Научные основы обеспечения повышенной пропускной способности объектов трубопроводного транспорта

• Автор: Кантемиров, Игорь Финсурович
• Шифр специальности: 25.00.19, 05.26.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 393 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.
Глава 1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ И
ПЕРСПЕКТИВЫ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА
1.1 Основные факторы повреждаемости и снижения характеристик
безопасности элементов ОТТ
1.2 Роль диагностики технического состояния элементов в
обеспечении безопасности ОТТ
1.3 Общие закономерности формирования характеристик
безопасности объектов трубопроводного транспорта
1.4 Общая методология выполнения настоящего исследования
Выводы по главе 1.
Глава 2 ФИЗИЧЕСКИЕ И ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИЕ
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИНИЦИАЦИИ И РАЗВИТИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ В БАЗОВЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ОТТ.
2.1 Оценка степени напряженности и предельных состояний базовых
элементов ОТТ при статическом нагружении
2.2 Физикомеханические закономерности кинетических процессов разрушения элементов при длительном статическом нагружении
в рабочих средах
2.3 Основные механизмы циклической повреждаемости базовых
элементов ОТТ
2.4 Современные методы оценки влияния параметров рабочей среды
на повреждаемость базовых элементов ОТТ
2.5 Особенности тепловизионного контроля характеристик
безопасности элементов ОТТ
2.5.1 Исследование коэффициента ИКизлучения материалов.
2.5.2 Исследование зависимости коэффициента ИКизлучения от угла
наблюдения.
2.6 Оценка риска появления аварий на ОТТ
Выводы по главе 2.
Глава 3 РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТОВ НА ПРОЧНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ БАЗОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОБЪЕКТОВ
ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА
3.1 Обоснование рационального уровня напряженности металла
базовых элементов ОТТ
3.2 Расчеты коэффициентов механической активации коррозии
металла и долговечности базовых элементов ОТТ при упругих деформациях.
3.3 Разработка методов расчета предельной прочности и
долговечности базовых элементов ОТГ
Выводы по главе 3
Глава 4 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОВЫШЕННОЙ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ БАЗОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОТТ.
4.1 Обоснование оптимальных параметров механохимической неоднородности базовых элементов ОТТ.
4.1.1 Явление и характерные схемы механохимической неоднородности ОТТ.
4.1.2 Исследование напряженного состояния в окрестности наклонной линии сплавления двух разнородных сталей.
4.1.3 Расчетная оценка несущей способности сварных стыков разнородных элементов ОТТ
4.1.4 Особенности оценки оптимальных параметров механической неоднородности элементов при малой степени механической неоднородности.
4.1.5 Расчеты циклической прочности механически неоднородных базовых элементов ОТТ
4.2 Взаимосвязь характеристик безопасности и испытательного
давления ОТТ
4.2.1 Оценка остаточной дефектности базовых элементов ОТТ после испытаний
4.2.2 Оценка остаточной напряженности элементов после испытаний
4.2.3 Особенности развития и торможения трещнноподобных повреждений в базовых элементах ОТТ после гидравлических испытаний
4.3 Основы нормирования параметров резкого изменения толщины стенок базовых элементов ОТТ.
4.3.1 Оценка статической прочности базовых элементов с резкими изменениями толщины стенок.
4.3.2 Особенности определения долговечности базовых элементов ОТТ с трещиноподобными повреждениями.
4.3.3 Оценка и повышение сопротивляемости хрупкому разрушению базовых элементов с угловыми швами при статическом и циклическом нагружениях
4.3.4 Оценка натурной прочности цилиндрических элементов с угловыми швами.
4.3.5 Оценка температурных зависимостей характеристик
безопасности базовых элементов ОТТ
Выводы по гласе 4.
Глава 5 РАЗРАБОТКА И ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
ТЕПЛОВИЗИОННОГО КОНТРОЛЯ ОБЪЕКТОВ ОТТ
ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ .
5.1 Результаты тепловизионного контроля напряженности базовых
элементов ОТТ при периодических переиспытаниях
5.2 Тепловизионный контроль степени напряженности базовых
элементов ОТТ при эксплуатации.
Выводы по главе 5
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.
Библиографический список использованной литературы
Приложения.
Приложение 1.
Приложение 2.
Приложение 3.
Приложение 4.
Приложение 5.
Приложение 6.
Приложение 7.
ВВЕДЕНИЕ
Создание объектов трубопроводного транспорта ОТТ с высокими эксплуатационными показателями, снижение их металлоемкости, оценка и повышение несущей способности и ресурса безопасной эксплуатации всегда были и будут актуальными проблемами жизнедеятельности. При этом особое внимание придается разработке ОТТ, работающих в экстремальных условиях, как по параметрам нагружения, так и рабочим средам. Применение для производства таких объектов высокопрочных сталей в сочетании с локализованными тепловыми и механическими воздействиями на металл их базовых элементов обуславливает большую вероятность возникновения в последних технологических и эксплуатационных трещиноподобных повреждений. Высокая стоимость, масштабность и уникальность большинства представителей объектов трубопроводного транспорта, а также несомненные достижения в области механики разрушения предопределяют использование новых подходов к их проектированию и эксплуатации, базирующихся на допущении в их конструктивных элементах безопасных трещиноподобных повреждений. Все это позволяет в ряде случаев в несколько раз повышать прогнозируемый ресурс, а также обеспечивать маневренность регулирования режимами и параметрами безопасной эксплуатации базовых элементов ОТТ.
