Разработка метода оценки влияния пожара пролива на технологические трубопроводы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.03, кандидат технических наук Шайбаков, Рустем Ахтямович

• Шайбаков, Рустем Ахтямович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шайбаков, Рустем Ахтямович

Введение

Глава 1 Техническое состояние и безопасность технологических трубопроводов

1.1 Классификация и общие сведения о внутризаводских трубопроводных системах. Условия эксплуатации трубопроводов

1.2 Анализ технического состояния технологических трубопро I ' 1водов

1.3 Анализ аварий на опасных производственных объектах предприятий нефтепереработки

1.4 Анализ стандартных методов расчета

Глава 2 Аварийные ситуации на технологических трубопроводах

2.1 Аварии и пожары на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических заводах России

2.2 Расследование и изучение причин возникновения аварийной ситуации

Глава 3 Лабораторные испытания и методика построения модели в ПК ANSYS

Глава 4 Изучение влияния пожара пролива на технологический трубопровод

4.1 Моделирование неравномерного коррозионного износа на участке трубопровода

4.2 Влияние неравномерного коррозионного износа трубопровода на его напряженно-деформированное состояние

4.3 Влияние теплового излучения пожара пролива на трубопроводную обвязку аппаратов 81 Выводы по работе 107 Список источников

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода оценки влияния пожара пролива на технологические трубопроводы»

Для транспортировки углеводородного сырья- на предприятиях нефтегазовой отрасли используются трубопроводные системы. Принимая во внимание тот факт, что технологические трубопроводы являются транспортерами взрыво-и пожароопасных сред, эксплуатация таких систем несет угрозу безопасному функционированию предприятий. Недостаток свободных оборотных средств не позволяет своевременно обновлять существующие трубопроводные системы, повышая тем самым риск возникновения аварий. • > I | '

В настоящее время продолжает сохраняться неблагоприятная ситуация, способствующая развитию на технологических трубопроводах инцидентов и аварий. Ввиду обращения на установках большого количества взрыво- и пожароопасных и горючих жидкостей, часто встречаются аварии, сопровождающиеся пожарами.

Наиболее вероятными считаются аварийные ситуации, связанные с разгерметизацией технологических трубопроводов вследствие их коррозионного износа, нарушений нормального технологического режима, недостаточного качества проведенных планово-предупредительных ремонтов и т.д. Так, вследствие коррозионно-эрозионного износа трубопровода утоняются не только отдельные участки, но и весь трубопровод в целом, при этом наблюдается неравномерный износ по длине трубопровода. При замене таких участков новыми трубами может произойти соединение поверхностей с разной толщиной стенки, что вызывает концентрацию напряжений и, как следствие, может привести к разрушению трубопровода.

Во время пожаров на нефтегазовых предприятиях аппараты и их трубопроводная обвязка подвергаются высоким температурным нагрузкам. При тушении пожара происходит резкое охлаждение некоторых участков трубопроводов,, при нахождении остальной части трубопровода под влиянием высокой температуры. Поведение конструкции трубопровода при нтом, как правило, неизвестно.

В связи с этим является актуальным всестороннее изучение вопросов определения отбраковочных толщин соединения разнотолщинных участков трубопровода и влияния опасных факторов пожара пролива на напряженно-деформированное состояние технологического трубопровода.

Цель работы - разработка расчетного метода оценки поведения трубопроводных систем во внештатных ситуациях.

Задачи исследования:

1 Анализ аварийности и состояния трубопроводных систем на действующих предприятиях нефтегазового комплекса России и Республики Башкортостан в частности.

2 Анализ обстоятельств, причин и сценариев развития аварий на нефтегазовых предприятиях с возгоранием углеводородов.

3 Обоснование применения-численного метода анализа аварийной ситуации путем проведения лабораторного эксперимента.

4 Разработка методики определения отбраковочных толщин при соединении разнотолщинных участков длительно эксплуатируемых трубопроводов.

