Оценка прочности коррозионно изношенных трубопроводов, усиленных полимерными материалами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.13, кандидат технических наук Пиласевич, Александр Витальевич

• Пиласевич, Александр Витальевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Пиласевич, Александр Витальевич

Введение

Глава 1. Состояние проблемы и постановка задач научных исследований

1.1 Анализ климатических условий эксплуатации 8 магистральных трубопроводов Западной Сибири

1.2 Почвенно грунтовые условия эксплуатации магистральных 14 газопроводов Западной Сибири

1.3 Анализ отказов магистральных газопроводов

1.4 Анализ методов ремонта магистральных трубопроводов 30 Западной Сибири.

1.5 Постановка задачи исследований

Глава 2. Анализ особенностей работы магистральных трубопроводов

Западной Сибири.

2.1 Краткая техническая характеристика стальных 45 электросварных труб.

2.2 Особенности работы стали магистрального трубопровода 52 при действии внутреннего избыточного давления.

2.3 Изменение механических свойств стали в процессе 61 эксплуатации подземных магистральных трубопроводов.

2.4 Прогнозирование коррозионного износа наружной 84 поверхности подземного трубопровода.

Глава 3. Разработка методики расчета напряженно деформированного 91 состояния трубопровода усиленного полиэтиленовыми вставками.

3.1 Прочностные свойства внутренней полимерной 91 оболочки трубопровода

3.2 Напряженно-деформированного состояние внутренней 101 цилиндрической оболочки из полимерного материала

3.3 Напряженно-деформированного состояние частично 113 изношенной стальной оболочки трубопровода

3.4 Исследование несущей способности и долговечности 123 двухтрубной конструкции трубопровода

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка прочности коррозионно изношенных трубопроводов, усиленных полимерными материалами»

Открытие и освоение крупных месторождений природного газа в районах нашей страны, расположенных на больших расстояниях от центров потребления, привели к необычайно быстрому развитию трубопроводного транспорта.

В настоящее время в России эксплуатируется более 250 тыс.км., магистральных трубопроводов, которые проложены в различных по сложности природно-климатических районах.

По многониточным газотранспортным системам, проложенным от месторождений Западной Сибири в Европейскую часть, в едином технологическом коридоре транспортируется до 250 млрд. м природного сырья в год, а на отдельных участках трассы - до 340 млр. м под внутренним избыточном давлением от 5,4 до 7,5 МПа.

Такое сосредоточение энергетических мощностей предъявляет высокие требования к уровню конструктивной надежности и безопасности магистральных газопроводов, некоторая часть из которых превысила свой нормативный срок службы.

В связи с этим, ежегодно увеличиваются необходимые затраты на техническое обслуживание и ремонт. Объемы восстановительных работ на газотранспортных магистралях Западной Сибири в 1999 г. станут сопоставимы с объемами работ по строительству новых газопроводов. Ежегодный фактический объем капитального ремонта может достичь 1 и более тыс. км. Несмотря на предпринимаемые меры по увеличению объема ремонта, потребность в ремонтных работах все еще значительно превышает возможности производственных подразделений предприятий Тюментрансгаз и предприятий «Сургутгазпрома», в настоящее время не в состоянии обеспечить потребность транспортных магистралей, как в ремонте линейной части, так и энергетического оборудования.

В связи с этим разработка новых технических решений при строительстве и эксплуатации трубопроводов должна преследовать следующие цели: высокая эффективность работ: надежность функционирования техники и эксплуатации сооружений; минимум вредного экологического воздействия на окружающую среду / 28 /. Достижение этих целей трубопроводных систем существующими средствами наиболее сложно в экстремальных условиях, особенно в труднодоступных районах гор, болот, вечномерзлых грунтов, подводных переходов и др.

Требования бесперебойной работы транспортных магистралей определяют в свою очередь высокие требования к надежности трубопроводов. Необходимо отметить, что надежность газоснабжения снижается из-за отказов по ряду причин, характерными из которых являются: низкое качество материала, несовершенная технология транспортировки труб, низкое качество строительно-монтажных работ, нарушения режима эксплуатации, ошибки при проектировании, физическое старение и сложные климатические условия прокладки трубопроводов.

