Разработка методики оценки прочностной надежности участка технологического трубопровода с компенсатором тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.19, кандидат наук Нероденко, Дмитрий Григорьевич

• Нероденко, Дмитрий Григорьевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Нероденко, Дмитрий Григорьевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ существующих методик расчета трубопроводов на прочность

1.1.1 Назначение и содержание существующих методик расчета прочности трубопроводов и их элементов

1.1.2 Исходные данные, необходимые для расчета прочности элементов трубопровода

1.1.3 Программное обеспечение автоматизации расчетов на прочность

1.2 Критерии оценки прочности трубопроводов при возникновении деформаций вследствие действия нагрузок

1.3 Достоинства и недостатки существующих методик расчета прочности деталей трубопроводов

1.4 Характеристика численных методов расчета прочности конструкций

1.4.1 Метод конечных элементов

1.4.2 Краткий обзор существующих программных комплексов конечноэлементного анализа и обоснование выбора применительно к задачам исследования

1.5 Вероятностные методы расчета на прочность

1.6 Подходы к решению поставленных задач исследования

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НДС ТРУБОПРОВОДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ В ИДЕАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ

2.1 Верификация программного комплекса АГ^УБ применительно к задачам исследования

2.2 Алгоритм определения НДС трубопровода в программном комплексе АШУ8

2.2.1 Прочностной расчет трубопровода с определением «опасных» участков

2.2.2 Прочностной расчет «опасных» участков с определением точек-концентраторов напряжений

2.3 Пример определения НДС участка трубопровода

2.3.1 Исходные данные

2.3.2 Решение задачи

2.3.3 Анализ полученных результатов

2.4 Результаты и выводы по разделу

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ НАГРУЗОК НА НДС ТРУБОПРОВОДА И ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ

3.1 Влияние температурных деформаций

3.1.1 Расчет трубопровода с учетом температурных нагрузок

3.1.2 Определение НДС «опасных» участков с учетом температурных нагрузок

3.1.3 Оценка влияния температурных нагрузок на НДС «опасных» участков

3.2 Влияние осадок фундаментов под опорами трубопроводов

3.3 Определение «опасных» точек П-образного компенсатора

3.4 Результаты и выводы по разделу

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТНОЙ НАДЕЖНОСТИ ТРУБОПРОВОДА НА ОСНОВАНИИ РАСЧЕТА ЕГО НДС

4.1 Методика определения прочностной надежности трубопроводов методами непараметрической статистики на основе численных экспериментов

4.2 Пример определения прочностной надежности трубопровода

4.2.1 Численные двухфакторные эксперименты

4.2.2 Оценка прочностной надежности трубопровода

4.3 Результаты и выводы по разделу

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики оценки прочностной надежности участка технологического трубопровода с компенсатором»

ВВЕДЕНИЕ

Технологические трубопроводы нашей страны проектируются на весь период эксплуатации производственного объекта, для которого они предназначены. Согласно руководству по безопасности «Рекомендации по устройству и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов» [43] в технической документации указываются назначенный и расчетный сроки безопасной эксплуатации. При оценке этих сроков, из-за недостаточной информации о действующих на трубопровод во время эксплуатации нагрузках и весьма приближенного представления о механических свойствах материала конструкции, определяющих его сопротивление этим нагрузкам, основным анализируемым параметром до настоящего времени является коэффициент запаса прочности.

На начальном этапе развития трубопроводный систем, до тех пор, пока общий объем трубопроводов был сравнительно невелик (до 15% объема от настоящего уровня), удавалось свести к минимуму опасность возникновения аварийных и катастрофических ситуаций и ущербы от них [31]. Этому способствовали традиционно принятые в то время повышенные запасы прочности (по пределу прочности на уровне 2,8-4,0, а по пределу текучести до 2,0-2,5) [31]. Во второй половине XX века ситуация существенно изменилась. Расширились границы добычи газа в районах со сложными геологическими и климатическими условиями; были снижены запасы статической прочности (по пределу прочности до 2,0-2,5, по пределу текучести до 1,1-1,8) [31].

Обозначенные изменения привели к тому, что в Российской Федерации около 60% всех техногенных чрезвычайных ситуаций происходит из-за разрушения трубопроводов [40]. Опираясь на данные ежегодных государственных докладов МЧС, согласно которым ежегодно имеют место более 1500 чрезвычайных ситуаций, из которых около 75% имеют

техногенный характер, нетрудно определить, что в год происходит боле 650 чрезвычайных ситуаций, связанных с трубопроводными системами [31].

Очевидно, что большая часть чрезвычайных ситуаций на трубопроводах связана с «человеческим фактором», однако, существенна и доля технических просчетов при проектировании и строительстве.

Из вышеотмеченного можно сделать вывод, что существующая нормативно техническая документация нуждается в совершенствовании, в частности - РТМ 38.001-94 «Указания по расчету на прочность и вибрацию технологических стальных трубопроводов».

