безопасном состоянии, используются электрометрическая диагностика; измерение глубины залегания нефтепровода и измерение отклонений осей КПП СОД от проектных значений, планового положения и просадки емкостей сбора нефти с КПП СОД.

Планирование интервалов между диагностическими обследованиями существенно влияет на показатели безопасности эксплуатируемого нефтепровода.

В этой связи для линейной части нефтепроводов предложена методика интегральной оценки работоспособности участка в целом, учитывающая его текущее и прогнозное техническое состояние. В основу методики положена оценка рисков, учитывающая параметры трубопровода (геометрические параметры трубопровода, труб и сварных соединений, свойства материалов, дефектность, наличие остаточных напряжений и деформаций), условия эксплуатации (режимы нагружения и воздействия внешней среды), уязвимость участков, по которым проложен трубопровод, параметры транспортируемого продукта, механизмы и скорости развития дефектов, погрешности диагностических обследований.

В соответствии с предложенной методикой прогнозная кинетика изменения параметров трубопровода и условий эксплуатации участка трубопровода отражается функциями интенсивности социальных RN(t), экологических RO(t) и технико-экономических RT(t) рисков.

Наименьший срок, при котором расчетная интенсивность риска становится равной допустимой величине социальных, экологических или технико-экономических рисков (R = [R]), определяет срок безопасной эксплуатации участка, в течение которого должны быть проведены диагностические или компенсирующие мероприятия на участке трубопровода.

Предельно допустимые уровни социальных и экологических рисков регламентируются общими и специальными техническими регламентами. Предельно допустимые уровни социальных и экологических рисков являются ограничениями, а приемлемый, с точки зрения эксплуатирующей организации, уровень технико-экономических рисков рассчитывается по методологии вероятностного анализа безопасности с учетом затрат на техническое обслуживание и определяет целевую функцию, которую необходимо минимизировать. Таким образом, допустимые величины рисков являются факторами технико-экономическими (по аналогии с допускаемыми напряжениями при всех видах расчетов на прочность и несущую способность).

Технико-экономический риск RT (как функция времени t) зависит от выбранной программы ремонтно-восстановительных работ, определяемой набором затрат Зр на ремонтные работы.

В технико-экономических рисках находит свое отражение экономический ущерб, имеющий следующую структуру:

- полные финансовые потери эксплуатирующей организации (вышедшее из строя оборудование и потери перекачиваемого продукта);

- расходы на мероприятия по ликвидации последствий аварии;

- социально-экономические затраты, связанные с травмированием и гибелью людей (компенсационные выплаты);

- экологический ущерб (сумма ущербов от различных видов вредного воздействия на объекты окружающей природной среды);

- косвенный ущерб (убытки простоя производства, неустойки, штрафы и пени);

- потери государства от выбытия трудовых ресурсов (исходя из национального / регионального дохода по отрасли с учетом средней заработной платы на предприятии).

По результатам проведения диагностических обследований проводится корректировка расчетных параметров трубопровода и уровней интенсивностей риска R(t), что влечет за собой уточнение программ диагностики и ремонта трубопровода.

Программы диагностики и ремонта определяются сроками, методами и объемами (Зд и Зр) диагностических и ремонтных работ. Частое проведение диагностики, равно как и увеличение объемов ремонтных работ вплоть до устранения всех выявленных дефектов, уменьшает ожидаемый риск, но приводит к увеличению эксплуатационных затрат, а продление междиагностических периодов связано с ростом рисков.

Предложенная методика позволяет экономически обосновать программу диагностики и ремонта, оптимизирующую суммарные затраты З(t) за период времени t. Задача состоит в поиске минимума функции удельных затрат при соблюдении ограничений по уровням социальной и экологической безопасности (RN < [RN], RO < [RO]).

Реализация данной методики позволяет определить время, соответствующее минимуму функции , которое задает оптимальный срок следующей диагностики (рисунок 8).

В результате проведенного исследования установлено, что оптимальные сроки, объемы и методы диагностики и ремонта существенным образом зависят от параметров трубопровода, условий эксплуатации, уязвимости участков, по которым проложен трубопровод, характеристик транспортируемого продукта, механизмов и скорости развития дефектов, погрешностей диагностических обследований.

 Определение оптимального срока диагностики магистрального-34

Рисунок 8 - Определение оптимального срока диагностики

магистрального нефтепровода

В этой связи, в отличие от существующих подходов к назначению сроков с фиксированной периодичностью, оптимальные программы диагностики и ремонта должны быть индивидуальны для нефтепровода в целом и каждого его участка в отдельности. Предложенная методика позволяет осуществить формирование оптимальной программы диагностики и ремонта с учетом ожидаемых социальных, экологических и технико-экономических рисков и затрат на ремонтные работы, проводимые в междиагностический период.

