Разработка методов расчетного остаточного ресурса нефтепроводов с расслоениями в стенках труб
Существующие в литературе (см. работы профессоров А. Г. Гумерова, P.C. Гумерова, P.C. Зайнуллина, H.A. Махутова, Е. М. Морозова, Ю. Г. Матвиенко, Ю. И. Пашкова и др.) подходы и решения по оценке трещиностойкости элементов трубопроводов не позволяют решать все проблемы по прогнозированию характеристик работоспособности нефтепроводов на основе диагностической информации, и в частности… Читать ещё >
Содержание
- 1. Проблемы безопасности эксплуатации нефтепроводов
- 1. 1. Техническое состояние нефтепроводов
- 1. 2. Классификация и параметры дефектов типа «расслоение»
- 1. 3. Основные подходы к оценке предельного состояния труб с расслоениями
- Выводы по разделу
- 2. Исследование напряженного состояния и несущей способности труб с замкнутыми расслоениями
- 2. 1. Напряженное состояние труб с замкнутыми расслоениями
- 2. 2. Оценка несущей способности труб с замкнутыми расслоениями по критериям трещиностойкости
- 2. 3. Совместное влияние трещиноподобных дефектов и расслоений на несущую способность труб
- Выводы по разделу
- 3. Напряженное состояние и несущая способность труб с незамкнутыми расслоениями
- 3. 1. Напряженное состояние наклонных расслоений
- 3. 2. Предельное состояние труб с незамкнутыми расслоениями
- Выводы по разделу
- 4. Исследование долговечности труб с расслоениями при статическом и малоцикловом нагружениях
- 4. 1. Оценка долговечности труб с расслоениями в условиях статического нагружения и коррозии
- 4. 2. Исследование долговечности труб с расслоениями в условиях малоциклового нагружения
- Выводы по разделу
Разработка методов расчетного остаточного ресурса нефтепроводов с расслоениями в стенках труб (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Вопросы обеспечения безопасности потенциально опасных объектов магистрального транспорта, подконтрольных Госгортехнадзору России, в частности, нефтепроводов, в настоящее время стали чрезвычайно острыми и актуальными. При этом наиболее реальным направлением решения указанных вопросов является установление технического состояния магистральных нефтепроводов на основе применения современных методов неразрушающего контроля и оценки остаточного ресурса с регламентацией срока их последующей безопасной эксплуатации.
В связи с этим разработка научно-методических основ для оценки остаточного ресурса нефтепроводов, гарантирующего безопасность их эксплуатации, является чрезвычайно актуальной. Следует иметь ввиду, что большинство объектов магистрального транспорта работает за пределами проектного ресурса.
Крупнейшие природные и техногенные аварии последних лет выявили необходимость углубления исследований в области теории безопасности и катастроф, а также прикладных разработок по обеспечению промышленной и экологической безопасности.
В целях реализации основ национальной политики в области обеспечения безопасности в 1991 году была принята Государственная научно-технологическая программа «Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных аварий и катастроф» (ГНТП «Безопасность»). В программе декларируется принципиально новый подход, заключающийся в необходимости реального обеспечения безопасности человека, сложных технических систем и окружающей среды на базе решения следующих проблем:
— разработки фундаментальных основ теории техногенных и природных аварий и катастроф, технических, технологических решений на обеспечение защиты и безопасности;
— создания единой национальной, региональной, международной нормативно-законодательной базы по техническому, правовому и экономическому регулированию вопросов безопасности,.
— перехода к проектированию, созданию и эксплуатации потенциально опасных производств и объектов на базе новых критериев, методов и средств обеспечения безопасности;
— создания методов и средств оповещения, защиты и спасения людей, а также ведение восстановительных работ в зонах возникновения и развития катастроф.
Первые три направления в той или иной степени связаны с разработкой новых нормативных документов (НД) по оценке остаточного ресурса и нормированию безопасности магистральных нефтепроводов, гарантирующих безопасность их эксплуатации.
