Совершенствование технических средств для внутритрубного ремонта трубопроводов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Бердышев, Валерий Витальевич

• Бердышев, Валерий Витальевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бердышев, Валерий Витальевич

Введение.

Глава 1. Обзор методов ремонта подводных переходов.

1.1 Методы ремонта подводных переходов с заменой трубы.

1.2 Ремонт подводных переходов внутритрубными методами.

1.3 Методы локального ремонта трубопроводов.

1.4 Применение гофрированных оболочек для ремонта трубопроводов.

Выводы по главе.

Глава 2. Обоснование конструктивных решений и расчет основных параметров внутритрубных ремонтных элементов.

2.1. Обоснование максимальной толщины стенки гильзы.

2.2. Гидравлические потери при местном ремонте трубопроводов.

2.3 Разработка методики расчета основных конструкционных параметров ремонтных гильз.

2.3.1 Обоснование геометрических параметров.

2.3.2 Определение межтрубного зазора для ремонтных гильз.

2.3.3 Исследование деформации оболочки на «плоской модели сечения».^

Выводы по главе.

Глава 3. Герметизация стыков ремонтных оболочек внутритрубными гильзами.

3.1 Технологические основы внутритрубной сварки.

3.2 Физико-химические основы сварки полимерных материалов.

3.4 Расчёт пороговых значений времени нагрева полиэтиленовых оболочек.

3.5 Экспериментальное исследование режимов сварки закладными элементами.

3.5.1. Методика экспериментальных исследований.

3.5.2 Выбор критериев оптимизации и анализ влияющих факторов.

3.5.3 Проверка воспроизводимости опытов.

3.5.4 Проверка гипотезы нормального распределения.

3.5.5 Планирование эксперимента и анализ данных.

Выводы по главе.

Глава 4. Разработка конструктивных решений и расчет основных параметров оборудования для ремонта трубопроводов внутренними гильзами.

4.1 Состав ремонтного комплекса.

4.2 Определение положения ремонтного оборудования во внутренней полости трубопровода.

4.2.1 Расчет смещения ремонтного элемента при потере устойчивости штанги с центральным креплением.

4.2.2. Расчет устойчивости штанг при креплении по нижней образующей трубы.

4.3 Угловая ориентация ремонтного блока.

4.4 Основы расчета силового блока ВРУ.

4.5 Испытание рабочей модели силового блока.

4.5.1. Устройство рабочей модели силового блока.

4.5.2. Анализ работы модели силового блока по результатам деформации контрольных образцов.

4.6 Влияние краевого эффекта на деформацию ВРУ.

Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технических средств для внутритрубного ремонта трубопроводов»

Актуальность проблемы.

В последние годы, в связи с внедрением новых материалов и оборудования, существенно изменились основные конструктивные и технологические схемы прокладки новых магистралей, особенно в области сооружения подводных переходов. Это привело, соответственно, к аналогичным изменениям, как в структуре, так и в методах производства ремонтно-восстановительных работ. Сократилась область применения традиционных методов. Стали активно разрабатываться новые перспективные методы восстановления работоспособности магистрального и промыслового трубопроводного транспорта.

Решение задач, поставленных перед ремонтными организациями, по поддержанию требуемого уровня надежности трубопроводов возможно только на основе применения современной технологии и организации производства и внедрения высокоэффективных технических средств.

В последние годы зарубежными и отечественными фирмами активно внедряются принципиально новые технологии восстановления изношенных коммуникаций без проведения вскрышных работ по всей длине ремонтируемого участка, так как существующие традиционные технологии предусматривают проведение больших объемов земляных и демонтажно-монтажных работ, что значительно увеличивает сроки их выполнения и стоимость. Анализ тенденций развития методов ремонта показал, что ожидается рост потребности в локальных методах ремонта трубопроводов, основанных на новых технологиях и материалах.

Даная работа посвящена исследованиям, связанным с разработкой прогрессивных методов и оборудования в области внутритрубного ремонта.

Цель исследования.

Цель исследования состоит в создании новых технических средств для ремонта локальных дефектов трубопроводов с помощью внутритрубных ремонтных гильз.

Основные задачи исследования:

- получение экспериментальных геометрических форм внутритрубных ремонтных гильз. Обоснование и расчет их основных технологических параметров;

- определение положения ремонтного оборудования во внутренней полости трубопровода при различных схемах крепления направляющих штанг;

- обоснование условий и определение режимов получения сварных соединений с помощью внутренних закладных элементов;

- разработка основных конструктивных решений технических средств для ремонта трубопроводов внутритрубными гильзами.