Углубленного развития требуют следующие положения РТМ:

1. Надежность трубопровода определяется коэффициентом запаса прочности, который принимается из опыта эксплуатации и проектирования трубопроводов и в ряде случаев он избыточен, а в ряде случаев недостаточен;

2. Трубопровод в целом рассматривается как упругая стержневая система, а не как сложный трехмерный объект;

3. Учет фактических законов распределения случайных нагрузок, действующих на трубопровод в период эксплуатации.

Метод конечных элементов (МКЭ), реализован уже продолжительное время в различных программах [6, 15, 47, 53, 54], которые применяются для определения напряженно-деформированного состояния (НДС) и обоснования расчетами прочностной надежности трубопроводов (оборудования). Из-за совершенствования трубопроводных систем и оборудования объем использования данных программ постоянно растет [47].

Однако, несмотря на расширение диапазона задач, для решения которых используется метод конечных элементов, до настоящего времени не существует утвержденных норм или каких-либо руководящих материалов по использованию метода. Таким образом, ситуация складывается так, что в отсутствие общих норм разрабатываются частные методики использования МКЭ для решения конкретных задач. В Тюменском государственном

нефтегазовом университете под руководством A.A. Тарасенко (д.т.н., профессор) разработана методика исследования напряженно-деформированного состояния стальных вертикальных резервуаров [60,61]. На кафедре МОП ТюмГНГУ разработана методика проектирования арматуры с применением численных методов, позволяющая оценивать герметичность затвора с учетом нагрузок, которые возникают в процессе эксплуатации [15]. В работе [25], выполненной на кафедре "МОП" Самарского Государственного Технического Университета, приведен и подробно рассмотрен метод конечных элементов при расчете резьбового соединения обсадных колонн. Так же МКЭ применяется при расчете НДС трубопроводов нагревателей воды [42], змеевиков печей пиролиза [45] и обсадных трубопроводов в скважинах [28].

Во второй половине XX в. была осознана необходимость перехода к новым методам расчета и оценки технического состояния изделий, конечным итогом которых является не сравнение рассчитанных критериев прочности с предельно допустимыми значениями, а определение вероятности безотказной работы или прогнозируемого (с доверительными границами) ресурса эксплуатации оборудования. Именно на это время приходится становление и развитие нового научного направления - теории надежности, как науки о закономерностях отказов различных систем. Основой теории надежности является теория вероятности и прикладная статистика, современный этап развития которой принято отсчитывать, начиная с 1900 года.

Бурное развитие прикладной статистики, объектом изучения которой являются выборки из распределений случайных величин, которые описываются одним или небольшим числом параметров, пришлось на первую треть XX века. Основное внимание в этот период уделялось изучению методов, основанных на анализе и обработке данных из параметрических распределений (кривые Пирсона), так же популярным было гауссово (нормальное) распределение. В дальнейшем в рамках теории прикладной статистики были предложены и исследованы десятки законов

распределения случайных величин. В практике обработки случайных величин, требуемых для расчета прочностной надежности изделий и оборудования, в настоящее время наиболее часто используются нормальное и логнормальное распределения, равномерное, треугольное, гамма и бета распределения, распределения Вейбулла-Гнеденко и некоторые другие. В отмеченный период, в первую очередь, развивалась теория параметрической статистики. И, несмотря на значительные научные достижения и исследования, в процессе решения прикладных задач стали проявляться проблемы, которые до сих пор остаются открытыми. В частности, при обработке результатов измерений конкретной случайной величины сложно, а в ряде случаев просто невозможно, сформулировать условия отнесения выборки к тому или иному параметрическому семейству.

Одновременно с параметрической статистикой, начиная с работ Спирмена и Кендалла, стали развиваться методы непараметрической статистики, которые основаны на коэффициентах ранговой корреляции. Эти методы математической статистики изначально предполагают, что вид распределения случайной величины либо неизвестен, либо может быть определен лишь приближенно. К настоящему времени с помощью методов непараметрической статистики можно решить почти все задачи решаемые методами параметрической статистики. В то же время оценка надежности потенциально «опасных» изделий и оборудования требует значительного повышения достоверности результатов расчета, учета реальных законов распределения случайных величин, используемых при определении прочностных критериев. Принятие фактически имеющих место законов распределения случайных величин здесь может позволить избежать катастрофических последствий [52].

На сегодняшний момент наблюдается все возрастающая потребность в более точной оценке прочностной надежности и оценке ресурса вновь разрабатываемых и эксплуатируемых технологических трубопроводов. Поэтому разработка методики оценки прочностной надежности

трубопроводов с помощью методов непараметрической статистики на основе результатов расчета на прочность и жесткость деталей с использованием современных численных методов позволит определять ее с заданной вероятностью.

Цель выполнения настоящей работы: Разработать методику оценки прочностной надежности участка технологического трубопровода с компенсатором на основе применения методов непараметрической статистики и результатов расчета трубопровода на прочность и жесткость выполняемых методом конечных элементов.

