Исследование динамики движения ремонтных секций в подводных переходах трубопроводов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.19, кандидат технических наук Сапожников, Евгений Виссарионович

• Сапожников, Евгений Виссарионович
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сапожников, Евгений Виссарионович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ МЕТОДОВ КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ.

1.1. Обзор состояния трубопроводных систем.

1.2. Анализ методов капитального ремонта подводных переходов.

1.2.1. Традиционные методы ремонта.

1.2.2. Внутритрубные методы ремонта.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование динамики движения ремонтных секций в подводных переходах трубопроводов»

Актуальность проблемы. На сегодняшний день трубопроводный транспорт остается одним из наиболее развитых видов транспорта жидких и газообразных углеводородов. Трубопроводная сеть России является сложной протяженной системой, безопасная эксплуатация которой зависит от множества факторов, основным из которых является своевременное и качественное проведение текущих ремонтов. Магистральный трубопровод, на всем протяжении, пересекает множество естественных и искусственных препятствий, которые являются экологически опасными. Следовательно своевременное и качественное проведение ремонтно-восстановительных работ подводных переходов одна из главных задач обеспечения надежной их работы.

Существующие традиционные технологии предусматривают проведения больших объемов земляных и демонтажно-монтажных работ, что значительно увеличивает сроки выполнения и их стоимость. Технико-экономические показатели проведения ремонтов подводных переходов, ещё более ухудшаются в зимний период особенно в условиях Западной Сибири.

В последние годы зарубежными и отечественными фирмами разрабатываются принципиально новые технологии восстановления изношенных коммуникаций без вскрышных работ по всей длине ремонтируемого подводного перехода. При этом использование высокопрочных и долговечных строительных материалов, позволяет увеличить срок эксплуатации восстановленной конструкции до 50 лет.

Оснащение трубопровода вставками является одним из наиболее перспективных методов внутритрубного ремонта. В качестве ремонтных элементов могут использоваться стальные или полиэтиленовые вставки которые при последовательном наращивании не имеют ограничений по длине ремонтируемого участка.

Известен ряд способов внутритрубного капитального ремонта, использующих современные технические решения по дистанционному соединению полиэтиленовых труб. При этом обеспечивается их герметичное соединение в зоне дефектного участка, значительно удаленного от места вскрышных работ и камер пуска — приема средств очистки и диагностики.

Даная работа посвящена исследованию процесса транспортировки вставок к месту монтажа и определению основных параметров внутритруб-ных ремонтных элементов.

Цель и задачи исследований. Совершенствование методов внутри-трубного ремонта подводных переходов магистральных и промысловых газонефтепроводов и водоводов на основе исследования процесса транспортировки длинномерных внутритрубных ремонтных вставок к месту монтажа.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- провести сравнительный анализ существующих методов ремонта подводных переходов магистральных и промысловых газонефтепроводов и водоводов;

- разработать и исследовать динамическую модель транспортировки ремонтных вставок к месту их монтажа, получить расчетные зависимости, с учетом геометрических параметров и конструкционных свойств материала вставки;

- получить аналитические зависимости и разработать программное обеспечение на основе упрощенных моделей, позволяющих вести расчеты и управление параметрами движения в реальном масштабе времени;

- обосновать модели профилей подводных переходов, основанных на аппроксимации рядом аналитических функций. Провести анализ движения ремонтной вставки.

- разработать конструкцию длинномерной полиэтиленовой ремонтной вставки. Получить аналитические зависимости для расчета ее конструктивных и технологических параметров.

Объектами исследования являлись разработка методов ремонта подводных переходов магистральных и промысловых газонефтепроводов и водоводов.

Научная новизна. На основании выполненных исследований получены следующие результаты:

1. Впервые разработана и исследована динамическая модель длинномерной внутритрубной вставки, с учетом ее основных геометрических параметров и физико-механических свойств материала. Получены точное и приближенное решения уравнения движения. Предложен эффективный метод численного решения уравнений, позволяющий проводить расчеты в реальном масштабе времени, с целью управления движением вставки на ремонтируемом подводном переходе.

2. Впервые выявлены закономерности движения длинномерных внут-ритрубных вставок, движущихся внутри трубопровода по профилю переменной кривизны. Показано, что движение на участках аппроксимированных монотонными функциями имеет неравномерный скачкообразный характер, что особенно проявляется на восходящих участках подводного перехода.