Пятая глава посвящена исследованию и разработке методов расчета трубопроводов на прочность и долговечность с учетом фактического уровня дефектности.

В основу методик расчета на прочность и долговечность труб с учетом фактического уровня дефектности положены результаты экспериментальных исследований прочности и долговечности натурных образцов труб с естественными и искусственными дефектами типа «риска», «трещина», «потеря металла». В качестве исходных данных для расчета используются механические характеристики металла труб и сварных соединений эксплуатируемых магистральных нефтепроводов, определенные по результатам испытаний стандартных и специальных образцов на статическое растяжение, малоцикловую усталость, ударный изгиб, статическую и циклическую трещиностойкость, а также результаты исследований структурного состояния основного металла и металла сварных соединений.

Теоретическую базу и методологию оценки работоспособности трубопроводов с дефектами составляют:

  • единый метод расчета конструкций с дефектами на прочность и долговечность, использующий энергетические критерии прочности и устойчивости, а также деформационные критерии механики разрушения;
  • упругопластические решения по определению напряженно-деформированного состояния поврежденной трубы при различных нагрузках;
  • положения нормативно-технических и методических документов, определяющих порядок расчетов прочности и долговечности, выбор показателей надежности конструкций с дефектами, выявленными в результате диагностических обследований;
  • система коэффициентов запаса, учитывающая последствия отказа, а также разброс значений по свойствам металла, по погрешности определения размеров дефектов при диагностических обследованиях, по значениям прогнозируемых скоростей роста дефектов.

Разработанные методы предназначены для расчетов на прочность и долговечность труб, классификации дефектов по степени опасности, определения предельных рабочих давлений и предельных сроков устранения дефектов по результатам диагностики магистральных и технологических нефтепроводов при оценке их работоспособности.

Анализ основных положений и области применения существующих нормативно-методических документов позволил сформулировать основные требования к разрабатываемым методикам расчета труб и сварных соединений с дефектами на прочность и долговечность. В качестве исходных данных для расчета используются реальные значения внешних нагрузок, фактические свойства металла труб и сварных соединений, результаты комплексной диагностики по выявлению формы, размеров и расположению дефектов.

В работе предложен общий методологический подход к расчету. Разработанный метод расчета на прочность и долговечность труб и сварных соединений с дефектами позволяет определять предельное (разрушающее) давление (расчет на прочность) в зависимости от срока эксплуатации с учетом деградации свойств металла, накопления повреждений, кинетики развития дефектов (расчет на долговечность). В качестве предельных состояний принимаются условия достижения предельной прочности и предельной пластичности.

Условие предельной прочности формулируется как

, (8)

где i – интенсивность деформаций; 0 – объемная деформация; iu и 0u – соответственно предельная интенсивность деформаций и предельная объемная деформация; – угол подобия девиатора деформаций.

Условие предельной пластичности формулируется как

, (9)

где и – соответственно разрушающая интенсивность деформаций и разрушающая объемная деформация.

Долговечность при циклическом нагружении определяется с учетом кинетических уравнений, описывающих изменение разрушающих деформаций и в зависимости от числа циклов N.

Число циклов нагружения участка за год принимается равным величине наибольшей (за три последних года) приведенной годовой цикличности нагружения, определенной по числу включений и технологических переключений насосных агрегатов.

По степени локализации указанные предельные состояния разделяют на общие и местные (локальные). Общие предельные состояния достигаются при действии на трубу экстремальных нагрузок, не предусмотренных проектом, и охватывают большие объемы металла. Примером достижения общего предельного состояния может служить образование гофра, когда достигается предельная несущая способность трубы при изгибе. При этом металл стенки трубы может сохранять сплошность. Местные (локальные) предельные состояния возникают в стенке (нетто-сечении) трубы с дефектом, который приводит к перераспределению силовых потоков в стенке, увеличению местных напряжений и деформаций (возникновению концентрации напряжений).

Долговечность трубы с растущим дефектом, например типа «потеря металла», определяется наступлением локального предельного состояния по критерию предельной прочности. Достижение предельной прочности в случае «острого» трещиноподобного дефекта сопровождается большой пластической деформацией в области вершины трещины. Дальнейшее повышение нагрузки приводит к исчерпанию запаса пластичности металла в области вершины трещины и к началу ее распространения.

При переменных нагрузках накопление поврежденности в области вершины трещиноподобного дефекта приводит к росту трещины по механизму усталости. Скорость роста усталостной трещины vуст (мм за цикл) определяется чувствительностью материала к воздействию переменных нагрузок и их интенсивностью:

, (10)

где определяется из условия:

, (11)

(12)

Здесь и – разрушающая объемная деформация и разрушающая интенсивность деформации соответственно. Приращения i и 0 – суть размах соответствующих значений i и 0 при усталостном нагружении. Значение определяется по результатам стандартных испытаний на усталость, а значение (мм) – по результатам специальных испытаний на статическую трещиностойкость.