Для достижения цели в диссертационной работе определены следующие задачи:

1. Разработать подход к оценке прочностной надежности трубопровода на основе статистической обработки результатов численных, выполненных методом конечных элементов, экспериментов, конечным результатом которой является определение вероятности безотказной работы всех «опасных» точек участка трубопровода с компенсатором.

2. Предложить и обосновать расчетные схемы и алгоритмы для определения напряженно-деформированного состояния (НДС) в программном комплексе, позволяющие определить «опасные» участки трубопровода и «опасные» точки компенсатора трубопровода.

3. Провести численные эксперименты для оценки влияния на НДС участка трубопровода с компенсатором различных видов нагрузок, с целью определения целесообразности их рассмотрения при оценке прочностной надежности трубопровода.

4. На основе планирования численного эксперимента для «опасных» точек определить математические зависимости возникающих напряжений от давления и температуры.

Научная новизна диссертационного исследования определяется разработанным подходом оценки прочностной надежности участка технологического трубопровода с компенсатором включающим:

планирование двухфакторного (давление и температура) трехуровнего эксперимента;

- расчет методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния П-образного компенсатора в точках плана эксперимента;

- для каждого расчета определение «опасной» (по величине возникающего напряжения) точки компенсатора и по результатам расчета всех точек плана эксперимента формирование совокупности действующих напряжений в каждой «опасной» точке;

определение для каждой «опасной» точки компенсатора регрессионных зависимостей действующих напряжений от давления и температуры трубопровода;

- используя фактические выборки давления и температуры по регрессионным зависимостям, определение выборки возникающих в трубопроводе напряжений, статистические данные по предельным напряжениям, расчет методами непараметрической статистики вероятности безотказной работы компенсатора или вероятности его отказа.

Практическая ценность диссертации:

1. Разработана методика расчета вероятности безотказной работы или вероятности отказа П-образного компенсатора по результатам фактических значений давления и температуры технологического трубопровода, зафиксированных в течение определенного периода его эксплуатации.

2. Для конкретных размеров П-образного компенсатора получены регрессионные зависимости по расчету напряжений в его «опасных» точках, позволяющие выполнять оценку прочностной надежности компенсатора независимо от сложности законов распределения случайных величин давления и температуры участка трубопровода.

3. Предложена процедура определения регрессионных зависимостей для «опасных» точек П-образного компенсатора, включающая планирование эксперимента и выполнение конечного числа численных расчетов напряженно-деформированного состояния П-образного компенсатора участка трубопровода.

По теме диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, в том числе пять работ в рецензируемых изданиях из списка ВАК РФ.

Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях:

- всероссийской с международным участием «Современные технологии для ТЭК Западной Сибири» в городе Тюмень (2007 год);

четвертой Российской в городе Екатеринбург (2007 год) «Компьютерный инженерный анализ»;

- IV международной «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании» в городе Тюмень (2008 год);

- межрегиональной с международным участием в городе Тюмень (2008 год), посвященной 45-летию индустриального института и 10-летию кафедры «Ремонт и восстановление скважин»;

- 4-й Российской «Компьютерный инженерный анализ» в городе Челябинск (2008 год);

- Современные технологии для ТЭК Западной Сибири в городе Тюмень (2009 год).

Диссертационная работа включает в себя введение, четыре раздела, выводы, список использованных источников, содержащего 63 наименования, и семь приложений.

Первый раздел посвящен анализу существующих методик расчета трубопроводов на прочность. В результате выявлены недостатки этих методик, связанные в первую очередь с использованием для оценки прочностной надежности коэффициентов запаса прочности, назначаемых из опыта проектирования и эксплуатации трубопроводов. Показано, что коэффициенты запаса прочности в части случаев избыточны, а в части случаев могут быть недостаточны. Отдельно рассматриваются критерии, по которым производится оценка прочности трубопроводов при расчете на статическую, динамическую и длительную прочность. Рассмотрены исходные данные, необходимые для проведения расчетов трубопроводов на прочность. Представлена классификация нагрузок, воспринимаемых

трубопроводом, и различным типам нагрузок сопоставлены соответствующие виды расчетов.

Изложены основные положения метода конечных элементов и сделан выбор программного комплекса, реализующего данный метод, для выполнения расчетов. Изложен подход к оценке прочностной надежности трубопроводов на основании методов непараметрической статистики и обозначено место компьютерного эксперимента с использованием метода конечных элементов в данном подходе.

Описаны подходы к решению поставленных зад, реализация которых позволит говорить о достижении цели диссертационной работы.

Второй раздел посвящен алгоритмам расчета на прочность трубопроводов и их элементов. В разделе выполнена верификация программного комплекса ANSYS применительно к задачам исследования на примере задачи Ламе о длинном толстостенном цилиндре.

Рассмотрены и проанализированы различные подходы к оценке НДС трубопровода в целом для определения его «опасных» участков. На основе рассмотренных подходов сделан вывод о том, что наиболее универсальным является использование метода конечных элементов (МКЭ), воплощенного в программном обеспечении (ПО) ANS YS. Предложен алгоритм оценки построения модели трубопровода в программном комплексе ANSYS с использованием специализированной группы команд построения трубопроводов. Показано, что данный подход за счет своей простоты является наиболее удобным для практической реализации при выполнении инженерных расчетов.

