Прогнозирование ресурса и капитального ремонта магистрального нефтепровода тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.13, кандидат технических наук Курочкин, Владимир Васильевич

• Курочкин, Владимир Васильевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Курочкин, Владимир Васильевич

Условные обозначения

Введение

Глава 1.Анализ технического состояния магистральных трубопроводов и современных методов оценки их остаточного ресурса. Постановка задач научных исследований.

1.1. Статистический анализ отказов магистральных трубопроводов

1.2. Критический анализ современных методов прогнозирования остаточного ресурса трубопровода и постановка задач научных исследований

Глава 2. Исследование несущей способности магистральных нефтепроводов после длительной эксплуатации

2.1. Анализ факторов, вызывающих преждевременное разрушение магистральных трубопроводов^

2.2. Экспериментальное исследование сопротивления трубных сталей и сварных соединений разрушению и вариации механических свойств в зависимости от продолжительности эксплуатации трубопроводов

Глава 3. Математическое моделирование процессов образования и развития дефектов в стенке стального нефтепровода

3.1. Классификация дефектов в стальных трубах

3.2. Определение коэффициентов концентраций напряжений в области локального дефекта стальной оболочки трубопровода

3.2.1. Классические (неострые) дефекты

3.2.2. Трещиноподобные (острые) дефекты

3.3. Критерии статической прочности

3.4.Этап усталостного роста трещин (циклическая трещиностойкость)

3.5.Влияние остаточных напряжений в пластической области трещины на ее развитие

3.6. Оценка долговечности и прогнозирование остаточного ресурса

Глава 4.Исследование влияния нагрузок и воздействий на технический ресурс трубопровода

4.1. Классификация линейных участков трассы нефтепроводов

4.2. Характерные периоды работы нефтепровода

4.3. Определение размаха колебаний рабочего давления

4.4. Частоты нагружений

Глава 5. Проектная оценка ресурса эксплуатируемых нефтепроводов.

Пример расчета нефтепровода Усть-Балык-Омск

5.1 Входные данные

5.2 Блок-схема программы оценки долговечности труб

5.3 Блок-схема программы оценки ресурса линейного участка трубопровода

5.4.Пример оценки ресурса и прогнозирования капитального ремонта нефтепровода «Усть-Балык-Омск)

5.4.1. Общие сведения о нефтепроводе

5.4.2 Определение прочностных свойств образцов стали

5.4.3. Оценка технического ресурса нефтепровода, прогноз ремонта

5.4.4. Технико-экономические аспекты формирования плана капитального ремонта нефтепровода

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогнозирование ресурса и капитального ремонта магистрального нефтепровода»

В настоящее время многие магистральные трубопроводы нашей страны имеют значительный срок эксплуатации. Больше всего постарели нефтяные магистрали, но и 25% газопроводов работает уже более 20 лет, 38% - 10-20 лет, а 5% перешагнули нормативный рубеж в 33 года. Статистика закономерно связывает аварийные ситуации на магистральных трубопроводах с их "возрастом".

Положение в трубопроводном транспорте никак нельзя назвать благополучным. Об этом свидетельствует значительное число аварий и их тяжесть, а также возникновение в трубах многочисленных свищей и трещин, которые приходится оперативно ремонтировать.

К концу 80-х годов стало совершенно очевидно, что трубопроводный транспорт нуждается в переводе на новый, более высокий уровень надежности и безопасности. Причем это касается в равной степени, как действующих систем, так и вновь проектируемых и строящихся.

Статистика по системе нефтепроводов ОАО АК "Транснефть" показывает, что протяженность трубопроводов со сроком эксплуатации более 25 лет составляет 21512 км, из них в Верхневолжских - 12%, в Черноморских - 19%, в ОАО "Дружба" - 8%>, в Транссибирских - 19%>, в Центральной Сибири - 4%, в ОАО "Сибнефтепровод" - 9%о, в Урало-Сибирских - 22%, в Северо-Западных - 12%), в Приволжских - 8%.

К 2000 году доля нефтепроводов с возрастом труб более 33 лет составит 40%о. Значительный возраст нефтепроводов объективно связан с увеличением риска аварий и отказов при эксплуатации. Эксплуатация таких нефтепроводов связана со значительными затратами на поддержание оборудования в рабочем состоянии, включая дорогостоящие работы по диагностике и ремонту трубопроводов. К этим затратам необходимо добавить затраты, связанные с ликвидациями последствий аварий, с локализацией, сбором и удалением нефти и нефтепродуктов при потере герметичности трубопроводов. Объективное веление настоящего времени вынуждает решать задачу по продлению лицензионных сроков эксплуатации трубопроводов с уменьшением затрат на ремонт.

