Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)

Диссертационная работа:

Гумеров Ильдар Кабирович. Методология экспертизы безопасности длительно эксплуатируемых магистральных трубопроводов на основе математического моделирования : дис. ... канд. техн. наук : 05.26.03 Уфа, 2006 156 с. РГБ ОД, 61:07-5/944

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

1 ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЕРТИЗЫ БЕЗОПАСНОСТИ МАГИСТ- 11
РАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

  1. Задачи экспертизы безопасности 11

  2. Проблемы экспертизы безопасности 12

  3. Математическое моделирование в экспертизе безопасности 24 Выводы по разделу 1 30

2 ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРУБОПРОВОДА 32
НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ МАССИВОВ

  1. Моделирование состояния изоляционного покрытия на основе 33 результатов электрометрических измерений

  2. Моделирование коррозионного износа трубопровода по ре- 40 зультатам шурфовых обследований

Выводы по разделу 2 53

3 НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ 55
СЛОЖНЫХ УЧАСТКОВ ТРУБОПРОВОДОВ

  1. Нагрузки и воздействия на участок трубопровода 56

  2. Анализ и классификация напряжений в стенке трубопровода 60

  3. Численное моделирование напряженного состояния трубопро- 63 вода

  4. Моделирование реакции грунта при ремонте трубопроводов 71

  5. Математическая модель формирования механических напря- 80 жений в процессе ремонта трубопроводов больших диаметров

  1. Подъем трубопровода для выполнения ремонтных работ 81

  2. Поточный ремонт трубопровода с подкопом 83

  3. Сравнение технологических параметров ремонта магистраль- 87 ных нефтепроводов и газопроводов

3.6 Исследование напряженного состояния на сложных участках 89
трубопроводов

Выводы по разделу 3 93

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ 95
ПРИ СВАРОЧНЫХ РАБОТАХ НА ДЕЙСТВУЮЩЕМ ТРУ
БОПРОВОДЕ

  1. Расчетная модель для определения температурных полей 96

  2. Моделирование температурного поля подвижного и неподвиж- 102 ного источников тепла

  3. Свойства решений, полученных методом конечных разностей 109

  4. Примеры решений практических задач 111 Выводы по разделу 4 118 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 120 ЛИТЕРАТУРА 122 ПРИЛОЖЕНИЯ

Взаимодействие трубопровода с грунтом (обзор) 133

Методы определения температурных полей при сварке (обзор) 148

Введение к работе:

Системы магистральных нефте- газо- нефтепродуктопроводов является одним из важнейших элементов экономики страны, обеспечивающим практически все отрасли промышленности сырьем, топливом, энергией. В то же время они является источником опасности для тех регионов, где проходят трубопроводы. Аварии на этих трубопроводах приводят к тяжелым последствиям, в том числе и для окружающей среды и населения.

С принятием Федерального закона о промышленной безопасности опасных производственных объектов [96]создана система промышленной безопасности [61, 66, 69, 70 и др], основной целью которой является обеспечение безопасности путем экспертизы технических устройств, сооружений, технологий, проектно-технической документации.

Как показала практика, для эффективного использования этой системы в качестве инструмента управления безопасностью нефтепроводов, необходимо решить ряд методических вопросов, которые вытекают из особенностей эксплуатации трубопроводов.

Главной особенностью современных магистральных нефтегазопроводов является несоответствие между нормативно-проектными требованиями, предусматривающими срок эксплуатации 30-35 лет, и фактическим возрастным составом, когда уже более 40 % трубопроводов превысил этот срок и существует реальная перспектива и потребность увеличения срока эксплуатации до 100 лет [21, 22, 23, 68]. При таких больших сроках эксплуатации трубопроводов существенными становятся изменения по всем основным аспектам, определяющим безопасность.

Во-первых, при длительной эксплуатации трубопроводов всё более заметными становятся процессы старения трубопроводов [25], изменение защитных свойств изоляционных материалов [93] и самих труб, включая сварные соединения^, 103].

Кроме того, при длительной эксплуатации неизбежно появляются и развиваются всевозможные дефекты [2, 35, 37, 43]. Каждый метод диагностики

может выявить с некоторой достоверностью только определённый вид дефектов [9, 50]. Задачей эксперта является с максимальной достоверностью оценить безопасность трубопровода в условиях, когда количество выявленных дефектов велико (как, например, при внутритрубной диагностике), но нет уверенности, что выявлены все опасные дефекты. Применение специальных математических моделей может существенно повысить достоверность выводов экспертизы.

С появлением опасных дефектов увеличивается объём ремонтных работ. При ремонте трубопровод подвергается дополнительным воздействиям: земляные работы и воздействие ремонтных машин и механизмов вызывают дополнительные напряжения на ремонтируемых дефектных участках [29, 32, 42]; воздействие электрической дуги при сварочных работах приводит к ослаблению прочности стенки трубы на ремонтируемом участке [24, 26, 28, 49, 75]. Достоверная оценка возможности и безопасности ведения сварочных работ на дефектных участках действующих магистральных нефтегазопроводов невозможна без применения специальных математических моделей процесса сварки.