Существующие в настоящее время методы расчета, в ряде случаев позволяют решать вопросы прогнозирования работоспособности (остаточного ресурса) нефтепроводов с дефектами различного происхождения, размеров и конфигурации. Однако при этом требуется достаточно большой объем достоверной информации по характеристикам металла и напряженного состояния в зоне дефектов на момент расчета и др. Получение такой информации представляет сложную проблему, а в большинстве случаев и невозможно.
В настоящее время для решения подобных проблем все широкое применение находят подходы механики разрушения базирующихся на критериях трещиностойкости. В ряде случаев применение подходов механики разрушения позволяет упрощать расчетные модели и решать сложные проблемы, связанные с оценкой остаточного ресурса нефтепроводов на основе диагностической информации.
Одним из распространенных и опасных дефектов в трубах нефтепроводов являются дефекты типа «расслоение». Опасность расслоений в трубах обусловлена тем, что они представляют собой трещинообразную.
Одним из распространенных и опасных дефектов в трубах нефтепроводов являются дефекты типа «расслоение». Опасность расслоений в трубах обусловлена тем, что они представляют собой трещинообразную полость, в вершине которых создается высокая степень концентрации напряжений. Некоторые расслоения могут выходить на поверхность труб, что приводит к дополнительной концентрации напряжений вследствие уменьшения их рабочего сечения.
Существующие в литературе (см. работы профессоров А. Г. Гумерова, P.C. Гумерова, P.C. Зайнуллина, H.A. Махутова, Е. М. Морозова, Ю. Г. Матвиенко, Ю. И. Пашкова и др.) подходы и решения по оценке трещиностойкости элементов трубопроводов не позволяют решать все проблемы по прогнозированию характеристик работоспособности нефтепроводов на основе диагностической информации, и в частности, с обнаруженными при диагностике расслоениями.
Настоящая работа направлена на решение вопросов оценки возможности эксплуатации нефтепроводов с расслоениями в стенках труб.
Цель работы — разработка методов расчетного определения несущей способности и долговечности труб нефтепроводов с обнаруженными при диагностике расслоениями.
Для выполнения основной цели были поставлены следующие основные задачи исследования:
— исследование напряженного состояния труб с расслоениями различной формы и размеров;
— разработка методов определения несущей способности труб с расслоениями при статическом нагруженииоценка долговечности труб с расслоениями в условиях механохимической коррозии и малоцикловой усталости ;
— разработка методики расчета остаточного нефтепроводов с расслоениями в стенках труб.
На защиту выносятся методы расчета: 6.
— коэффициентов интенсивности напряжений;
— напряженного состояния;
— несущей способности и долговечности труб с расслоениями в условиях статического и малоциклового нагружения и коррозии.
Автор выражает благодарность док. техн. наук Азметову Х. А. за консультации при выполнении работы над диссертацией.
Выводы и рекомендации по работе.
1. Предложена новая конструкция образца (СДКБ — образец), адекватно отражающая работу труб с замкнутыми расслоениями.
Выведены формулы для определения коэффициентов интенсивности напряжений для предложенных СДКБ — образцов, на основании которых представляется возможным оценивать напряженное состояние и несущую способность труб с замкнутыми расслоениями.
2. Получены аналитические зависимости для определения предельного давления труб с замкнутыми расслоениями различной формы и размеров. Установлены критические параметры расслоений не сказывающихся на несущей способности труб.
Предложены расчетные зависимости для оценки влияния дефектов сварных соединений и конструктивных концентраторов напряжений (патрубков, ответвлений и др.) на несущую способность труб с заикнутыми расслоениями.
3. Получены аналитические зависимости для оценки поправочных функций и коэффициентов интенсивности напряжение (КИП) в трубах с наклонными расслоениями, которые позволили произвести расчеты их напряженного состояния.