В этой ситуации чрезвычайно важно иметь представление о реальном техническом состоянии эксплуатирующихся конструкций трубопроводов, например, по результатам внутритрубной диагностики, чтобы оперативно принять меры по восстановлению технического ресурса этих ответственных инженерных сооружений. Вот почему тематика прогнозирования технического ресурса магистральных трубопроводов по результатам диагностирования их технического состояния является в настоящее время весьма актуальной и приоритетной.

Под термином технический ресурс (далее ресурс) - в данной работе подразумевается величина, которая согласно ГОСТ 27.002-89 характеризует суммарную наработку трубопровода от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.

Основным определяющим фактором при производстве ремонта трубопровода является его техническое состояние - работоспособность. В случае линейной части нефтепровода технологический разброс характеристик металла труб при изготовлении, деформационное старение металла, воздействие циклических колебаний рабочего давления, наличие начальных дефектов и появление при эксплуатации новых, влияние коррозионной активности среды и другие воздействия внешних факторов не позволяют пока установить типовые показатели надежности для труб. Поэтому для оценки состояния линейной части трубопровода приходится использовать комплекс типовых и экспериментально найденных специализированных характеристик о состоянии металла, статистические сведения о реальных внешних воздействиях на трубопровод за время его эксплуатации, результаты диагностических обследований. Использованию этой информации, исследованию новых способов прогноза долговечности трубопроводов и представлению результатов прогноза для проектирования сроков ремонта и посвящена данная работа.

Заключение диссертации по теме «Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ», Курочкин, Владимир Васильевич

127 Выводы

1. Экспериментальными исследованиями физико-механических характеристик металла труб, проработавших в эксплуатации 20 - 40 лет, выявлены зависимости изменения вязкопластичных свойств и параметров сопротивления разрушению металла от длительности эксплуатации и силовых условий его нагружения.

2. Разработана методика оценки циклических воздействий величины рабочего давления на долговечность трубы с учетом реального профиля трассы линейных участков. Проведена классификация линейных участков и получены практические методы учета размахов давления по трассе для оценки ресурса труб.

3. Разработаны алгоритмы и программный комплекс расчёта ресурса трубопроводов с учетом различных режимов их эксплуатации и оценки долговечности труб вдоль всего линейного участка трассы на основе анализа результатов экспериментальных исследований их работоспособности.

4. Проведенные обобщения исследований необходимого ремонта сети линейной части составляет около 10% от суммарной исследованной длины нефтепроводов. Прогноз динамики снижения остаточного ресурса нефтепроводов по результатам данной работы составляет, в среднем, ежегодно 2% при существующей нагрузке.

128

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Курочкин, Владимир Васильевич, 2000 год

1. РД 39-0147103-349-86, Руководство по разработке типового состава разделов "Показатели надежности" в проектной документации на магистральные нефтепроводы, МНП, ВНИИСПТнефть, 1986.

2. ГОСТ 27.201-81, Надежность в технике. Оценка показателей надежности при малом числе наблюдений с использованием дополнительной информации. Общие положения.

3. ГОСТ 27.302-86, Надежность в технике. Методы определения допускаемого отклонения параметра технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса составных частей агрегатов машин.

4. Muhlbauer, W.Kent, Pipeline risk management manual, 2nd éd. Gulf Publishing Company, Houstin, Texas, 1996.

5. Методика оценки сроков службы газопроводов, РАО "Газпром", ИРЦ Газпром, М., 1997.

6. Кумылганов А.С., Состояние и перспективы капитального ремонта магистральных нефтепроводов, "Трубопроводный транспорт нефти", № 5, М.,1995.

7. Иванцов О.М., Харитонов В.И., Надежность магистральных нефтепроводов, М, Недра, 1978, 166с.

8. Фокин М.Ф., Гусенков А.П, Аистов А.С., Оценка циклической долговечности сварных труб магистральных нефте- и продуктопроводов, М.: Машиностроение, 1984, №6, с. 49-55.

9. Ямалеев К.М., Старение металла труб в процессе эксплуатации нефтепроводов, М., ВНИИОЭНГ, 1990,64с.

10. Шмаль Г.И., Иванцов О.М., Надежность магистральных нефтепроводов и газопроводов в России, "Строительство трубопроводов", № 1, М., 1994.

