Оценка прочности промысловых и технологических трубопроводов морских нефтегазовых сооружений

• Автор: Ушин, Николай Васильевич
• Шифр специальности: 25.00.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 110 с. : ил.

Оглавление:
Глава I. Оценка работоспособности промысловых и технологических трубопроводов морских нефтегазовых сооружений
1.1. Состояние проблемы
1.2. Выбор расчетно-экспериментального подхода для исследований
1.3. Техническая диагностика трубопроводных систем
Глава II. Исследование прочности трубопроводных систем
2.1. Исследование коэффициентов концентрации напряжений
в трубопроводах с дефектами
2.2. Выбор критериев прочности
2.3. Трубопроводы из полимерных и композиционных
материалов
Глава III. Разработка методики оценки ресурса эксплуатации трубопроводов
3.1. Работоспособность трубопроводных систем при динамическом нагружении
3.2. Влияние различных дефектов на работоспособность конструкций
3.3. Техническая диагностика и оценка ресурса
технологических трубопроводов узлов редуцирования
3.4. Методика оценки остаточного ресурса технологических трубопроводов
Выводы
Литература

Континентальный шельф России содержит в своих недрах огромные, пока полностью не оцененные запасы углеводородного сырья. Поэтому современный этап развития нефтегазовой отрасли страны характеризуется становлением морской отрасли нефтедобычи. При этом целесообразно максимально использовать опыт освоения «сухопутных» месторождений и существующей системы транспорта нефти и газа, а также методологию освоения месторождений Каспия, Азовского и Южно-Китайского («Белый тигр») морей, шельфа Сахалина и Балтийского моря.
Наиболее важным, с точки зрения обеспечения надежности при эксплуатации морских нефтегазовых сооружений являются промысловые и технологические трубопроводные системы. Последнее объясняется сложностью конфигурации технологических трубопроводных систем, «тяжелыми» условиями эксплуатации, затруднениями при проведении обслуживания и ремонта, отсутствием достоверных критериев для оценки прочности и т.д. Основными особенностями эксплуатации морских промысловых и технологических трубопроводов являются:
- высокий уровень коррозии стали трубопроводов морских сооружений, особенно в зонах, смачиваемых морской водой;
- динамические нагрузки на системы трубопроводов, обусловленные многочастотными гидродинамическими пульсациями и гидравлическими ударами при сборе и транспорте углеводородов;
- требования полного исключения аварий трубопроводных систем из-за возможного экологического ущерба окружающей среде и огромных затрат на ликвидацию аварий.
Из изложенного следует, что задача оценки прочности морских промысловых и технологических трубопроводов современна и актуальна.

Основной целью работы явилось решение поставленной научнотехнической задачи. Для этого последовательно проведены разработки и
исследования в части:
- разработки методик математического моделирования задач определения напряженно-деформированного состояния трубопроводов в статической постановке с учетом возможных дефектов в трубе;
- проведения экспериментальных работ по техническому диагностированию трубопроводных систем с целью выявления типовых дефектов в процессе эксплуатации;
- исследования работоспособности трубопроводных систем при различных динамических режимах нагружения;
- обоснования критерия прочности трубопровода и методики оценки остаточного ресурса эксплуатации трубопровода;
- оценки возможности применения труб из перспективных полимерных и композиционных материалов.
На защиту автором выносятся следующие положения:
- предложенный подход для комплексного диагностического сопровождения промысловых и технологических трубопроводных систем;
- полученный и обоснованный критерий прочности технологических трубопроводов;
- критерий «рассогласования» резонансных режимов при динамическом нагружении трубопроводов за счет газодинамических процессов рабочего тела и других возмущений;
- установленные закономерности поведения коэффициентов концентрации в дефектах трубопроводных систем из типовых трубных сталей.
Основными научными результатами, полученными в работе, являются:
- предложенный экспериментально-теоретический подход для исследования концентрации напряжений в трубопроводных системах с дефектами, основанный на техническом диагностировании трубы прямыми измерениями и последующим конечноэлементном анализе
Британский стандарт ВБ 8010 (часть 3) содержит две формулы для кольцевого напряжения. В итоге, допустимый уровень кольцевых напряжений равен минимальному пределу текучести, умноженному на традиционный коэффициент 0,72. То есть, стандарты США и Великобритании методически и численно приводят к одинаковым результатам.
Норвежский стандарт кольцевое напряжение определяет по «котельной» формуле, но для внутренней поверхности трубы. За толщину стенки принимается минимально возможное значение в процессах эксплуатации или строительства трубопровода. В итоге, норвежский стандарт даёт близкие значения толщины стенки к нормам США и Великобритании, но несколько меньше на незначимую величину.
Подводя итоги изложенному можно сделать вывод, что международные стандарты дают практически близкую величину стенки трубы, при этом можно утверждать, что уровень коэффициента безопасности по напряжениям £ = 1,4 научно обоснован. По российским нормам для морских трубопроводов коэффициент безопасности несколько выше Б = 1,52. Принятие уровня коэффициента безопасности по напряжениям по российским нормам, в итоге, идёт в запас, что допустимо для практики.
2.3. Трубопроводы из полимерных и композиционных материалов
В газовой промышленности широкое распространение получили пластмассовые трубы, которые вначале применены за рубежом [15]. Их используют преимущественно при строительстве газораспределительных сетей и газоперерабатывающих комплексов, однако в последнее время наметилась тенденция по использованию труб из композиционных материалов для трубопроводов по сбору и транспортировке углеводородов. Трубы из полимеров имеют большой ресурс эксплуатации, устойчивы к коррозии и хрупким разрушениям, гибки и относительно дешевы.