Установлено, что уменьщение угла наклона расслоений (по отношению продольной оси труб) существенно снижает степень напряженности в окрестности вершины расслоений.
4. С использованием критериев трещиностойкости произведена оценка предельных состояний труб с расслоениями в зависимости от их угла наклона у и протяженности.
Произведена оценка несущей способности труб с расслоениями, пересекающимися с трещинами, а также с выходом на внешнюю поверхность по сложным кривым.
5. Базируясь на критериях механики разрушения и механохимии металлов разработаны методы расчетной оценки долговечности труб с расслоениями, работающих в условиях механохимической коррозии и малоциклового нагружения.
Список литературы
- Анохин A.A., Георгиев М. Н. Оценка прочности полых брусьев квадратного сечения с трещинами // Проблемы прочности, 1989, № 2, с. 109 110.
- Анохин A.A., Георгиев М.Н, Морозов Е. М. Определение предела трещиностойкости пластичных сталей в тонких сечениях // Заводская лаборатория, 1985, № 8, с. 69−71.
- Аверин СИ., Матвиенко Ю. Г., Морозов Е. М. Расчет допустимых размеров трещин в корпусе ВВЭР // Атомная энергия, 1987, т. 63, 6, с. 379 382.
- Абдуллин И.Г., Гареев А. Г., Мостовой A.B. Коррозионно-механическая стойкость нефтегазопроводных систем (Диагностика и прогнозирование долговечности). Уфа: Гилем, 1997. — 220 с.
- Айнбиндер А.Б., Камерщтейн А. Г. Расчет магистральных трубопроводов на прочность и устойчивость. // Актуальные вопросы технической эксплуатации магистральных нефтепроводов. / ВНИИСПТнефть. Уфа, 1989. — С. 95−98.
- Адиев Р. К, Напряженное состояние ремонтных муфт нефтепроводов.// Ресурс сосудов и трубопроводов. ИПТЭР: ТРАНСТЭК, Уфа, 2 0 0 0 .-С. 123−135.
- Адиев Р.К. Методика расчета на прочность ремонтных цилиндрических муфт нефтепроводов. МНТЦ «БЭСТС», Уфа, 2001, — 12 с.
- Баско Е.М. Диаграммы трещиностойкости строительных сталей в связи с размерами трещин и видом нагружения // Заводская лаборатория, 1990, Х2 12, с. 75−79.
- Бабин Л.А., Быков Л. И., Волохов В, Я. Типовые расчеты по сооружению трубопроводов. М.: Недра, 1979. — 176 с.
- Березин В.Л., Ращепкин К. Е., Телегин Л. Г. Капитальный ремонт магистральных трубопроводов. -М.: Недра, 1973. 197 с.
- Березин В.Л., Шутов В. Е. Прочность и устойчивость резервуаров и трубопроводов. М.: Недра, 1973. — 196 с.
- Браун У., Сроули Дж. Испытания высокопрочных металлических материалов на вязкость разрушения при плоской деформации. / Пер. с англ. под ред. Б. А. Дроздовского и Е. М. Морозова. М.: Мир. 1972. 246 с.
- Васютин А.Н. О критериях прочности материала при наличии коротких трещин // ФХММ, 1988, № 3, с. 68−74,
- Васютин А, Н, Махутов Н, А, Морозов Е, М, Об энергетическом критерии разрушения тел с физически короткими трещинами // ФХММ, 1991, № 4, с, 81−85.
- Васильченко Г, С, Морозов Е, М, Расчет допускаемых длин трещин // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика и техника ядерных реакторов, 1985, вып. 6, с. 58−65.
- Васильченко Г. С, Морозов Е. М. Расчет на на прочность массивных конструкций, содержащих дефекты // Вестник машиностроения, 1977, № 3, с. 72−74.
- Васильченко Г. С. Критерий прочности тел с трещинами при квазихрупком разрушении материала// Машиностроение, 1978, № 6, с. 103 108.