Вот почему в настоящее время чрезвычайно актуальными являются вопросы диагностики технического состояния • эксплуатирующихся газотранспортных систем, определение реальной несущей способности стальной тонкостенной оболочки трубопровода, разработка новых эффективных технологий производства ремонтно-восстановительных работ.

Проблема повышения эффективности ремонтно-восстановительных работ на изношенных участках трассы магистральных газопроводов должна рассматриваться как комплексное мероприятие, удовлетворяющее следующим основным требованиям: конструктивным - уровень надежности и величина коэффициента запаса восстановленной конструкции трубопровода должны быть не ниже проектных значений; производственным, которые сводятся к тому, чтобы на всех стадиях ремонтно-восстановительных работ была обеспечена прогрессивная технология производства, позволяющая выполнить весь цикл ремонта в срок и при высоком качестве; экономическим, при которых затраты на производство ремонтно -восстановительных работ имеют минимальное значение или возникает экономический эффект за счёт быстрейшего ввода конструкции трубопровода в проектный эксплуатационный режим; соцальным, заключающимся в обеспечении высокого уровня жизни рабочих при любых природноклиматических условиях на данной территории с целью получения высоких производственных показателей; экологическим, при которых обеспечивается высокая степень защиты природы при производстве ремонтных работ.

Все перечисленные требования (факторы) существенно влияют на эффективность работы трубопроводов, поэтому решения задач, связанных с поиском перспективных методов ремонта и повышения качества эксплуатации магистральных трубопроводов Западной Сибири, рассматриваются в данной работе.

Вопросами строительства и ремонта магистральных трубопроводов посвящены работы, таких известных авторов как В. Л. Березин, В. В. Болотин, П. П. Бородавкин, Б. П. Поршаков, П. И. Тугунов, 'Л. Г. Телегин, В. В. Харионовский, Е. И. Яковлев и др.

Но тем не менее этот вопрос остается актуальным и на сегодняшний-день. Для этого решения разрабатываются новые технологии для изготовления труб, так же усиливается контроль за сохранением окружающей среды, увеличивается объем внутритрубной инспекции, по результатом которой проводятся ремонтные работы линейной части.

В связи с этим, задачами исследований данной работы является: анализ

• -существующих методов ремонта магистральных трубопроводов линейной части;

• -причин выхода из рабочего состояния магистральных трубопроводов;

• - особенностей работы труб в эктримальных условиях; разработка методов

• теоретических исследований расчета прочности восстановленного трубопровода с учетом коррозии и процессов старения;

• прогнозирования процессов протекания коррозии в зависимости от типа грунта;

• оценки коэффициента запаса прочности двухтрубной системы, в зависимости от срока эксплуатации и коррозионной активности грунта.

Научная новизна предлагаемых разработок заключается в принципиально новом подходе к разработке методики расчета несущей способности восстановленного трубопровода с помощью полиэтиленового материала.

На основании цроведенного комплекса исследований выявили возможность использования методики, которая позволяет реально оценить уровень несущей способности и коэффициента запаса прочности восстановленной конструкции.

Практическая ценность и реализация результатов исследований. Разработанная методика использовалась при оценке прочности трубопроводов вырабатывающих свой ресурс и показала полную пригодность разработанных мероприятий для повышения эксплуатационной надежности газотранспортных магистралей и увеличения их срока службы.

Заключение диссертации по теме «Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ», Пиласевич, Александр Витальевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Впервые научно - обоснована методика ремонта длительно эксплуатирующегося коррозионно - поврежденного газопровода с использованием полимерных вставок с учетом величины дефектов, изменений внутреннего давления и коррозионной активности грунтов.

2. Разработана модель изменения напряженно-деформированного состояния восстановленного участка газопровода в зависимости от степени коррозионного износа металлоконструкций вызванного коррозионной активностью грунтов.

3. Получены функциональные зависимости необходимой толщины полимерных вставок от величины коррозионного износа, коррозионной активности грунтов и внутреннего давления газопровода.

