Главная » 2014 » Июль » 23 » Скачать Разработка методики оценки напряженного состояния нефтегазопроводов по коэрцитивной силе металла. Агиней, Руслан Викторович бесплатно
0:43 AM
Скачать Разработка методики оценки напряженного состояния нефтегазопроводов по коэрцитивной силе металла. Агиней, Руслан Викторович бесплатно
Разработка методики оценки напряженного состояния нефтегазопроводов по коэрцитивной силе металла
Диссертация
Автор: Агиней, Руслан Викторович
Название: Разработка методики оценки напряженного состояния нефтегазопроводов по коэрцитивной силе металла
Справка: Агиней, Руслан Викторович. Разработка методики оценки напряженного состояния нефтегазопроводов по коэрцитивной силе металла : диссертация кандидата технических наук : 25.00.19 Ухта, 2005 143 c. : 61 05-5/4020
Объем: 143 стр.
Информация: Ухта, 2005
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕННО
ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ
11 Влияние механических напряжений на снижение пластических свойств металла нефтегазопроводов
12 Виды механических напряжений
13 Определение напряжений в трубопроводе на основе расчетных данных
131 Продольные напряжения
132 Кольцевые напряжения
14 Физические методы определения напряжений
15 Выбор неразрушающего метода контроля НДС трубопроводов
16 Постановка задач исследования
2 РАЗРАБОТКА КРИТЕРИЕВ КОЭРЦИТИМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА НА
ОСНОВЕ ЛАБОРАТОРНЫХ ИСПЫТАНИЙ 21 Выбор фрагментов материала для испытаний
22 Определение механических свойств материала
23 Выбор прибора и методика измерения коэрцитивной силы
231 Технические данные прибора КРМ-Ц-К2М
232 Устройство и принцип действия прибора
233 Порядок работы с прибором
234 Калибровка прибора КРМ-ЦК-2М
24 Опытная адаптация метода контроля и прибора к измерениям на трубопроводах
241 Влияние покрытия на поверхности металла для ненагруженных образцов
242 Влияние толщины исследуемых образцов на результаты коэрцитиметрии 49 ф 243 Влияние трещиноподобного дефекта на результаты измерения Не в условиях краевого эффекта
244 Влияние магнитной предыстории на результаты измерения
245 Влияние температуры образцов на результаты измерения
25 Методика проведения лабораторных испытаний образцов для получения зависимости ДНс=Г(ст)
26 Интерпретация результатов испытаний с разработкой критериев оценки НДС
27 Разработка аналитической модели 69 Выводы по главе
3 ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ИСПЫТАНИЯ НА ПРОМЫШЛЕННОМ СТЕНДЕ
31 Оценка НДС надземного газопровода Ухта - Войвож
311 Объект и методы обследования
312 Выбор участков обследования
313 Оценка напряженного состояния
314 Результаты полевых испытаний
32 Методика определения АКС металла трубы при стендовых испытаниях
33 Результаты стендовых (гидравлических) испытаний 90 Выводы по главе
4 ПРОМЫШЛЕННОЕ ОПРОБОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ НДС
41 Методика построения номограммы для определения НДС трубопровода по величине коэрцитивной силы материала
411 Построение зависимости для пересчета коэрцитивной силы с учетом поправки на толщину покрытия трубопровода (фрагмент № 1)
412 Построение зависимости для пересчета коэрцитивной силы в магнитоупругую чувствительность материала (фрагмент №2)
413 Построение зависимости для пересчета магнитоупругой чувствительности с учетом внутреннего давления (фрагмент №3)
414 Построение зависимости для пересчета АКС в продольные изгибные напряжения в трубопроводе (фрагмент №4)
415 Построение номограммы
416 Интерпретация результатов измерений w
42 Оценка и регулирование напряженного состояния трубопроводов технологической обвязки нагнетателей компрессорных станций
421 Краткая характеристика объекта исследования
422 Определение допустимых напряжений
423 Оценка продольных напряжений по результатам нивелирования
424 Выбор контрольных сечений и точек для оценки НДС трубопроводов
425 Регулирование напряженного состояния трубопровода
Выводы по главе
5 РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНВЕСТИЦИОННОГО ПРОЕКТА ВНЕДРЕНИЯ МЕТОДИКИ НА ТРУБОПРОВОДАХ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ
Введение:
Важнейшей задачей нефте- и газотранспортных предприятий является безопасная эксплуатация трубопроводов, которые в большинстве своем построены более 20 лет назад, как правило, имеют запас прочности по толщине стенки труб и рассчитаны на длительную эксплуатацию [37, 38, 47,103].
