Диссертация (Разработка методики восстановления ресурса участка нефтепровода сварными муфтами)

2ОГЛАВЛЕНИЕСтр.ВВЕДЕНИЕГлава 1. АНАЛИЗ5СУЩЕСТВУЮЩИХРЕМОНТНЫХКОН-СТРУКЦИЙ1.1.10Назначение, конструкции и технологии монтажа ремонтныхмуфт101.2.Напряженное состояние ремонтных конструкций141.3.Влияние технологии сварки на ресурс сварного соединениямуфты с трубой211.4.Методы анализа напряженного состояния261.5.Способы повышения несущей способности ремонтных кон-1.6.струкций31Выводы по главе I41Глава 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСАРЕМОНТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ2.1.Разработка подходов к повышению ресурса ремонтных конструкций2.2.46Реализация модели изотропного материала с трансляционным упрочнением2.2.3.46Методика моделирования напряженного состояния оболочек, работающих под давлением в ПК «Сварка»2.2.2.44Методика численного анализа напряженного состояния ремонтных конструкций2.2.14453Критерий выбора рациональных параметров усиливающихконструкций602.2.4.Моделирование роста трещины в ремонтной конструкции622.3.Методика исследования влияния технологии сварки на ресурс сварного соединения633Стр.2.4.Методика испытаний натурных образцов652.5.Выводы по главе 267Глава 3.

АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА РЕМОНТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ3.1.69Разработка компьютерных моделей ремонтных муфт и разрезных тройников693.2.Анализ способов повышения ресурса гладких муфт723.2.1.Анализ работы ремонтной конструкции под давлением723.2.2.Численное моделирование способов повышения ресурсамуфт763.3.Анализ способов повышения ресурса разрезных тройников863.3.1.Анализ работы разрезных тройников под давлением863.3.2.Численное моделирование способов повышения ресурсаразрезных тройников893.4.Рост трещины в сварном соединении разрезного тройника913.5.Выводы по главе 393Глава 4.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕСУРСАСВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ РЕМОНТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ4.1.95Исследование влияния технологических факторов на лабораторных образцах954.1.1.Воспроизведение технологии монтажа муфты984.1.2.Результаты испытания лабораторных образцов994.2.Изучение ресурса ремонтных конструкций на натурных образца4.2.1.104Особенности технологии сборки и сварки образцов тройников1044.2.2.Анализ результатов испытаний1054.3.Результаты испытаний ремонтных конструкций1114.4.Выводы по главе 41134Стр.Глава 5.

РАЗРАБОТКАДОЛГОВЕЧНЫХРЕМОНТНЫХКОН-СТРУКЦИЙ5.1.Разработка конструкции разрезного тройника с повышенным ресурсом5.2.115115Разработка универсальной долговечной конструкции ремонтной муфты1185.2.1.Особенности конструкции муфты1185.2.2.Особенности монтажа ремонтной муфты1225.2.3.Влияние остаточных сварочных напряжений на ресурссварного соединения муфты с трубой5.2.4.5.3.125Перспективы применения разработанной конструкции муфты128Выводы по главе 5129Общие выводы по работе130Литература1325ВВЕДЕНИЕАктуальность работы.

На территории России функционирует более 200тыс. километров стальных трубопроводов. В процессе эксплуатации возникаютповреждения трубопровода, а также вскрываются дефекты, пропущенные наэтапе контроля. При повреждении нефтепровода требуется оперативно ремонтировать дефектный участок. Иногда требуется заранее иметь средства для ремонта поврежденного участка. Так, одним из условий ввода в строй нефтепровода Восточная Сибирь – Тихий океан (ВСТО) была разработка технологии егоремонта. Нефтепровод рассчитан на рабочее давление 10 МПа и изготовлен изтруб диаметром 1067 и 1220 мм с толщиной стенки 20 мм.

Нефтепровод пролегает в труднодоступном и сейсмоопасном районе, где высок риск повреждаемости и развития дефектов. Труднодоступность для тяжелой техники осложняетремонт путем полной замены дефектного участка.Наиболее перспективным видится ремонт путем установки сварных ремонтных конструкций. Установка ремонтной конструкции (муфты) являетсяэффективным способом ремонта, поскольку позволяет проводить его без остановки перекачки нефти и отключения потребителей. Установка муфты должнаобеспечивать не временный, а капитальный ремонт, т. е. обеспечивать требуемый срок эксплуатации.

Известно, что за 30 лет эксплуатации нефтепровод испытывает в среднем около 10000 сбросов давления. Большинство существующих конструкций муфт обеспечивает требуемый 30-летний ресурс. Однако вперспективе при повышении рабочего давления и продлении срока службынефтепроводов вплоть до 100 лет муфты оказываются слабым звеном. Наиболеесложная задача – обеспечение ресурса разрезных тройников. Проведенные вЦТД «Диаскан» испытания показали, что реальный ресурс существующих разрезных тройников ниже требуемого и составляет 15 лет. Слабым местом является участок кольцевого шва напротив патрубка.В 2001 г.