11. Черняев В.Д., Черняев К.В., Березин B.J1. и др. Системная надежность трубопроводного транспорта углеводородов, М.: Недра, 1997. 517 с.

12. Галлямов А.К., Черняев К.В., Шаммазов А.М., Обеспечение надежности функционирования системы нефтепроводов на основе технической диагностики, Уфа.: Изд-во УГНТУ, 1997. -583с.

13. Болотин В.В., Ресурс машин и конструкций, М., Машиностроение. 1990. -448 с.

14. Гутман Э.М., Механохимия металлов и защита от коррозии, М., Металлургия, 1981, 270 с.

15. Злочевский А.Б., Экспериментальные методы в строительной механике, М., Стройиздат, 1983, 192 с.

16. Катаев В.П., Махутов Н.А.,Гусенков А.,П., Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность, М.: Машиностроение, 1985. 224 с.

17. Харионовский В.В., Курганова И.Н., Иванцов О.М. и др. Прогнозирование показателей надежности конструкций газопроводов, "Строительство трубопроводов", № 3, 1996, М., с. 26-29.

18. Методика оценки статической прочности и циклической долговечности магистральных нефтепроводов, Уфа.: ВНИИСПТнефть, 1990. 89 с.

19. Методика определения остаточного ресурса трубопроводов с дефектами, определяемыми внутритрубными инспекционными снарядами, М., АК "ТРАНСНЕФТЬ", 1994.-36 с.

20. Курочкин В.В .Прогнозирование капитального ремонта трубопровода на основе его ресурса, «Транспорт и хранение нефтепродуктов», №4, М.,1999, с.5-8.

21. Курочкин В.В., Старение нефтепроводов и капитальный ремонт, «Проблемы безопасности и надежности трубопроводного транспорта». Тезисы докладов. г.Новополоцк: ПГУ, 1999. с. 10-12.

22. Курочкин В.В., Мурзаханов Г.Х., Оценка остаточного ресурса нефтепроводов с трещиноподобными дефектами, «Проблемы безопасности и надежности трубопроводного транспорта». Тезисы докладов. г.Новополоцк: ПГУ, 1999. с.55-56.

23. Курочкин В.В., Дмитриев В.Ф., Некоторые вопросы оценки ресурса трубопровода, «Транспорт и хранение нефтепродуктов», № 8, М.,1999, с,20-23.

24. Синельников В.А., Филиппов Г.А., Курочкин В.В., Вдовин Г.А., Влияние длительности и условий эксплуатации магистральных трубопроводов на сопротивление разрушению металла труб, «Транспорт и хранение нефтепродуктов», № И, М.,1999, с.7-13,

25. Алфеев В.Н., Синельников В.А, Филиппов Г.А., Курочкин В.В., Вдовин Г.А., Влияние длительности и условий эксплуатации на состояние магистральных трубопроводов, «Потенциал», №1, 2000, с.31-36.

26. Синельников В.А., Морозов Ю.Д., Филиппов Г.А.,Материаловедческая концепция надежности металла труб магистральных нефтепроводов. «Трубопроводный транспорт нефти». 1997.№8.с.29-32.

27. Мурзаханов Г.Х. Прогнозирование индивидуального остаточного ресурса магистральных трубопроводов. «Строительство трубопроводов», 1994, №5, 31-Збс

28. Красовский А .-Я., Красико В.Н. Трещиностойкость сталей магистральных трубопроводов.Киев: Наукова думка, 1990- 173с.

29. Мурзаханов Г.Х., Кузнецов С. Ф. Математическое моделирование процессов разрушения. -М.: Московский энергетический институт, 1989. 88с.

30. Дмитриев В.Ф., Мурзаханов Г.Х., Филиппов Г.А. Оценка остаточного ресурса нефтепровода и планирование его капитального ремонта.«Строительство трубопроводов». 1997. .№ 3. с21-24.

31. Махутов H.A., Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. М.: Машиностроение, 1981. 272 с.

32. Гусев A.C., Светлицкий В.А., Расчет конструкций при случайных воздействиях. М. Машиностроение, 1984. 240 с.

33. Иванцов С.М. Надежность строительных конструкций магистральных тру-бопроводов.М. Недра, 1985.-231с.

34. Короленок A.M., Технологическое прогнозирование капитального ремонта магистральных газопроводов, М.: ЦОНиК ГАНГ, 1997. 297 с.

35. Мурзаханов Г.Х., Добромыслов H.H. Статическая обработка результатов испытаний на кратковременную и длительную прочность. М.: Моск. энерг. инт, 1982.- 77с.