3. Разработана методика моделирования реальных профилей подводных переходов с помощью ряда аналитических функций. Дана оценка степени сходимости результатов расчетов скорости и положения вставки в зависимости от кривизны участка и общей длины перехода.

Практическая ценность. Результаты проведенных автором исследований явились основой создания новой методики определения основных параметров движения длинномерных внутритрубных ремонтных элементов и соответствующего программного обеспечения, позволяющего проводить расчеты в реальном масштабе времени, с целью управления их движением при транспортировке к месту монтажа. Получены аналитические зависимости и даны практические рекомендации для определения основных геометрических параметров ремонтных элементов.

Апробация работы и публикации. Основные положения работы были представлены на: научно-практической конференции «Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях» в 2001г., научно-практическом семинаре «Транспортный комплекс-2002» в 2002г., расширенном заседании кафедра «СиРНГО» в 2003г., научно-техническом совете Института Транспорта в 2003г.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 6 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов и 5 приложений. Работа изложена на 141 странице и содержит 2 таблицы, 44 рисунка и список литературы из 59 наименований.

Заключение диссертации по теме «Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ», Сапожников, Евгений Виссарионович

Основные выводы по работе:

1. Впервые разработана и исследована динамическая модель, описывающая движение длинномерной внутритрубной ремонтной вставки по профилю переменной кривизны с учетом конструктивных свойств и геометрических параметров системы. Получены уравнения движения и их решения методом конечных разностей с помощью разработанных автором программ.

2. Проведенные исследования показали, что скорость движения ремонтной вставки, даже на участках подводных переходов аппроксимируемых монотонными функциями, имеет ярко выраженный неравномерный характер. Количество экстремумов и характер изменения функции скорости особенно нестабильны на восходящем участке подводного перехода.

3. Получены приближенные уравнения движения внутритрубной ремонтной вставки. Показано, что в отличие от уравнений, описывающих динамику движения материальной точки, влияние геометрических характеристик вставки учитываются в данных уравнениях в неявном виде через силовые факторы. Предложен эффективный метод численного решения приближенных уравнений, позволяющий проводить расчеты в реальном масштабе времени, с целью управления движением вставки на ремонтируемом участке подводного перехода.

4. Предложена и обоснована методика моделирования реальных профилей подводных переходов с помощью ряда аналитических функций, позволяющих получать решения динамических уравнений движения ремонтных вставок, в том числе и в режиме управления.

5. Показано, что наибольшее расхождение численных значений скорости движения ремонтных вставок при расчетах подводных переходов, моделируемых различными аналитическими функциями, наблюдается на восходящих участках переходов. На нисходящих и горизонтальных участках отклонения не значительны и практически не зависят от выбора аппроксимирующей функции.

6. Предложены конструктивные решения и обоснованы основные характеристики внутритрубных ремонтных элементов. Получены аналитические зависимости для расчета их технологических и конструктивных параметров.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сапожников, Евгений Виссарионович, 2003 год

1. Абсолямова В.Ф., Нефедова Н.Ф., Мугаллимов Ф.М. Руководящий документ «Проектирование и строительство подводных переходов нефтепромысловых трубопроводов» // Нефтяное хозяйство. 1999. - № 8. -С.46 -47.

2. Блох JI.C. Практическая номография. — М.: Высшая школа, 1971. 328 с.

3. Бородавкин П.П., Березин B.JI. Сооружение магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1977. - 407с.

4. Бородавкин П.П., Березин B.JL, Шадрин О.Б. Подводные трубопроводы. — М.: Недра, 1997.-415 с.

5. Бутенин Н.В., Лунц Я.Л., Меркин Д.Р. Курс теоретической механики. — М.: Наука, 1985.-325 с.

6. Вольмир А.С. Нелинейная динамика пластинок и оболочек. М.: Наука, 1972.-219 с.

7. Гертц Е.В. Пневматические приводы. М.: Машиностроение, 1969. - 269 с.

8. Гибадулин Н.З., Юмашев Р.Х., Самигуллин В.Х. и др. «Строительство переходов трубопроводов через естественные и искусственные препятствия методом направленного бурения» // ТТН. 1999. - № 9. — С.21 -23.

