Способ определения потенциально опасных участков трубопровода с непроектным уровнем напряженно-деформированного состояния



Способ определения потенциально опасных участков трубопровода с непроектным уровнем напряженно-деформированного состояния
Способ определения потенциально опасных участков трубопровода с непроектным уровнем напряженно-деформированного состояния

 


Владельцы патента RU 2602327:

ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ГАЗПРОМ ТРАНСГАЗ УФА" (RU)

Изобретение относится к эксплуатации магистральных трубопроводов, в частности к эксплуатации потенциально опасных участков (ПОУ) с непроектным уровнем напряженно-деформированного состояния (НДС). Целью изобретения является определение ПОУ с непроектным уровнем НДС, заключающийся в расчетной оценке изгибных напряжений по данным внутритрубной диагностики (ВТД), которая в процессе пропуска внутритрубного снаряда по трассе измеряет радиусы упругого изгиба трубопровода. 1 ил.

 

Изобретение относится к эксплуатации магистральных трубопроводов, в частности к эксплуатации потенциально опасных участков (ПОУ) с непроектным уровнем напряженно-деформированного состояния (НДС).

Известно, что нормативный уровень НДС участка обеспечивается на стадии проектирования, когда на участках трубопроводов, отличных от прямолинейных, предусматривается укладка с отклонением от прямолинейности (радиусом), в том числе за счет упругого изгиба прямолинейных труб (СП 36.13330.2012. Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.06-85*. Введ. 2013-07-01. - М.: Госстрой, ФАУ «ФЦС», 2012. - IV, 93 с. ) [1].

Однако в процессе строительства и/или эксплуатации трубопровода, в силу разных причин (отступление от проектных решений, брак строительно-монтажных работ, подвижки грунта и т.п.), его фактическое НДС может отличаться от проектного, что в конечном итоге и способствует возникновению и развитию напряжений, способных его разрушить.

Например, в издании «Диагностика и ремонт магистральных газопроводов без остановки транспорта газа» (Пашин С.Т. Диагностика и ремонт магистральных газопроводов без остановки транспорта газа / С.Т. Пашин, P.P. Усманов, М.В. Чучкалов [и др.]. - М.: ООО «Газпром экспо», 2010. - 236 с. ) [2] приводится описание отказа газопровода вследствие допущенного отступления от проектного решения, выразившегося в несовпадении профилей трубной плети и траншеи. Зазор между нижней образующей трубопровода и дном траншеи привел к увеличению стрелки прогиба, а значит, к уменьшению проектного радиуса изгиба ρ (прогиб связан дифференциальной зависимостью с изгибающим моментом γ″, равным 1/ρ).

Согласно [1] для прямолинейных и упругоизогнутых участков трубопроводов максимальные суммарные продольные напряжения от нормативных нагрузок и воздействий определяются по формуле

где µ - коэффициент поперечной деформации Пуассона;

σ к ц н - кольцевые напряжения от внутреннего давления газа, МПа;

α - коэффициент линейного расширения;

Е - модуль упругости трубной стали, МПа;

Δt - расчетный температурный перепад, принимаемый положительным при нагревании °C;

σu - изгибные напряжения, МПа.

Анализ (1) показывает, что первые две ее составляющие относятся к параметрам эксплуатации (давлению и температуре), т.е. проектным значениям, а значит заведомо вписываются в штатную ситуацию. В процессе проектирования эти показатели подбираются таким образом, чтобы по возможности уменьшить их взаимное влияние (например, в рабочие чертежи записывается минимальная температура сварки захлестов). В этом случае фактором, способным на конкретном участке вызвать напряжения выше проектных, являются изгибные напряжения.

В свою очередь изгибные напряжения согласно [1] рассчитываются по формуле

где ρ - радиус упругого изгиба участка, м.

Из (2) следует, что если радиус упругого изгиба рассматриваемого участка равен бесконечности (прямолинейный участок), изгибные напряжения приближаются к нулю. Следовательно, чем меньше ρ, тем больше изгибные напряжения.

