Разработка методики оценки прочностной надежности участка технологического трубопровода с компенсатором

• Автор: Нероденко, Дмитрий Григорьевич
• Шифр специальности: 25.00.19
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 125 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ существующих методик расчета трубопроводов на прочность 15 1ЛЛ Назначение и содержание существующих методик расчета

прочности трубопроводов и их элементов

1Л .2 Исходные данные, необходимые для расчета прочности элементов

трубопровода

1 Л.З Программное обеспечение автоматизации расчетов на прочность

1.2 Критерии оценки прочности трубопроводов при возникновении деформаций вследствие действия нагрузок
1.3 Достоинства и недостатки существующих методик расчета прочности деталей трубопроводов
1.4 Характеристика численных методов расчета прочности конструкций.
1.4.1 Метод конечных элементов
1.4.2 Краткий обзор существующих программных комплексов конечноэлементного анализа и обоснование выбора применительно к задачам исследования
1.5 Вероятностные методы расчета на прочность
1.6 Подходы к решению поставленных задач исследования
2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НДС ТРУБОПРОВОДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ В ИДЕАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ
2.1 Верификация программного комплекса АИБУБ применительно к задачам исследования
2.2 Алгоритм определения НДС трубопровода в программном комплексе АШУБ
2.2.1 Прочностной расчет трубопровода с определением «опасных» участков

2.2.2 Прочностной расчет «опасных» участков с определением точек-концентраторов напряжений
2.3 Пример определения НДС участка трубопровода
2.3.1 Исходные данные
2.3.2 Решение задачи
2.3.3 Анализ полученных результатов
2.4 Результаты и выводы по разделу
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ НАГРУЗОК НА НДС ТРУБОПРОВОДА И ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ
3.1 Влияние температурных деформаций
3.1.1 Расчет трубопровода с учетом температурных нагрузок
3.1.2 Определение НДС «опасных» участков с учетом температурных нагрузок
3.1.3 Оценка влияния температурных нагрузок на НДС «опасных» участков
3.2 Влияние осадок фундаментов под опорами трубопроводов
3.3 Определение «опасных» точек П-образного компенсатора
3.4 Результаты и выводы по разделу
4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТНОЙ НАДЕЖНОСТИ ТРУБОПРОВОДА НА ОСНОВАНИИ РАСЧЕТА ЕГО НДС
4.1 Методика определения прочностной надежности трубопроводов методами непараметрической статистики на основе численных экспериментов
4.2 Пример определения прочностной надежности трубопровода
4.2.1 Численные двухфакторные эксперименты
4.2.2 Оценка прочностной надежности трубопровода
4.3 Результаты и выводы по разделу
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Технологические трубопроводы нашей страны проектируются на весь период эксплуатации производственного объекта, для которого они предназначены. Согласно руководству по безопасности «Рекомендации по устройству и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов» [43] в технической документации указываются назначенный и расчетный сроки безопасной эксплуатации. При оценке этих сроков, из-за недостаточной информации о действующих на трубопровод во время эксплуатации нагрузках и весьма приближенного представления о механических свойствах материала конструкции, определяющих его сопротивление этим нагрузкам, основным анализируемым параметром до настоящего времени является коэффициент запаса прочности.
На начальном этапе развития трубопроводный систем, до тех пор, пока общий объем трубопроводов был сравнительно невелик (до 15% объема от настоящего уровня), удавалось свести к минимуму опасность возникновения аварийных и катастрофических ситуаций и ущербы от них [31]. Этому способствовали традиционно принятые в то время повышенные запасы прочности (по пределу прочности на уровне 2,8-4,0, а по пределу текучести до 2,0-2,5) [31]. Во второй половине XX века ситуация существенно изменилась. Расширились границы добычи газа в районах со сложными геологическими и климатическими условиями; были снижены запасы
статической прочности (по пределу прочности до 2,0-2,5, по пределу
текучести до 1,1-1,8) [31].
Обозначенные изменения привели к тому, что в Российской Федерации около 60% всех техногенных чрезвычайных ситуаций происходит из-за разрушения трубопроводов [40]. Опираясь на данные ежегодных
государственных докладов МЧС, согласно которым ежегодно имеют место более 1500 чрезвычайных ситуаций, из которых около 75% имеют

продуктов АК8У5 для всех поддерживаемых платформ. Программа позволяет решать несколько связанных задач (прочность при нагружении от теплового воздействия, оценка воздействия магнитного поля на прочность и массо-теплоперенос в электромагнитном поле) на одной геометрической модели.
1.5 Вероятностные методы расчета на прочность
Методы оценки прочностной надежности в вероятностной постановке, позволяющие учесть случайные вариации характеристик прочности и нагрузок и определить вероятность безотказной работы, являющуюся основным показателем надежности, для нефтегазового оборудования в настоящее время приобретают особую актуальность. При проектировании вероятностные прочностные расчеты являются конструктивным способом получения количественных оценок надежности оборудования. Наполнение вероятностных моделей экспериментальными данными о фактических величинах напряжений, возникающих в элементах оборудования, позволяет осуществить диагностику технического состояния исследуемых объектов, уточнить вероятность безотказной работы и оценить остаточный ресурс.
При вероятностных расчетах сг - напряжение, возникающее в исследуемом элементе детали под действием внешней нагрузки, принимается величиной случайной. В общем случае а является функцией от внешней случайной нагрузки (давление, сила, изгибающий и скручивающий моменты), случайной вариации размеров (диаметр трубопровода, его толщина), а также других случайных воздействий, например температурных, климатических и т.д. Предельное напряжение .?, в качестве которого выбирают в зависимости от условий эксплуатации и принятых норм расчета предел текучести, предел прочности, предел выносливости и т.д. также является величиной случайной. Характеристики случайной величины