Предложенный алгоритм расчета «опасных» участков трубопровода с использованием трехмерных геометрических моделей, импортируемых из CAD систем позволяет выполнить анализ НДС «опасных» участков трубопровода методом конечных элементов с определением «опасных» точек, определяющих его прочностную надежность.

Предложены и апробированы на примере участка трубопровода расчетные схемы, используемые в предлагаемой методике. Использование предложенных алгоритмов проиллюстрировано на примере участка трубопровода с двумя П-образными компенсаторами температурных деформаций.

Третий раздел посвящен исследованию влияния на напряженно-деформированное состояние трубопровода в целом и его «опасных» участков температурных нагрузок, а так же влияния осадок фундаментов опор трубопровода.

Предложены и апробированы расчетные схемы и алгоритмы, позволяющие выполнять расчеты как трубопровода в целом, так и его «опасных» участков с учетом температурных нагрузок. Рассмотрена методика проведения термопрочностных расчетов в программном комплексе АШУБ.

Для оценки степени влияния на напряженно-деформированное состояние трубопровода нагрузок, возникающих при осадке фундаментов опор трубопровода, были предложены расчетные схемы и выполнены две серии расчетных экспериментов при локализации осадки фундамента опоры вблизи опасного участка и на удалении от него. Вместе с тем отмечено, что учет влияния нагрузок, возникающих при осадках фундамента опор трубопровода, возможен только для эксплуатируемых объектах, а для проектируемых проведение подобных расчетов невозможно в силу отсутствия необходимой информации.

В результате проведенных в разделе исследований сделан вывод о необходимости рассмотрения температурных нагрузок при оценке прочностной надежности проектируемых и эксплуатируемых трубопроводов, и необходимости рассмотрения осадок фундаментов опор для эксплуатирующихся трубопроводов.

Четвертый раздел посвящен методике определения прочностной надежности трубопроводов методами непараметрической статистики на основе численных экспериментов.

В разделе кратко изложены основы метода, позволяющего проводить оценку прочностной надежности на основании численных двухфакторных экспериментов, затронуты вопросы планирования двухфакторных экспериментов, необходимых для выполнения оценки надежности.

На примере участка трубопровода с компенсатором, рассматриваемого в предыдущих главах, приведено применение предложенной методики к конкретному объекту. Рассмотренный пример оценки прочностной надежности участка трубопровода с компенсатором наглядно демонстрирует применение методики оценки прочностной надежности.

На защиту выносятся:

1. Подход к оценке прочностной надежности трубопровода с помощью методов непараметрической статистики на основе результатов выполненных серий численных двухфакторных экспериментов проводимых методом конечных элементов.

2. Полученные аппроксимирующие зависимости возникающих напряжений от давления и температуры для каждой «опасной» точки компенсатора.

3. Алгоритмы выполнения расчетов и расчетные схемы для определения НДС трубопровода и их «опасных» участков методом конечных элементов, используемые в численных экспериментах.

4. Результаты численных экспериментов по исследованию влияния на НДС участков трубопровода с компенсатором силовых и температурных нагрузок, нагрузок, возникающих из-за осадок фундаментов опор.

Реализация и внедрение результатов работы:

Результаты диссертационной работы использовались департаментом ПИР ОАО «СибНАЦ» в проекте «Обустройство Среднеботуобитского НГКМ». Предложенные алгоритмы расчета и расчетные схемы для оценки

НДС трубопроводов используются при подготовке студентов специальности 130602 «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов».

Объект исследования: участок технологического трубопровода с компенсатором.

Предмет исследования: методы расчета прочностной надежности участка трубопровода с компенсатором.

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ существующих методик расчета трубопроводов на прочность

1.1.1 Назначение и содержание существующих методик расчета прочности

трубопроводов и их элементов

Существующие методики расчета предназначены для оценки прочности как трубопроводов в целом, так и отдельных их частей, и распространяют свое действие на конкретные категории, типы и группы технологических трубопроводов в зависимости от условий эксплуатации. В частности РТМ 38.001-94 [41] определяет некоторые требования к расчетам для трубопроводов технологических из легированной и углеродистой стали с рабочими условиями - давление до 10 МПа, температура от -70 до 700°С. Однако, даже в рамках данного руководящего материала имеется разделение трубопроводов на средне- и высокотемпературные в зависимости от уровня температур и длительной прочности материала.

Методики обычно включают в себя: проектный расчет, который предусматривает определение толщины стенки деталей трубопровода из условия обеспечения несущей способности под воздействием возможных нагрузок; поверочный расчет, который состоит из оценки статической и циклической прочности под действием нагрузок, которые возникают как при нормальном технологическом режиме, так и при его возможном нарушении. Так же могут быть предусмотрены расчеты на вибрацию при эксплуатации и пусконаладочных работах.

