Земенков Ю.Д. (ред.) Эксплуатация магистральных газопроводов - файл n10.doc

Земенков Ю.Д. (ред.) Эксплуатация магистральных газопроводов
скачать (7976.6 kb.)
Доступные файлы (12):
n1.doc7951kb.30.12.2007 11:43скачать
n2.doc728kb.01.03.2004 14:56скачать
n3.doc2218kb.01.03.2004 14:56скачать
n4.doc1149kb.01.03.2004 14:56скачать
n5.doc772kb.01.03.2004 14:56скачать
n6.doc2063kb.31.12.2010 00:34скачать
n7.doc1068kb.01.03.2004 14:56скачать
n8.doc368kb.01.03.2004 14:56скачать
n9.docскачать
n10.doc1483kb.31.12.2010 00:39скачать
n11.doc106kb.01.03.2004 14:56скачать
n12.doc50kb.01.03.2004 14:56скачать

n10.doc

  1   2   3   4   5   6   7
9. Эксплуатация и ремонт линейной част МГ
9.1. Нагрузки и воздействия на магистральный трубопровод
Трубопроводы находятся в сложном напряжённом состоянии, подвергаясь воздействию многочисленных нагрузок. При проектировании невозможно учесть все нагрузки, поскольку некоторые из них проявляются лишь в особых ситуациях. Прочностные показатели трубопровода должны обеспечить его работоспособность в любых условиях и ситуациях.

Все нагрузки и воздействия на магистральный трубопровод подразделяются на постоянные и временные, которые в свою очередь подразделяются на длительные, кратковременные и особенные.

К постоянным нагрузкам и воздействиям относят те, которые действуют в течение всего строка строительства и эксплуатации трубопровода:

  1. Собственный вес трубопровода, учитываемый в расчётах как вес единицы длины трубопровода:

qтр = n Dсрст , (9.1)

где n – коэффициент надёжности по нагрузке (n = 1,1); Dср – средний диаметр трубопровода, м; – толщина стенки труб, м; ст – удельный вес стали, Н/м3.

  1. Вес изоляционного покрытия и различных устройств, которые могут быть на трубопроводе:

qиз = nиз/4(Dиз2 – Dн2) , (9.2)

где n – коэффициент надёжности по нагрузке; из – удельный вес изоляционного изделия, Н/м3; Dиз и Dн – соответственно диаметр изолированного трубопровода и его наружный диаметр, м.

  1. Давление грунта на единицу длины трубопровода:

qгр = nгрhсрDиз , (9.3)

где n – коэффициент надёжности по нагрузке (n = 1,2); гр – удельный вес грунта, Н/м3; hср – средняя глубина заложения трубопровода, м; Dиз – диаметр изолированного трубопровода, м.

  1. Гидростатическое давление воды на единицу длины трубопровода, определяемое весом столба жидкости над подводным трубопроводом:

qгс = nвhDф , (9.4)

где n – коэффициент надёжности по нагрузке; – удельный вес воды с учётом засолённости и наличия взвешенных частиц, Н/м3; h – высота столба воды над рассматриваемой точкой, м; Dф диаметр изолированного и футерованного трубопровода, м.

  1. Выталкивающая сила воды, приходящаяся на единицу длины полностью погружённого в воду трубопровода:

qв = /4Dф2в , (9.5)

где Dф – наружный диаметр трубы с учётом изоляционного покрытия и футеровки, м; в – удельный вес воды с учётом растворённых в ней солей и наличия взвешенных частиц, Н/м3.

  1. Воздействие предварительного напряжения, создаваемое за счёт упругого изгиба при поворотах трубопровода:

пр.из. =  Е Dн / 2 , (9.6)

где пр.из. – максимальное продольное напряжение в стенках трубы, обусловленное изгибом трубопровода, Н/м3; Е – модуль упругости (Е = 206000 МПа); Dн – наружный диаметр трубопровода, м; – радиус изгиба оси трубопровода, м;

К длительным временным нагрузкам относятся следующие:

  1. Внутреннее давление, которое устанавливается проектом. Внутреннее давление создаёт в стенках трубопровода кольцевые и продольные напряжения, которые определяют по формулам:

кц. = nPDвн./ 2, (9.7)

где n  коэффициент перегрузки для внутреннего давления (n= 1,15); Р  нормативное значение внутреннего давления, Па; Dвн  внутренний диаметр трубы, м;  толщина стенки трубы, м.

Учитывая известную зависимость между продольными и поперечными напряжениями, определим продольные напряжения в стенке трубы:

пр. = кц. = (nPDвн./ 2), (9.8)

где  коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона). Для сталей = 0,260,33, т.е. среднее значение = 0,3.