В процессе длительной эксплуатации трубопроводов продолжает изменяться сама нормативная база. Трубопроводы, построенные 40-50 лет назад, уже не соответствуют современным нормам по ряду показателей. Например, они непригодны для внутритрубной диагностики; на них накопились участки, где ремонт производился прежними методами, который сейчас почему-то отменены. Если при экспертизе безопасности старых трубопроводов исходить только из требования соответствия современным нормативным требованиям, то неизбежно придётся вывести из эксплуатации более половины нефтегазопроводов. Такой подход был бы неправильным. При экспертизе необходимо проверить соответствие трубопровода не по отдельным характеристикам, а по безопасности в целом с учётом всего набора факторов; при необходимости предложить компенсирующие меры безопасности: применить другие методы диагностики, скорректировать режим работы, выполнить ремонт и т.д. Конеч-

но, это требует очень тщательных исследований с применением методов математического моделирования.

Развитие методов математического моделирования при экспертизе безопасности позволит повысить достоверность заключений и тем самым обеспечит эффективность управления безопасностью магистральных нефте- газо-продуктопроводов в течение всего срока эксплуатации, определять наиболее эффективные пути обеспечения их безопасности, не требуя в то же время излишних ремонтных работ. Учитывая большую суммарную протяженность магистральных трубопроводов, а также их роль в экономике страны, работы в данном направлении имеют важное народнохозяйственное значение. Исходя из этого была выбрана цель перед настоящей работой - разработка методологии экспертизы длительно эксплуатируемых магистральных трубопроводов на основе математического моделирования процессов в условиях изменяющейся нормативной базы и поставлены следующие задачи.

  1. Анализ проблем экспертизы безопасности длительно эксплуатиую-щихся магистральных нефте-, газо-, нефтепродуктопроводов и определение перспективных направлений развития методической базы на основе математического моделирования процессов.

  2. Разработка математических моделей прогнозирования безопасности магистральных трубопроводов на базе диагностической информации с учётом динамики процессов старения.

  3. Совершенствование методики моделирования напряжений на сложных участках магистральных трубопроводов с учётом происходящих изменений.

  4. Совершенствование методики моделирования тепловых полей при ремонте действующих трубопроводов с применением сварки.

Основой для решения данных задач явились труды отраслевых институтов (ИПТЭР, ВНИИСТ, ВНИИГАЗ), лабораторий и кафедр высших учебных заведений (УГНТУ, РГУНГ им. И.М. Губкина, ЮУрГУ), Центра технической диагностики «Диаскан», специалистов АК «Транснефть», АК «Транснефтепродукт», ОАО «Газпром», АНК "Башнефть" и других научных центров, работы

ведущих ученых: В.Л. Березина, О.М. Иванцова, А.Г. Гумерова, Р.С. Гумерова, Р.С. Зайнуллина, К.М. Ямалеева, Х.А. Азметова, М.Х. Султанова, КБ. Черняева, И.Г. Абдуллина, М.В. Лисанова, и других. Кроме того, в работе использованы и обобщены данные о фактическом техническом состоянии магистральных нефтегазопроводов, опыт проведения экспертиз безопасности ряда магистральных нефтепродуктопроводов, результаты обследования аварий, результаты диагностики методами электрометрических измерений, внутритрубных и шурфовых обследований. В работе использованы аналитические, эмпирические и численные методы моделирования процессов, положения теорий вероятности и математической статистики, теории прочности и механики разрушения, теории тепловых процессов и сварки.

В процессе решения поставленных задач получены следующие результаты, представляющие научную новизну:

  1. Научно обоснована ограниченность нормативно-формализованного подхода к экспертизе безопасности длительно эксплуатируемых нефтегазопроводов, неизбежность рассмотрения широкого круга факторов и особенностей, не получивших отражения в нормативной базе и требующих моделирования процессов на основе современных знаний из различных областей.

  2. Разработана методика прогнозирования безопасности трубопроводов на основе статистической обработки диагностической информации с моделированием их изменения в процессе дальнейшей эксплуатации и с использованием нестандартных функций распределения случайных чисел. Методика позволяет повысить точность прогнозов за счёт возможности учитывать одновременно законы развития дефектов, динамику старения материалов, фактическое напряженное состояние трубопровода, погрешность диагностической информации с учётом используемых физических явлений, а также за счёт расширения класса функций распределения.

  3. Разработана методика расчётного определения напряжённого состояния сложных участков трубопровода, использующая в качестве исходной информации результаты обследования их планово-высотного положения и пара-

метры силового воздействия на трубопровод. Характерными особенностями методики являются моделирование взаимодействия трубопровода с грунтом в процессе эксплуатации и ремонта, а также итерационный метод поиска, позволяющие найти решение при произвольных сложных граничных условиях с любой необходимой точностью.