5 Создание конечно-элементной модели для изучения обстоятельств развития аварийной ситуации с разгерметизацией трубопроводной обвязки и возгоранием углеводородов численным методом.

Научная новизна

1 При моделировании напряжено-деформированного состояния трубопроводной системы методом конечных элементов показано, что в случае сопряжения разнотолщинных участков труб, их отбраковочные размеры необходимо устанавливать исходя из разницы толщин сопрягаемых элементов с учетом предельного состояния, реализующегося при воздействии открытого огня.

2 Установлено, что в зависимости от конкретной конфигурации технологического трубопровода при воздействии открытого огня, его предельное состояние может быть достигнуто на участках, не подверженных нагреву. В связи с этим при оценке возможности дальнейшей эксплуатации таких трубопроводных систем необходимо на модельной системе определить все участки, где могли возникнуть пластические деформации в результате нагрева с последующей оценкой механических свойств металла в обнаруженных расчетом участках.

3 Впервые экспериментально доказано, что наиболее опасными с точки зрения разрушения и дальнейшей разгерметизации трубопроводной системы являются локальное охлаждение зон соединения линейных участков трубопроводов с отводами, а также локальный нагрев и охлаждение отдельного участка трубопровода.

Заключение диссертации по теме «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)», Шайбаков, Рустем Ахтямович

Выводы по работе

1 Проведен анализ аварийности и состояния трубопроводных систем на действующих предприятиях нефтегазового комплекса, на основании чего установлено, что доля аварий, сопровождаемых проливом и возгоранием углеводородных сред, составляет более половины из общего числа аварий на трубопроводных системах. Основной причиной пожаров пролива является разгерметизация технологических трубопроводов в результате коррозионно-эрозионного износа.

2 С целью определения возможности расчета напряженно-деформированного состояния трубопровода при влиянии на него пожара пролива с применением программы ANSYS была смонтирована лабораторная установка и проведены испытания, целью которых являлась верификация данных, полученных в результате расчета методом конечных элементов. Данные испытания показали, что погрешность результатов расчетов составляет не более 10 %, что удовлетворяет условиям применения данной программы для расчета реальных объектов.

3 Сформулирована и решена методом конечных элементов задача влияния неравномерного износа трубопровода на его напряженно-деформированное состояние. Предложен метод определения отбраковочной толщины трубопровода в процессе эксплуатации. Анализ полученных данных показал, что отбраковочные толщины для элементов трубопроводной обвязки, определенные при помощи разработанного численного метода, учитывают не только состояние ремонтируемого участка, а всей конструкции в целом, что позволит повысить безопасность их эксплуатации.

4. Показано, что при замене труб во время ремонта технологического трубопровода в случае сопряжения разнотолщинных участков труб, их отбраковочные размеры необходимо принимать исходя из разницы толщин сопрягаемых элементов с учетом возможного воздействия пожара. При определении возможности дальнейшей эксплуатации трубопроводных систем после воздействия пожаров необходимо моделировать напряженно-деформированное состояние реального трубопровода и определить все участки, где могли возникнуть пластические деформации с последующей оценкой механических свойств металла в обнаруженных расчетом участках.

5 Установлено, что наиболее опасным с точки зрения разрушения трубопроводной системы является локальный разогрев зон соединения линейных участков трубопроводов с отводами, а при охлаждении участка, подвергнутого тепловому излучению до температуры конструкции, в целом наблюдается смещение максимума напряжений, что может привести к дальнейшей разгерметизации системы.

6 Метод расчета отбраковочных толщин труб и соединительных деталей (отводов, переходов, тройников, заглушек) эксплуатируемых технологических трубопроводов был подвергнут экспертизе в ГУП «Башгипронефте-хим» и может использоваться в качестве дополнительного метода при разработке проектов по модернизации и ремонту установок нефтеперерабатывающих установок нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий.