Методы исследований.

При выполнении работы использовались экспериментальные и теоретические методы исследований, в частности, методы математического анализа, классические положения теории теплопереноса, методы теории планирования центральных композиционных планов с последующей обработкой полученной информации методами математической статистики, а также методы регрессионного анализа данных, осуществляемые с использованием программного комплекса Statistica.

Научная новизна.

1. Обоснованы и экспериментально подтверждены схемы нагрузки оболочки, при которых формируется гофрированная гильза, имеющая технологически необходимый внешний диаметр. Получено распределение напряжений по контуру оболочки, определены зоны упругих и пластических деформаций. Разработана методика расчета основных параметров внутритрубных ремонтных гильз.

2. Получены аналитические выражения для определения пороговых значений времени нагрева полиэтиленовых оболочек, в зависимости от их геометрических параметров и заданного теплового потока.

3. Экспериментально получены аналитические зависимости прочности соединения полиэтиленовых образцов (ПЭ-80) от режимов нагрева и конструкционных параметров закладных элементов.

4. Установлено, что при положении направляющих штанг по нижней образующей трубопровода существуют оптимальные соотношения диаметров полых штанг, при которых критическая длина потери устойчивости имеет выраженный максимум, слабо зависящий от диаметра ремонтируемой трубы.

Практическая ценность.

Результаты выполненных автором исследований позволяют проводить расчеты основных конструктивных и технологических параметров оборудования для внутритрубного ремонта. Разработаны практические рекомендации для строительных и ремонтных организаций по устранению локальных дефектов на основе применения внутритрубных гильз.

Апробация работы.

Основные положения работы были представлены на: научно-практической конференции «Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях» в 2001г., на региональной конференции «Молодые ученые в решении проблем АПК» в 2003 г., региональной научно-практической конференции «Нефть и газ. Новые технологии в системах транспорта» в 2004г., расширенном заседании кафедры общетехнических дисциплин Тюменской государственной сельскохозяйственной академии в 2005г., на научно-техническом семинаре Тюменского государственного нефтегазового университета в 2005 г.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, основных выводов, 3 приложений и списка использованной литературы, включающего 105 наименований. Работа изложена на 144 страницах, содержит 17 таблиц и 84 рисунка.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Бердышев, Валерий Витальевич

Основные выводы по диссертации

1. Экспериментальным путем получены данные о геометрии деформируемых оболочек, смоделированы технологически рациональные формы гофрированных гильз. Проведен расчет напряжений по контуру оболочек, определены зоны упругих и пластических деформаций.

2. Получены аналитические зависимости для определения положения ремонтного оборудования с учетом потери устойчивости направляющих штанг. Установлено, что при положении штанг на нижней образующей ремонтируемой трубы, критическая длина имеет максимум, определяемый соотношением диаметров полых штанг и коэффициентом трения. Показано, что критическая длина слабо зависит от диаметра трубопровода.

3. По результатам проведенных экспериментов получены зависимости прочности соединения полиэтиленовых образцов (ПЭ-80) от режимов нагрева и конструкционных параметров закладных элементов. Разработаны практические рекомендации по определению оптимальных режимов и условий образования сварных соединений. Получены аналитические выражения для определения пороговых значений времени нагрева полиэтиленовых оболочек, в зависимости от их геометрических параметров и заданного теплового потока.

4. Разработаны общие конструктивные решения технических средств для ремонта трубопроводов внутренними гильзами. Создана рабочая модель силового блока. Определены необходимые усилия для заданной величины деформации внутренних гильз, в том числе с учетом краевого эффекта.

136

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бердышев, Валерий Витальевич, 2005 год

1. Адлер Ю.П. Предпланирование эксперимента. —М.: Знание, 1978. -72 с.

2. Алабовский А.Н и др. Теплотехника. -Киев: Висща шк., 1986. -254с.

3. Бартенев Г.М. Прочность и разрушение полимеров. -М.: Химия, 1984-279с.

4. Бахмат Г.В. и др. Термодинамика и теплопередача. Курс лекций. -Тюмень: ТюмГНГУ, -2000.-91с.

5. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М.: ФМ, 1962. - 654 с.