Стенки трубопроводов во время эксплуатации испытывают силовые воздействия, вызывающие в трубах напряжения различного рода. Основными внешними воздействиями на трубы являются давление, температура перекачиваемого продукта, изгибающие моменты [3, 42, 56, 64].
Локальные напряжения в стенке труб нефтегазопроводов возникают при нарушении его проектного положения, например, в местах переходов трубопроводов через водные преграды, дороги, в местах образования промывов и провисания трубопроводов, вблизи сочленения трубопроводов с агрегатами перекачивающих станций, при разрушении опор трубопроводов надземной прокладки, проседании, выпучивании опор и т.д. [18, 55, 65, 98].
При этом к номинальным расчетным продольным напряжениям, возникающим от внутреннего давления транспортируемого продукта, добавляются напряжения изгиба. В этом случае материал трубопровода начинает интенсивно накапливать поврежденность за счет деформационного старения, а при достижении металлом предельной деформации или прогиба в трубопроводе может произойти нарушение целостности по причине механического разрушения [63, 90, 101,105].
Согласно теории повреждений [11, 41], вся совокупность явлений на микроуровне (кристаллов, зерен и т.д.) в процессе нагружения - тензоры деформаций и повреждений, определяющих состояние микрочастицы, являются однозначными функционалами функций напряжений.
В работе [40] A.A. Ильюшиным определен математический образ повреждений как функционал трехмерных тензоров напряжений, введена мера повреждений и построена линейная теория, из которой следует, что текущая поврежденность материала, определяющая длительную прочность конструкции, зависит, преимущественно, от времени и режимов нагружения.
Поэтому, надежность нефтегазопроводов, зависит от своевременного выявления мест с продольными напряжениями, превышающими предел упругости, потенциально-опасных с точки зрения возможности хрупкого спонтанного разрушения.
Знание параметров напряженно-деформированного состояния (НДС) позволяет обоснованно назначать мероприятия по их снижению, например, снятие напряжений путем вырезки части напряженного участка трубопровода, а также безвырезные методы: снятие напряжений путем регулирования уровня опор, спрямления изогнутых участков трубопровода и т.д. Однако и в этих случаях после проведения подобных мероприятий требуется повторный контроль НДС, на основании которого делается вывод об эффективности реализованных технических решений [45].
На практике задачу оценки НДС обычно решают методом расчета напряжений по величине изгиба [1, 97, 109], однако метод недостаточно информативен, так как не известно первоначальное положение трубопровода. Расчетный метод не учитывает наличие труб упругопластического гнутья, из которых может быть выполнен нефтегазопровод, а также, сварных швов, выполненных неперпендикулярно оси трубопровода (косых). При этом, в случае когда изгиб не связан с наличием напряжений, выполнение мероприятий по его спрямлению напротив может вызвать повышенные изгибные напряжения.
Наиболее целесообразно использовать физические методы определения напряжений [59], которые регистрируют текущее изменение физической характеристики металла трубы в точке контроля относительно «эталонного» значения, но они в полной мере не адаптированы для оценки напряженного состояния трубопроводов. При реализации физических методов, как правило, требуются особая чистота поверхности металла, отсутствие в металле неоднородностей, дефектов, а также прецизионные приборы, например в акустической тензометрии - это приборы с точностью определения скорости упругих колебаний до 0,01% и т.д. Все это накладывает ограничения по применению физических методов на действующих нефтегазопроводах в трассовых условиях, а также в условиях промышленных площадок насосных и компрессорных станций.
Таким образом, вышесказанное предопределяет необходимость разработки методики неразрушающего физического метода контроля, позволяющего выявлять места с повышенными напряжениями стенок труб на стадиях строительства, эксплуатации и реконструкции нефтегазопроводов.