Рассмотрим содержание методики расчета на примере РТМ 38.001-94 [41]. Расчет на прочность включает в себя определение основных геометрических размеров элементов трубопровода и поверочного расчета на прочность всего трубопровода.

Подбор под конкретные расчетные термобарические условия основных размеров элементов трубопроводов (труб, отводов, переходов, тройников, заглушек) осуществляется по результатам прочностного расчета с обязательным учетом химической активности транспортируемого продукта. Расчетное давление принимают, как правило, равное рабочему. Расчетное давление в линии, образующееся от нагнетания источником давления (насос, компрессор и пр.), и не защищенной предохранительными клапанами, принимается равным максимальному давлению, которое развивает данный источник. Величина минимального расчетного давления принимается не менее 0,2 МПа.

Расчетная температура стенки элемента трубопровода принимается по температуре продукта, который по нему транспортируется. Если продукт имеет отрицательную рабочую температуру, то за расчетную принимается -20°С.

Поверочный расчет трубопроводов на прочность выполнятся с учетом воздействий, которые возникают при испытании, эксплуатации и даже строительстве. При этом трубопровод в целом рассматривается как упругая стержневая система. Для расчетов тройниковых соединений и отводов применяется «эффект Кармана» (Элементы теории оболочек) и расчетная схема трубопровода в данном случае должна достаточно точно отражать реальные нагрузки и геометрию, и НДС трубопровода при стремлении к минимальному числу его расчетных сечений. Для этого необходимо разбить трубопровод на очерченные по дуге окружности или (и) прямолинейные участки, где границы между участками и являются расчетными сечениями. Расчетными узлами принимают:

- точки ветвления осевой линии трубопровода или излома;

- места присоединения к коллекторам, опорам, аппаратам, и т.д.;

- точки изменения внешней нагрузки или поперечного сечения.

Статические внешние нагрузки рассматриваются как равномерно распределенные или сосредоточенные. Кроме того, в расчетах учитываются

нагрузки (воздействия) деформационные - вызванные, смещением оборудования или опор, предварительной растяжкой или сжатием трубопровода, или температурными удлинениями.

Опоры необходимо расставлять так, чтобы обеспечивать допустимый уровень напряжений в элементах трубопровода от несамоуравновешенной нагрузки. Опоры расставляются из условия их равномерной загрузки. Опоры моделируются линейно-упругими связями, которые действуют в реальном направлении и обладают заданной жесткостью. При моделировании подвижных опор учитывают эффект трения-скольжения.

Компенсаторы, оборудование и арматура моделируются как стержневые элементы с заданными характеристиками растяжения-сжатия, кручение, сдвиг и изгиб.

При поверочном расчете труб и элементов трубопроводов их толщина стенок принимается равной, полученной на этапе выбора основных геометрических размеров элементов трубопровода.

В общем случае, для оценки прочности трубопровода и его элементов выполняется расчет, состоящий из четырех этапов, приведенных в таблице 1.1. Целью расчета является определение нагрузок, которые действуют на оборудование со стороны трубопровода при испытаниях и эксплуатации, а также оценка циклической и статической прочности трубопроводов.

Таблица 1.1— Этапы поверочного расчета трубопровода

№ Расчета Наименование Номера внешних нагрузок по таблице 1.2 Назначение этапа

пдн пдкон

1 На прочность (статичискую) под действием нагрузок несамоуравновешенных 1,2, 4, 5, 8,9 1,2, 4,5, 6, 8, 9, 10, 11, 13 Оценка несущей способности

2 На прочность (статическую) под действием нагрузок самоуравновешенных и несамоуравновешенных 1,2, 4, 5, 6, 8,9 1,2, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 13 Оценка нагрузок на оборудование, опоры и конструкции, статической прочности и напряжений

За Засчет на прочность циклическую 5,6 - Оценка выносливости элементов

36 Расчет на прочность длительную циклическую трубопроводов высокотемпературных 1,2, 4, 5, 6, 8,9 - Оценка выносливости и длительной прочности

4а Определение нагрузок на трубопровод в нерабочем состоянии 1, 2, 4, 6*, 8,9 л Оценка нагрузок на опоры, конструкции и оборудование

46 Расчет при испытаниях на статическую прочность - 1, 2, 4, 5, 8, 12 Оценка нагрузок и несущей способности трубопровода

* Учитываются остаточные деформации при расчете нагрузок на опоры (метод расчета на фиктивную отрицательную температуру) оборудование в нерабочем состоянии для высокотемпературных трубопроводов;

ПДН - постоянные и длительные нагрузки;

ПДКОН - Постоянные, длительные, кратковременные и особые нагрузки.