9. Глаголев Н.А. Курс номографии. — М.: Высшая школа, 1961. — 269 с.

10. Ю.Гуськов А.Н., Кершенбаум Н.Я. Современное состояние проблемытрубопроводного пневмоконтейнерного транспорта грузов. М.: Информнефтегазстрой, 1982. - 35 с.

11. П.Дмитриева В.Ф., Прокофьев B.J1. Основы физики.: Учеб. пос. для студ. ВУЗов. — М.: Высшая школа, 2001. — 527 с.

12. Дунчевский А.В. Геофизический мониторинг подводных переходов трубопроводов: Дис. . к.т.н: 04.00.12 / МГГА. 2000. - 104 с.

13. З.Иванов В.А., Карнаухов Н.Н., Новоселов В.В. и др. Устройство и эксплуатация технологических вдольтрассовых дорог промысловых имагистральных трубопроводов: курс лекций. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2000.- 100 с.

14. Инженерная геология: Учеб. для строит. Спец.вузов / Ананьев В.П., Потапов А.Д. -2-е изд., перераб. И доп. М.: Высш. Шк., 2002. - 511 с.

15. Ким Д.П., Кислов А.И., Скибо В.И. Региональные учения по ликвидации аварий и их последствий на подводных переходах нефтепроводов через Енисей // ТТН. 1996. - №9. - С.21 - 24.

16. Климовский Е.М. Очистка полости и испытания магистральных и промысловых трубопроводов. М.: Недра, 1972. — 255 с.

17. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1978. - 355 с.

18. Кузин Ф.А. Диссертация: Методика написания. Правила оформления. Порядок защиты. Практическое пособие для докторантов, аспирантов и магистрантов. 2-е изд.,доп. - М.: Ось - 89, 2001. - 320 с.

19. Курочкин В.В., Овчинников Н.Т., Безверхое А.А. «Бестраншейные методы прокладки нефтепроводов» // ТТН. — 2000. №5. - С.25 - 30.

20. Левин С.И. Подводные трубопроводы. М.: Недра, 1970. - 288 с.

21. Левин С.И. Предупреждение аварий и ремонт подводных трубопроводов.- М.: Гостоптехиздат, 1963. 182 с. .

22. Лурье М.В. Динамика движения в пневмоконтейнерных трубопроводах: Дис. . д.т.н.: 05.15.07 / Московский Ордена Трудового Красного Знамени институт нефтехимической и газовой промышленности им. И.М.Губкина.- 1979.-355 с.

23. Лышенко Л.З., Бисярина О.М. Технические средства ремонта подводных нефтепроводов. М.: ВНИИОЭНГ, 1986. - 45 с.

24. Магистральные трубопроводы: СНиП 2.05.06 85*: с изм. № 1, № 2 Утв. Пост. Госстроя СССР от 08.01.87., с изм. № 3: Утв. Пост. Минстроя России от 10.11.96 № 18-78: взамен СНиП II - 45 - 75: Госстрой России // ГУП ЦПП. - М., 2002. - 60 с.

25. Магистральные трубопроводы: СНиП III 42 — 80*: переизд. с изм. Утв. Пост. Госстроя СССР (Минстроя России) № 18 - 79 от 10.11.96: Госстрой России // ГУП ЦПП. - М., 2002. - 74 с.

26. Минаев В.И. Машины для строительства магистральных трубопроводов. — М.: Недра, 1973.-432 с.

27. Михлин С.Г. Вариационные методы в математической физике. М.: Наука, 1970.-432 с.

28. Николаев В. И., Брук В. М. Системотехника: Методы и приложения. М.: Машиностроение, 1985. 197 с.

29. Полянский Р.П., Пастернак В.И. Трубы для нефтяной и газовой промышленности за рубежом. М.: Недра, 1979. — 215 с.

30. Попов К.Н., Каддо М.Б. Строительные материалы и изделия: Учеб. М.: Высш. шк., 2001. - 367 с.

31. Правила технической эксплуатации магистральных нефтепроводов: РД 39-30-114-78 // Недра. М., 1979. - 94 с.

