Оценка степени воздействия взрывной волны на трубопроводные системы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.03, кандидат технических наук Решетников, Александр Александрович

• Решетников, Александр Александрович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Решетников, Александр Александрович

Глава 1. Трубопроводные системы нефтеперерабатывающих заво- 4 дов

1.1 Анализ аварий на опасных производственных объектах пред- 4 приятий нефтепереработки

1.2 Технологические трубопроводные системы и опоры нефте- 12 перерабатывающих предприятий

1.3. Деформирование трубопроводных систем

1.4. Количественная оценка последствий действия поражающих 21 факторов при возникновении гипотетических аварий

Глава 2.Верификация вычислительного эксперимента в ПК

ABAQUS с результатами натурного эксперимента

2.1. Натурный эксперимент по ударному воздействию

2.2. Вычислительного эксперимента по ударному воздействию

2.3. Моделирование напряженно-деформированного состояния тех- 45 нологических трубопроводов

2.3.1 Расчет технологических трубопроводов стандартными мето- 45 дами

2.3.2. Оценка НДС технологических трубопроводов с учетом 53 различного вида нагружения

2.3.3. Сравнение результатов расчета стандартными и численными 68 методами.

Глава 3 Ранжирование технологических трубопроводов и их опор 70 степени опасности с точки зрения внешнего воздействия.

3.1. Изучение поведения трубопроводов различного диаметра при 70 воздействии внешнего взрыва

3.2. Категорирование трубопроводов по степени опасности

3.3 Категорирование опор трубопроводов по степени опасности

Глава 4. Моделирование напряженно-деформированного состояния 100 технологических трубопроводов и опор

Заключение диссертации по теме «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)», Решетников, Александр Александрович

Общие выводы

1.С использованием ПК ABAQUS смоделировано напряженно-деформированное состояние трубопроводов технологических установок различной конфигурации при рабочих режимах и в случае реализации нештатной ситуации типа взрыва. Определение деформаций трубопровода на экспериментальной установке при ударном воздействии и на модели этой системы в ПК ABAQUS показало, что результаты различаются не более 10%.

2 Сравнительные исследования напряженного состояния в технологических трубопроводах с различной пространственной ориентацией с применением ПК ABAQUS и ПК «Старт», который основан на стандартных методах расчета, показали, что расчеты, выполненные в ПК «Старт» для опорных элементов дают существенно завышенные (до 50%) значения, а для пролетов заниженные по сравнению с номинальными напряжениями, определенными по безмоментной теории расчетов оболочек.

3 Показано, что распределение напряжений в горизонтальных и вертикальных технологических трубопроводах в результате воздействия взрывной волны носит полиэкстремальный характер, причем в местах стеснения деформаций напряжения достигают предельного состояния и могут быть подвержены разрушению.

4 Предлагается осуществить классификацию технологических трубопроводов, в основе которой лежит их категорирование с точки зрения воздействия внешнего взрыва. При этом критерием по степени опасности может служить напряжение, возникающее в трубопроводе при воздействии на него взрывной волны. Предполагается что при значениях напряжений ниже допускаемых трубопровод пригоден для дальнейшей эксплуатации, то есть При реализации условия 0 < о < [а] трубопроводу присваивается категория I, при [а] < а < ат , когда разрушение может произойти из-за наличия дефектов основного металла присваивается категория II, при превышении условными номинальными напряжениями предела прочности материала присваивается категория III.

5 Предложен алгоритм оценки состояния технологических трубопроводов в условиях эксплуатации под влиянием действия ударной волны, и указаны характерные особенности которые должны быть учтены при оценки их технического состояния.

6 Материалы диссертационной работы использованы при разработке при разработке новых систем проектирования и инженерного анализа в инжиниринговой компании ООО «ТЕСИС»

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Решетников, Александр Александрович, 2009 год

1. Федеральный закон "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" от 21.07.97 № 116-ФЗ (с изм. 07.08.00 г.).

2. Положение о порядке технического расследования причин аварий на опасных производственных объектах (РД 03-293-99) (утв. постановлением Госгортехнадзора России от 08.06.99 N 40).3. http ://www. gosnadzor.ru

3. Солодовников А.В. «Моделирование развития аварийных ситуаций на объектах нефтеперерабатывающей промышленности, вызванных образованием облаков топливовоздушных смесей» Дисс.на соиск.уч.степ.канд.техн.наук, Уфа, УГНТУ, 2006 г.