36. Отчет по НИР «Исследование коплекса механических свойств и сопротивления разрушению металла нефтепровода Усть-Балык Омск», ЦНИИчермет, М. 1997.

37. Проект «Определение остаточного ресурса нефтепровода Усть-Балык -Омск. Очередность замены участков., ОАО «Гипротрубопровод», 2658/1. Об.ОО.ООО-ПЗ, М.:1998.

38. Черняев К.В., Разработка системы предупреждения отказов и продления срока службы магистральных нефтепроводов России, автореферат диссертации, Уфа, 1998, с.47.

39. Фокин М.Ф., Трубицин В.А., Черняев К.В., Васин Е.С., Экспериментальное исследование с целью определения остаточного ресурса труб с дефектами геометрии,, «Трубопроводный транспорт нефти», 1996, № 4, с. 13-16.

40. Черняев К.В., Буренин В.А., Галлямов А.К., Стохастический прогноз индивидуального остаточного ресурса трубопровода,, «Трубопроводный транспорт нефти», 1998, №3, с. 23-26.

41. Черняев К.В., Оценка прочности и остаточного ресурса магистрального нефтепровода с дефектами, обнаруживаемыми внутригрубными инспекционными снарядами, «Трубопроводный транспорт нефти», 1995, №2, с.8-12.

42. Давид А. Монеу, Интеграция технических и финансовых решений для увеличения проектных сроков эксплуатации. Доклады участников Международной конференции «Безопасность трубопроводов», секция 1, М.: 1997, с. 39-54.

43. Синельников В.А., Филиппов Г.А., Курочкин В.В., Вдовин Г.А., Влияние длительности и условий эксплуатации магистральных трубопроводов на сопротивление разрушению металла труб, 1999, с.7-13.

44. Махутов H.A., Москвигин Г. В., Фокин М.Ф., Определение ресурса безопасной эксплуатации магистральных трубопроводов. Доклады участников Международной конференции «Безопасность трубопроводов», секция 4, М.: 1997, с. 1-5.

45. Научно-технический отчет по теме: Оценка остаточных параметров прочности продукгопроводов в процессе их эксплуатации, ООО «Ойл хаус консалтинг», М.: 1999.

46. Партон В.Э., Борисковский В.Г., Динамика хрупкого разрушения, М.: Машиностроение, 1988, 240 с.

47. Плювинаж Г., Механика упруго-пластического разрушения, М.: Мир, 1993,449 с.

48. Курочкин В.В., Мурзаханов Г.Х. Оценка остаточного ресурса нефтепроводов с трещиноподобными дефектами. М.: РГУ им. И.М.Губкина, НТС № 3 Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт. 1998, с.13-17.

49. Никитин A.A., Прокофьева Г.В. Оценка степени влияния дефектов стенок труб на снижение прочности магистральных трубопроводов, ВНИИСТ, Сборник научных трудов, М. 1982.

50. Курочкин В.В., Ревазов A.M., Сенцов С.И. Разработка методики оперативного реагирования на последствия рисковых событий при реализации проектов строительства магистральных трубопроводов. М.: ГАНГ им. И.М.Губкина, НТС

51. Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт. 1998, с.56-60.

52. Bailey R.W. Creep Relationships and their Application to Pipes, Tubes and Cylindrical Parts Under Internal Pressure. Proceeding of the Institution of Mechanical Engineers (London), vol. 164, 1954.

53. Buxton W.J. Burowss W.P. Formula for Pipe Thickness. Transactions of ASME, vol. 73, July 1951.

54. Coffin L.F.Jr. A Study of the Effects of Cyclic Thermal Stresses on a Ductile Metal. ASME Paper № 53-A-76, presented in Decembre 1953.

55. Coffin L.F.Jr. The Problem of Thermals Stress Fatigue in Austeitic Steels at High Temperatures. Presented at ASME meeting, Chicago, June 1954.

56. Duffy A.R., Maxey W.A.Full-Scale Studies.- Symposium on Line Pipe Research, American Gas Association, Dallas, November 17 18, 1965.

57. Hahn G.T. et al. Phase Report on № 6 18 Research to American Gas Association, 1972, v. 19, № 10, from «Battelle Memorial Institute», Columbus Laboratories.

58. Mc Gregor C.W., Coofm L.F.Jr. The Plastic Flow of Thick-Walled Tubes with Large Strains. Journal of Applied Physics, vol.19, 1948.2 Р; б1. Р,МПА