Развитие методов оценки напряженного состояния подземных трубопроводов

• Автор: Шадрин, Валерий Сергеевич
• Шифр специальности: 25.00.19
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 153 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. ПРОБЛЕМЫ ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
1.1. Контроль напряжений в системе мониторинга технического
состояния трубопроводов
1.2. Проблемы оценки напряженного состояния подземных
трубопроводов при эксплуатации
1.3. Упрощающие допущения при разработке математического
аппарата методики
Выводы по главе
2. РАЗВИТИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ЗАДАЧАМ ОЦЕНКИ НДС ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
2.1. Энергия деформаций в конечном элементе трубопровода (теоретические предпосылки)
2.2. Влияние кривизны трубопровода на энергию деформаций
2.3. Способы описания конфигурации трубопровода и построения
конечно-элементной сетки
2.4. Вычисление энергии элементов по координатам узлов
конечно-элементной сетки
2.4.1. Вычисление энергии в подвижной системе координат
2.4.2. Некоторые особенности неподвижной системы координат
2.5. Условия равновесия конечно-элементной модели трубопровода
2.6. Решение методом построения аппроксимирующих функций
Выводы по главе
3. РАЗВИТИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ РАЗНОСТЕЙ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ПОДЗЕМНЫМ ТРУБОПРОВОДАМ. ВЗАИМНОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ
МКЭ И МКР
3.1. Уравнение продольно-поперечного изгиба трубопровода
на прямых участках
3.2. Уравнение продольно-поперечного изгиба с учётом кривизны
3.3. Уравнение продольного сдвига трубопровода
3.4. Тестовые задачи и примеры
Выводы по главе

4. РЕШЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ ДЛЯ ПОДЗЕМНЫХ
МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
4.1. Выбор системы координат
4.2. Подготовка исходных данных
4.3. Алгоритм расчёта НДС
4.4. Структура расчётной программы
4.5. Пример расчёта НДС
4.6. Важнейшие отличительные особенности метода и алгоритма
4.6.1. Уточнение реакции грунта в процессе расчётов
4.6.2. Погрешность подготовки исходных данных
4.6.3. Моделирование процессов и принятие оптимальных решений
4.6.4. Оценка опасности дефектов, обнаруженных при ВТД
Выводы по главе
Основные выводы
Библиографический список использованной литературы
Приложения
Приложение 1. Расчёт касательных напряжений при поперечном
сдвиге трубы
Приложение 2. Безразмерный параметр г| при поперечном сдвиге
трубы
Приложение 3. Минимизация функции методом аппроксимации
Приложение 4. Текст расчётной программы на языке «БогЦап»

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Система магистральных трубопроводов является одной из ключевых составляющих нефтегазового комплекса страны. От их надёжной работы зависит безотказность поставок нефти и газа потребителям из районов добычи, многие из которых расположены в отдалённых северных и восточных районах со сложными природно-климатическими условиями.
Магистральные нефтегазопроводы относятся к объектам повышенной опасности по ряду признаков (воспламеняющиеся и горючие вещества под высоким давлением) [71, 72, 81, 82, 87, 88]. Всегда существует вероятность разрушения, что сопровождается выбросом большого количества продукта, экологическим ущербом, экономическими потерями, иногда жертвами.
Для сведения к минимуму вероятности таких событий предусматривается периодический контроль технического состояния трубопроводов с применением неразрушающих методов, в том числе средств внутритрубной диагностики (ВТД) [4, 25, 28, 48, 61, 64, 69, 74, 75, 89, 85, 95 и др.]. Методы и средства контроля постоянно совершенствуются. Разрабатываются принципиально новые приборы, основанные на разных физических явлениях. Совершенствуются также методы обработки получаемой информации, благодаря чему повышается точность оценки безопасности обнаруженных дефектов и общего технического состояния трубопроводов. Совершенствуются также методы ремонта и организация планирования работ [23,26,35, 36, 42,44, 96 и др.].
Однако система в целом стареет, вместе с этим появляются новые угрозы и необходимость детального изучения их.
Так, в последние несколько десятилетий на магистральных газопроводах существенно увеличилась доля разрушений по механизму стресс-коррозии. Несмотря на большое количество обследованных аварий, до сих пор нет единого мнения о природе и механизмах этого явления [2, 6, 9, 59, 77, 78, 83, 84, 107 - 121]. Экспериментальные исследования на модельных образцах дают неубедительные результаты, поскольку моделирование невоз-

Рисунок 2.5 - Расчётная модель отвода
(2.24)
Решение построим, используя положения теоретической механики, в частности, условия равновесия отдельных сечений и элементов. Так, условия равновесия сил и моментов для сечения А1В1В2А2 можно записать в следующем виде [47]:
а, 1Х 5 + а2£2 ^ = Р•‘И7 ; ~
а1£18р1 + с2£28р2-АМР . J
Здесь приняты обозначения:
5 - толщина стенки трубы;
О], о2 - напряжения в стенке на внешней и внутренней частях;
Р - давление в трубе;
Ро — радиус кривизны трубы по оси;
р1 - радиус кривизны вогнутой части стенки трубы;
р2 - радиус кривизны выпуклой части стенки;
Б 5 Б
Р,=Ро_2' + 2; Рг-Ро+^-Г'
1Х = А,В, =р, бф; £2=А2В2-р2<1(р;
бБ - площадь выделенной (затемнённой) полости трубы, которую найдём интегрированием элементарных площадей:
ёР = }г-аф-бг = ^[(г2)2 -(г,)2]-бф. п
Здесь интегрирование выполняется в пределах