Определение безопасных параметров транспортировки трубных секций по вдольтрассовым дорогам

В настоящее время нефтяная отрасль является одним из основных источников валютных поступлений в бюджет страны и в значительной мере определяет развитие всей экономики России в целом. В 2001 году нефтяниками добыто 348 млн. тонн нефти, из которых на долю Тюменского Севера приходится «220 млн. тонн. Протяженность магистральных нефтепроводов ОАО «Транснефть» составила к 2002 году «48 000 км, из них 9800 км приходится на ОАО «Сибнефтепровод», который осуществляет транспорт нефти в Западно-Сибирском регионе. Анализ состояния магистральных нефтепроводов свидетельствует, что из них 20% находятся в эксплуатации более 30 лет, 25% - от 20 до 30 лет, а 55% эксплуатируются менее 20 лет. Отмеченная изношенность трубопроводов является источником аварий. Поскольку в неф-тепроводном транспорте только от одной крупной аварии ущерб может составить сотни млн. рублей, к эксплуатационной надежности трубопроводов предъявляют очень высокие требования. Одним из основных путей достижения этих требований является качественное техническое обслуживание и ремонт трубопроводов. В 1998 году по ОАО «Сибнефтепровод» в капремонт выведено 80 км нефтепроводов, а с учётом реконструкции 171 км. В 1999 году соответственно — 97 и 195 км., в 2000 году — 110 и 206 км., в 2001 году — 152 и 256 км., а в 2002 — 171 и 282 км. То есть объемы ремонтных работ в ОАО «Сибнефтепровод» на протяжении последних лет непрерывно возрастают.

Капитальный ремонт нефтепроводов связан с доставкой новых труб к месту ремонта и вывозом демонтированных. При отсутствии дефектов, демонтированные трубы после переизоляции в настоящее время широко используются на магистральных нефтепроводах вторично, обеспечивая дополнительную экономическую выгоду. Так, например, на Копейском заводе освоена новая технология очистки, диагностики и переизоляции использованных ранее труб, что позволяет повторно применить восстановленные трубы на магистральных нефтепроводах. По данным ОАО «Сибнефтепровод» за.

2000 год процент использования бывших в употреблении труб выглядит следующим образом:

— изготовление коверов — 47%.

— изготовление шпунтов — 9%.

— кожухи при переходе через автои железные дороги — 15%.

— водопропускные трубы на вдольтрассовых проездах -13%.

— изготовление СРДП (ТРМЗ) -16% Доставка новых труб от баз хранения и вывоз демонтированных осуществляется, в основном, по временным проездам. Протяженность и статистические характеристики дорог от трубных баз до мест плановых и аварийных ремонтов труб имеют значительный разброс. Процесс транспортировки труб по всем типам дорог: с площадок приема на железнодорожных станциях до баз хранения и далее к объектам капремонта и реконструкции, сопровождается циклическим воздействием на плети динамических нагрузок, спектр изменения которых определяется профилем дороги, скоростью транспортировки и протяженностью трассы. Следствием отмеченного является возникновение в перевозимых трубах напряжений, превышающих прочностные и усталостные характеристики материала труб, что проявляется в потере их первоначальной формы, — появлению складок, гофров и других дефектов. Особенно это касается труб, бывших в употреблении. Подтверждением сказанного является более 75 зафиксированных на ОАО «Сибнефтепровод» только в 2001 году случаев повреждения труб при их транспортировке к местам проведения ремонтных работ. В результате только прямой экономический ущерб от невозможности дальнейшего использования этих труб составил более 10 млн. рублей. Исходя из вышеизложенного, актуальной является задача определения таких условий транспортировки труб, при которых опасность их повреждения в процессе движения транспортных средств по дорогам известного профиля была сведена к минимуму.

Цель настоящей работы — выявить факторы и определить критерии безопасной транспортировки трубных секций по вдольтрассовым автодорогам на основе математического описания процесса и оценки напряжённодеформированного состояния труб.