Таким образом, в общем случае определение участков с непроектным уровнем НДС сводится к поиску участков с минимальным радиусом упругого изгиба. Именно такой участок будет иметь максимальные непроектные напряжения.

Прототипом изобретения является «Инструкция по определению по данным геодезической съемки фактического напряженно-деформированного состояния участков газопроводов, расположенных на территориях с опасными геодинамическими процессами, и оценки их работоспособности»: утв. генеральным директором ООО «ВНИИГАЗ». - М., 2003 [3]. Определение НДС проводится на основании данных геодезической съемки, отражающих линейно-высотные координаты замеренных участков. Для сглаживания дискретно измеренных значений положения оси трубопровода производится аппроксимация экспериментальных данных с помощью интерполяционных полиномов. При использовании интерполяционных полиномов уравнение изогнутой оси участка трубопровода описывается многочленом четвертой степени относительно продольной координаты. Проекции оси участка y=f(х) для вертикальной координатной плоскости можно представить выражением

Для получения значений изгибающих моментов в [3] проводится математическая обработка (дифференцирование) уравнения (3) с использованием граничных условий.

Из вышеизложенного видны недостатки этого способа. Для получения картины НДС необходимо производить расчеты с использованием математического аппарата высококвалифицированным исполнителем для обработки информации, а т.к. ПОУ неизвестны или неявно выражены - возникает необходимость математической обработки значительного объема информации.

Целью изобретения является определение ПОУ с непроектным уровнем НДС по данным внутритрубной диагностики (ВТД). В настоящее время основным средством диагностики линейной части магистральных трубопроводов является именно ВТД.

Указанная цель достигается следующим образом.

Подрядная диагностическая организация путем обработки результатов пропуска внутритрубного снаряда предоставляет данные по радиусам упругого изгиба ρ, измеренных по трассе. При величине ρ менее нормативного (СП 86.13330.2014. Магистральные трубопроводы. СНиП III-42-80*. Введ. 2014-06-01. - М.: Минстрой России, ФАУ «ФЦС», 2014., 175 с. ) [4], этот участок может рассматриваться как ПОУ. Значения полученных радиусов упругого изгиба ρ используются в (2), что позволяет получить расчетные изгибные напряжения. Путем сравнения их с допустимыми [1], определяются ПОУ трубопровода с непроектным уровнем НДС.

Суть изобретения поясняется чертежом с примером расчета НДС конкретного участка газопровода диаметром 1420 мм.

На чертеже приводится график радиусов упругого изгиба, полученный по данным ВТД участка газопровода диаметром 1420 мм. На оси абсцисс представлена линейная координата, указывающая расстояние от камеры запуска внутритрубного снаряда.

Проведем оценку НДС участка газопровода с исходными данными:

- диаметр газопровода, 1420 мм;

- толщина стенки, 16,5 мм;

- временное сопротивление трубной стали, 600 МПа;

- предел текучести трубной стали, 480 МПа;

- коэффициент надежности по нагрузке от внутреннего давления, 1,1;

- рабочее давление, 7,5 МПа;

- температурный перепад, 40°C;

- коэффициент поперечной деформации Пуассона, 0,3;

- коэффициент линейного расширения, - 1,2×10-5;

- модуль упругости трубной стали, 2,06×105 МПа.

Из чертежа видно, что практически весь участок (15626-15682 м) не соответствует требованиям [4] по радиусам упругого изгиба (например, для газопровода диаметром 1420 мм минимальный радиус упругого изгиба должен составлять не менее 1400 м), поэтому предстоит оценить уровень НДС и, при несоответствии нормативным требованиям, принять меры по его приведению к допустимому уровню. Рассмотрим два подучастка, отобранных по примерно равным радиусам упругого изгиба на каждом из них.