С другой стороны, применение высокопрочных сталей для производства ОТТ вызывает необходимость разработок способов и средств технологического снижения остаточной напряженности, обусловленных локализованными механическими и термическими воздействиями на металл их базовых элементов. В этом плане одним из наиболее доступных и легко реализуемых технологических приемов является применение для выполнения кольцевых стыков высокопрочных труб электродов, обеспечивающих достаточную сопротивляемость металла шва к образованию технологических повреждений трещин, а также
способность к деконцентрации послесварочных концентраторов напряжений в процессе испытаний объектов трубопроводного транспорта. Несмотря на широкую апробацию отмеченного технологического приема в практике производства различного оборудования и трубопроводов остается ряд нерешенных проблем, связанных, в основном, с оценкой их ресурса безопасной эксплуатации и обеспечением надлежащего качества проектирования, изготовления и эксплуатации. При этом важнейшими характеристиками, предопределяющими ресурс объектов трубопроводного транспорта, являются деформативность, чувствительность к концентрации напряжений и ассиметрии цикла, пределы кратковременной, малоцикловой и усталостной прочности, механическая неоднородность сварных соединений базовых элементов из сталей различного структурнопрочностного состояния.
Другим направлением повышения пропускной способности ОТТ является применение для их производства базовых элементов с повышенной толщиной стенок. Необходимо отметить, что применение высокопрочных базовых элементов связано со снижением характеристик трещиностойкости и реализацией высоких сварочных напряжений. В результате этого возможно снижение характеристик безопасности ОТТ на всех стадиях жизненного цикла проектирование, изготовление и эксплуатация изза механической активации коррозии, цикличности силовых нагрузок, воздействия отрицательных температур и др. Это позволяет констатировать, что использование базовых элементов с повышенной толщиной стенок с целыо повышения пропускной способности ОТТ может оказаться одним из рациональных решений, хотя и в этом случае возникает ряд проблем, связанных с оценкой ресурса их безопасной эксплуатации.
Как известно, современные расчетные методы оценки ресурса ОТТ основываются на теории сопротивления материалов и некоторых механических характеристиках металлов предел текучести ат, временное сопротивление св. При этом коррозионная активность среды учитывается на
данных испытаний ненапряженных образцов в соответствующих рабочих средах. Другими словами, в расчетах на прочность ОТТ не учитывается известный феномен активизации скорости коррозии металла от действия приложенных механических напряжений механохимический эффект 1, 2, , , , , , , , , , , , , , , 3.
Поэтому необходимы научные разработки методов расчетов на прочность и ресурс базовых элементов ОТТ с повышенной пропускной способностью элементов и в особенности, работающих в условиях коррозионномеханического воздействия рабочих сред.
Эффективность ОТТ во многом предопределяется пропускной способностью магистральных трубопроводов и вертикальных стальных резервуаров РВС. Это, в свою очередь, вызывает необходимость повышения их эксплуатационной надежности и безопасности. В настоящее время на состояние безопасности ОТТ оказывают негативные факторы, связанные со сложными экономическими условиями, падением объемов добычи нефти отсутствием достаточных инвестиций для реконструкции, ремонта и развития систем транспорта и хранения нефти и газа увеличением доли промышленных объектов с большими единичными мощностями и более жесткими режимами эксплуатации ужесточением требований экологической безопасности и надежности к потенциально опасным промышленным объектам ростом доли объектов трубопроводного транспорта, выработавших назначенный срок эксплуатации.
В этих условиях предотвращение аварийных ситуаций и экологическая защита возможны лишь при своевременном проведении технического диагностирования ОТТ с выдачей научно обоснованных рекомендаций по срокам безопасной эксплуатации.
Непрерывный рост числа ОТТ при одновременном увеличении периодов эксплуатации неизбежно приводят к увеличению объемов и стоимости работ по техническому диагностированию. Это определяет
актуальность


Представляет практический интерес модель оптимального планирования ремонтновосстановительных работ РВС, разработанная в работе , в которой предложено формализовать исходную информацию по видам ремонта для обработки на компьютере составляются таблицы кодов дефектов и методов их устранения. В результате процессы идентификации дефектов, разработки технологических карт ремонтных работ и подготовки смет на ремонт РВС могут быть полностью автоматизированы. Эти задачи могут быть решены путем своевременного проведения технического диагностирования резервуаров с использованием целого комплекса современных методов неразрушающего контроля. Обзор научных работ и публикаций по проблемам эксплуатационной надежности ОТТ России показал возрастание роли экономических факторов
и ужесточение требований по охране окружающей среды, что определяет необходимость более качественной оценки фактического технического состояния магистральных трубопроводов , , , 0, 4. В системе трубопроводного транспорта России наблюдается непрерывный рост доли старого оборудования, т. Основная часть магистральных нефтепроводов большого диаметра в России была построена в гг. Западной Сибири в центральные регионы и на экспорт. К настоящему времени срок службы более половины нефтепроводов превышает лет, что объективно влияет на увеличение рисков аварий и отказов при эксплуатации. В таблице 1. ОАО АК Транснефть. Из анализа таблицы 1. С увеличением срока эксплуатации нефтепроводов процент дефектных труб возрастает практически по линейной зависимости. Таблица 1.