Для достижения цели в работе поставлены следующие задачи:

1. Исследовать факторы, определяющие напряжённо — деформированное состояние трубных секций при их транспортировке по вдольтрассовым дорогам.

2. Разработать математическую модель системы «транспорт — трубная секция» и определить критерии безопасной транспортировки труб.

3. Создать методику определения безопасной скорости перевозки трубных секций, исключающую потерю несущей способности оболочки труб.

4. Разработать методику расчёта допустимой протяженности вдоль-трассовой дороги, исключающую возникновение усталостных повреждений трубных секций при их транспортировке с безопасной скоростью.

В работе получены следующие новые научные результаты:

• установлены математические зависимости, описывающие собственные и вынужденные колебания трубопроводных секций при их транспортировке с заданной скоростью по вдольтрассовой дороге;

• определены критерии, исключающие потерю прочности и геометрической формы труб при транспортировке, получена зависимость безопасной скорости движения двухосного роспуска;

• построена математическая модель прогнозирования допустимой протяженности дорог заданного профиля, транспортирование труб по которым с учетом статистического разброса механических свойств материала труб не вызовет повреждения усталостного характера.

Практическая значимость работы определяется:

• методикой расчета предельно допустимой скорости транспортировки трубных секций на двухосном роспуске по дороге заданного профиля;

• расчетно-экспериментальной методикой определения протяженности трассы бездефектной (по усталости) транспортировке трубных секций;

• полученными экспериментальными данными по величине предела прочности и предела текучести материала труб после их эксплуатации (стали 17ГС, 17Г1С, 14ХГС);

• программами для ЭВМ PC, реализующими разработанные в работе методики.

Автор выносит на защиту:

1. Методику определения безопасной скорости транспортировки труб по дороге заданного профиля.

2. Зависимости для расчета динамического прогиба и динамического изгибающего момента труб при их транспортировке.

3. Экспериментальные данные характеристик прочности сталей 17ГС, 17Г1С и 14ХГС демонтированных труб нефтепровода и методику определения длины трассы бездефектной (по усталости) транспортировки труб.

Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста и приложений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Получены зависимости для расчета частоты и периода собственных колебаний трубопроводных плетей, транспортируемых на роспуске трубовоза по дороге заданного профиля. Решена задача расчета вынужденных колебаний трубопроводных плетей при их перевозке по дорогам с неровным покрытием. Получено аналитическое выражение для расчета д инамического прогиба упругой линии трубопроводной плети в зависимости от скорости её транспортировки по дорожному полотну с различной высотой и частотой неровностей продольного профиля.

2. Исследован резонансный режим транспортировки плетей, по результатам анализа которого определена зависимость, позволяющая рассчитать критическую скорость транспортировки трубопроводных плетей на роспуске трубовоза.

3. Предложено изменение несущей способности трубопроводных плетей в процессе их транспортировки оценивать с помощью коэффициентов динамичности системы по критерию прочности и критерию устойчивости геометрической формы трубы. Получены математические зависимости для расчета коэффициентов динамичности и разработаны алгоритмы их вычислений.

4. Для предотвращения потери несущей способности трубопроводных плетей при транспортировке по дороге заданного профиля разработана методика определения предельно допустимой скорости движения трубовоза.

5. Установлены статистические характеристики предела прочности и предела текучести сталей 17ГС, 17Г1С и стали 14ХГС трубопроводов до и после их эксплуатации. Для исследованных прочностных характеристик сталей после эксплуатации трубопровода отмечен рост (до 100%) среднеквадратического отклонения.

6. На основе компьютерного моделирования создана методика вероятностного прогнозирования числа циклов до появления усталостных трещин в материале труб при их транспортировке по трассе с заданными характеристиками неровностей. Анализ результатов моделирования процессов малоцикловой усталости с учетом реальных трасс перемещения трубопроводных плетей по территории Тюменской области показал, что для исследуемых сталей рассмотренный критерий выхода из строя труб при транспортировке может являться доминирующим.