6. Бердышев В.В., А.И. Горковенко, Торопов С.Ю. Нестационарный нагрев двухслойного цилиндра\\ Аграрная наука на современном этапе. Сб.научн. тр.-Тюмень: ТюмГСХА, 2004, с. 254-258.

7. Бердышев В.В., Котляр Б.Г. Нетрадиционные методы ремонта трубопроводов. В сб. науч. тр.: Актуальные вопросы в АПК. -Тюмень: ТГСХА, 2001 С.204-206.

8. Бердышев В.В., Котляр Б.Г., Торопов С.Ю. Использование бестраншейных методов ремонта для восстановления трубопроводных систем. —Материалы конференции молодых ученых, ч.2: Молодые ученые в решении проблем АПК.-Тюмень: Ризограф, 2003.-С.218-200.

9. Березин В. JL, Бобрицкий Н. В., Бородавкин П. П. и др. Сооружение и ремонт газонефтепроводов. М.: Недра, 1972. - 322 с.

10. Ю.Березин B.JL, Ментюков В.П. Земляные работы при сооружении магистральных трубопроводов. М.: МИНХ и ГП, 1975. - 346 с.11 .Бобылев A.M., Бобылев А.А. Бестраншейная замена изношенных трубопроводов полиэтиленовыми трубами // РОБТ. 1997, № 5. С. 17-21.

11. Бобылев JI.M., Бобылев A.JI. Оборудование для бестраншейной прокладки коммуникаций // РОБТ. 1996. № 1.

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

13. Бородавкин П.П., Березин B.JI. Сооружение магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1987. - 312 с.

14. Бородавкин П.П., Таран В.Д. Трубопроводы в сложных условиях. М.: Недра, 1969. - 196 с.

15. Бродский В.З. Многофакторные регулярные планы. -М.: Изд-во Моск. ун-та, 1972.-217 с.

16. Вейник А.И. Приближенный расчет процессов теплопроводности. -М.: Госэнергоиздат, 1959.-184с.

17. Веселовский Р.А. Регулирование адгезионной прочности полимеров. — Киев: Наук. Думка, 1988 174с.

18. Возиянов В.И., Гнилорыбов Н.А. Обновление старых трубопроводов с помощью протяжки полиэтиленовых труб бестраншейным способом //РОБТ№ 1, 1998 С. 19-20.

19. Волков С.С. Сварка и склеивание полимерных материалов: Учебн. Пособие для вузов. М.: Химия, 2001 376 с.

20. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. -М.: АПП «Джангар», 2001.-864 с.

21. Глухов Е.Е. Основные понятия о конструкционных и технологических свойствах пластмасс. -М.: Химия, 1970.-123с.

22. Гольдман А.Я. Объемное деформирование пластмасс. —Л.: Машиностроение, 1984.-232с.

23. Гордов А.Н. Основы температурных измерений. -М.: Энергоатомиздат, 1992.-303с.

24. ГОСТ 10704-91 Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент. 29 с.

25. ГОСТ 10706-76 Трубы стальные электросварные прямошовные. Технические требования. 23 с.

26. ГОСТ 12.4.011-75 Средства индивидуальной защиты. 25 с.

27. ГОСТ 18599-83 Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия. -21 с.

28. ГОСТ 20295-85 Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов. Технические условия. 24 с.

29. Громов А. В., Калинин А. А. Строительство магистральных трубопроводов. Киев: Будывельник, 1975. 223 с.

30. Демин B.C. Теория и практика эксперимента: Учебное пособие. Тула: 1987.-74С.

31. Джонсон Н., Лион Ф, Статистика и планирование эксперимента в технике и науке: Методы обработки данных/ Пер. с англ. Под ред. Э.К. Лецкого. -М.: Мир, 1980. 610 с.

32. Дульнев Г.Н. и др. Применение ЭВМ для решения задач теплообмена.-М.: Высш. шк., 1990.-206с.

33. Дьяконов В. MATLAB: учебный курс. -СПб: Питер, 2001. -560 с.

34. Дьяконов В., Круглов В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем. Специальный справочник. -СПб.: Питер, 2002. -448 с.

35. Дятлов ВА., Михайлов В.М., Яковлев Е.И. Оборудование, эксплуатация и ремонт магистральных газопроводов. -М.: Недра, 1990. -221с.37.3абела К.А. Ликвидация аварий и ремонт подводных трубопроводов. -М.: Недра, 1986-152с.