  1. Вес перекачиваемого продукта на единицу длины трубопровода.

    1. Нормативный вес транспортируемого газа

qгаз.= 0,215 газ .g(Ра Д2вн. / Z Т), (9.9)

где газ.  плотность газа, кг/м3 (при 0оС и 0,1013 МПа); g  ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2; Р  абсолютное давление газа в газопроводе, МПа; Двн.  внутренний диаметр трубы, см; Z  коэффициент сжимаемости газа; Т  абсолютная температура, К.

Для природного газа допускается принимать

qгаз. = 10-2 Р Д2вн., (9.10)

где Р  рабочее ( нормативное ) давление, МПа.

    1. Вес транспортируемого продукта в трубопроводе

qкрод. = n10-4нg( Д2вн. / 4), (9.11)

где n  коэффициент надёжности по нагрузке (n = 1); н  плотность транспортируемой нефти, кг/м; g  ускорение свободного падения, м/с2; Dвн.  внутренний диаметр трубы, см.

  1. Температурные воздействия, которые при невозможности деформаций вызывают в стенках трубопровода продольные напряжения:

пр.t = – E t, (9.12)

где  коэффициент линейного расширения = 12106 (град); Е  модуль упругости, Н/м2; t = to – tф, здесь to  максимальная или минимально возможная температура стенок трубы при эксплуатации; tф  наименьшая или наибольшая температура, при которой фиксируется расчётная схема трубопровода.

К кратковременным нагрузкам и воздействиям на трубопровод относят такие нагрузки, действие которых может длиться от нескольких секунд до нескольких месяцев:

  1. Снеговая нагрузка, приходящаяся на единицу длины трубопровода:

qсн. = nSoDиз., (9.13)

где n  коэффициент надёжности по нагрузке (n = 1,4);  коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на трубопровод ( = 0,4); So  нормативное значение веса снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности земли, определяемое в соответствии со СНиП 2.01.07-85, Н/м2; Dиз.  диаметр изолированного трубопровода, м.

  1. Нагрузка от обледенения наземного трубопровода, приходящаяся на единицу длины трубопровода:

qлед. = n0,17 В Dиз., (9.14)

где n  коэффициент надёжности по нагрузке (n = 1,3); В  толщина слоя гололёда, принимаемая в соответствии со СНиП 2.01.07-85, мм; Dиз.  диаметр изолированного трубопровода, см.

  1. Ветровая нагрузка на единицу длины трубопровода, перпендикулярная его осевой вертикальной плоскости:

qвет. = nwokcDиз., (9.15)

где n  коэффициент надёжности по нагрузке (n = 1); Wo  нормативное значение ветрового давления, определяемое в соответствии со СНиП 2.01.07-85, Н/м2; k  коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте и тип местности, определяется в соответствии со СНиП 2.01.07-85; с  аэродинамический коэффициент (с = 0,5).

Особыми нагрузками и воздействиями на магистральные трубопроводы принято называть те, которые возникают в результате селевых потоков, деформаций земной поверхности в карстовых районах и районах подземных выработок, а также деформаций грунта, сопровождающихся изменением его структуры.

В соответствии с принятой методикой расчёта прочности по предельным состояниям различают расчётные и нормативные нагрузки. Под нормативной понимают нагрузку (н), установленную нормативными документами и определённую на основании статистического анализа при нормальной эксплуатации сооружения. Расчётной называют нагрузку, учитывающую возможное отклонение от нормативной: р = n*N), где n  коэффициент надёжности по нагрузке. Коэффициенты надёжности n для различных видов нагрузки и воздействий регламентируются СНиП 2.05.06-85.

9.2. Проверочные расчёты несущей способности трубопровода
Несущая способность трубопровода обеспечена, если выполняются условия прочности и недопустимости деформаций.

Внутренние условия в трубопроводах появляются от внешних, внутренних нагрузок. Причём эти нагрузки изменяются в зависимости от характеристики окружающей среды, параметров перекачиваемого продукта и т. д.

Учёт внутреннего давления при расчётах напряжённого состояния трубопровода обязателен во всех случаях, а остальные нагрузки и воздействия учитываются в зависимости от конкретных условий и конструктивных схем прокладки трубопровода на том или ином участке. Установлено, например, что вертикальное давление грунта на остальные магистральные трубопроводы при нормальных глубинах заложения и устойчивом состоянии грунта не вызывают таких напряжений в стенке трубы, которые могли бы разрушить её. Если же рассматривать напряжённое состояние трубопровода на участке оползающего грунта или на сильно деформированном основании, то давление грунта может вызвать наиболее опасное для прочности труб напряжённое состояние. На таких участках вес труб и заполняющего их продукта может привести к опасным для прочности труб напряжениям, а на продольных уклонах внутреннее давление в трубопроводе и силовое воздействие оползающего грунта вызывает в материале труб, кроме того, и продольные напряжения.