109

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шайбаков, Рустем Ахтямович, 2009 год

1. Список источников

2. Абросимов А.А. Экология переработки углеводородных систем. -М.: Химия, 2002.-607 с.

3. Аварии на трубопроводном транспорте: По материалам МЧС России // трубопроводы и экология. 1998. - №4. - с. 27.

4. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий: Учеб. издание / Под общ. ред. В.А. Котляревского и А.В. Забегаева. М.: Изд- во Ассоциации строительных ВУЗов, 1998. - кн.4. - 203 с.

5. Аварии и несчастные случаи в нефтяной и газовой промышленности России / Под общ.ред.Ю.А. Дадонова, В.Я. Кершенбаума. М.: АНО «Технонефтегаз», 2001. - 213 с.

6. Агишев В. И. Прогнозирование потенциальной опасности и остаточного ресурса магистральных трубопроводов с дефектами формы. Дис. канд. техн. наук.-Уфа, 2005.-145 с.

7. Акимов В.А., Новиков В.Д., Радаев Н.Н. Природные и техногенные чрезвычайные ситуации: опасности, угрозы, риски. М.: ЗАО ФИД «Деловой экспресс», 2001. - 341 с.i

8. Акимов В.А., Лапин В. Л., Попов В.М. и др. Надежность технических систем и техногенный риск. М.: ЗАО ФИД «Деловой экспресс», 2002. - 367 с.

9. Алешин В. Ю. Анализ прочности промышленных трубопроводов в ANSYS и ABAQUS // САПР и графика.- 2004.- № 7. с 11-18.

10. Анализ аварий и несчастных случаев в нефтегазовом комплексе России: Учеб. пособие / Под ред.: Б.Е.Прусенко, В.Ф.Мартынюка. М.: ООО "Анализ опасностей", 2002. - 309 с.

11. Анализ аварий и несчастных случаев на объектах газового надзора: учеб. пособие / Б. А. Красных, В. Ф. Мартынюк, Т. А. Сергиенко и др. М.: ООО "Анализ опасностей", 2003. - 320 с. - 474-38.

12. Акимов В.А., Лапин В. Л., Попов В.М. и др. Надежность технических систем и техногенный риск. М.: ЗАО ФИД «Деловой экспресс», 2002. - 367 с.

13. Бард В. Л., Кузин А.В. Предупреждение аварий в нефтеперерабатывающих и нефтехимических производствах. М.: Химия, 1984-248 с.

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

15. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. Защита населения, и территорий от ЧС природного и техногенного характера / Под общ. ред. С.К. Шойгу. — М.: МГФ «Знание», 1999. -368 с.

16. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. Безопасность трубопроводного транспорта/ Под общ. ред. С.К. Шойгу. — М.: МГФ «Знание», 2002. -752 с.

17. Безопасность резервуаров и трубопроводов / В.А. Котляревский, А.А. Шаталов, Х.М. Ханухов. М.: Изд-во «Экономика и информатика», 2000.-555 с.

18. Безродный И.Ф., Гилетич А.Н., Меркулов В.А., Молчанов В П., Швырков А.Н. // Тушение нефти и нефтепродуктов. Пособие МВД РФ НИИ противопожарной обороны. — М.: 1996. 213 с.

19. Бесчастнов М.В. Аварии в химических производствах и меры их преду преждения.

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

21. Бесчастнов М.В., Соколов В.М. Предупреждение аварий в химических производствах. — М.: Химия, 1979. — 394 с.

22. Венцель Э.С., Трофимов A.M. Метод компенсирующих нагрузок в задачах теории тонких пластин и оболочек — Харьков: 1992.- 92 с.22. • Велиюлин И.И. Совершенствование методов ремонта газопроводов —М.: 1997.-223 с.

23. Волков О.М., Проскуряков Г.А. Пожарная безопасность на предприятиях транспорта и хранения нефти и нефтепродуктов. М.: Недра, 1981.-256 с.