4. Елохин А.Н. Анализ и управление риском: теория и практика. М.: Страховая группа "Лукойл", 2000, - 185 с.

5. Елохин А.Н. Декларирование безопасности промышленной деятельности: методы и практические рекомендации. — М.: ММА им. Сеченова, 1999. 139 с.

6. Методические рекомендации по составлению декларации промышленной безопасности опасного производственного объекта (РД 03-357-00)#S / Колл. авт.- М.: ГУЛ «НТЦ «Промышленная безопасность», 2003.-78с.

7. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов (РД 03-418-01)#S #S / Колл. авт.- М.: ГУЛ «НТЦ «Промышленная безопасность», 2003.-111с.

8. Методические рекомендации по осуществлению идентификации' опасных производственных объектов (РД 03-616-03) (введены приказом Госгортехнадзора России № 138 от 19.06.03г.) )./ Колл. авт.- М.: ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2003 .-56с.

9. Методические указания о порядке разработки плана локализации и ликвидации аварийных ситуаций (ПЛАС) на химико-технологических объектах РД 09-536-03 (утв. постановлением Госгортехнадзора России от 18.04.03 № 14).

10. Батенчук А.Н. Изготовление и монтаж технологических, трубопроводов. -М.: Стройиздат, 1971. 304с.

11. Греб А.В. Повышение надежности трубопроводных коммуникаций технологических установок: Дис. канд.техн.наук. Уфа: УГНТУ, 1999. -132с

12. Бесчастнов М.В. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение. М.: Химия, 1991. - 432с.

13. Общие правила взрываобезопасности для химических , нефтехимических, нефтеперерабатывающих производств. -М.: Металлургия, 1988.-88с.

14. Ромейко В. Концепция проекта федерального закона «О трубопроводном транспорте». Обоснование необходимости разработки проекта закона // Трубопроводы и экология. 1998. - №4. - С. 4-5.

15. Прогрессивные методы испытания на надежность трубопроводных материалов и конструкций // Строительство магистральных трубопроводов. — 1990.-Вып. №2.-С. 3-4, 15, 1720. необходимо уточнить

16. Киченко С.Б. Оценка работоспособности трубопроводов с локальными трубопроводными дефектами.- Безопасность труда в промышленности, 2002, №4, с.32-34.

17. Закревский М.П. Прочность и безопасность элементов технологических трубопроводов прессового оборудования: Автореферат дис. на соиск. Уч. Степ, канд.техн. наук.- Красноярск: Красноярский гос. ун-т, 2003, 26 с.

18. Безделев В.В., Погодин В.К. Методы определения НДС по результатам виброизмерений.- 3-я Международная конференция «Диагностика трубопроводов», Москва, 21-26 мая 2001: Тезисы докладов.-М., 2001, с.236.

19. Сущев С.П., Кузнецов Д.Б. Оценка статической и циклической прочности труб со сквозными повреждениями.- Мониторинг и безоп. трубопроводных систем, 2004, №1, с.10-11.

20. Шлянников В.Н., Чадаев А.В., Калачев В.А. Прогнозирование остаточного ресурса элементов трубопровода.- Вестник КФ МЭИ, №1, с. 104109.

21. Zhuang Zhuo, Guo Jongjin. Analysis of dynamic fracture mechanisms in gas pipelines\ Eng. Fract. Mech., 1999, 64,№3, c.271-289.

22. Yazdchi M., Crisfield M.A. Non-linear dynamic behavior of flexible marine pipes and risers.- Int. J. numer. Meth. Eng., 2002, 54, №9, c. 1265-1308.

23. Jiang Jin-hui, Wang Zi-Li. Huadong chuanbo gongye xuebao. Ziran kexue ban/- J.E.China Shipbuild. Inst. Natur.Sci. Ed.,2002, 16, №4, p.5-9.

24. Thomas G.O. The response of pipes and supports to internal pressure loads generated by gaseous detonations.- Trans.ASME J. Pressure Vessel Technol., 2002,124, №l,c.66-73.

25. Pan Wen-Fung, Lee Kuo-Long. The effect of mean curvature on the response and collapse of Thin-walled tubes under cyclic bending/- JSME Int. J. A., 2002, 45, №2, c.309-318.

26. De Luna S., Fernandez-Saes J., Perez-Castellanos J.L., Navarro C. An analysis of the static and dynamic fracture behaviour of a pipeline steel. Int. J. Pressure Vessels and pip., 2000, 77, №11, c.691-696/

27. Зуров M.M., Капустин C.A., Кузнецов A.M. Численное моделирование процессов малоциклового разрушения фрагментов подземных трубопроводов в условиях сейсмического воздействия.- Прикл. пробл. прочн. и пластичности, 2001, №63, с.30-35, 192, 199-200.