4. Выполнено опытно-промышленное внедрение разработанной методики при производстве ремонтных работ на экспериментальном участке газопровода- отвода ГРС-1 Тюменской ТЭЦ.

130 А

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Пиласевич, Александр Витальевич, 1999 год

1. Айнбиндер А.Б., Камерштейн А.Г. Расчет магистральных трубопроводов на прочность и устойчивость. М.: Недра, 1982.

2. Акользин П.А. Коррозия металла паровых котлов // Итоги науки и техники. Коррозия и защита от коррозии. М.: ВИНИТИ, 1986, т. 12, с.259-294.

3. Аксельрад ЭЛ., Ильин В.И. Расчет трубопроводов. Ленинград, Машиностроение, - 1972г.

4. Александров А.В. Надежность систем дальнего газоснабжения. М.: Недра, -1967.

5. Барзилович Е.Ю. Модели технического обслуживания сложных систем. М.: Высшая школа, 1982. - 231с.

6. Барлоу Р., Прошан Ф. Статистическая теория надежности и испытания на безотказность. М.: Наука, 1984. - 328с.

7. Безухов Н.И., Лужин О.В. Приложение методов теории упругости и пластичности к решению инженерных задач. М.: Высшая школа. 1974. -200с.

8. Белозеров Л.Г., Киреев В.А. и др. // Испытания внутритрубных покрытий. Газовая промышленность, №2,1997. 41-44с.

9. Березин В.Л. Сооружение магистральных трубопроводов. -М.:

10. Ю.Богданофф Дж., Козин Ф. Вероятностные модели накопления повреждений. М.: Мир, 1989. - 344с.

11. Болотин В.В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. М.: Стройиздат, 1982.-351с.

12. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. -М.: Машиностроение, 1984. 312с.

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

14. Бородавкин П.П., Подземные магистральные трубопроводы (проектирование и строительство). М.: Недра, 1982. - 384с.

15. Бородавкин П.П. Подземные магистральные трубопроводы. М.: Недра, 1982. - 384с.

16. Бородавкин П.П., Березин В.Л., Шадрин О.Б. Подводные трубопроводы. М.: Недра, 1979.-415с.

17. Бородавкин П.П., Глоба В.М. Сооружение трубопроводов в городах. М.: Недра, 1978,- 145с.

18. В.А.Иванов, Г.В. Крылов, Л.Г. Рафиков и др. Эксплуатация энергетического оборудования Западной Сибири М.: Недра, 1987. - 143с.

19. Варданян Г.С., Андреев В.И., Атаров Н.М., Горшков A.A. Сопротивление материалов с основами теории упругости и пластичности М.: Изд-во АСВ, 1995. - 568с.

20. Вольмир A.C. Устойчивость деформированных систем. Изд.2-е, М.: Наука,1967.

21. Вопросы математической теории надежности // Под ред. Б.В. Гнеденко.- М.: Радио и связь, 1983. 524с. «

22. Гарантийный надзор за сложными техническими системами// Г.Е. Алпеидзе, Л.Г. Романов, A.A. Червонный и др. М.: Машиностроение, 1988.-232с.

23. Глазов Н.П., Уткин В.К. Защита стальных резервуаров от внутренней коррозии. Тематический обзор. М., изд. ЦНИИТЭнефтехим, 1973, с.82.

24. Грачев В.В., Щербаков С.Г., Яковлев Е.И. Динамика трубопроводных систем. М.: Наука, 1987. - 438с.

25. Гуссак В.Д. Врезка под давлением на газопроводах. // Газовая промышленность №2, 1997 37-40с.

26. Гущин В.И., Зуев Б.Е. Инверсионная металлическая дорога. М.: Строительство трубопроводов, № 9, 1985, с.36-38.

27. Егерман Г.Ф., Джафаров М.Д., Никитенко Е.А. Ремонт магистральных газопроводов. М.: Недра, 1973. - 288с.

28. Елисеев М.Я., Васильев Н.П. Проектирование и сооружение магистральных нефтепроводов в Западной Сибири. М.: Недра, 1967. - 145с.