24. ВРД 39.1.10-001-99. Руководство по анализу результатов внутритрубной инспекции и оценки опасности дефектов-М.: 1999- 17 с.

25. Гафаров Н. А. Оценка остаточной работоспособностиповрежденных коррозией трубопроводов с помощью «критерия ВЗ 1G» //i

26. Безопасность труда в промышленности- 2000- № 3- С. 10-13.

27. Голованов А.И. Универсальный конечный элемент тонкой оболочки// Исследования по теории оболочек: Труды семинара. Вып. 25. Казань: Казанский физ.-техн. ин-т КНЦ АН СССР, 1990 с.66-83.

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

29. Григоренко Я.М., Василенко А.Т. Методы расчета оболочек// Теория оболочек переменной жесткости. Т.4 К.: Наукова Думка, 1981. 544 с.

30. Григоренко Я.М., Мукоед А.П. Решение задач- теории оболочек на ЭВМ. К.: Виша школа, 1979. 280 с.

31. Гумеров А.Г., Зайнуллин Р.С., Росляков А.В. Старение труб нефтепродуктопроводов. - М.: Недра, 1995 -218 с.

32. Гумеров. А.Г., Ямалеев К.М., Гумеров Р.С., Азметов Х.А. / Дефектность труб нефтепроводов и методы их ремонта М. :"Недра-Бизнесцентр", 1998 -252 с.

33. Гутман Э.М., Амосов Б.В., Худяков М.А. О причинах некоторых разрушений труб магистральных трубопроводов /Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭЕГнефтепром, 1980. - С.13-16.

34. Завойчинский Б.И. Долговечность магистральных и технологических трубопроводов. Теория, методы расчета, проектирование. -М.: Недра, 1992.-271 с.

35. Зайнуллин Р.С., Бакши О.А. Ресурс нефтехимического оборудования с механической неоднородностью. -М.: Недра, 1998. -268 с.

36. Закиров О.А., Греб А.В., Шаталина М.А., Габбасова А.Х. Расчет технологических трубопроводов как пространственных конструкций с учетом энергии упругой деформации / Препринт №7. Уфа: УГНТУ, 1999. -32с.

37. Зарипов Р.А. Влияние поражающих факторов аварийных ситуаций на изменение напряженно-деформированного состояния колонного аппарата. Дисс. на соиск. уч. степени магистра. Уфа: УГНТУ, 2005.

38. Захаров М.Н., Лукьянов В.А. Прочность сосудов и трубопроводов с дефектами стенок в нефтегазовых производствах. М.: ГУП Изд-во "Нефть и газ" РГУ нефти и газа им. И.М, Губкина, 2000.-216 с.

39. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация — М.: 1986.-318 с.

40. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. -М.:Мир, 1995 г.-512 с.

41. Зорин Е. Е., Ланчаков Г. А., Степаненко А. И. Работоспособность трубопроводов. В 3-х ч.- М.: 2000. Ч. 1 .Расчетная и эксплуатационная надежность. -244 с.

42. Кинев С.А. Обеспечение безопасной эксплуатации змеевика печи для пиролиза углеводородов как сварной конструкции//Диссертация на соиск. уч. ст. к.т.н.- Уфа: УГНТУ, 2003.

43. Киченко СБ. Метод оценки степени опасности локальныхдефектов на поверхности трубопроводов // Безопасность труда вiпромышленности.-2001 .-№3 .-С. 26-27.

44. Колмогоров В.А. Напряжение, деформация, разрушение. -М.: Металлургия, 1970. 230 с.

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

46. Коршак А.А., Шаммазов A.M. Основы нефтегазового дела: Учебник для вузов. Уфа: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2005. - 528 с.

47. Котляревский В.А., Шаталов А.А., Ханухов Х.М. Безопасность резервуаров и трубопроводов. М.: Экономика и информатика, 2000. -549 с.