1.1.2 Исходные данные, необходимые для расчета прочности элементов

трубопровода

Как уже было сказано исходными данными для расчета прочности как трубопровода в целом, так и его отдельных элементов необходимы данные о материале трубопровода, параметрах рабочей и окружающей сред. Физические и механические свойства материала являются справочными данными и зависят только от выбора того или иного материала при проектировании трубопровода (например, справочные данные по стали 09Г2С ТУ 14-3-1128-2000 [30] приведены в приложении Б). Воздействия и нагрузки, которые учитываются в расчетах на циклическую и статическую прочность, и коэффициенты перегрузки отражены в таблице 1.2. Поверочный расчет трубопровода, как уже говорилось, проводится как на длительные и постоянные нагрузки (шифры 1...9 в таблице 1.2) - режим ПДН, так и на дополнительное воздействие особых и кратковременных нагрузок (шифры 10... 13 в таблице 1.2) - режим ПДКОН.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Нероденко, Дмитрий Григорьевич, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide. ANSYS Release 9.0 Documentation. ANSYS Inc., 2004.

2. ANSYS Commands Reference. ANSYS Release 9.0 Documentation. ANSYS Inc., 2004.

3. ANSYS Connection Users Guide. ANSYS Release 9.0 Documentation. ANSYS Inc., 2004.

4. ANSYS Element Reference. ANSYS Release 9.0 Documentation. ANSYS Inc., 2004.

5. ANSYS Modeling and Meshing Guide. ANSYS Release 9.0 Documentation. ANSYS Inc., 2004.

6. ANSYS Multiphysics Summary of Features http://www.ansys.com/products/multiphysics-features.asp.

7. Crawford, John. Evaluating Mesh Density //Ansys Solutions. - 1999, Volume 1. Number 2. - P. 12 - 16.

8. Crawford, John. Geometry transfer: Problems, Causes, and remedies // Ansys Solutions. - 2001, Volume 3. Number 2. - P. 26 - 27.

9. Crawford, John. Guidelines for good Analysis: A step-by-step process for obtaining meaningful results // ANSYS Solutions. - 2003, Fall. - P. 69-74.

Ю.Аграфенин С.И., Перов C.H. Методология обеспечения надежности трубопроводных систем при их проектировании // «Нефтяное хозяйство». - 2006, №11. - С. 102-106.

П.Айнбиндер А.Б., Камерштейн А.Г. Расчет магистральных трубопроводов на прочность и устойчивость. - М.: Недра, 1982. -342 с.

12. Аугусти Г., Баратта А., Кашпати Ф. Вероятностные методы в строительном проектировании. - М.: Стройиздат, 1988. - 584 с.

13.Белобородов А.В. Исследование влияния температурных нагрузок на напряженно-деформированное состояние трубопроводов /

Белобородов A.B., Нероденко Д.Г. // Подготовка кадров и современные технологии для ТЭК Западной Сибири: Сб. научн. тр. ИНиГ ТюмГНГУ и материалов Межрегиональной научно-технической конференции с Международным участием, посвященной 45-летию Индустриального института и 10-летию кафедры "Ремонт и восстановление скважин" ТюмГНГУ. - Тюмень: Изд-во ТюмГНГУ, 2008. - 259 с. - Т.1. - С. 231-236.

14.Белобородов A.B. Оценка качества построения конечноэлементной модели в ANSYS // Материалы II Российской межвузовской научно-технической конференции "Компьютерный инженерный анализ". -Екатеринбург: Изд-во УГТУ-УПИ, 2005. - С.78-84.

15.Белобородов A.B. Совершенствование методики проектирования запорной арматуры с использованием численных методов: Дис. к.т.н. // ТюмГНГУ - Тюмень: 2005. - 148 с.

16.Белобородов A.B. Расчет вероятности отказов технологических трубопроводов по критерию прочности / Белобородов A.B., Сызранцева К.В., Нероденко Д.Г. // Нефтепромысловое дело №7, июль 2009г. С.52-56.

17.Бондаренко Д.А Применение вычислительных методов к решению задач прочности конструкций / Д.А. Бондаренко, Н.В. Голубева, В.И. Гришин, А.Е. Ушаков // Прочность и надежность нефтегазового оборудования: Доклады научно-технического семинара, Москва, 1920 сентября 2000 г. - ЦНИИатоминформ, 2001. - С. 52 - 57.

18. Волский М.И., Аистов A.C., Гусенков А.П., Гуменный JI.K. Прочность труб магистральных нефте- и продуктопроводов при статическом и малоцикловом нагружении // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов: обзор, информ. - М.: ВНИИОЭНГнефтепром, 1979. - 55 с.

19.Деврой JL, Дьёрфи JI. Непараметрическое оценивание плотности. L1-подход: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988. - 408 с.

20.Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы планирования эксперимента: Пер. с англ. -М.: Мир, 1980.-516 с.

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

22.Иванов В.А., Лысяный К.К. Надежность и работоспособность конструкций магистральных нефтепроводов. - СПб.: Наука, 2003.317 с.

23. Иванцов О.М. Надежность магистральных трубопроводов // Трубопроводные системы в энергетике. - М.: Наука, 1985. - С. 79-96.