29. Иванов В. А., Крылов Г.В., Рафиков Л.Г. Эксплуатация энергетического оборудования газопроводов Западной Сибири. -М.: Недра, 1987.

30. Иванов В.А., Новоселов В.В., Пиласевич A.B. Прогнозирование коррозионного износа стали на наружной поверхности подземного трубопровода «Нефть и газ», Тюмень, ТюмГНГУ, №3,1999 г.

31. Иванцов О.М. Надежность строительных конструкций магистральных трубопроводов. М.: недра, 1985. - 231с.

32. Инструкция по внедрению метода сплава при строительстве магистральных трубопроводов больших диаметров на болотах. ВСН2-67- 76,- М.: ВНИИСТ, 1976.- 32с.

33. Инструкция по защите городских подземных трубопроводов от электрохимической коррозии. М,: Стройиздат, 1974, с.20.

34. Инструкция по строительству временных дорог для трубопроводного строительства в сложных условиях (на обводненной и заболоченной местности). ВСН2-105-78.- М.: ВНИИСТ, 1978. 44с.

35. Ионин Д.А., Яковлев Е.И. Современные методы диагностики магистральных газопроводов. Л.: Недра, 1987. - 232с.

36. Камерпггейн А.Г., Рожденственский В.В., Ручимский М.Н. Расчет трубопроводов на прочность. Изд-во 2, М.: Недра, 1969.

37. Клюк Б.А., Стояков В.М., Тимарбулатов Т.Н. Прочность и ремонт участков магистральных трубопроводов в Западной Сибири М.:, Машиностроение. - 1994.

38. Конев A.B., Маркова Т.Г., Пономарева Т.Г. Прогнозирование надежности опасных участков трубопроводных систем.

39. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1984. - 832с.

40. Косаргина В.Г. Ускоренный метод прокладки трубопроводов по болотам. Экспресс-информация «Зарубежная техника». - М.: ЦНТИ ВНИИСТ, №6,1975.-С.7-10.

41. Красноярский В.В., Цикерман Л.Я. Коррозия и защита подземных металлических сооружений. М.: Высшая школа, 1968, с.296.

42. Крылов Г.В., Рафиков Л.Г., Иванов В.А. и др. Газотранспортные магистрали Западной Сибири // М.: Недра, 1990 - 259 с.

43. Крылов Г.В., Яковлев Е.И., Тимашов С.А., Макаров В.М. Управление эксплуатацией трубопроводных магистралей. Сведловск. - 1990. - 289с.

44. Мамет А.П. Коррозия теплосилового оборудования электростанций. М.: Госэнергоиздат, 1952,с.87.

45. Матросов В.И., Чувакина Т.И., Иванов В.А. Технический прогресс на газопроводах Западной Сибири в 13 пятилетках. Обз. инф. Сер. Транспорт и подземное хранение газа. М.: изд. ВНИИЭГазпром, 1989. - Вып. 9. - 28с.

46. Ментюков В.П., Грохотова Т.В. Сооружение магистральных трубопроводов на болотах и заболоченных участках за рубежом. Научно-технический обзор «Проектирование и строительство трубопроводов и нефтегазопромысловых сооружений». М.: ВНИИГазпром, 1968. - 68с.

47. Методы исследования и управления системами энергетики/ Под ред. А.П. Меренкова, Ю.Н. Руденко. Новосибирск: Наука, 1987. - 374с.

48. Микаэлян Э.А. Технические исследования газопроводов. Газовая промышленность, №1, 1997. 33-35 с.

49. Милейковский И.Е. Практические методы расчета оболочек со складок покрытий. М.: Изд-во литературы по строительству. -1970.

50. Надежность и эффективность техники: Методология, организация. Терминология. Справочник под ред. В.А. Рембезы. -М.: Машиностроение, 1987.- 224с.

51. Никитенко Е.А. Электрохимическая коррозия и защита магистральных газопроводов. М.: Недра, 1972, с. 120.