Из чертежа видно, что кривая радиусов упругого изгиба колеблется в определенных пределах: на подучастке 15626 до 16652 м от 200 до 400 м; на подучастке 15666 до 15678 м от 700 до 1100 м. Очевидно, что такая система как трубопровод диаметром 1420 мм не может так резко менять радиус упругого изгиба и эти колебания не что иное как погрешности измерения, но в определенном «коридоре».

В процессе прохождения внутритрубный снаряд за счет системы навигационного оборудования (одометры измеряют линейные координаты; система гироскопов - угловое и через них высотное и плановое положение снарядов) способен с достаточно высокой точностью регистрировать и воспроизводить не только траекторию, но и радиусы упругого изгиба участка (Выявление участков с высоким уровнем НДС средствами внутритрубной диагностики / Ш.Г. Шарипов, P.P. Усманов, М.В. Чучкалов, P.M. Аскаров, В.А. Канайкин, С.Л. Ваулин // Газотранспортные системы: настоящее и будущее: сб. докл. V Междунар. науч.-техн. конф. - М.: ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 2013. - с. 76-87 [5].

Для первичной оценки НДС необходимо и достаточно использовать усредненные (по участкам) значения радиусов упругого изгиба: на участке 15626 до 16652 м - 300 м; на участке 15666 до 15678 м - 900 м.

Расчет продольных напряжений по (1), (2) и (3) показал следующие результаты:

- на участке 15626 до 16652 м - σu=487,5 МПа;

- на участке 15666 до 15678 м - σu=162,5 МПа.

Сравнение расчетных изгибных напряжений с пределом текучести трубной стали показывает, что на 1-м участке расчетные изгибные напряжения превышают предел текучести 487,5 МПа>480 МПа, что согласно [1] недопустимо, а на 2-м, несмотря на несоответствие требованиям [4], (радиус упругого изгиба 900 м<1400 м), 162,5 МПа<480 МПа, со значительным запасом соответствуют требованиям [1].

Изобретение позволяет, на базе данных ВТД (без использования геодезического позиционирования) определить ПОУ с непроектным уровнем НДС по всему обследованному участку трубопровода.

Способ определения потенциально опасных участков трубопровода с непроектным уровнем напряженно-деформированного состояния, заключающийся в расчетной оценке изгибных напряжений, отличающийся тем, что эта оценка выполняется по данным внутритрубной диагностики, которая в процессе пропуска внутритрубного снаряда по трассе измеряет радиусы упругого изгиба трубопровода.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к строительству подводных трубопроводов. Трубоукладочное судно (1) движется вперед и укладывает трубопровод (2) в водоем (3) по мере его сооружения.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для строительства трубопроводов. Кран-трубоукладчик, включающий раму, гусеничные тележки, стрелу, механизм регулирования угла наклона стрелы, выполненный в виде гидроцилиндра, грузоподъемный механизм, выполненный в виде канатного полиспаста с гидравлической барабанной лебедкой, противовес, согласно изобретению гидроцилиндр регулирования угла наклона стрелы, шарнирно закрепленный на раме трактора, шарнирно соединен с пространственным кривошипом, закрепленным на раме трактора, и шарнирно соединен со стрелой при помощи тяги, при этом второй шарнир тяги приближен к оголовку стрелы.

Группа изобретений относится к строительству трубопроводов и может быть использована для прекращения или возобновления укладки подводного трубопровода с судна. В способе прекращения укладки трубопровода с судна снабжают судно лебедочным аппаратом и натяжным устройством.

Группа изобретений относится к строительству и может быть использована при строительстве магистральных трубопроводов на болотах, в зоне распространения вечномерзлых грунтов, при быстром возведении дорог, аэродромов и других объектов инженерной инфраструктуры.