От действия нагрузок в стенке трубы возникает продольное усилие Р, действующее по направлению продольной оси трубопровода. Ему соответствует продольное напряжение пр = Р/F , где F – площадь поперечного сечения материала трубы. Усилия, действующие в тангенциальном направлении, называют кольцевыми, и соответственно напряжение также называют кольцевыми кц .

При совместном действии внутреннего давления и изменения температуры в стенках трубы возникают кольцевые напряжения.

При наличии продольных осевых сжимающих напряжений номинальную толщину стенки трубы определяют по формуле:

 = nРDн/2(1R1 + nР), (9.16)

где 1 – коэффициент, учитывающий двухосное напряжённое состояние труб.

Толщину стенки трубы, определённую по этим формулам, следует принимать не менее 1/140 Dн, но не менее 3 мм для труб условным диаметром 200 мм и не менее 4 мм – для труб условным диаметром свыше 200 мм

Подземные и наземные (в насыпи) трубопроводы следует проверять по прочности, деформациям и общую устойчивость в продольном направлении.

Проверка на прочность подземных и наземных (в насыпи) трубопроводов в продольном направлении производится по условию:

| npN | ? 2R1, (9.17)

где npN – продольное осевое напряжение от действия расчётного давления и температурного перепада; 2 коэффициент двухосного напряжённого состояния металла труб (2 = 1, если npN > 0).

Для предотвращения недопустимых пластических деформаций подземных и наземных (в насыпи) трубопроводов, особенно на искривлённых участках, проверку необходимого производить по условиям:

|npн| ? 3m/0,9R2н (9.18)

кцн ? m/0,9R2н, (9.19)

где npн – максимальные суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий,

npн = кцнtE ± EDн/2, (9.20)

R2н – второе нормативное сопротивление, равное минимальному значению предела текучести, установленному техническими условиями на трубы;

кц = npDвн/2 , (9.21)

и продольные напряжения

npн = кцнtE. (9.22)

В процессе строительства трубопровод искривляется как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Изгиб трубопровода вызывает появление в стенах труб дополнительных напряжений, которые зависят от радиуса изгиба, геометрических характеристик трубы и модуля упругости стали.

Проблема прочности магистрального трубопровода включает ряд задач, связанных с физико-механическими характеристиками металла труб, сопротивляемостью их внутренним и внешним усилиям, влиянием концентратов напряжений на несущую способность конструкции в целом. Все эти задачи объединяются в так называемом расчёте на прочность. Основная цель проектировочного расчёта – обеспечение неразрушимости трубопровода в период расчётного времени его эксплуатации. Расчёт трубопровода на прочность производится в соответствии со СНиП 2.05.06-85.

Расчёт трубопровода на прочность заключается в определении толщины стенки труб из условия:

кц = npDвн/2 ? R1 = R1нm/(k1kн) , (9.23)

где R1 – первое расчётное сопротивление; R1н – первое нормативное сопротивление,соответствующее минимальному значению предела прочности, принимаемое по техническим условиям на трубы; m – коэффициент условий работы трубопровода, который зависит от категорий участка трубопровода; k1 – коэффициент надёжности по материалу, принимаемый по СНиП 2.05.06-85; kн – коэффициент надёжности по назначению трубопровода, принимаемый равным 1 при Dу = 1200 мм и равным 1,05 для труб Dу = 1200 мм.

Расчётная толщина стенки трубопровода определяется по формуле:

 = npDн/2(R1 + nР), (9.24)

где 3 – коэффициент двухосного напряжённого состояния; – минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода; кцн – кольцевые напряжения от нормативного (рабочего) давления.

Если условия прочности и недопустимости деформаций выполняются, то несущая способность трубопровода обеспечена.

При проектировании трубопроводов встречаются два основных расчётных случая:

  1. Заданы внутреннее давление P, характеристики стали – вр и т – требуется определить толщину стенки труб .

  2. Заданы толщина стенки труб и характеристики стали – вр и т – требуется определить допустимое рабочее давление Р.