28. Сидоренко А.С., Станкевич А.И. Вибрации трубопроводов с нелинейным закреплением.- Материалы * Международного симпозиума «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред», Ярполец, 11-15 февр., 2002.- М., 2002, с.84-85.

29. Бурмистров И.В., Городов Г.Ф., Митенков Ф.М. Панов В.А., Демин Д.А., Овчинников В.Ф., Смирнов JI.B. Исследование динамики трубопроводных систем ЯЭУ на нелинейных опорах.- :научная конференция

30. Нелинейные колебания механических систем», Нижний Новгород, 16-19 сент., 2002: Тезисы докладов.- Н.Новгород: Изд-во ННГУ, 2002, с.32-33.

31. Иляева М.А. «Устойчивость аппарата колонного типа при динамическом воздействии внешнего взрыва».- Дисс.на соиск.уч.степ.канд.техн.наук, Уфа, УГНТУ, 2002 г.

32. Ягафаров P.P. «Совершенствование методов анализа причин разрушения' аппаратов при техногенных авариях».- Дисс.на соиск.уч.степ.канд.техн.наук, Уфа, УГНТУ, 2005.

33. Ильин К.А. «Деформирование аппаратов колонного типа при динамическом воздействии взрывной волны с учетом свойств грунта». Дисс.на соиск.уч.степ.канд.техн.наук, Уфа, УГНТУ, 2007 г.

34. Корепанов Ю.М. Особенности деформации металлических трубок под действием ударной волны подводного взрыва.- Препринт РФЯЦ-ВНИИТФ, 2004, №209, с.1-36.

35. Тишков А.Я., Гендлина Л.И., Левенсон С.Я., Сердцева Ж.В. О взаимодействии ударного элемента с твердыми средами.- Изв. ВУЗов. Строительство, 2004, №1, с.122-125.

36. Бесчастнов М.В. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение М.: Химия, 1991. - 396 с.

37. Бесчастнов М.В., Соколов В.М. Предупреждение аварий в химических производствах. — М.: Химия, 1979. — 390 с.

38. Бесчастнов М.В., Соколов В.М., Кац М.И. Аварии в химических производствах и меры их предупреждения. М.: Химия, 1996. - 267 с.

39. Взрывные явления. Оценка и последствия: Пер. с англ./У. Бейкер, П. Кокс, П. Уэстайн и др; Под ред. Я.Б. Зельдовича, Б.Е. Гельфанда М.: Мир, 1986.-Т. 1,2.

40. Гельфанд Б.Е., Губин С.А., Михалкин В.Н., Шаргатов В.А. Расчет параметров ударных волн при детонации горючих газообразных смесей переменного состава. // Физика горения и взрыва, 1985, №3 с. 92-97.

41. Методика оценки последствий аварий на пожаро- взрывоопасных объектах.- М.: ВНИИ ГОЧС, 1994.

42. Оценка опасности взрывов больших газовых облаков в открытом пространстве / НИИТЭХИМ. М., 1989. - 18 с.

43. Покровский Г.И. Взрыв. М.: Недра, 1980. - 190 с

44. Харрис С.М., Крид Ч.И. Справочник по ударным нагрузкам. Л.: Судостроение, 1980. 346 с.

45. Маршалл В. Основные опасности химических производств: Пер. с англ.// Под ред. Б. Б. Чайванова, А. Н. Черноплекова. М.: Мир, 1989. 672 е.

46. Экспресс-методика прогнозирования последствий взрывных явлений на промышленных объектах. ВНИИ ГОЧС./Бодриков О.В., Юзбеков Н.С.- М., 1994.-24 с.

47. Козлитин A.M. Развитие теории и методов оценки рисков для обеспечения промышленной безопасности объектов нефтегазовогокомплекса Диссертация на соискание ученной степени доктора технических наук. М.: ВНИИГаз, 2001. 378 с.

