Разработка методов расчёта показателей надёжности трубопроводных систем с учётом трещиноподобных дефектов и сложных условий эксплуатации

• Автор: Цапурин, Константин Александрович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 191 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЁЖНОСТИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И
ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ
1.1 Основные показатели надёжности конструкции и методы их
расчета
1.2 Актуальные задачи оценки показателей надежности труб при наличии трещин в стенке
1.3 Выводы и постановка задачи исследований
2 МЕТОДИКА ВЫЧИСЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАЗРУШЕНИЯ ДЛЯ
ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ В ТРУБАХ
2.1 Схематизация поверхностных трещиноподобных дефектов в стенках трубы
2.2 Выбор параметров качества для труб с трещинами
2.3 Использование метода конечных элементов для определения параметров механики разрушения в зоне поверхностных трещин
2.4 Полуэмпирические соотношения для вычисления коэффициентов интенсивности напряжений в стенках труб с поверхностными трещинами
3 МЕТОДИКА ЧИСЛЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
НАДЁЖНОСТИ ПРИ ПОСТЕПЕННОМ ОТКАЗЕ НА ОСНОВЕ
МЕТОДА ИНТЕРПОЛЯЦИОННЫХ ПОЛИНОМОВ
3.1 Численные методы решения задачи статистической динамики..
3.2 Моделирование случайных процессов для решения задач статистической динамики
3.3 Количественная оценка надёжности элементов с трещиной в стенке трубы при циклических нагрузках

4 РЕЗУЛЬТАТЫ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
НАДЁЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ТРУБОПРОВОДОВ
4Л Расчет вероятности безотказной работы напорного трубопровода
технологической обвязки нефтеперекачивающей станции
4.2 Оценка показателей прочности и надёжности подземной
трубопроводной системы
5 ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЁЖНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ, ПРОКЛАДЫВАЕМЫХ В ПРОМЕРЗАЮЩИХ ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ
5.1 Исходные данные для расчёта
5.2 Критерии предельных состояний
5.3 Описание программы-макроса для моделирования силового воздействия бугра пучения на подземный трубопровод
5.4 Построение областей предельно допустимых размеров бугров
пучения
5.5 Решение задачи статистической динамики
5.6 Вычисление функции безопасности
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
В настоящее время протяжённость магистральных продуктопроводов в Российской Федерации составляет около 200 тыс. км, промысловых трубопроводов - 350 тыс. км, для функционирования которых используются около 800 компрессорных и нефтегазоперекачивающих станций. Многие магистральные трубопроводы имеют большой срок эксплуатации, зачастую в экстремальных условиях, поскольку они прокладывались в самых разнообразных топографических, геологических, гидрологических и климатических условиях. Причиной повреждения и разрушения трубопроводов часто является ослабление стенки трубы из-за наличия трещиноподобных дефектов. При этом аварии и катастрофы, связанные со сбросом нефти и нефтепродуктов, составляют до 60% техногенных чрезвычайных ситуаций с экологическими последствиями.
В то же время в течение последних десятилетий созданы и продолжают интенсивно вводиться в строй уникальные по протяжённости новые сложные технические системы трубопроводного транспорта природного газа, нефти и нефтепродуктов. Разработка новых месторождений вызвала необходимость проектирования и строительства новых путепроводов в болотистых местностях, в зонах с повышенной сейсмической опасностью, и в других сложных условиях, таких как промерзающие пучинистые грунты.
В связи с этим задача расчёта показателей надёжности линейных частей существующих магистральных трубопроводов и обеспечения безопасности новых трубопроводных систем на стадии их проектирования в последние годы приобрела огромную актуальность. Однако до настоящего времени отсутствует теоретическое и экспериментальное обоснование составляющих запаса прочности, не учитывается стохастическая природа действующих нагрузок и характеристик используемых конструкционных материалов, что приводит к существенному увеличению металлоёмкости

2 МЕТОДИКА ВЫЧИСЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАЗРУШЕНИЯ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ В ТРУБАХ
2.1 Схематизация поверхностных трещиноподобных дефектов в стенках трубы
В первом разделе отмечено, что по мере развития дефектоскопии становится очевидным появление практически во всех силовых элементах конструкций трещиноподобных дефектов из-за концентраторов напряжений заводского, строительно-монтажного или эксплуатационного происхождений. Такими концентраторами могут быть неметаллические включения, сварные соединения, расслоения металла, механические поверхностные повреждения. Трещины также могут возникать в результате усталостного или коррозионного повреждений и т.п.
На предприятиях нефтяной и газовой промышленности в последние годы используются различные методы неразрушающего контроля: визуальный контроль, геодезическое нивелирование верхней образующей трубы, ультразвуковая толщинометрия, ультразвуковая твёрдометрия, магнитовихревая дефектоскопия, метод акустической эмиссии и ультразвуковой контроль. Методы неразрушающего контроля позволяют получать информацию о местоположении, размере и ориентации трещиноподобных дефектов [54]. Подобная информация необходима для выполнения качественной или количественной оценки показателей надёжности трубопроводов как функции времени и их остаточного ресурса.
Все обнаруживаемые дефекты можно условно разделить на трещиноподобные и нетрещиноподобные, после чего необходимо схематизировать их тем или иным способом. Схематизировать дефекты нужно таким образом, чтобы последующие расчётные оценки соответствовали принципу разумной консервативности: схематизированные дефекты должны гарантированно давать заниженные значения показателей