Введение к работе
Актуальность работы. Технологические трубопроводы компрессорных станций и прежде всего трубопроводные обвязки нагнетателей ГПА относятся к наиболее ответственным трубопроводам газотранспортной системы. Их отличают сложная конструкция (пространственная конфигурация обвязки), высокий уровень монтажных и эксплуатационных нагрузок статического и динамического характера, повышенные требования по безопасности, предъявляемые к объектам высокого давления газа. В связи с этим эти объекты отнесены по линии Госгортехнадзора к высокой категории сложности (Категория В).
С увеличением сроков эксплуатации в сложной конструкции обвязки могут возникать различного рода дефекты, вызванные нерасчетными ситуациями, нарушениями технологии при строительстве, коррозионными воздействиями, непрогнозируемыми изменениями гидрогеологических условий и т.п. Кроме того, в обвязках имеется ряд мест значительной концентрации напряжений(тройники, отводы, крановые узлы и т.д.), в которых открытые или поверхностные дефекты могут развиваться в условиях переменных нагрузок, включая вибрации трубопроводов. Проектные расчеты и натурные измерения свидетельствуют о том, что уровень напряженно-деформированного состояния обвязочных трубопроводов КС выше, чем на линейной части газопроводов и в номинальных режимах достигает 0,72 предела прочности труб. Из практики эксплуатации известен ряд аварий на компрессорных станциях с тяжелыми последствиями, причиной которых были дефекты в трубопроводных обвязках.
Несмотря на это, научные исследования в области повышения надежности эксплуатации трубопроводных конструкций не полностью отвечают современным требованиям, не учитывают специфику работы компрессорных станций, а комплексного анализа работоспособности обвязочных трубопроводов при наличии в них дефектов до настоящего времени не проводилось.
Таким образом, задача по разработке методов оценки работоспособности обвязочных трубопроводов, имеющих дефекты является актуальной. Решение этой задачи позволит как на стадии эксплуатации, так и этапе проектирования получить научную основу для расчетов прочности, несущей способности обвязочных трубопроводов в условиях сложного нагружения, оценки их остаточного ресурса для конкретных условий, а также даст возможность для теоретического обоснования новых методов и средств по восстановлению участков трубопроводов, имеющих дефекты.
Тем самым, за счет решения этой задачи может быть повышен уровень надежности и безопасности эксплуатации объектов компрессорных станций.
-, j
Цель работы - разработать методы оценки работоспособности обвязочных трубопроводов КС на основе расчетно-теоретических и натурных исследований, включая разработку конструктивных решений по восстановлению дефектных участков.
Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи собственного исследования:
определить на основе натурных исследований напряженно-деформированное состояние в зонах дефектов трубопроводов;
определить на основе расчетно-теоретических исследований, работоспособность и остаточный ресурс дефектных участков трубопроводов с учетом циклических нагрузок;
определить на основе модельных испытаний участка трубопровода с дефектами типа вырывов, подрезов работоспособность трубопровода с такого вида дефектами;
определить по результатам теоретических и натурных исследований статические и динамические деформации и напряжения в окрестности дефектов;
разработать метод восстановления трубопроводов, имеющих дефекты на поверхности;
- выполнить комплексную оценку работоспособности обвязочного
трубопровода с дефектами с использованием всех;-!полученных в работе
результатов.
Научная новизна. В диссертационной работе:
- разработана методика натурных испытаний работоспособности
трубопровода с поверхностными дефектами;
впервые доказано, что на основе оценки работоспособности, возможен дифференцированный подход к эксплуатации дефектных участков обвязочных трубопроводов КС - эксплуатация при наличии контроля напряженно-деформированного состояния, их восстановление или вырезка дефектного участка;
впервые на основе разработанной методики выполнены длительные натурные измерения напряженно-деформированного состояния обвязочных трубопроводов в окрестностях дефектов;
предложен новый метод восстановления работоспособности дефектного участка трубопровода и выполнена его апробация в условиях КС;
- разработан расчетно-экспериментальный метод оценки остаточного
ресурса обвязочного трубопровода с дефектами в условиях эксплуатационных
нагружений.
Практическая значимость работы. Использование разработанного комплексного метода оценки работоспособности обвязочного трубопровода с дефектами в практике эксплуатации и проектирования компрессорных станций
позволит дополнить Правила эксплуатации, инструкции по ремонту отсутствующим в настоящее время нормативным документом. Это даст возможность осуществить научно-обоснованный отбор наиболее опасных дефектных участков трубопроводов, принять решения по оценке их работоспособности и в результате повысить эксплуатационную надежность обвязочных трубопроводов.
Реализация работы. Разработанный метод и практические выводы по работе нашли свое отражение в отраслевой Программе РАО "Газпром" "Комплексная система диагностики и технической инспекции магистральных газопроводов" (с 1995 г.), "Межгосударственной программе "Высоконадежный трубопроводный транспорт" и тематических отраслевых планах НИР, начиная с 1991 г.; методике оценки работоспособности участков трубопроводов с протяженными дефектами, 1996 г.
Технический эффект от внедрения диссертационной работы получен на компрессорной станции "Юбилейная", предприятия "Севергазпром".
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на заседаниях секции Ученого совета ВНИИГАЗа "надежность и ресурс газопроводов", технического совета Предприятия "Оргэнергогаз", 1-й международной конференции по трубопроводам (Канада, Калгари, июнь 1996 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, сделана заявка на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения,
четырех глав и списка литературы, включающего наименований. Работа