Группа изобретений относится к строительству трубопроводов. Судно-укладчик для укладки трубопроводов на дно водоема имеет плавучую конструкцию, укладочную вышку, шарнирно закрепленную на плавучей конструкции и выполненную с возможностью сборки и укладки трубопровода на дно водоема, и систему сброса и извлечения трубопровода.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для бестраншейной замены трубопроводов. Устройство для бестраншейной замены трубопроводов состоит из режущего механизма с дисковыми ножами, расширителя и пилотного рычажно-шарнирного автоматизированного механизма (ПРШАМ).

Изобретение относится к ремонту трубопроводов методом сплошной переизоляции. При проведении ремонта останавливают эксплуатацию, освобождают трубопровод от продукта, вскрывают и очищают от изоляции.

Изобретение относится к трубопроводному оборудованию и может быть использовано для транспортировки однородных жидкостей, гидросмесей, отходов нефтепереработки и пульпы на земснарядах в морской, речной и болотистой среде.

Группа изобретений относится к строительству трубопроводов. Трубоукладочное судно содержит направленную вверх трубоукладочную вышку, сварочную площадку для присоединения новой ветви трубопровода к краю удерживаемого вышкой трубопровода.

Изобретение относится к строительству трубопроводов и может быть использовано для протягивания "крота" и новой трубы внутри старой при бестраншейной прокладке трубопровода.

Изобретение относится к соединениям магистральных трубопроводов. Соединение содержит два узла соединения трубопроводов, один из которых предназначен для разветвления магистрального трубопровода на два: основной и параллельно проложенный резервный, а другой узел предназначен для соединения основного и резервного трубопроводов в один магистральный трубопровод. Каждый узел содержит корпус с полостью и с тремя патрубками одинакового диаметра Д, два патрубка из которых расположены под углом друг к другу симметрично относительно оси магистрального трубопровода. В полости корпуса на опорах смонтирован вертлюг с уплотнительными элементами, приводом и криволинейным трубчатым переводником. Один конец переводника постоянно сообщается с магистральным трубопроводом, а противоположный конец поочередно сообщается с упомянутыми патрубками, продолжением которых являются основной и резервный трубопроводы. Переводник представляет собой усеченную часть отвода диаметром Д и радиусом загиба R, обусловленным требованиями к пропуску внутритрубных снарядов очистки и диагностики. Обрезающая отвод поверхность представляет собой цилиндр диаметром Д с осью симметрии, совпадающей с осью вращения переводника. Технический результат: возможность переключения между основным и резервным трубопроводами без остановки перекачки, уменьшение вертикальных габаритов узлов соединения. 3 ил.

Группа изобретений относится к трубопроводному транспорту и может быть использована при ремонте трубопроводов с наружным диаметром 700-1420 мм для обеспечения повторного использования демонтированных труб. Мобильная база по ремонту труб предназначена для автономного размещения в полевых условиях на месте складирования труб, демонтированных в ходе ремонта трубопровода, и позволяет в базовых условиях в едином режиме провести комплекс работ по очистке, диагностике и ремонту труб на объектах капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов. Мобильная база по ремонту труб, бывших в эксплуатации, состоит из следующих технологических участков: участок приемки труб 1; участок очистки труб 2; участок диагностики и ремонта труб 3; участок подготовки под сварку кромок торцов труб 4; участок отгрузки труб 5; участок бракованных труб 6. Дано описание работы оборудования и последовательность операций ремонта труб, пригодных к повторному применению. Расширяет арсенал технических средств. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к эксплуатации магистральных трубопроводов, в частности к эксплуатации потенциально опасных участков (ПОУ) трубопроводов, содержащих отводы холодного гнутья (ОХГ) с непроектным уровнем напряженно-деформированного состояния (НДС). Целью изобретения является определение ПОУ с непроектным уровнем НДС, заключающийся в расчетной оценке изгибных напряжений по данным внутритрубной диагностики (ВТД), которая в процессе пропуска внутритрубного снаряда по трассе измеряет радиусы упругого изгиба трубопровода. 2 ил.
Наверх