48. РД 03-409-01 Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей. Утверждена постановлением Госгортехнадзора России от 26.06.01 N25

49. Пожарная безопасность. Взрывобезопасность. Справ. Изд./А.Н. Баратов, Е.И. Иванов, А.Я. Корольченко и др. М.: Химия, 1987. - 272 с

50. ПБ 09-540-03 Общие правила взрывобезопасности для взрывопожарных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. Зарегистрирована в Минюсте РФ 15 мая 2003 г. N 4537

51. Методика оценки последствий аварийных выбросов опасных веществ «Токси». М.: ФГУП "НТЦ "Промышленная безопасность", 2005 - 67 с

52. Моделирование пожаров и взрывов / Под ред. Н.Н. Брушлинского А.Я. Корольченко. М.: Изд-во «Пожнаука», 2000. - 492 с.Горение - реакция окисления с выделением тепла и свечения.

53. Пожарная безопасность. Общие требования: ГОСТ 12.1.004-91. — М.: Госстандарт СССР, 1992. -79 с.

54. Методические указания по проведению анализа риска для опасных производственных объектов предприятий ОАО «ГАЗПРОМ»: СТО РД Газпром 39-1.10-084-2003. М.: «ИРЦ Газпром», 2003. - т.1, 2. -314 с.

55. Тляшева P.P., Идрисов В.Р., Решетников А.А. Методы оценки зон опасностей оборудования установок предприятий нефтегазопереработки с учетом технологических трубопроводов. Нефтегазовое дело, 2008 , Том 6, №1.-С. 159-162.

56. Котляревский В.А., Шаталов А.А., Ханухов Х.М. Безопасность резервуаров и трубопроводов. М.: Экономика и информатика, 2000.- 276с.

57. РД 10-249-98. Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды

58. РД 10-400-01. Нормы расчета на прочность трубопроводов теплотехнических сетей.

59. РТМ 38.001-94. "Указания по расчету на прочность и вибрацию технологических стальных трубопроводов"

60. СНиП 2.05.06-85. Магистральные трубопроводы.

61. ПБ 03-108-96. "Правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов"

62. ПНАЭ Г-7-002-86. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.

63. РД 10-249—98. Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды.

64. РТМ 38.001—94. Указания по расчету на прочность и вибрацию технологических стальных трубопроводов.

65. РД 10-400-01. Нормы расчета на прочность трубопроводов тепловых сетей.

66. СНиП 2.05.06-85. Магистральные трубопроводы (с необходимой авторской доработкой в части расчетной оценки прочности).79. СНиП 2.09.03-85

67. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация: Пер. с англ.- М.: Мир, 1986.- 318 с.,

68. Карнеев С. В., Карпухин В.П. Расчет оболочек с неканонической поверхностью методом конечных элементов и суперэлементов.— Тула: Тулполиграф, 2001.— 128 с.

69. Колокольцев В. А. Основы применения метода конечных элементов в расчетах деталей машин: учебное пособие. СГТУ, 2003.- 84 с.

70. Образцов И.Ф., Савельев JI.M., Хазанов Х.С. Метод конечных элементов в задачах строительной механики летательных аппаратов. М.: Высшая школа, 1985.- 392 с.

71. Вальтер А. И., Дорохин Н. Б. Метод конечных элементов в технологических задачах пластичности: Учеб. пособие/ Тула, ТГУ.- 1999.134 с.

72. Сызранцев В.Н., Сызранцева К.В. Расчет напряженно-деформированного состояния деталей методами конечных и граничных элементов: Монография,- Издательство Курганского гос. ун-та, 2000.— 111 с.

73. Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979.-352 с.

74. Секулович М. Метод конечных элементов: Пер с сербского. М.: Стройиздат, 1993. — 664 с.

75. Голованов А.И. Сравнительный анализ различных схем расчета оболочек произвольной геометрии методом конечных элементов// Исследования по теории оболочек: Труды семинара. Вып. 21 Часть I. Казань: Казанский физ.-техн. ин-т КФАН СССР, 1988. с.104-111

76. Сахаров А.С., Киричевский В.В., Кислоокий В.Н. и др. Метод конечных элементов в механике твердых тел. К.: Виша школа, 1982. 480 с.

77. Стренг Г., Стринг Д. Теория метода конечных элементов. М.: Мир, 1977.-350 с.

78. Корнишин М.С., Якупов Н.М. Сплайновый вариант метода конечных элементов для расчета оболочек сложной геометрии// Прикладная механика, 1987. Т.23 №3 с. 38-44.

79. ABAQUS User's Manual, 2006

80. Чигарев А.В., Кравчук А.С., Смалюк А.Ф. ANSYS для инженеров: справочное пособие. М.: Машиностроение, 2004.-512 с.

81. Tang, Н. Т., "ABAQUS Applications in Light Water Reactor Safety Analysis," ABAQUS Users' Conference Proceedings, 1988.