- Гумеров А.Г., Зайнуллин P.C., Адиев Р.К, Ресурс ремонтных муфт нефтепроводов, ИПТЭР: ТРАНСТЭК, Уфа, 2000, — 147 с,
- Георгиев М, Н, Морозов Е. М. Предел трещиностойкости и расчет на прочность в пластическом состоянии // Проблемы прочности, 1979, № 7, с. 45−48.
- Гольцев В.Ю., Морозов Е. М. Предел трещиностойкости и несущая способность листовых материалов с трещинами //В сб. Физика и механика деформации и разрушения конструкционных материалов. М.: Атомиздат, 1978, вып. 5, с. 18−29.
- ГОСТ 25.506−85. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрущени) при статическом нагружении. М.: Госстандарт, 1985. -62 с.
- Георгиев М.Н. Заводская лаборатория, 1997, № 12 с.
- Гетман А.Ф., Козин Ю. Н. Неразрушающий контроль и безопасность эксплуатации сосудов и трубопроводов давления. М.- Энергоатомиздат, 1997, 288 с.
- ГОСТ 25.506−85. Расчеты и испытания на прочность. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении, М: Издательство стандартов, 1986, — 61 с,
- Гумеров А, Г, Азметов Х, А, Гумеров Р, С, и др. Аварийно-восстановительный ремонт нефтепроводов, М.: Недра, 1998. — 271 с.
- Гумеров А. Г, Гумеров Р, С, и др, РД 39−147 103−360−89, Инструкция по безопасному ведению сварочных работ при ремонте нефте- и продуктопроводов под давлением, Уфа: ВНИИСПТнефть, 1989, — 49 с,
- Гумеров А, Г, Зайнуллин Р, С. Безопасность нефтепроводов. М.: Недра, 2000. — 308 с.
- Гумеров А.Г., Зайнуллин P.C., Адиев Р. К. Повышение работоспособности ремонтных муфт нефтепроводов. ИПТЭР: ТРАНСТЭК, Уфа, 2000. — 144 с.
- Гумеров А.Г., Зайнуллин P.C., Гумеров P.C. Восстановление работоспособности труб нефтепроводов. Уфа: Башкирское книжное издательство, 1992. — 240 с.
- Гумеров А.Г., Зайнуллин P.C., Гумеров P.C. Прогнозирование долговечности нефтепроводов на основе диагностической информации. // Нефтяное хозяйство, 1991, № 10. С. 33−36.
- Гумеров А.Г., Зайнуллин P.C., Ямалеев K.M. и др.Старение труб нефтепроводов. М.: Недра, 1995, — 218 с,
- Гумеров А, Г, Ямалеев К, М, Гумеров Р. С, и др. Дефектность труб нефтепроводов и методы их ремонта. М: Недра, 1989, — 252 с.
- Гумеров P.C. Комплексная система обеспечения работоспособности нефтепроводов. // Автореферат дис. на соискание ученой степени доктора технических наук 05,1 5. 1 3 .-Уфа: УГНТУ, 1997.-47 с.
- Зайнуллин P.C. Обеспечение работоспособности оборудования в условиях механохимической повреждаемости. ИПК Государственного собрания РБ. Уфа, 1997. — 426 с.
- Зайнуллин P.C., Бакши O.A., Абдуллин P.C. Ресурс нефтехимического оборудования с механической неоднородностью. М.: Недра, 1989.-268 с.
- Зайнуллин P.C., Гумеров А. Г. Повышение ресурса нефтепроводов. -М.: Недра, 2000.-493 с.
- Зайнуллин P.C., Гумеров А. Г., Морозов Е. М., Галюк В. Х. Гидравлические испытания действующих трубопроводов. М.: Недра, 1990. -224 с.
- Зайнуллин P.C., Абдуллин P.C., Пирогов А. Г. и др. Исследование трещиностойкости элементов оборудования с учетом конструкционного факторов. —Ресурс сосудов и трубопроводов. ИПТЭР: ТРАНСТЭК, Уфа, 2000. — С. 87−94.