в США была разработана «Концепция обеспечения целостноститрубопроводов», в которой был предложен комплекс решений, направленных на6сохранение пропускной способности «стареющих» трубопроводов, с одной стороны, с одновременным повышением степени эксплуатационной и экологической защиты и, с другой стороны, приемлемых экономических показателей ихбезопасной эксплуатации.

Новые принципы «продления периода малой вероятности проявления дефектов» или «новые схемы приоритетной эксплуатационной пригодности» позволяют увеличить срок эксплуатации трубопроводов до80 или даже 100 лет. Отсюда следует, что необходимы ремонтные конструкции,способные безотказно работать в течение такого срока. Анализ нормативнойдокументации показывает, что это уже привело к отказу от ряда конструкцийремонтных муфт.Большое разнообразие и появление все новых конструкций муфт свидетельствует о том, что традиционные средства разработки не обеспечивают создания эффективных муфт с заданными параметрами. Нередко обеспечение необходимого ресурса достигается за счет увеличения их размеров и массы.

Такиемуфты непригодны для оперативного ремонта из-за трудностей их транспортировки, сложности и длительности монтажа. Снижение массы возможно за счетвыбора рациональных формы и геометрических параметров конструкции. Применение научно обоснованных подходов к проектированию и оценке ресурсаремонтных муфт является весьма актуальной задачей.Цель работы – обеспечение полного восстановления ресурса участканефтепровода в результате ремонта.Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав иобщих выводов и литературы из 107 наименований.В первой главе проведен анализ особенностей функционирования и технологии монтажа современных ремонтных конструкций нефтепроводов, а такжеобзор методов оценки и повышения их ресурса. Произведена классификацияремонтных конструкций по стадиям работы: до образования сквозного дефектав стенке трубы (обжимные) и после (герметичные). Выдвинуто положение, чтоименно вторая стадия определяет ресурс отремонтированного с помощью ремонтной конструкции участка. Поэтому более долговечными являются герметичные ремонтные конструкции. Определены факторы, влияющие на ресурс7ремонтной конструкции, и проведен анализ существующих способов повышения ресурса ремонтных муфт.

Сформулированы задачи работы.Вторая глава посвящена разработке методики восстановления ресурса поврежденного участка нефтепровода с помощью муфт. Методика носит расчетно-экспериментальный характер. Лимитирующие ресурс факторы, связанные свнешними нагрузками, оценивались расчетным путем. На основе численногопараметрического исследования определялись параметры усиливающих конструкций для ремонтных муфт. Влияние на ресурс случайных факторов, зависящих от технологического процесса сборки и сварки, изучалась на небольшихлабораторных образцах, каждый из которых включал участок нахлесточного соединения с угловым швом.

На заключительном этапе проводились натурныеиспытания для подтверждения результатов анализа.В третьей главе представлены результаты применения разработанной методики для герметичных муфт и тройников. Установлены особенности работыгладких муфт и разрезных тройников под действием внутреннего давления.Установлены основные причины ограниченного ресурса ремонтных муфт итройников. Даны рекомендации для повышения ресурса ремонтных конструкций.В четвертой главе представлены результаты экспериментальной оценкивлияния технологии сварки на ресурс сварного соединения, а также результатыпроверки адекватности разработанных моделей и результатов расчета на натурных образцах. По результатам испытаний лабораторных образцов установленызакономерности влияния зазора и формы разделки кромок на ресурс сварногосоединения, внесены коррективы в конструкцию натурного образца тройника.Результаты натурных испытаний подтвердили результаты расчетов и позволиливыявить несовершенства конструкции, приводящие к технологическим дефектам.В пятой главе представлены результаты разработки новых ремонтныхконструкций и технологии сборочно-сварочных работ, обеспечивающих необходимую долговечность после ремонта.

На основе анализа расчетных и экспериментальных данных предложены два новых варианта ремонтных конструк-8ций. Первый вариант – патрубковый тройник – успешно прошел натурные испытания. Разрезка после испытаний показала полное отсутствие трещин в корнешва. Задача повышения ресурса решена за счет исключения попадания перекачиваемой жидкости под муфту после образования сквозного дефекта в трубе.Второй вариант – новая торо-цилиндрическая муфта – более универсальный иподходит для повышения ресурса как тройников, так и гладких муфт. Параметры и форма торовой части новой муфты подобраны так, что уровень напряжений во всех сечениях и швах муфты находится на уровне целой трубы, а всеконцентраторы оказываются в зоне сжимающих напряжений, что позволяетобеспечить ресурс на уровне неповрежденного участка трубы.Методы исследования. Для решения поставленных задач применялисьрасчетные и экспериментальные методы исследований.Расчетные методы включали в себя моделирование процессов распространения теплоты и образования остаточных сварочных деформаций, а такжерасчет напряженно-деформированного состояния при эксплуатации ремонтныхконструкций с помощью программного комплекса «Сварка», реализующего метод конечных элементов.