52. Новожилов В.В. Теория тонких оболочек. JL: Судпромгиз, 1951, с.344.

53. Новоселов В.В., Пиласевич A.B. Старение сталей подземных трубопроводов «Нефть и газ», Тюмень, ТюмГНГУ, №3,1999 г.

54. Новоселов В.В., Пиласевич A.B. Анализ прочностных свойств полиэтиленовых труб, используемых для восстановления частично изношенных стальных оболочек магистральных трубопроводов. «Нефть и газ», Тюмень, ТюмГНГУ, №3,1999 г.

55. Новоселов В.В., Пономарева Т.Г. Анализ отказов на магистральных трубопроводах. (Крамской В.Ф. «Нефть и газ», Тюмень, ТюмГНГУ, №3,1999 г.бО.Огибалов П.М. вопросы динамики и устойчивости оболочек. М.: Изд-во Московского университета. 1963. - 418с.

56. Опыт проведения ремонтных работ на МГ Западной Сибири/ Г.В. Крылов, В.А. Иванов, И.В. Березина и др. Обз. Инф. Сер. Передовой производственный опыт и организация социалистического соревнования. М.: изд. ВНИИЭгазпром, 1988.-Вып. 8.-33с.

57. Пиласевич A.B. Прогнозирование надежности опасных участков трубопроводных систем. Тезисы докладов научного семинара 1998 г.

58. Пиласевич A.B. Уравнения равновесия цилиндрической двухтрубной оболочки в криволинейных координатах. Тезисы докладов Всероссийской конференции «Новые технологии в газовой промышленности», М., 1998 г.

59. Полимеры в газоснабжении. Справочник. Под ред. проф. КарнаухаН.Н. М.: Машиностроение, 1998, с.856.

60. Полозов В.А., Резвых А.И. Оптимизация технического обслуживания магистральных газопроводов. Газовая промышленность, №3,1997.12-13 с.

61. Пономарева Т.Г., Новоселов В.В. Ремонт газопроводов полимерными материалами.

62. Пономарева Т.Г., Новоселов В.В., Крамской В.Ф. Капитальный ремонт газопровода методом внутритрубной обработки.

63. Прочность, устойчивость, колебания. Справочник в трех томах. Под ред. И.А. Биргера и Я.Г. Пановко. М.: Машиностроение, 1968.

64. Руденко Ю.Н., Ушаков И.А. Надежность систем энергетики. -Новосибирск: Наука, 1989. 328с.

65. Самуль В.И. Основы теории упругости и частичности. М.: Высшая школа, 1982.

66. Седов В.И., Салихянов B.C. Оптимизация режимов газотранспортных систем на основе статистической идентификации. Изв. ВУЗов, Сер. Нефть и газ. М.: изд. МИНГ им. И.М.Губкина, 1985. - №2. - с. 70-74.

67. Сухарев М.Г., Ставровский Е.Р., Брянских В.Е. Вопросы живучести при планировании развития систем газоснабжения.• Иркутск: изд. СЭИ АН СССР, 1980.-С.127.

68. Тимошенко С.П. Устойчивость стержней, пластин и оболочек. -М.: Наука, 1971.

69. Тимошенко С.П., Дж.Гудьер. Теория упругости. М.: Наука, 1979, С.560.

70. Тимошенко. С.П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. М.: Наука, 1966,с.635.

71. Томашев Н.Д., Чернова Г.П. Коррозия и коррозионностойкие сплавы. М.: Металлургия, 1973 , с. 121.

72. Харионовский В.В. Надежность и диагностика газопроводов: технико экономические аспекты. Изд-во Газовая промышленность, №3,1997. - 11с.

73. Эксплуатация газопроводов Западной Сибири/ Г.В.Крылов, А.В.Матвеев, O.A. Степанов, Е.И. Яковлев. Л.: Недра, 1985. -288с.

74. Яковлев Е. И., Иванов В.А., Шибнев A.B., В.И. Матросов, Л.Г. Рафиков, Б.А. Клюк Модели технического обслуживания и ремонта систем трубопроводного транспорта. М.: ВНИИОЭНГ, 1993. 159 с.