32. Прокофьев В.В., Богатенков Ю.В., Фомичев С.И. и др. Метод локализации и ликвидации аварийных разливов нефти на подводных переходах нефтепроводов» // ТТН. 1999. -№11.- с.22 - 25.

33. Расчет на прочность стальных трубопроводов: СНиП 2.04.12 86: взамен СН 373 - 67: Госстрой России // ГУП ЦПП. - М., 2002. - 12 с.

34. Ростов Б.М. Экспериментальные исследования параметров движения контейнеров по трубопроводу: Дис. . к.т.н: 05.483 / Ленинградский ордена Ленина институт инженеров железнодорожного транспорта имени академика В.Н. Образцова. Ленинград, 1969. — 128 с.

35. Самойлов Б.В., Ким Б.И., Зоненко В.И., Кленин В.И. Сооружение подводных трубопроводов. М.: Недра, 1995. — 304 с. .

36. Сапожников Е.В., Торопов С.Ю., Дорофеев С.М. Некоторые решения уравнения движения внутритрубных вставок / Вопросы состояния и перспективы развития нефтегазовых объектов Западной Сибири. Статья. Сб.науч.труд. Тюмень: ТюмГНГУ, 2002. - С. 43-49.

37. Скибо В.И., Фридлянд Я.М., Козин И.В. и др. Региональные учения по ликвидации аварий и их последствий на подводных переходах магистральных нефтепроводов в зимний период» // ТТН. 1998. — № 9. — С.27 - 30.

38. Смолдырев А.Е. Пневмотранспорт штучных грузов. М.: Недра, 1967. -267 с.

39. Смолдырев А.Е. Трубопроводный транспорт. М.: Недра, 1970. - 220 с.

40. Сопротивление материалов: Учеб. / Феодосьев В.И. Вильнюс: Гос. типография «Вайздас», 1962. - 536 с.

41. Справочник по машиностроительному черчению / Чермарев А.А., Осипов В.К. -2-е изд., перераб. М.: Высш. шк.; Изд. Центр «Академия», 2001. - 493 с.

42. Теоретическая механика. Учеб. для вузов / Поляков Н.Н., Зегжда С.А., Юшков М.П. / Под ред. Товстика. -2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш.шк., 2000. - 592 с.

43. Технологическое оборудование и технические трубопроводы: СНиП 3.05.05 84: взамен III - 31 - 78*: Госстрой России // ГУП ЦПП. - М., 2002.-31 с.

44. Торопов С.Ю., Дорофеев С.М., Сапожников Е.В. Приближенное решение уравнения движения полиэтиленовой трубы внутри трубопровода.// Нефть и газ, 2003г, №3, С.49-53.

45. Торопов С.Ю., Дорофеев С.М., Сапожников Е.В. Транспортировка внутренних полиэтиленовых вставок к месту монтажа. Нефть и газ,: 2003г, №1. С.71-75.

46. Тоут А.И. Технологические процессы и методы расчета параметров очистки полости строящихся магистральных трубопроводов: Дис. . к.т.н.: 05.15.07 / ВНИИСТ. 1983. - 199 с.

47. Трубопроводный транспорт нефти / Г.Г. Васильев, Г.Е. Коробков, А.А. Коршак и др.; Под ред. С.М. Вайнштока: Учеб. для вузов: В 2 т. М.: ООО «Недра - Бизнесцентр», 2002. - Т. 1. - 407 с.

48. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии: ГОСТ Р 51164 98: Утв. Пост. Госстроя СССР от 30.08.85 № 137: Госстрой России // ГУП ЦПП. - М., 2000. - 65 с.

49. Тюриков П. Ф., Аринчин С. А. Пневмотранспортный поток как объект управления. Ростов на Дону, 1985. 197 с.

50. Физические величины: Справочник / Бабичев А.П., Бабушкина Н.А., Братковский А.М и др.; Под. Ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. М.; Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.

51. Хрусталев Б.М. Пневматический транспорт: Дис. . д.т.н: Московский Государственный Строительный университет. Москва, 1998. - 51 с.

52. Шаммазов A.M., Мугаллимов Ф.М., Нефедова Н.Ф. Подводные переходы магистральных нефтепроводов. М.: ООО «Недра — Бизнесцентр», 2000. -237 с.