24. Камерштейн А.Г. Исследование несущей способности кривых руб, работающих в условиях самокомпенсации температурных деформаций // Вопросы прочности трубопроводов / Тр. ВНИИСТа. -М., 1971 - Вып. 25. - С.75-103.

25.Кантария С.Н. Повышение прочностных характеристик конических соединений обсадных труб с трапецеидальным профилем резьбы: Автореф. дис. к. т. н. // Уфимский ГНТУ - Уфа: 2004. - 24с.

26.Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство. - М.: Едиториал УРСС, 2003. -272 с.

27.Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем: Пер. с англ. - М.:Мир, 1980. - 604 с.

28.Кузнецов В.Г. Оценка напряженного состояния крепи арктических скважин при их промерзании / В.Г. Кузнецов, A.B. Белобородов, К.В. Сызранцева // Специализированный журнал "Бурение и нефть". - 2004, №1. - С. 16-17.

29. Марковец М.П. Диаграммы истинных напряжений и расчет на прочность. - Л.: Оборонгиз, 1947. - 146 с.

30.Марочник сталей и сплавов / М.М. Колосков, Е.Т. Долбенко, Ю.В. Каширский и др.; Под общей ред. A.C. Зубченко - М.: Машиностроение, 2001. - 672 с.:ил.

31.Махутов H.A., Пермяков В.Н. Ресурс безопасной эксплуатации сосудов и трубопроводов. - Новосибирск: Наука, 2005. - 516 с.

32.Махутов H.A., Горицкий В.М., Муравин E.JL, Пермяков В.Н. Анализ причин разрушения технологического трубопровода на газоперерабатывающем заводе // Наука и техника в газовой промышленности. - 2002. - № 2. - С.21-26.

33.Махутов H.A., Ставровский М.Е., Новиков В.Д., Кравчишин Д.Н. Оценка и оптимизация надежности технологических систем потенциально опасных объектов // Экология и промышленность России. - 2003. - №9. - С. 36-39.

34.Нероденко Д.Г. Исследование влияния осадок фундаментов под опорами трубопроводов на их напряженно-деформированное состояние / Нероденко Д.Г., Белобородов A.B. // Материалы III международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании» ТюмГНГУ. - Тюмень: Изд-во ТюмГНГУ, 2008. - 218с. - С. 142-146.

35.Нероденко Д.Г. Моделирование трубопроводов в программном комплексе ANS YS / Нероденко Д.Г., Белобородов A.B. // Материалы III международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании» ТюмГНГУ. - Тюмень: Изд-во ТюмГНГУ, 2008. - 218с. - С. 97-101.

36.Нероденко Д.Г. Определение прочностной надежности трубопровода с использованием численных методов / Нероденко Д.Г., Сызранцев В.Н. // Вестник Тюменского Государственного Университета. — 2008. - №6. - С. 14-19.

37. Нероденко Д.Г. Оценка вероятности безотказной работы трубопроводов методами непараметрической статистики / Нероденко

Д.Г., Сызранцев B.H. // Известия высших учебных заведений Нефть и Газ. - 2010. - №1. - С. 74-76.

38.0городникова O.A. Исследование точности результатов моделирования напряженно-деформированного состояния упругих тел МКЭ / O.A. Огородникова, Г.Ю. Огородников // Научно-технический журнал "Информационная математика", 2004. - №1(4). -С.209-215.

39. Огородникова O.A. Оптимальный выбор конечно-элементной модели для исследования напряженно-деформированного состояния / O.A. Огородникова, Г.Ю. Огородников // Теория и практика зубчатых передач. Сборник докладов научно-технической конференции с международным участием. - Ижевск, изд-во ИжГТУ, 2004. С.341-346.

40.Протасов В.Ф., Молчанов A.B. Экология, здоровье и природопользование в России. - М.: Финансы и Экономика, 1995. -523 с.

41.РТМ 38.001-94 Руководящий технический материал. Указания по расчету на прочность и вибрацию технологических стальных трубопроводов.

42.Руденко A.C. Влияние напряженно-деформированного состояния трубных систем на эксплуатационную надежность подогревателей сетевой воды теплофикационных турбин: Автореф. дис. к. т. н. // УГТУ-УПИ - Екатеринбург: 2004. - 24с.

43.Руководству по безопасности «Рекомендации по устройству и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов» утверждено приказом Ростехнадзора №784 от 27.12.2012.

44.Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов. Пер. с англ. Под ред. Б.Е.Победри, М.: Мир, 1979.- 392 с.

45.Симарчук A.C. Совершенствование метода расчета змеевика печи пиролиза с учетом локальных концентраторов напряжений: Автореф. дис. к. т. н. // Уфимский ГНТУ - Уфа: 2004. - 24с.

46.Симахин В.А. Непараметрическая статистика. 4.1. Теория оценок: Учебное пособие. - Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2004. -207 с.

47.Синицын E.H. Программное обеспечение расчетов на прочность оборудования и трубопроводов (расчеты напряженно-деформированного состояния и оценки прочности) // Прочность и надежность нефтегазового оборудования: Доклады научно-технического семинара, Москва, 19-20 сентября 2000 г. -ЦНИИатоминформ, 2001. - С. 18 - 22.