  1. Разработана методика определения температурных полей в стенке трубы от воздействия сварочного источника тепла в процессе ремонта действующего трубопровода. За счёт итерационного поиска решения методика позволяет с заданной точностью моделировать тепловые поля при любых заданных законах теплообмена с окружающей средой и перекачиваемым продуктом, учитывать нелинейные процессы, в том числе зависимость теплофизических характеристик материалов от температуры.

  2. Разработанные модели апробированы на ряде практически важных задач и изучен ряд закономерностей, в том числе:

влияние точности исходной диагностической информации на прогноз безопасности;

отличительные особенности напряжённо-деформированного состояния магистральных нефте- и газопроводов при их капитальном ремонте;

влияние на температурное поле при сварке мощности источника, скорости сварки, интенсивности теплообмена с продуктом.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

  1. Разработанные модели и расчётные программы позволяют существенно расширить круг решаемых задач при экспертизе безопасности длительно эксплуатируемых магистральных трубопроводов.

  2. Методика прогнозирования безопасности трубопроводов на основе статистической обработки диагностической информации с моделированием их изменения в процессе дальнейшей эксплуатации позволяет прогнозировать динамику изменения технического состояния трубопроводов и определять оптимальные объёмы и сроки ремонта.

3. Методика расчётного определения напряжённого состояния сложных
участков трубопровода позволяет:

выявлять перенапряжённые участки трубопровода;

находить безопасные технологические параметры ремонта с выполнением земляных работ;

оценивать реальную опасность обнаруженных при диагностике дефектов с учётом действующих напряжений.

4. Методика определения температурных полей от сварочного источника
тепла позволяет выбирать безопасные режимы сварки при ремонте действую
щих трубопроводов.

На защиту выносятся:

  1. Комплексный подход к экспертизе безопасности длительно эксплуатируемых магистральных нефтегазопроводов, основанный как на изучении их соответствия современным нормам, так и на моделировании реальных процессов, не получивших достаточного отражения в нормативных документах.

  2. Разработанные математические модели процессов и полученные на их основе результаты, в том числе:

по прогнозированию безопасности трубопроводов с использованием диагностического информационного массива с учётом динамики процессов старения;

по определению напряженного состояния сложных участков трубопроводов с учётом произошедших изменений в грунте и силовых воздействий;

по определению температурных полей в стенке трубы в процессе ведения сварочных работ на действующем трубопроводе с учётом особенностей теплообмена с перекачиваемым продуктом.

Результаты исследований использованы при:

- экспертизе промышленной безопасности магистральных нефтепро-
дуктопроводов Альметьевск - Нижний Новгород, Кириши - Санкт-Петербург,
Новки - Рязань;

обследовании переходов магистральных нефтепродуктопроводов через реки Ока, Волга, Кама;

анализе причин нескольких аварий на магистральных нефте- и газопроводах;

разработке проектов капитального ремонта участков магистральных нефтепроводов «Дружба», НКК, УБКУА.

Результаты исследований использованы при разработке нормативных документов, регламентирующих методы оценки и обеспечения безопасности магистральных трубопроводов, в том числе:

РД 39-034-03. «Положение об организации сварочных работ при ремонте линейной части магистральных нефтепроводов»;

«Инструкция по ремонту дефектных участков магистральных нефтепроводов с помощью удлиненных обжимных приварных муфт» (по заказу ОАО «Урало-Сибирские магистральные нефтепроводы»);

РД 39 Р - 00147105-024-02. «Методика расчета напряженного состояния подводных переходов магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов при техническом обслуживании и ремонте».

Автор выражает глубокую благодарность коллективу Института проблем транспорта энергоресурсов, своим руководителям за неоценимую помощь в выполнении настоящей работы.

Подобные работы
Козлов Михаил Александрович
Развитие методов анализа риска аварий на магистральных нефтепроводах на основе моделирования аварийных разливов нефти
Подобная Юлия Юрьевна
Оценка риска возникновения аварийных ситуаций на объектах электроэнергетики на основе лингвистического моделирования
Прялов Сергей Николаевич
Повышение безопасности трубопроводов промышленных энергетических систем с использованием численных методов механики газов и жидкостей
Алешин Владимир Васильевич
Повышение пожарной и промышленной безопасности трубопроводов энергетических систем с использованием прочностного анализа
Худякова Лариса Петровна
Прогнозирование безопасности эксплуатации трубопроводов и резервуаров, работающих в сероводородсодержащих рабочих средах
Кушнаренко Елена Владимировна
Повышение безопасности эксплуатации трубопроводов сероводородсодержащих месторождений
Мамлеева Лилия Амировна
Повышение безопасности промысловых трубопроводов в условиях биозаражения перекачиваемых сред
Миронов Виктор Владимирович
Повышение безопасности эксплуатации трубопроводов с использованием геосинтетиков
Ерофеев Сергей Валерьевич
Разработка методов повышения безопасности эксплуатации сварных трубопроводов и отводов
Киселев Владимир Владимирович
Разработка автоматизированных методов повышения безопасности и надежности трубопроводов энергообъектов и оптимизация режимов их работы

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net