Работа базируется на результатах научных работ многих ученых и исследователей, среди которых: В.К. Бабич, М.С. Бахарев, В.И. Беляев, М.П. Берштейн, Г.В. Бида, В.В. Болотов, П.П. Бородавкин, Ф. Вицена, А.И. Гардин, Э.С. Горкунов, А.П. Гуляев, H.H. Давиденков, Ю.И. Драгошанский, О.М. Иванцов, A.A. Ильюшин, Б.С. Касаткин, В.В. Клюев, В.Г. Кулеев, А.Н. Кузнецов, Н.С. Кузнецов, Махутов H.A., Михеев, В.Ф. Мужицкий, В.Ф. Новиков, А.П. Ничипурук, Б.Е. Попов, Ю.Н. Ра-ботнов, В.П. Табачник, А.Т. Туманов, В.В. Харионовский, И.В. Химченко, М.Н. Щербинин и др.
Цель работы. Разработка методики оценки напряженного состояния нефтегазопроводов по коэрцитивной силе металла.
Задачи исследования:
1. Установить влияние на измеряемую коэрцитивную силу конструктивных особенностей нефтегазопроводов: толщины стенки трубы, зазора между датчиком прибора и поверхностью металла из-за наличия немагнитного покрытия, температуры, трещиноподобных дефектов стенки трубы.
2. Установить влияние структуры наиболее массового материала нефтегазопроводов на анизотропию коэрцитивной силы (АКС) в условиях деформации растяжением.
3. Определить критерии оценки НДС по коэрцитивной силе материала нефтегазопроводов в условиях двухосного состояния.
4. Разработать номограмму для оценки НДС нефтегазопроводов на основе результатов измерений методами неразрушающего контроля.
5. Оценить экономическую эффективность разработанных технических решений.
Научная новизна:
• Установлено, что скорость изменения АКС с увеличением напряжений определяет феноменологический параметр к, зависящий от структуры металла и связанный с величиной коэрцитивной силы Нс для стали 17Г1С зависимостью к=-4-10"4Нс2 +7,7-1 0"3Нс- 0,0167.
• Разработана аналитическая модель зависимости АКС от деформаций, позволяющая определять продольные напряжения по результатам измерения АКС при двухосном напряженном состоянии трубопровода. Модель подтверждена результатами испытаний на промышленном стенде.
Основные защищаемые положения:
• результаты лабораторных, стендовых и полевых испытаний материала труб в условиях действия напряжений. новые критерии оценки напряженного состояния нефтегазопроводов по коэрцитивной силе.
• аналитическая модель зависимости АКС от деформаций.
• последовательность выбора контрольных точек для оценки НДС, обеспечивающая требуемую точность при оптимально необходимом числе измерений и минимуме затрат на подготовку объекта.
• номограмма, позволяющая учитывать структуру металла, толщину покрытия, внутреннее давление при оценке напряженного состояния трубопроводов методом коэрцитиметрии.
Реализация результатов. Разработан и утвержден на уровне общества «Севергазпром» нормативный документ МР 1209-05 «Методика оценки механических напряжений в технологических трубопроводах компрессорных станций по коэрцитивной силе материала», получивший высокую оценку ведущего предприятия России по производству и внедрению средств НК - МНПО «СПЕКТР». Использование данной методики на четырех компрессорных станциях ООО «Севергазпром» в 2004-2005гг. позволило получить экономический эффект 9,69 млн. руб. По материалам исследований подготовлены пять заявок на изобретения, по одной из них получен патент РФ.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на XV Коми республиканской молодежной научной конференции (Сыктывкар, Коми НЦ УрО РАН, 2004г.), IV и V международных молодежных конференциях «Севергеоэкотех» (Ухта, УГТУ, 2004г., 2005г.), Всероссийской конференции «Большая нефть: реалии и перспективы» (Ухта, УГТУ, 2003г.), Научно-технической конференции преподавателей и сотрудников (Ухта, УГТУ, 2004г.), 2-ой Межрегиональной научно-практической конференции «Современные проблемы нефтепромысловой и буровой механики» (Ухта, УГТУ, 2004г.), Конференции молодых ученых и специалистов филиала ООО «ВНИИГАЗ»-«Севернипигаз» «Актуальные проблемы нефтегазодобывающей отрасли на территории Тимано-Печорской провинции» (Ухта, Севернипигаз, 2005 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликована 21 работа.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения. Содержит 143 страницы текста, 47 рисунков, 22 таблицы, список литературы из 119 наименований и приложения.