36. Ицкович Г.М., Минин Л.С., Винокуров А.И. Руководство к решению задач по сопротивлению материалов. М.: Высш. школа, 1999. - 210 с.

37. Каган Д.Ф. Исследование свойств и расчет полиэтиленовых труб, применяемых в водоснабжении. -М.: Стройиздат, 1964.-223с.

38. Каган Д.Ф. Трубопроводы из пластмасс. -М.: Химия, 1980.-296с.

39. Каган Д.Ф. Трубопроводы из твердого поливинилхлорида. —М.: Химия, 1964.-271с.

40. Каган Д.Ф., Кантор А.А. Длительная прочность полиэтиленовых труб. -М.: ЦНИИТЭСтром, 1965.-72с.

41. Кармазинов Ф. Санирование канализационных сетей в Санкт-Петербурге и переключение прямых выпусков // РОБТ № 1 (9), 1998.

42. Каталог машин для строительства трубопроводов. М.: Недра, 1971. -51 с.

43. Климовский Е. М. Очистка полости и испытание магистральных и промысловых трубопроводов. М.: Недра, 1972. - 298 с.

44. Кордер И. Ремонт действующих трубопроводов. // Нефть, газ и нефтехимия за рубежом, 1991, №7.

45. Кошкин В.К. и др. Нестационарный теплообмен. -М.: Машиностроение, 1973.-327с.

46. Кудряшев Л.И. Меньших H.JI. Приближенные решения нелинейных задач теплопроводности.-М.: Машиностроение, 1979.-232с.

47. Кулаков М.В., Макаров Б.И. Измерение температуры поверхности твердых тел. -М.: Энергия, 1979. -96с.

48. Кутателадзе С.С., Бориславский В.М. Справочник по теплопередаче. JI.-M.: Госэнергоиздат, 1958. -414с.

49. Лебедев Г.А. и др. Напыление. Сварка. Склеивание. —Л.: Химия, 1973. -103с.

50. Левин С. И. Подводные трубопроводы. М.: Недра, 1970. - 391 с.

51. Левитин Ю.И. Бестраншейный ремонт местных повреждений подземных трубопроводов. РОБТ. 1997. №8. С.37-39.

52. Леонов В.А. Математическая обработка экспериментальных данных. -М.: МАИ, 1975.-104с.

53. Логинов B.C. и др. Пластмассовые газопроводы. -М.: Недра, 1970. -245с.

54. Лыков А.В. Тепломассообмен: Справочник. -М.: Энергия, 1978. —479с.

55. Мельников С.В. и др. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. -JI.: Колос. Ленингр. отд-ние, 1980. -168с.

56. Нарисава, Икуо. Прочность полимерных материалов. —М.: Химия, 1987-397с.

57. Невмержицкий И.А., Бердышев В.В., Кошелев А., Свидерский В.И. Температурно-временная зависимость прочности полимерных материалов\\Сборник научных трудов молодых ученых.-Тюмень: ТюмГСХА, 2004.С.45-49.

58. Немец Я.К. и др. Прочность пластмасс. -М.: Химия, Машиностроение, 1970.-355с.

59. Повстугар В.И. и др. Строение и свойства поверхности полимерных материалов.-М.: Химия, 1988 -188с.69.ФМ, 1960.-486 с.

60. Попов В.М. Теплообмен в зоне контакта разъемных и неразъемных соединений.-М.: Энергия, 1971.-216с.

61. Поршаков Б.П. и др. Термодинамика и теплопередача (в технологических процессах нефтяной и газовой промышленности). — М.: Недра, 1987.-352с.

62. Поршаков Б.П. и др. Термодинамика и теплопередача. —М.: Недра, 1987.-352с.

63. Потемкин В.Г. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.x: -В 2-х т. Том 1.-М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999-366 с.

64. Потемкин В.Г. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.x: -В 2-х т. Том 2. -М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999-304 с.

65. Привалко В.П. и др. Основы теплофизики и реофизики полимерных материалов. -Киев: Наукова думка, 1991 .-231с.

66. Применение полиэтиленовых труб для внутрипромысловых трубопроводов. -М.: Недра, 1968. -33с.

67. Прочность и разрушение полимерных пленок и волокон/ Б.Цой, Э.М. Карташов, В.В. Шевелев. -М.: Химия, 1999. —496 с.

68. Роботы для трубопроводов // РОБТ 1998, №5. С. 29-31

69. Ромейко B.C. и др. Проектирование, строительство и эксплуатация трубопроводов из полимерных материалов. -М.: Стройиздат, 1985. -304с.