48. Синицын E.H. Программное обеспечение расчетов на прочность семейства CAN / E.H. Синицын, Д.Н. Шмелёв, Д.В. Власов и др. // Методы и программное обеспечение расчетов на прочность. Сборник докладов 1-й Российской конференции. М.:ФГУП НИКИЭТ, 2001. -С. 25-29

49. Синицын E.H. Семейство вычислительных программ CAN -эффективное средство расчетного обоснования прочности и продления ресурса оборудования, трубопроводов / E.H. Синицын, Д.Н. Шмелёв, Д.В. Власов и др. // Прочность и надежность нефтегазового оборудования: Сборник докладов 2-го межотраслевого семинара (19-22 ноября 2001 г.). М.: ГУП НИКИЭТ, 2001. - С. 8-15

50.Справочник по сопротивлению материалов / Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В.; Отв. ред. Писаренко Г.С. - 2-е изд., перераб. и доп. - Киев: Наук, думка, 1988. - 736с.

51.Сызранцев В.Н. Оценка безопасности и прочностной надежности трубопроводов методами непараметрической статистики / В.Н. Сызранцев, С.Л. Голофаст, В.В. Новоселов - Новосибирск: -

Издательство «Наука», Сибирская издательская фирма РАН, 2013.172 е.: ил.

52.Сызраицев В.Н. Расчет прочностной надежности изделий на основе методов непараметрической статистики / В.Н. Сызранцев, Я.П. Невелев, C.JI. Голофаст. - Новосибирск: Наука, 2008. -218 с.

53.Сызранцева К.В. Методическое и программное обеспечение измерения напряжений в деталях машин датчиками деформаций интегрального типа: Дис. к.т.н. // КГУ- Курган: 1998. - 154 с.

54.Сызранцева К.В. Программа для расчета напряженно-деформированного состояния деталей машин. // Современные информационные технологии. Проблемы исследования, проектирования и производства зубчатых- передач: Сборник докладов междунар. научного семинара. - Ижевск. - 2001. - С. 246-249.

55.Сызранцев В.Н. Расчет НДС трубопровода для определения его прочностной надежности / Сызранцев В.Н., Нероденко Д.Г. // Компьютерный инженерный анализ. Материалы 4-ой Российской научно-технической конференции. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. - 2008. - 96 с. - С. 26-28.

56.Сызранцев В.Н. Определение прочностной надежности трубопроводов / Сызранцев В.Н., Нероденко Д.Г. // Сборник трудов Института Нефти и Газа. Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Современные технологии для ТЭК Западной Сибири (ТОМ 2)». - Тюмень: изд-во ТюмГНГУ, 2007.-217 с.-С. 155-157.

57.Сызранцев В.Н. Определение прочностной надежности трубопровода методами непараметрической статистики / Сызранцев В.Н., Белобородов A.B., Сызранцева К.В., Нероденко Д.Г. // Подготовка кадров и современные технологии для ТЭК Западной Сибири: Сб. научн. тр. ИНиГ ТюмГНГУ и материалов Межрегиональной научно-технической конференции с Международным участием, посвященной

45-летию Индустриального института и 10-летию кафедры "Ремонт и восстановление скважин" ТюмГНГУ. - Тюмень: Изд-во ТюмГНГУ, 2008. - 259 с. - Т. 1. - С. 236-241.

58.Сызранцев В.Н. Расчет напряженно-деформированного состояния трубопровода / Сызранцев В.Н., Нероденко Д.Г., Осипенко И.А. // Сборник трудов Института Нефти и Газа. Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Современные технологии для ТЭК Западной Сибири (ТОМ 2)». - Тюмень: изд-во ТюмГНГУ, 2007. - 217 с. - С. 157-162.

59.Сызранцев В.Н. Расчет напряженно-деформированного состояния трубопровода для определения его прочностной надежности / Сызранцев В.Н., Нероденко Д.Г. // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2009. - №6. - С. 14-19.

60. Тарасенко A.A. Напряженно-деформированное состояние вертикальных стальных резервуаров при ремонтных работах. - М.: ОАО "Издательство "Недра", 1999.-270 с.:ил.

61. Тарасенко A.A., Пирожков В.Г., Иванцова С.Г. Использование программных комплексов для расчета нефтегазовых объектов: Учебное пособие. - М.: ГУП Изд-во "Нефть и газ" РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2004. - 197с.:ил.

62. Харионовский В.В. Надежность и диагностика газопроводов: технико-экономические аспекты // Газовая пром-сть. - 1997. - Март. -С. 9-11.

63. Чигарев A.B., Кравчук A.C., Смалюк А.Ф. ANSYS для инженеров: Справ, пособие. М.: Машиностроение-1, 2004. 512 с. Шабров H.H. Метод конечных элементов в расчетах деталей тепловых двигателей. - JL Машиностроение, 1983. - 212 е., ил.