Исходными данными для расчета на прочность участка нефтепровода с дефектами являются геометрия и размеры рассматриваемого участка; тип, размеры и расположение дефектов; условия возникновения и развития дефектов и их сочетаний; свойства металла труб и сварных соединений с учетом изменения в процессе изготовления, строительства и эксплуатации нефтепровода; внешние нагрузки и воздействия; собственные (остаточные) напряжения и деформации, возникающие при изготовлении труб, строительстве и эксплуатации нефтепровода.

В расчетных формулах размер дефекта, определенный по результатам диагностического обследования, увеличивают на величину поправки, устанавливаемой в зависимости от вида диагностического обследования и паспортных данных диагностического оборудования. При расчете также используется коэффициент запаса по предельной прочности трубы kтр, учитывающий рассеяние механических свойств металла и зависящий от марки стали и категории участка нефтепровода, по СНиП 2.05.06-85*. Для обоснования коэффициента запаса по предельной прочности трубы использованы экспериментальные данные, полученные по результатам стендовых испытаний, а также по результатам испытаний стандартных и специальных образцов; требования нормативных документов к обеспечению надежности магистральных трубопроводов. В общей сложности проведен анализ результатов испытаний более 900 стандартных и специальных образцов.

Возможное превышение рабочего давления относительно проектного давления pпроект (в зависимости от коэффициента надежности n) учитывается поправкой p. В расчете также учитываются коэффициенты запаса по скорости роста коррозионного дефекта типа «потеря металла» kVкорр и скорости роста усталостной трещины kVуст, которые зависят от марки стали и категории участка трубопровода. Кроме того, геометрические параметры трубы и выявленного дефекта корректируют в зависимости от степени деформирования конструкции под действием внешних нагрузок. Связь между интенсивностями напряжений i и деформаций i принята в виде степенной диаграммы деформирования. Концентрация напряжений в области дефекта оценивается соответствующими коэффициентами концентрации напряжений и деформаций .

При расчете на прочность и долговечность труб и сварных соединений с дефектами используются различные расчетные схемы: труба с дефектом геометрии стенки, с объемным и плоским дефектами, с внутренней и поверхностной трещинами. При расчете напряженно-деформированного состояния труб и сварных соединений с дефектами использован метод конечных элементов (МКЭ). При выполнении расчетов учитывалось упругопластическое деформирование металла в области дефекта. В результате расчетов определялось напряженно-деформированное состояние стенки трубопровода вне зоны дефекта, в ослабленном дефектом нетто-сечении стенки трубы и в зоне концентрации напряжений от дефекта.

Для расчета на прочность и долговечность труб и сварных соединений с дефектами разработана компьютерная программа решения системы нелинейных уравнений, связывающих компоненты напряжений и деформаций, полученные при расчете по методу МКЭ, с условиями достижения предельной прочности и (или) пластичности. Результатом решения системы нелинейных уравнений при выполнении равенства хотя бы в одном из двух условий (8) или (9) является величина разрушающего давления pf трубы с дефектом при заданных размерах дефекта L, w, H или глубина Hf дефекта, приводящего к разрушению трубы при заданных размерах L, w и давлении p.

По результатам расчетов на прочность и долговечность устанавливают предельное давление для трубы с дефектом при стационарных режимах перекачки, предельный срок эксплуатации трубы с дефектом при проектном давлении, сроки устранения дефектов с ограничением по давлению и величину рабочего давления до проведения ремонта.

Разработаны методы расчета на прочность и долговечность труб с механическими повреждениями типа «риска», дефектами геометрии трубы, коррозионными дефектами типа «потеря металла», дефектами сварных швов. На рисунке 9 показаны геометрические параметры дефекта типа «риска». Аналогичные схемы разработаны для других типов дефектов.

 Предельное давление для трубы 122020 мм с механическим повреждением-49

Рисунок 10 - Предельное давление для трубы 122020 мм с механическим

повреждением типа «продольная риска» шириной 20 мм

 Предельная глубина механического повреждения типа «продольная риска»-50

Рисунок 11 - Предельная глубина механического повреждения

типа «продольная риска» шириной 20 мм для трубы

122020 мм

На рисунках 10 и 11 приведены результаты расчетов на прочность и долговечность труб с механическими повреждениями типа «продольная риска». На рисунке 12 показаны результаты расчета на долговечность трубы 122020 мм с определением глубины усталостной трещины, растущей на вмятине.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 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.