- Зайнуллин P.C., Адиев Р. К. Оценка трещиностойкости угловых сварных швов ремонтных муфт нефтепроводов. // Ресурс сосудов и трубопроводов. ИПТЭР: ТРАНСТЭК, Уфа, 2000. — С. 11−27.
- Зайнуллин P.C., Абдуллин P.C., Адиев Р. К. и др. Влияние механической неоднородности на несущую способность нахлесточных соединений. // Ресурс сосудов и трубопроводов. ИПТЭР: Уфа, 2000. — С. 9599.
- Инструкция по отбраковке труб при капитальном ремонте нефтепроводов. / Гумеров А. Г., Султанов М. Х., Собачкин A.C. и др. // РД 39−147 103−334−86. Утв. 26.03.86. Введен с 1.04,86. — Уфа: ВНИИСПТнефть, 1986.- 10 с.
- А 46. Лобанов Л. М., Махненко В, И., Труфяков В. И. Основы проектирования конструкций. Том 1. Киев: Наукова думка, 1993. — 416 с.
- Морозов Е.М., Фридман Я. Б. Анализ трещин, как метод оценки характеристик разрушения // Заводская лаборатория, 1966, № 8, с. 977−984.
- Морозов Е.М., Партон В. З. Применение вариационного принципа в задачах теории трещин // Инженерный журнал. Механика твердого тела, 1968, № 2, с. 173−177.
- Морозов Е.М. Энергетическое условие роста трещины в упругопластических телах// Доклады АН СССР, 1969, т. 187, № 1, с. 57−60.
- Морозов Е.М. Метод расчета на прочность при наличии трещин // Проблемы прочности, 1971, № 1, с. 35−40.
- Морозов Е.М. Расчет на прочность сосудов давления при наличии трещин // Проблемы прочности, 1971, № 1, с. 7−11.
- Матвиенко Ю.Г., Морозов Е. М. Двухпараметрические критерии разрушения на основе энергетических представлений // Заводская лаборатория, 1990, № 12, с. 79−83,
- Морозов Е.М. Расчет на прочность при наличии трещин // В сб.: Прочность материалов и конструкций. Киев: Наукова думка. 1975.
- Морозов Е.М., Сапунов В. Т. Применение энергетического критерия к расчету трубопроводов по критерию «течь перед разрушением» // ФХММ, 1996, Х2 1, с. 67−75.
- Морозов Е.М. Концепция предела трещиностойкости // Заводская лаборатория, 1997, № 12, с. 42−46.
- Матвиенко Ю.Г. Модели разрушения трещиностойкости. -Заводская лаборатория, 1997, № 12, с. 49−53,
- Матвиенко Ю.Г. Коррозионные повреждения материала и изменение критической температуры хрупкости // ФХММ, 1988, № 3, с, 7−12,
- Махутов H.A., Доможиров Л. И. Двухпараметрический критерий разрушения в связи с уточненными размерами пластической зоны // Заводская лаборатория, 1989, № 1, с. 54−59.
- Матвиенко Ю.Г., Остсемин A.A., Никешичева Е.В, Методика оценки склонности материалов к неустойчивому посту трещины // Заводская лаборатория, 1989, № 1, с. 75−78.
- Матвиенко Ю.Г., Гольцев В. Ю., Морозов Е. М. Сопротивление росту трещины в связи с пределом трещиностойкости // Проблемы прочности, 1986, № 3, с. 36−40.
- Морозов Е.М. Двухкритериапьные подходы в механике разрушения //Проблемы прочности, 1985, № 10, с. 103−108.
- Морозов Е.М. Предел трещиностойкости в нелинейной механике разрушения // В сб.: Современные проблемы механики и авиации. М.: Машиностроение, 1982, с. 203−215.