75. Яковлев Е.И., Иванов В.А., Шибнев A.B. Модели технического обслуживания и ремонта систем трубопроводного транспорта. -М.: ВНИИОЭНГ, 1993.

76. Яковлев Е.И., Крылов Г.В., Иванов В.А. Системный анализ газотранспортных систем. Новосибирск: Наука, 1989. - 290с.

77. Ясин Э.М.: Черникин В.И. Устойчивость подземных трубопроводов. М.: Недра, 1968.

78. Altferink F.G.M. u. Wolters, M. Proc. International Gas Research Conference.-Orlando, USA, Amer. Gas Ass., Arlington, VA, USA, 1992.

79. Augustyn L, Sobis T. Wplyw czasu na zmiane wlasnosci mechanicnych budow-lanej //Prace ITB.- Warszawa, 1970,- 121 c.

80. Brodka J. Okreslenie sklonnosci stali do starzenia na podstawie proby twardosci w temperaturze 200°C // Praca badawcza institutu Spawalnictwa.- № Id-18/190.

81. Bronlewski T., Mendera Z. Zagrozenie bezpieczenstwa konstrukcji stalowych przez korozie miedzykrystalizna // Inzynieria Budownictwo.-1979.- №2.

82. Cabelka J. Spawalnosc stali // Sbornik odbornevedeckych prac Slovenskej Wysokej Skoly Technikej.- Bratislawa, 1948.

83. Cotrell A.H., Bilby B.A. Dislocations theory bielding and strain again of iron // Proceedings of the Physical Society.- Jan. 1949,- Vol.62.

84. Davies G. Waste menagement for a largescale drilling progect. J. OfCanad.Petrol.Technol.-1987-3.-4.-Vol.84.-N47.-p.71-77.

85. Eiber R.J., Maxey W.A. Correlation ofFull-Scale Test with Laboratory Tests.- Symposium on Line Pipe Research? American Gas Association, Dallas, 1965, p. 83-118.

86. Hampe E. Grundlagen Flussigkeitsbehalter DDR, Berlin, 1981, p. 132.

87. Jones R.L. Corrosion. USA. 1971. Vol.27, № 8, p. 353-359.

88. Klöppel K. Bericht über die Untersuchunen an kaltgerechten Stahlen und denen Schweissverbindungen // Stahlbau,-1960.: № 5.

89. Lubinski M. Wykorzystanie wplywu zgnioty w konstrakcjach z ksztaltownikow profllowanych na zimna // Mostostal.- Warszawa, 1961.

90. Lustinger A. , Tie molecules in Polyethylene. Gas Research Institute, Chicago (IL) ,USA, GRI-85/0129, 1985.139

91. Mathot V.B.F.u. Rijpers M.F. G.Rolduc Polymer Meeting: Integration of fundamental polymer science and technology , 14.bis 18 .Postervorfuhrung, April 1985.

92. Miedzynarodowy Instytut Soawalnictwa.- Zaiecenia wyboru klasyficial staly na konstrukcje spawane // Przeglad Spawalinictwa.-1960.- №10.

93. Mryka J. Metody badanja odpornosci na krache pekanie i dobor stali na konstrukcje spawane // Materyaly Konferencji Naucowo-Technicznej "Konstracji Metalowe". Warszawa. 1966.

94. Schölten F.L. Neuere Entwicklunger beim Rohrwerkstoff Poly-ethylen.//Gas.Erdgas.-1995.-Nr.ll.-p.594-600.

95. Schölten F.L. u. Rijpkema H.J.M. Proc. Plastic Pipes 8,Koningshof near Eindhoven, The Netherlands,21-24 Sept.- London: The institute of materials, 1992.

96. Van Speybroeck. Intercom and the third generation of polyethylene resins.-Pisa, 1989.

97. Van Speybroek, H. The use of PE pipes in the gas industry up to 10 bar.IGU,D7, Berlin,1997.к ~ 2 со 10 Р -0.1 I'---0,1.5. 33 Т -33 0 -24.5 1-100 И .9 11. МО : =0.8