48. Котляревский В.А. Безопасность эксплуатации трубопроводов и емкостей для хранения нефтепродуктов и сжиженных газов // Аварии и катастрофы.- М: Изд-во АСВ, 2001. кн. 5. - С. 137-187.

49. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических* аппаратов: Справочник. Л.: Машиностроение (Ленинградское отд.), 1981. - 382 с.

50. Мавлютов P.P. Концентрация напряжений в элементах конструкций. М.: Наука, 196 - 240 с.

51. Магалиф В.Я., Шапиро ЕЕ. Компенсирующая способность трубопровода с учетом сил трения на скользящих опорах // Строительство трубопроводов. 1975. — №1. - с. 25-30:

52. Мартынюк В.Ф. Роль анализа риска в обеспечении промышленной безопасности // Безопасность труда в промышленности. № 1. -2007. - С.66-67.

53. Маршалл В. Основные опасности химических производств.- М.: Мир, 1989:

54. Махутов Н.А., Пермяков В.Н. Ресурс безопасной эксплуатации сосудов и трубопроводов. Новосибирск: Наука, 2005. - 516с.

55. Методика определения опасности повреждений стенки, труб магистральных нефтепроводов по данным обследования внутритрубными дефектоскопами-М.: 1997.-25 с.

56. Мяченков В.И., Григорьев И.В. Расчет составных оболочечных конструкций на ЭВМ. Справочник. М.: Машиностроение, 1981. 216 с.

57. Надежность технических систем и техногенный риск: Электронное учебное пособие Электронный ресурс./Электрон. дан. -М.:МЧС России. Режим доступа: http://www.obzh.ru/nad, свободный. - Загл. с экрана.

58. Нургалиев Д. М., Гафаров Н.А., Ахметов В.Л., Кушнаренко В.М., Щепинов Д.Л., Аптикеев Т.А. К оценке дефектности трубопроводов при внутритрубной дефектоскопии-М.: 1996-С. 35-41.

59. Правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов ПБ 05-585-03 (утв. постановлением Госгортехнадзора РФ от 10 июня 2003 г. N80)

60. Прогрессивные методы испытания на надежность трубопроводных материалов и конструкций // Строительство магистральных трубопроводов. 1990. - Вып. №2. - С. 3-4, 15, 17

61. Проников А.С. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. - 592с.

62. Победря Б.Е. Численные методы в теории упругости и пластичности. М.: Издательство Московского университета, 1981. 343 с.

63. Положение о технической диагностике линейной части магистральных газопроводов —М.: 1996 — 18 с.

64. Полянский Р.П., Пастернак ВА.И. Трубы для нефтяной и газовой промышленности за рубежом. М.:Недра, 1979. - 215 с.

65. РД 10-249-98. Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды. Разработаны АООТ "НПО ЦКТИ" и Госгортехнадзором России. Утверждены постановлением Госгортехнадзора России № 50 от 25.08.98- М.: 1999.

66. РД 10-400-01. Нормы расчета на прочность трубопроводов тепловых сетей. Разработаны НТЦ "Промышленная безопасность" Госгортехнадзора России. Утверждены постановлением Госгортехнадзор России Постановление 8 от 14.02.2001. М.: 2001.

67. РД 38.13.004-86. Эксплуатация и ремонт технологических трубопроводов под давлением до 10 МПа (Утверждены постановлением Министерство нефтеперерабатывающей и нефтедобывающей промышленности СССР от 01.04.1986).

68. Рекач В.Г., Кривошанко С.Н. Расчет оболочек сложной геометрии-М.: 1988 176 с.

69. Рекомендации по оценке работоспособности участков газопроводов с дефектами типа овализации /В.В. Харионовский, И.Н. Курганова, Д. И. Ремизов и др.- М.: 1996 38 с.