- Маркочев В.М., Морозов Е. М. Предел трещиностойкости в системе критериев прочности тел с трещинами // В сб.: Исследование хрупкойпрочности строительных металлических конструкций. М.: ЦКОТИПСК, 1982, с. 102−112.
- Металлы. Методы испытаний на растяжение. ГОСТ 1497–84. М.: Издательство стандартов, 1985. — 40 с.
- Методика оценки работоспособности труб линейной части нефтепроводов на основе диагностической информации. РД 39−147 105−001−91.-Уфа: ВНИИСПТнефть, 1992.- 141 с.
- Методика по выбору параметров труб и поверочного расчета линейной части магистральных нефтепроводов на малоцикловую прочность, РД 39−147 103−361−86. Уфа: ВНИИСПТнефть, 1986.-41 с.
- Магистральные нефтепроводы. СниП 2.05.06−86. М.: Стройиздат, 1985.-52 с.
- Механика разрушения и прочность материалов. Справочное пособие. В 4-х томах. Т. 2. Саврук М. П. Коэффициенты интенсивности напряжений в телах с трещинами. Киев: Наукова думка. 1988. 620 с.
- Макклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов, / Пер. с англ. под ред. Е. М. Морозова и Б. М. Струнина. М.: Миор. 1970. 443 с.
- Нейбер Г. Концентрация напряжений, М,: ГИТТЛ, 1947, — 204 с,
- Николаев Г. А., Куркин С. А., Винокуров В. А. Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций. М.: Высшая школа, 1982.-272 с.
- Петерсон Р. Коэффициенты концентрации напряжений. М.: Мир, 1977. -3 02 с.
- Правила капитального ремонта подземных трубопроводов. Уфа: ИПТЭР, 1992.
- Прочность сварных соединений при переменных нагрузках. / Под ред. В. И. Труфякова. Киев: Наукова думка, 1990. — 255 с.
- Суханов В. Д. Оценка качества труб демонтированных нефтепроводов. Автореферат дис. на соискание ученой степени кандидата технических наук. 05.15.13. УГНТУ, 1999. 22 с.
- Трубы сварные стальные для магистральных газонефтепроводов. ГОСТ 20 295–85.- М.: Издательство стандартов, 1986. 12 с.
- Тимошенко СП., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. -М.- Наука, 1966.-635 с.
- Хажинский Г. М., Сухарев Н. Н. Расчет коэффициентов интенсивности напряжений для угловых сварных швов фланцевых соединений трубопроводов. / Монтаж и сварка резервуаров и технологических трубопроводов. -М.: 1983, с. 58−70.
- Шумайлов А. С, Гумеров А.Г., Молдаванов О. И. Диагностика магистральных нефтепроводов. М.: Недра, 1992. — 251 с.
- Фридман Я. Б, Механические свойства металлов. М.: Машиностроение, 1974, т. 1 — 472 с- т. 2−368 с.
- Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Наука. 1986. 512 с.
- Черепанов Г. П. Механика хрупкого разрушения. М.: Наука, 1974. — 640 с.
- Яблонский И. С Трещиностойкость листовых материалов при статическом нагружении // Проблемы прочности, 1980, № 5, с. 26−29.
- Matvitnko Yu. G., Morozov E.M. Some problems m Imear and nonlinear fracture mechanics // Eng Fract. Mech., 1987, v. 28, 127−138.
- Morozov E.M. Limit analysis for structures with flows // Eng. Fract. Mech, 1974, V, 6, N l, p, 297−306,
- Morozov E, M, Some problems in experimental fracture mechamcs // Eng, Fract, Mech, v, 13, N3,p, 541−561,
- Morozov E. M., Parton V. Z. Mechanics of Elastic-Plastic Fracture. 2 nd Ed. N. Y. Hemisphere, 1989, 522 p.
- Morozov E.M. An ultimate crack resistance concert. Fatigue and fracture of engineering materials and structures, 1999, N 11, p. 997−1002.in