70. Ростиашвили В.Г. и др. Стеклование полимеров. -Л.: Химия, 1987.-189с.

71. Роузен Б. Разрушение твердых полимеров. —М.: Химия, 1971.-527с.

72. Салтанов Д.В., Торопов С.Ю., Бердышев В.В., Сапожников Е.В. Расчет сил трения при движении в пространственно искривленных трубопроводах. -Материалы междунар. науч.-практич. конф. -Тюмень: ТюмГНГУ, 2001 С.87-93.

73. Сварка пластмасс. -М.: Стройиздат, 1987.-128с.

74. Сварка полимерных материалов. Справочник. Зайцев К.И. др. -М Машиностроение, 1988-3 09с.

75. Смольский Б.Н. и др. Нестационарный теплообмен. -Минск, Наука и техника, 1974.-157с.

76. СНиП 2.05.06-85 Магистральные трубопроводы. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985.-38 с.

77. СНиП 3.01.03-84 Геодезические работы в строительстве. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1984. - 32 с.

78. СНиП Ш-42-80 Правила производства и приемки работ. Магистральные трубопроводы. М.: Стройиздат, 1981. - 40 с.

79. СНиП III-4-80 Техника безопасности в строительстве. М.: ВНИИСТ, 1980.-38 с.

80. Стасенко И.В. Расчет трубопроводов на ползучесть. —М.: Машиностроение, 1986.-225с.

81. СТН-51-4-92 ГГК «Газпром» Строительство подводных переходов трубопроводов бестраншейным способом. М.: ВНИИСТ, 1993. - 63 с.

82. Строительство подводных переходов газопроводов способом направленного бурения. Ведомственные нормы. ОАО «Газпром». М.: ВНИИСТ, 1998.-48 с.

83. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1982.-510с.

84. Технологии ремонта и замены напорных трубопроводов // РОБТ № 1 (9), 1998. С. 23-29.

85. Торопов С.Ю., Бердышев В.В. Исследование прочности соединений полиэтиленовых образцов, с закладными металлическими элементами\\Вопросы состояния и перспективы развития нефтегазовых объектов Западной Сибири: Сб. науч. тр. -Тюмень: ТюмГНГУ, 2003.-152с.

86. Торопов С.Ю., Бердышев В.В. Конвективный теплообмен в конструкциях типа «труба в трубе» // Нефть и газ. Новые технологии в системах транспорта: Материалы научно-практической конференции. Ч.2.-Тюмень: ТюмГНГУ, 2004.-С.87-90.

87. Торопов С.Ю., Дорофеев С.М., Бердышев В.В. Расчет смещения ремонтного элемента при потере устойчивости штанги. // Нефть и газ. Новые технологии в системах транспорта: Материалы научно-практической конференции. 4.1.-Тюмень: ТюмГНГУ, 2004.- С.64-68.

88. Торопов С.Ю., Пономарева Т.Г., Бердышев В.В. К вопросу применения закладных металлических элементов при соединении пластмассовых труб // Известия высших учебных заведений: серия «Нефть и газ», вып. 1.-Тюмень, 2005г.-С.

89. Торопов С.Ю., Торопов B.C. Особенности прокладки полиэтиленовых труб под водными преградами. Сборник научных трудов «Проблемы эксплуатации и ремонта промысловых и магистральных трубопроводов». Тюмень: ТюмГНГУ, 1999. - С. 26-27.

90. Фихтенгольц Г.М. Математика для инженеров. М.: ГТТИ, 1933. -498 с.

91. Хаплыев Н.Х., Абасов Т.Н., Селиверстов В.Г., Парфенов А.И., Куприна Н.Д. Современные методы ремонта трубопроводов. Обз. Иформ. -Сер. Транспорт и подземное хранение газа. -М.: ИРЦ Газпром, 1997.-44с.

92. Шатайкин В. А., Варенберг А.Н. Центраторы для сборки магистральных трубопроводов: Научно-технический обзор. -М.: Информнефтегазстрой, 1980. -56с.

93. Шестопал А.Н. и др. Справочник по сварке и склеиванию пластмасс. -Киев: Тэхника, 1990.-198с.

94. Ялышко Г.Ф. Сварка и монтаж трубопроводов из полимерных материалов. -М.: Стройиздат, 1990.—221с.