70. Рекомендации по оценке работоспособности участков газопроводов с дефектами типа овализации /В.В. Харионовский, И.Н. Курганова, Д. И. Ремизов и др.-М.: 1996.-38 с.

71. РТМ 38.000-94. Указания к расчету на прочность и вибрацию стальных технологических трубопроводов.- М.: 1993.

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

73. Система надежности трубопроводного транспорта углеводородов/ Черняев В.Д., Черняев К.В., Березин B.JI. и др. М.:Недра, 1998. - 600 с.

74. СНиП 2.05.06-85. Магистральные трубопроводы. Утвержден 30.03.1985, Госстрой СССР Постановление 30- М.: 1985.- 52 с

75. СНиП 2.04.12-86. Расчет на прочность стальных трубопроводов. Утверждён 07.04.1986 ,Госстрой СССР, Постановление 41,- М.: 1986.

76. Технологические трубопроводы промышленных предприятий/ Тавасшерна Р.И., Бесман А.И. и др. М.:Стройиздат, 1991. - 655с.

77. Тонкостенные оболочечные конструкции: Теория, эксперимент и проектирование/ пер. с англ. — М.: Машиностроение, 1980. -607 с.

78. Уильям Ф. Маршал. Разработка плана эффективного ремонта трубопроводов // Нефтегазовые технологии. -1997. №2. с. 29-33.

79. Фарамазов С. А. Оборудование нефтеперерабатывающих заводов и его эксплуатация. М: 1978.-352 с.

80. Федеральный закон от 21.07.1997 N 116-ФЗ (ред. от 18.12.2006) «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (принят ГД ФС РФ 20.06.1997).

81. Хаерламанова Е.А. Совершенствование методов расчета и конструирования элементов печей пиролиза / Диссертация на соискание уч.ст. к.т.н. Уфа:УГНТУ,2003.

82. Халимов А.Г., Зайнуллин Р.С., Халимов А.А. Техническая диагностика и оценка ресурса аппаратов: учебное пособие. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2001.-408 с.

83. Хенли Е., Кумамото X. Надежность технических систем и оценка рискаб Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1984. - 528 с.

84. Химмельблау Д. Обнаружение и диагностика неполадок в химических и нефтехимических процессах: Пер. с англ. Л.: Химия, 1983. — 352 с.

85. Чиркова А.Г., Симарчук А.С., Кинев С.А. Определение напряженно-деформированного состояния сварных соединений// Машиностроитель: Ежемесячный производственно-технический журнал. — 2003. № 11.-С. 16-18.

86. Чиркова А.Г., Авдеева Л.Г., Симарчук А.С. и др. Деформирование сварных соединений труб печей пиролиза// Башкирский химический журнал. 2003.- Т. 10.- №1. - С. 20-21

87. Шайбаков Р.А., Абдрахманов Н.Х., Байбурин Р.А. Роль анализа причин аварий на объектах нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств в оценке уровня риска // Нефтегазовое дело. — 2008. Том 6, №1. -С. 189-190

88. Шайбаков Р.А., Абдрахманов Н.Х., Кузеев И.Р., Симарчук А.С. Расследование аварийных ситуаций: новые методы и подходы // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. — 2008. № 3. — С.110-121

89. Шайбаков Р.А. Оценки технического состояния трубопровода при сварке его разнотолщиных участков// Материалы IV Международной учебно-научно-практической конференции "Трубопроводный транспорт — 2008". Уфа. - 2008. - С. 123-126

90. Штин И.В., Хижняков В.И. Анализ внутренней коррозии нефтепровода Александровское Анжеро - Судженск на основе результатов диагностики// Трубопроводный транспорт нефти. - 1998. - №11. - С.26-28

91. Шумайлов А.С., Гумеров А.Г., Молдаванов О.И. Диагностика магистральных трубопроводов. — М.: Недра, 1992. — 291с.

92. Эпов А.Б. Аварии, катастрофы и стихийные бедствия в России-М.: 1994.-125 с.