Первый случай был рассмотрен выше, а что касается решения второго расчётного случая, то допустимое рабочее давление определяется из формул для определения толщины стенки трубы:

 = nРDн/2(1R1 + nР)  P = 2 1 R1/nDвн , (9.25)

Как видно из последней формулы несущая способность трубопровода по давлению зависит от коэффициента 1, который в свою очередь зависит от величины продольных сжимающих напряжений.

Вероятность разрушения бездефектного участка трубопровода чрезвычайно мала, практически равна нулю. Однако разрывы на трубопроводах происходят довольно часто, что говорит о наличии дефектных участков. Любые дефекты с нарушением формы конструкции трубы, являются местами концентрации напряжений.
9.3. Виды и классификация отказов линейной

части трубопроводов
Отказом называют нарушение работоспособности линейной части, приводящее к отключению участка МТ между линейной арматурой для восстановления его работоспособности. За критерий отказа технологического объекта МТ принимаются наличие и величина утечки продукта через разрывы, трещины, свищи, др. повреждения и факт простоя, недопустимые по условиям эксплуатация объекта МТ в целом. Отказы, повреждения объектов МТ отличаются между собой природой возникновения, стадией существования объекта, на которой зародился отказ или повреждение, возможностью их прогнозирования и другими факторами.

В зависимости от того, на какой стадии существования объекта был заложен дефект, явившийся причиной отказа. Отказы делятся на проектные, производственные, конструкционные и эксплуатационные.

Рассмотрим основные виды отказов:

В табл. 9.1 приводится полная классификация отказов трубопроводных систем, причины и соответствующие им виды отказов.

Таблица 9.1

Классификация отказов трубопроводных систем, причины и соответствующие им виды отказов

Характеристика отказов

Вид отказов

Характер изменения основных параметров

Внезапный отказ

Постепенный отказ

Возможность использование систем после отказа

Полный отказ

Частичный отказ

Взаимосвязь между отказами

Независимый отказ

Зависимый отказ

Устойчивость

Устойчивый отказ (сбой)

Неработоспособность

Самоустраняющийся отказ

(перемежающийся отказ)

Внешние проявления отказа

Очевидный (явный) отказ

Скрытый (неявный) отказ

Причины возникновения отказа:




  • ошибки конструирования

  • несовершенство методов конструирования, ошибки при изготовлении

  • несовершенство технологии производства, нарушение правил эксплуатации

  • внешние воздействия

Конструкционный отказ

Производственный отказ


Эксплуатационный отказ

Период возникновения отказа

Отказ при сдаточных испытаниях

Отказ периода приработки

(приработочный отказ).

Отказ периода нормальной

эксплуатации.

Отказ последнего периода

эксплуатации

Возможность устранения отказа

Устранимый отказ.

Неустранимый отказ.

9.4. Средства технической диагностики состояния

стенки трубопровода
Трубопроводы представляют собой сложные технические системы с восстанавливаемыми и резервируемыми элементами и комбинированным техническим обслуживанием.

Надёжность магистральных трубопроводов (МТ) определяется их способностью поставлять кондиционный энергоноситель потребителям в запланированных объёмах с заданными технологическими параметрами в течении всего анализируемого периода времени и обуславливается долговечностью и ремонтоспособностью.

В настоящее время широкий круг вопросов обеспечения эффективной и надёжной эксплуатации МТ сформировался на требующую незамедлительного решения комплексную систему диагностики (мониторинга) трубопроводных газо-технических систем. Значительный интерес, проявляемый как в нашей стране, так и за рубежом к разработке и практическому использованию систем диагностики МТ, обусловлен объективными тенденциями развития сети – увеличением общей протяжённости МТ, усложнением природно-технических условий эксплуатации МТ, главное, «старением» трубопроводов.

Существуют следующие методы проведения диагностирования:

Основная задача системы диагностического обеспечения МТ – долгосрочное прогнозирование работы объектов, раннее предупреждение дефектов и определение по результатам прогнозов наиболее эффективных способов использования располагаемых материально-технических ресурсов. В настоящее время задача контроля технического состояния объектов МТ вышло на первое место, при этом следует учесть, что традиционные мероприятия повышения надёжность МН исчерпали свои возможности. Вместе с тем стало очевидно, что в связи с негативными процессами старения МН наращивать капитальный ремонт только на основе существующей технологии сплошного ремонта просто невозможно даже по экономическим соображениям. Поэтому было принято решение – быстрее переходить на метод выборочного ремонта на базе внутритрубной диагностики и других современных технических средств неразрушающего контроля.

В настоящее время в качестве диагностических приборов внутритрубного контроля используются:

Ниже приведены технические данные приборов внутритрубного контроля.
  1   2   3   4   5   6   7


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации